Астрономия в будущем. Часть первая.

Вопрос о том, что мы знаем (а чего мы не знаем) о космосе, естественно, волнует сейчас умы. И не только в плане, если так можно выразиться, «утилитарном», то есть в плане практического интереса к тем планетам Солнечной системы, к которым в ближайшем будущем полетят космонавты, и к межпланетной среде, через которую будут летать их ракеты. Изучение Вселенной, понимание природы процессов, происходящих на отдаленных космических телах, представляют огромный познавательный интерес. Один известный астроном совершенно правильно в этой связи заметил: «Человек, в частности, тем отличается от животных, что иногда поднимает глаза к небу…»

Пока существует человечество, его всегда будет привлекать и манить Вселенная. Меня попросили написать, как я себе представляю развитие астрономии в течение ближайшего будущего. В наше время быть пророком в науке — дело достаточно трудное, если не безнадежное. История не раз жестоко смеялась над авторами научных предсказаний. Я позволю себе привести только один пример. В 1955 году в Англии вышла книга известного физика Томпсона «Предвидимое будущее». В этой книге очень интересной и увлекательной, дается прогноз развития науки, техники и общественных отношений на ближайшие 50 лет. Ее автор предсказывал, что первое проникновение человека в космос произойдет в самом конце XX столетия. И вот спустя всего лишь два года после того, как это было написано, был запущен первый искусственный спутник.

При прогнозировании успехов науки на сколько-нибудь длительный период исходить из чисто «академических» предпосылок совершенно недостаточно. Может быть, Томпсон и оказался бы прав, если бы развитие наук шло гармонически. Однако, как правило, так не бывает.

Как ни трудна, а главное, неблагодарна задача предсказать, как будет выглядеть древняя и вечно юная наука о небе, я попробую это сделать. По-видимому, мною руководит естественная человеческая слабость — попытаться приоткрыть завесу над будущим…

Итак, что можно ожидать от астрономии спустя два десятилетия? Чтобы как-то попытаться ответить на этот вопрос, следует, во-первых, попробовать выявить наиболее перспективные направления в развитии этой науки, во-вторых, осмыслить, какие успехи были достигнуты в астрономии в прошлом.

Революция в физике, происшедшая в первой трети двадцатого столетия оказала огромное влияние на астрономию: квантовая механика, ядерная физика, теория относительности повсеместно применялись в астрофизических исследованиях последних двух десятилетий. В это же время в практику астрономических наблюдений внедряются достижения радиоэлектроники. Новые методы и средства исследования позволили получить такие результаты, о которых раньше нельзя было даже мечтать.

Двадцать лет назад практически единственным источником наших сведений о природе небесных светил был идущий от них свет. Между тем можно было предполагать, что небесные тела, по крайней мере, некоторые, излучают и в «невидимых» участках спектра. Но астрономы ничего не знали об этом излучении, и такое неведение весьма ограничивало наши знания.

Крупнейшим успехом «небесной науки» последних лет было развитие радиоастрономии. Как видно из самого названия, эта наука занимается исследованием радиоволн, испускаемых некоторыми космическими объектами. Хотя радиоастрономия возникла в 1932 году, в то время ее еще не было. По-настоящему она стала развиваться только после второй мировой войны. И тем не менее успехи радиоастрономии поразительны.

Если бы не эта область астрономии, мы почти ничего так и не узнали бы о межзвездной материи, о вращении и динамике нашей звездной системы — Галактики, о туманностях, образовавшихся после грандиозных космических катастроф — взрывов так называемых «Сверхновых звезд», и о многом другом, не менее важном и интересном.

Радиоастрономия позволила обнаружить совершенно новые явления во Вселенной, например, удивительные звездные системы — радиогалактики, которые излучают радиоволны огромной мощности. Большинство радиогалактик отделяют от нас неимоверно огромные расстояния, исчисляемые миллиардами световых лет. Даже самые крупные оптические телескопы не в состоянии обнаружить многие из них. За короткое время радиоастрономия революционизировала древнюю науку о Вселенной. Сейчас нельзя себе представить дальнейшее ее развитие без прогресса радиоастрономических исследований. Уже проектируются и строятся гигантские радиотелескопы с диаметром зеркал в сотни метров.

Благодаря разработке так называемых «квантовых усилителей» в последнее время очень повысилась чувствительность приемной аппаратуры. Когда эта могучая техника исследований полностью вступит в строй, для радиоастрономии начнется новый этап, и кто знает, какие удивительные стороны Вселенной нам откроются. Мы будем принимать и исследовать радиоизлучение от звезд, во всяком случае, близких, получим наконец долгожданную информацию об удаленных уголках Вселенной и, видимо, разрешим давно уже наболевший вопрос о характере ее расширения. Кто знает, может быть, за областью, где Вселенная расширяется, находится область, где она сжимается? И вообще — конечна Вселенная или бесконечна?

И, конечно, будут обнаружены во Вселенной новые явления, о существовании которых мы сейчас не можем даже догадываться. Возникнут новые грандиозные проблемы, решать которые будет призвана астрономическая наука конца XXІ столетия.

Следует ожидать расцвета «астрономии невидимого», то есть исследований космических излучений, лежащих по обе стороны от видимого диапазона электромагнитных волн (светового диапазона). Тенденция развития современной астрономии состоит в предельном расширении спектральной области, в которой ведутся исследования излучения космических тел.

Раньше мы ничего не знали об излучении небесных светил в ультрафиолетовой, рентгеновской и еще более «жесткой» области спектра. Ибо такое излучение полностью поглощается земной атмосферой. Между тем наши знания о природе небесных светил, в особенности Солнца, не могут быть полными, если мы не знаем особенностей их «жесткого» излучения. Достаточно сказать, что солнечное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение оказывает огромное влияние на верхние слои земной атмосферы, ионизируя и нагревая их. От этого, в частности, существенно зависит радиосвязь на коротких волнах.

