Астрономія в майбутньому. Частина перша.

Питання про те, що ми знаємо (а чого ми не знаємо) про космос, природно, хвилює зараз уми. І не тільки в плані, якщо так можна висловитися, «утилітарному», тобто в плані практичного інтересу до тих планет Сонячної системи, до яких в найближчому майбутньому полетять космонавти, і до міжпланетного середовища, через яке будуть літати їх ракети. Вивчення Всесвіту, розуміння природи процесів, що відбуваються на віддалених космічних тілах, представляють величезний пізнавальний інтерес. Один відомий астроном абсолютно правильно в цьому зв’язку зауважив: «Людина, зокрема, тим відрізняється від тварин, що іноді піднімає очі до неба …»

Поки існує людство, його завжди буде притягувати та вабити Всесвіт. Мене попросили написати, як я собі уявляю розвиток астрономії протягом найближчого майбутнього. У наш час бути пророком в науці – справа досить важка, якщо не безнадійна. Історія не раз жорстоко сміялася над авторами наукових передбачень. Я дозволю собі навести лише один приклад. У 1955 році в Англії вийшла книга відомого фізика Томпсона «Передбачуване майбутнє». У цій книзі дуже цікаво і захоплююче, дається прогноз розвитку науки, техніки і суспільних відносин на найближчі 50 років. Її автор передбачав, що перше проникнення людини в космос відбудеться в самому кінці XX століття. І ось через всього лише два роки після того, як це було написано, був запущений перший штучний супутник.

При прогнозуванні успіхів науки на скільки-небудь тривалий період виходити з чисто «академічних» передумов зовсім недостатньо. Можливо, Томпсон і виявився б правим, якби розвиток наук йшов гармонійно. Однак, як правило, так не буває.

Як не важке, а головне, невдячне завдання передбачити, як буде виглядати древня і вічно юна наука про небо, я спробую це зробити. Мабуть, мною керує природна людська слабкість – спробувати відкрити завісу над майбутнім…

Отже, що можна очікувати від астрономії через два десятиліття? Щоб якось спробувати відповісти на це питання, слід, по-перше, спробувати виявити найбільш перспективні напрямки в розвитку цієї науки, по-друге, осмислити, які успіхи були досягнуті в астрономії за минулий час.

Революція у фізиці, що сталася в першій третині двадцятого століття справила величезний вплив на астрономію: квантова механіка, ядерна фізика, теорія відносності повсюдно застосовувалися в астрофізичних дослідженнях останніх двох десятиліть. В цей же час в практику астрономічних спостережень впроваджуються досягнення радіоелектроніки. Нові методи і засоби дослідження дозволили отримати такі результати, про які раніше не можна було навіть мріяти.

Двадцять років тому практично єдиним джерелом наших відомостей про природу небесних світил було світло, що йде від них. Тим часом можна було припускати, що небесні тіла, принаймні, деякі, випромінюють і в «невидимих» ділянках спектра. Але астрономи нічого не знали про це випромінювання, і таке незнання вельми обмежувало наші знання.

Найбільшим успіхом «небесної науки» останніх років був розвиток радіоастрономії. Як видно із самої назви, ця наука займається дослідженням радіохвиль, що випускаються деякими космічними об’єктами. Хоча радіоастрономія виникла в 1932 році, в той час її ще не було. По-справжньому вона стала розвиватися тільки після другої світової війни. І тим не менше успіхи радіоастрономії вражаючі.

Якби не ця область астрономії, ми майже нічого так і не дізналися б про міжзоряну матерію, про обертання і динаміку нашої зоряної системи – Галактики, про туманності, що утворилися після грандіозних космічних катастроф – вибухів так званих «Наднових зірок», і про багато іншого, не менш важливе і цікаве.

