100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Нейтронная звезда быстро вращается и имеет сильное магнитное поле. Радиоизлучение пульсаров обусловлено движением электронов вдоль магнитных силовых линий и выходом их из пульсара на магнитных полюсах. Поскольку магнитная ось пульсара наклонена к оси вращения, то два луча свипируют в пространстве (рис.6), периодически освещая поверхность Земли, если она попадает в конус.
К настоящему времени обнаружено более 500 пульсаров. Их исследования представляют большой интерес не только для астрономов, но и для физиков. Ведь в лабораторных условиях получить вещество с гигантской плотностью пульсара абсолютно невозможно. А там, где новое, необычное, там и открытия в науке.
Радиоастрономия
259
Радиотелескоп
Рис. 6. Схематическое изображение модели пульсара, объясняющей его импульсное радиоизлучение
Было обнаружено, что импульсы от одного из пульсаров РБЯ 1913+16 приходят то чаще, то реже, с определенной периодичностью. Этот эффект может быть объяснен тем, что пульсар и некая другая звезда вращаются вокруг общего центра масс, образуя так называемую двойную систему. Расчеты показали, что "пульсарный год" равен 8 месяцам, а обе звезды имеют почти равные массы в 1,4М0 . Поскольку вторая звезда также невидима, то она, вероятно, тоже нейтронная.
Долголетние наблюдения показали, что период обращения пульсара вокруг общего центра массы монотонно сокращается. Это может быть связано с излучением гравитационных волн — физическим явлением, которое вытекало из общей теории относительности А.Эйнштейна, но пока еще экспериментально не подтверждено.
Английскому радиоастроному А.Хьишу за открытие пульсаров и американским радиоастрономам Дж.Тейлору и Р.Халсе за об-
9*
260
Р. Л. Сороченко
наружение и исследование двойного пульсара присуждены Нобелевские премии по физике 1974 и 1993 гг. соответственно.
Пульсары, как источники исключительно высокостабильных импульсов, сразу заинтересовали метрологов, появилась заманчивая перспектива создания "пульсарного времени".
Сейчас уже можно сказать, что по долговременной стабильности пульсары, если их использовать в качестве стандарта частоты и времени, превзойдут все другие стандарты, в том числе атомные.
Гигантские атомы в космосе. Если на примере пульсаров радиоастрономия показала, что в космосе вещество может быть в сверхплотном, немыслимом для земных условий состоянии, то в другом открытии, сделанном в нашей стране, решающую роль сыграла высочайшая разреженность космоса. Для объяснения этого открытия напомним физику атома — мельчайшей частицы химического элемента.
Согласно модели Н.Бора атом состоит из тяжелого ядра и окружающих его легких электронов, которые вращаются вокруг ядра по определенным орбитам, соответствующим уровням возбуждения атома п - 1,2,3,... Электрон может самопроизвольно перейти с верхней орбиты на более низкую. При таких переходах атомы излучают электромагнитные волны строго определенных частот — спектральные линии.
До радиоастрономических исследований науке были известны переходы только на первые шесть уровней, при которых излучались спектральные линии в оптическом и инфракрасном диапазонах. Радиоастрономия сделала в этом направлении настоящий прорыв. В 1964 г. радиоастрономы ФИАН с помощью 22-метрового радиотелескопа обнаружили в спектре космического радиоизлучения спектральную линию, частота которой 8872 МГц точно соответствовала переходам между 91-м и 90-м уровнем атома водорода. Переходы между еще более высоковозбужденными состояниями водорода 105 -> 104 по линии 5762 МГц обнаружили пулковские радиоастрономы.
Последующими исследованиями было установлено, что в межзвездной среде (МЗС) могут существовать атомы, имеющие до 1000 уровней возбуждения. Их размеры, увеличивающиеся пропорционально п2, достигают при этом около 0,1 мм. Такие атомы-гиганты излучают спектральные линии, частоты которых определяются простой закономерностью *V « 2RA п/п3, где п — номер нижнего уровня, a п - 1,2,... — разница между уровнями при переходах и R - 3,29 *1015 Гц — постоянная Ридберга. Из-за небольшого различия в постоянной Ридберга для различных элементов частоты линий при одних и тех же переходах смещены друг относительно друга. Поэтому, регистрируя линии высоковозбужденных атомов, можно определить, какому химическому элементу они принадлежат (рис.7).
Радиоа с трономия
261
0,8
0,2
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200 400
Лучевая скорость, км/с
Рис. 7. Спектрограмма, полученная в направлении туманности Орион А с радиолиниями Н40 а , Й50 0 и Не40 а (линии водорода при переходах между уровнями 41 40, 52 50 и линия гелия при переходах между уровнями 41 40 соответственно). В полосу анализа попадает также радиолиния молекулы 80
Радиолинии высоковозбужденных атомов оказалось возможным наблюдать на Земле в широком диапазоне радиоволн: от А « * 1 мм до Я = 20 м, С их помощью была получена богатейшая информация о строении космоса: температуре, плотности, химическом составе МЗС, протекающих в Галактике эволюционных процессах. Открытие и исследование спектральных радиолиний высоковозбужденных атомов было отмечено Государственной премией СССР 1988 г.