Развитие ракетной техники открыло возможность поднимать на большие высоты приборы, измеряющие «жесткое» излучение, и тем самым «пробить» мешающие таким исследованиям плотные слои земной атмосферы. Так, в послевоенное время возникла и стала бурно развиваться новая наука, получившая название «ракетная астрономия».

Достижения ракетной астрономии 50 лет тому назад могли бы показаться фантастическими. Сейчас мы уже знаем с весьма большой точностью, что представляет собой ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, как оно меняется со временем и каков механизм его влияния на земную атмосферу. С другой стороны, исследования этого излучения позволили существенно уточнить наши представления о физических условиях в солнечной атмосфере. А это имеет большое теоретическое и практическое значение.

Но это только первые шаги ракетной астрономии. Мы сейчас почти ничего не знаем об ультрафиолетовом и рентгеновском излучении звезд, туманностей и галактик. А это нужно знать, если мы хотим правильно представлять себе природу этих космических объектов. Поэтому мы вполне обоснованно можем предсказать, что в будущем ракетная астрономия будет занимать видное место в астрономических исследованиях. Будут построены подлинные космические лаборатории — искусственные спутники Земли, Луны и Солнца, на которых установят довольно большие автоматически действующие телескопы, способные измерять и анализировать все виды «жесткого» излучения от звезд, туманностей и других космических объектов.

Бесспорно сооружение таких устройств — дело нелегкое. Особенно трудно обеспечить с достаточно высокой точностью автоматическую «наводку» телескопов на нужную звезду или туманность. Ведь людей на таких станциях не будет. Научная информация будет передаваться на Землю с помощью телеметрии.

Особенно заманчива перспектива установки постоянно действующей научной станции на Луне. Эта станция может быть оснащена довольно большими телескопами и вполне современной лабораторией. Вполне возможно, что для нормальной работы такой станции потребуется небольшой штат специалистов — астрономов и физиков. Ведь далеко не всегда даже самая совершенная автоматика может заменить человека.

Очень заманчивыми являются перспективы развития так называемой гамма-астрономии. Под этим понимают исследования самых «жестких» гамма-лучей, которые, несомненно, должны испускаться некоторыми космическими телами. Такие лучи без поглощения проходят через всю атмосферу, поэтому их регистрация может производиться приборами, установленными на поверхности Земли. Недавно было обнаружено гамма-излучение от Солнца во время появления на нем активных образований, так называемых вспышек — гигантских взрывов в поверхностных слоях Солнца, которые уже давно исследуются астрономами и физиками. Но это только начало. Можно ожидать, что во Вселенной существуют такие объекты, которые испускают гамма-лучи очень большой мощности. Они очень далеки от нас, поэтому поток гамма-излучения от них невелик. Но существенное повышение чувствительности приемников такого излучения и развитие новых методов его обнаружения открывают сейчас реальную возможность возникновения гамма-астрономии.

Важность таких исследований состоит в том, что они позволяют изучать поведение космических лучей в глубинах Вселенной. Можно полагать, что через два десятилетия гамма-астрономия обогатит науку рядом открытий первостепенной важности.

Хотелось бы еще сказать несколько слов о «нейтринной» астрономии. Такой астрономии пока еще нет, но есть все основания полагать, что в ближайшем будущем она возникнет. Нейтрино — это элементарная частица, испускаемая некоторыми ядрами при так называемом бета-распаде. Хотя теоретически существование такой частицы было предсказано давно, обнаружить ее удалось совсем недавно.

Дело в том, что эта частица почти неуловима, так как она практически не взаимодействует с веществом. Например, нейтрино может спокойно пройти через все Солнце (не говоря уже о Земле) с ничтожной вероятностью быть поглощенным.

С другой стороны, мы теперь знаем, что причина излучения Солнцем (так же, как и другими звездами) огромного количества энергии — термоядерные реакции, идущие в его недрах. При таких реакциях образуется, в частности, весьма большое количество нейтрино, почти беспрепятственно покидающих Солнце: оно для них почти прозрачно. Подсчитано, что Солнце и звезды излучают примерно такой же поток энергии в форме нейтрино, какой они излучают в виде света и тепла. Так как мы очень близки к Солнцу и «купаемся» в его лучах, то одновременно мы «купаемся» и в его нейтринном излучении.

Но как же обнаружить этот мощный поток нейтрино? Сделать это далеко не просто, недаром эта удивительная элементарная частица так долго ускользала от экспериментаторов. И все же положение не безнадежно. Быстро прогрессирующая техника современного физического эксперимента позволит в течение ближайших одного-двух десятилетий зарегистрировать и исследовать солнечные нейтрино. Тем самым мы как бы заглянем в недра Солнца, где нейтрино образуются, уточним, наши представления о происходящих там ядерных реакциях и — как знать! — быть может, выявим неожиданности, не лезущие ни в какие ворота. А это, пожалуй, заманчивее всего…

Иначе говоря, то, что только недавно могло казаться безудержной фантазией, — возможность непосредственно наблюдать солнечные и звездные недра — нейтринная астрономия сделает явью.

Но довольно об «астрономии невидимого». Конечно, это направление развития астрономии является одним из важнейших, но далеко не единственным. В частности, в настоящее время мы являемся свидетелями возникновения принципиально нового направления в астрономии, так называемой экспериментальной астрономии. Но об этом читайте уже в нашей следующей статье.

Автор: И. Шкловский.