Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Радиолокатор — это электронная система, использующая радиоволны для обнаружения объектов, невидимых невооруженному глазу. Радиолокационные устройства способны обнаружить положение объекта, его расстояние до наблюдателя, его скорость и направление движения, а иногда даже его размер и форму. Само слово является акронимом 80 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
выражения «Радиообнаружение и определение дальности»1. В начале тридцатых годов использовались, в основном, грубые устройства радиообнаружения, а изобретение современных радиолокаторов началось с военных нужд Второй мировой войны. Именно развитие радиолокационной технологии обеспечило возможность быстрого послевоенного роста и развития радиоастрономии, а также поражения Люфтваффе2.
К 1954 году было замечено и наблюдалось уже около сотни источников радиоволн в небе. Лишь немногим из них можно было подобрать оптических двойников, видимых в телескопы. Многие астрономы полагали, что эти источники соответствуют иначе невидимым «радиозвездам», находящимся в пределах нашей галактики.
Когда британские радиоастрономы установили точное положение на небе Cygnus А, появилась возможность использования гигантского двухсотдюймового телескопа Паломар. Действительно, оказалось, что по своему положению источник радиоволн совпадает с некоторой возмущенной галактикой. На рис. 2 изображение Паломара представляет собой радиоизображение Cygnus А. Два радиокулачка расположены по обе стороны центральной Галактики. Считается, что источники радиоволн состоят из необъятных облаков ионизированной плазмы, каждое из которых по протяженности больше самой галактики.
Как только видимый объект сопоставляется с источником радиоволн, появляется возможность определения удаленности данного объекта от Земли. Характеристические спектральные линии оптического источника сдвигаются в красную область спектра на величину, зависящую от скорости его удаления. Согласно закону Хаббла эта скорость пропорциональна расстоянию. Самое интересное началось тогда, когда было определено красное смещение центральной галактики Cygnus А. При том что Cygnus А является вторым по яркости источником радиоволн в небе, измерения красного смещения показали, что он расположен на невероятно большом расстоянии в миллиард световых лет от Земли. Единственная возможность столь высокой интенсивности этого маяка при такой его удаленности состоит в том, что он является необычайно мощным источником, посылающим порядка IO38 ватт радиоэнергии. Этот источник радиоволн мощнее нашей собственной галактики приблизительно в десять миллионов раз. В самом деле, Cygnus А производит в виде радиоволн больше энергии, чем типичная большая галактика излучает в видимом диапазоне. Это был первый открытый представитель
1B английском языке радиолокатор — это «radar», или акроним для «Radio Detecting and Ranging». — Прим. пер.
2Воздушные силы гитлеровской Германии. — Прим. пер.
3Nationai Radio Astronomy Observatory — Национальная радиоастрономическая обсерватория. — Прим. пер. 81 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
Рис. 2. Радиоизображение Cygnus А. (С разрешения NRAO3.)
огромного класса новых и причудливых творений космоса: радиогалактика. За многие десятилетия, прошедшие со времени ее открытия, было обнаружено много других радиогалактик. Сегодня каталоги насчитывают несколько тысяч таковых.
Мы не обладаем точным знанием того, что же такое радиогалактика, но одно несомненно: ее энергетические требования непомерны. Согласно одной популярной теории радиогалактика возникает при очень быстром вращении черной дыры в центральной Галактике. Черная дыра — это настолько тяжелый и при этом настолько маленький объект, что ничто, даже свет, не способно из нее вырваться. Мы можем понять, что такое черная дыра, если рассмотрим концепцию «второй космической скорости». Пуля, выпущенная в воздух, вернется на Землю, потому что движется слишком медленно. Вторая космическая скорость на поверхности Земли равна порядка одиннадцати километров в секунду, что в десять раз превышает скорость самого быстрого реактивного самоле- 82 Добро пожаловать в систему радиовещания Вселенной
та. Именно такую скорость должен развить космический корабль или спутник, чтобы преодолеть тяготение Земли. Для Солнца вторая космическая скорость намного больше, примерно 600 километров в секунду. Допустим, что мы каким-то образом сумели сжать Солнце в шар радиусом всего лишь в три километра. (Безусловно, мы на такое не способны. В других частях нашей галактики такие вещи вполне возможны и, вероятно, даже имеют место.) Вторая космическая скорость на поверхности тела, имеющего массу Солнца и радиус три километра, равна скорости света. Поскольку Эйнштейн сказал (и мы с ним согласны), что ни один объект не может двигаться быстрее скорости света, мы создали ловушку, в которую очень легко попасть, но из которой абсолютно невозможно вырваться: это и есть черная дыра.
Представьте, что в самом центре радиогалактики находится массивная черная дыра, которая могла быть создана при столкновениях и слиянии множества звезд в переполненной внутренней области галактики. Ее окружает огромный и растущий диск сросшегося материала, которым ненасытная черная дыра будет кормиться, при этом увеличиваясь, в конечном счете, вероятно, для того чтобы проглотить весь центр галактики. В процессе поглощения черной дырой окружающих ее звезд может высвобождаться огромное количество энергии. Каким-то образом эта энергия выходит наружу в виде двух противоположно направленных лучей, которые приводят в действие огромные радиомаяки Cygnus А и других радиогалактик.