Радіоастрономія дозволила виявити абсолютно нові явища у Всесвіті, наприклад, дивовижні зоряні системи – радіогалактики, які випромінюють радіохвилі величезної потужності. Більшість радіогалактик відокремлюють від нас неймовірно величезні відстані, які обчислюються мільярдами світлових років. Навіть найбільші оптичні телескопи не в змозі виявити багато з них. За короткий час радіоастрономія революціонувала стародавню науку про Всесвіт. Зараз не можна собі уявити подальший її розвиток без прогресу радіоастрономічних досліджень. Вже проектуються і будуються гігантські радіотелескопи з діаметром дзеркал в сотні метрів.

Завдяки розробці так званих «квантових підсилювачів» останнім часом дуже підвищилася чутливість приймальної апаратури. Коли ця могутня техніка досліджень повністю вступить в дію, для радіоастрономії почнеться новий етап, і хто знає, які дивовижні боки Всесвіту нам відкриються. Ми будемо приймати і досліджувати радіовипромінювання від зірок, в усякому разі, близьких, отримаємо нарешті довгоочікувану інформацію про віддалені куточки Всесвіту і, мабуть, вирішимо давно вже наболіле питання про характер його розширення. Хто знає, може бути, за областю, де Всесвіт розширюється, знаходиться область, де він стискається? І взагалі – конечний Всесвіт чи нескінченний?

І, звичайно, будуть виявлені у Всесвіті нові явища, про існування яких ми зараз не можемо навіть здогадуватися. Виникнуть нові грандіозні проблеми, вирішувати які буде покликана астрономічна наука кінця XXІ століття.

Слід очікувати розквіту «астрономії невидимого», тобто досліджень космічних випромінювань, що лежать по обидві сторони від видимого діапазону електромагнітних хвиль (світлового діапазону). Тенденція розвитку сучасної астрономії полягає в граничному розширенні спектральної області, в якій ведуться дослідження випромінювання космічних тіл.

Раніше ми нічого не знали про випромінювання небесних світил в ультрафіолетовій, рентгенівській та ще більш «жорсткій» області спектра. Бо таке випромінювання повністю поглинається земною атмосферою. Тим часом наші знання про природу небесних світил, особливо Сонця, не можуть бути повними, якщо ми не знаємо особливостей їх «жорсткого» випромінювання. Досить сказати, що сонячне ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання має великий вплив на верхні шари земної атмосфери, іонізуючи і нагріваючи їх. Від цього, зокрема, істотно залежить радіозв’язок на коротких хвилях.

Розвиток ракетної техніки відкрив можливість піднімати на великі висоти прилади, що вимірюють «жорстке» випромінювання, і тим самим «пробити» заважаючі таким дослідженням щільні шари земної атмосфери. Так, у повоєнний час виникла і стала бурхливо розвиватися нова наука, що отримала назву «ракетна астрономія».

Досягнення ракетної астрономії 50 років тому могли б здатися фантастичними. Зараз ми вже знаємо з вельми великою точністю, що являє собою ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання Сонця, як воно змінюється з часом і який механізм його впливу на земну атмосферу. З іншого боку, дослідження цього випромінювання дозволили істотно уточнити наші уявлення про фізичні умови в сонячній атмосфері. А це має велике теоретичне і практичне значення.

Але це тільки перші кроки ракетної астрономії. Ми зараз майже нічого не знаємо про ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання зірок, туманностей і галактик. А це потрібно знати, якщо ми хочемо правильно уявляти собі природу цих космічних об’єктів. Тому ми цілком обґрунтовано можемо передбачити, що в майбутньому ракетна астрономія буде займати чільне місце в астрономічних дослідженнях. Будуть побудовані справжні космічні лабораторії – штучні супутники Землі, Місяця і Сонця, на яких встановлять досить великі автоматично діючі телескопи, здатні вимірювати і аналізувати всі види «жорсткого» випромінювання від зірок, туманностей та інших космічних об’єктів.

Безперечно спорудження таких пристроїв – справа нелегка. Особливо важко забезпечити з досить високою точністю автоматичну «наводку» телескопів на потрібну зірку або туманність. Адже людей на таких станціях не буде. Наукова інформація буде передаватися на Землю за допомогою телеметрії.

