Чтение онлайн

Прошло около одиннадцати лет до того, как радиоастрономы зафиксировали спектральную линию гидроксила. В семидесятых годах удалось обнаружить различные молекулы и в других галактиках. Пожалуй, наибольшим сюрпризом в начальный период было обнаружение в космосе сложных многоатомных молекул, среди которых первыми были молекулы воды и аммиака, а за ними молекулы окиси углерода и формальдегида, органического соединения, состоящего из четырёх атомов: по одному атому углерода и кислорода и по два атома водорода.

Теперь доказано, что в межзвёздном пространстве существуют более сотни различных типов молекул, среди которых многие десятки принадлежат к классу органических молекул, таких, как этиловый спирт, диметиловый эфир и многие аминокислоты, входящие в состав живых организмов. Обнаружено ещё много различных радикалов, в том числе и таких, которые не удавалось получить в газообразной форме в земных лабораториях.

Естественно, возник вопрос и о том, как образуются молекулы, существующие в космическом пространстве. В отличие от атомов они не могут быть образованы в недрах звёзд или при взрывах сверхновых. Это было ясно. Ведь молекулы неизбежно распадутся на атомы при температурах, намного более низких, чем существующие на поверхности звёзд, а тем более в их недрах или при катастрофических процессах рождения сверхновых.

Оставалось предположить, что молекулы образуются в результате соединения атомов, сталкивающихся в межзвёздном пространстве. Простейшие двухатомные молекулы могут возникать в результате случайных парных столкновений в окрестностях звёзд, где плотность межзвёздного газа сравнительно велика. Однако возникновение таким путём более сложных молекул мало вероятно. Более вероятно, что сложные молекулы возникают на поверхности частиц космической пыли. Здесь вероятность распада молекул меньше, чем в свободном пространстве, где молекула может быть разрушена ударом космической частицы или фотона, обладающего подходящей для этого энергией.

Точность спектральных измерений, обеспечиваемая радиотелескопами, столь велика, что удалось зафиксировать молекулы, отличающиеся между собой тем, что в их составе присутствуют различные изотопы одних и тех же элементов.

Исследования показали, что в большинстве случаев соотношение между количествами изотопов данного химического элемента в космосе близко к измеренному на Земле. Но обнаружены и значительные отклонения. Например, содержание изотопа углерода С-13 по отношению к изотопу С-12 может оказаться вдвое меньшим и вдвое большим, чем на Земле. Причина такого различия ещё не установлена.

Радиоастрономия преподнесла учёным много сюрпризов, но одним из наиболее загадочных было обнаружение странного излучения, идущего от туманности Ориона на волне 18 сантиметров. Оно было столь интенсивным, что, исходи оно от нагретого тела, температура излучающей поверхности должна была бы равняться десяти тысячам миллиардов градусов. Такая температура не может существовать даже в недрах звёзд.

Возможность обнаружения радиоизлучения, идущего из космоса на волне 18 сантиметров, не была сама по себе неожиданной. На этой волне, точнее, на частоте 1,667 МГц (МГц — миллион Герц), к тому времени уже было обнаружено поглощение радиоволн. Оно возникало, когда радиоизлучение удалённого источника встречало по пути к Земле облако межзвёздного газа, содержащее молекулы гидроксила. Аналогичное поглощение легко наблюдать в лаборатории при помощи радиоспектроскопа.

Учёные допустили, что такое облако, освещаемое мощным инфракрасным излучением близкой звезды, может испускать радиоволны на той же самой частоте. Объектами, в которых радиоастрономы ожидали обнаружить излучение молекул гидроксила на частоте 1,667 МГц, были облака межзвёздного газа, богатые атомами водорода. Предполагалось, что, если в водородном облаке находятся и атомы кислорода, некоторые из них соединятся с атомами водорода, образуя молекулы гидроксила. Ни в одном из таких облаков не удалось зафиксировать ожидаемое излучение.

Но, наблюдая радиоизлучение туманности Ориона, представляющей собой обширную область ионизированного атомарного водорода, радиоастрономы неожиданно наткнулись на излучение, имеющее непредвиденное значение частоты: 1,665 МГц. Спектральная линия с такой частотой была известна по лабораторным исследованиям. Она также принадлежала молекуле гидроксила, но всегда сопровождалась вдвое более интенсивной линией на частоте 1,667 МГц. Казалось невероятным, что более интенсивная спектральная линия, бывшая объектом поисков, отсутствовала, а более слабая не только присутствовала, но и оказалась невероятно интенсивной.

Слово «невероятно» применено здесь не для того, чтобы придать рассказу характер сенсации. Сенсационной была величина интенсивности. Повторяем — такой интенсивности можно ожидать от излучения гидроксила только в том случае, если его молекулы нагреты до десяти тысяч миллиардов градусов. Но такой температуры в наше время не существует нигде, даже в недрах самых ярких звёзд.

Столкнувшись с парадоксальной ситуацией, астрофизики не могли найти ей никакого объяснения. При обсуждениях природы обнаруженного излучения астрофизики называли неизвестный излучающий газ мистериумом (таинственным).

К счастью, эта история происходила в 1965 году, после создания мазеров — квантовых генераторов радиоволн Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в СССР и Ч. Таунсом с сотрудниками в США. Мазеры (в отличие от обычных генераторов радиоволн) излучают радиоволны сантиметрового диапазона так, что спектральные линии их излучения очень узки, а их интенсивность очень высока. Если бы такие электромагнитные волны излучал не мазер, а обычное вещество, оно должно быть раскалённым до таких же и даже до более высоких температур, чем нужно для излучения облаку мистериума.

Учёным не оставалось ничего иного, как предположить источником таинственного излучения космический мазер, созданный самой природой. Это была самая настоящая неожиданная сенсация.

Расчёты показали, что радиоастрономы действительно обнаружили природный мазер. Оказалось, что в облаке, содержащем молекулы гидроксила, при его освещении интенсивным инфракрасным излучением близких звёзд действительно возникают условия для возникновения мазерного излучения. Причём это происходит на частоте 1,665 МГц, а не на частоте 1,667 МГц, соответствующей излучению облака гидроксила, нагретого до температуры «всего» в несколько тысяч градусов.

Не будем говорить о механизме, приводящем к возникновению мазерного излучения, он подробно обсуждался выше. Достаточно сказать, что в облаках межзвёздного газа уже обнаружено мазерное излучение ряда других молекул. И число обнаруженных межзвёздных мазеров постепенно увеличивается. Следующий сюрприз ожидал радиоастрономов в 1968 году. Привыкшие к тому, что космическое мазерное излучение исходит от обширных облаков межзвёздного газа, они внезапно обнаружили точечные мазерные источники. Их излучение удаётся наблюдать, только если антенна радиотелескопа направлена на вполне определённые точки небесной сферы. Направив туда оптические телескопы, астрономы неизменно встречали звёзды, принадлежащие к вполне определённому классу красных переменных звёзд. Их называют красными гигантами. Пришлось признать, что и эти звёзды являются космическими звёздными мазерами. Но как же они становятся мазерами?