Особливо приваблива перспектива установки постійно діючої наукової станції на Місяці. Ця станція може бути оснащена досить великими телескопами і цілком сучасною лабораторією. Цілком можливо, що для нормальної роботи такої станції потрібно невеликий штат фахівців – астрономів і фізиків. Адже далеко не завжди навіть найдосконаліша автоматика може замінити людину.

Дуже привабливими є перспективи розвитку так званої гамма-астрономії. Під цим розуміють дослідження самих «жорстких» гамма-променів, які, безсумнівно, повинні випускатися деякими космічними тілами. Такі промені без поглинання проходять через всю атмосферу, тому їх реєстрація може проводитися приладами, встановленими на поверхні Землі. Нещодавно було виявлено гамма-випромінювання від Сонця під час появи на ньому активних утворень, так званих спалахів – гігантських вибухів у поверхневих шарах Сонця, які вже давно досліджуються астрономами і фізиками. Але це тільки початок. Можна очікувати, що у Всесвіті існують такі об’єкти, які випускають гамма-промені дуже великої потужності. Вони дуже далекі від нас, тому потік гамма-випромінювання від них невеликий. Але істотне підвищення чутливості приймачів такого випромінювання і розвиток нових методів його виявлення відкривають зараз реальну можливість виникнення гамма-астрономії.

Важливість таких досліджень полягає в тому, що вони дозволяють вивчати поведінку космічних променів в глибинах Всесвіту. Можна вважати, що через два десятиліття гамма-астрономія збагатить науку рядом відкриттів першорядної важливості.

Хотілося б ще сказати кілька слів про «нейтринну» астрономію. Такої астрономії поки ще немає, але є всі підстави вважати, що в найближчий час вона виникне. Нейтрино – це елементарна частинка, що випускається деякими ядрами при так званому бета-розпаді. Хоча теоретично існування такої частки було передбачене понад давно, виявити її вдалося зовсім недавно.

Справа в тому, що ця частинка майже невловима, оскільки вона практично не взаємодіє з речовиною. Наприклад, нейтрино може спокійно пройти через все Сонце (не кажучи вже про Землю) з незначною ймовірністю бути поглинутим.

З іншого боку, ми тепер знаємо, що причина випромінювання Сонцем (так само, як і іншими зірками) величезної кількості енергії – термоядерні реакції, що у його надрах. При таких реакціях утворюється, зокрема, вельми велика кількість нейтрино, що майже безперешкодно залишають Сонце: воно для них майже прозоро. Підраховано, що Сонце і зірки випромінюють приблизно такий же потік енергії у формі нейтрино, який вони випромінюють у вигляді світла і тепла. Так як ми дуже близькі до Сонця і «купаємося» в його променях, то одночасно ми «купаємося» і в його нейтринному випромінюванні.

Але як же виявити цей потужний потік нейтрино? Зробити це далеко не просто, недарма ця дивовижна елементарна частинка так довго вислизала від експериментаторів. І все ж становище не безнадійно. Швидко прогресуюча техніка сучасного фізичного експерименту дозволить протягом найближчих одного-двох десятиліть зареєструвати і досліджувати сонячні нейтрино. Тим самим ми як би заглянемо в надра Сонця, де нейтрино утворюються, уточнимо, наші уявлення про ядерні реакції, що відбуваються там і – як знати! – можливо, виявимо несподіванки, які не лізуть ні в які ворота. А це, мабуть, заманливіше всього…

Інакше кажучи, те, що тільки недавно могло здаватися нестримною фантазією, – можливість безпосередньо спостерігати сонячні і зоряні надра – нейтринна астрономія зробить дійсністю.

Але досить про «астрономію невидимого». Звичайно, цей напрям розвитку астрономії є одним з найважливіших, але далеко не єдиним. Зокрема, в даний час ми є свідками виникнення принципово нового напрямку в астрономії, так званої експериментальної астрономії. Але про це читайте вже в нашій наступній статті.

Автор: І. Шкловський.