Чтение онлайн

Полезная ошибка

История изучения вариаций началась перед войной. В те времена космические лучи носили свое гордое имя как бы «подпольно». Никто еще не доказал, что они космические. Встречались скептики, утверждавшие, что таинственное излучение приходит не с неба, а снизу, из земных глубин.

Тогда-то и была открыта первая вариация. Однажды ленинградские ученые Мысовский и Тувим, тщательно сопоставив данные наблюдений со сводками Ленинградского метеоцентра, ясно увидели закономерность: поток космических лучей уменьшался на треть процента всякий раз, когда повышалось на миллиметр ртутного столба атмосферное давление. Стало окончательно ясно, что таинственная радиация приходит из космоса, преодолевая толщу земной атмосферы.

Так первая же открытая вариация космических лучей сослужила добрую службу космофизике, обосновала предположения о внеземной природе таинственного вездесущего излучения, обнаруженного за 10 лет до этого.

Но нельзя сказать, что с этого момента началось триумфальное шествие науки о вариациях. Воодушевленные успехом, Мысовский и Тувим сразу же попытались выяснить, из чего состоят первичные космические лучи, те, что не доходили до их приборов, а только присылали своих потомков второго, третьего поколений.

Вычисления показали, что воздух задерживает космические лучи почти так же, как уже известные в то время гамма-лучи, коротковолновое электромагнитное излучение, родственное рентгеновским лучам. Вывод был такой: космические лучи - это гамма-кванты. Как потом оказалось, ученые ошиблись. Но в истории науки и ошибки бывают полезными, если они побуждают продолжать исследования.

Ученые рассуждали так. Раз космические лучи - это разновидность электромагнитных волн, такая же, как свет или радиоволны, значит, и распространяться они должны подобно свету, по прямой. Выходит, можно в принципе установить: откуда космические лучи пришли и что за источник их излучает. Начались эксперименты.

Сказка о W-Ориона

Еще немного астрономии. Земля вращается вокруг своей оси и в том же направлении вокруг Солнца. В небе Земли это выглядит так, будто Солнце движется среди созвездий Зодиака. И за год совершает полный оборот по небесной сфере. Выходит, если отсчитывать один земной оборот, сутки, то от какой-нибудь звезды, то от Солнца, сутки получатся разными. Ученые так и называют их - солнечные сутки (те, что подлиннее) и звездные. Есть еще лунные сутки - они самые длинные. Их отсчитывают от Луны, которая делает вокруг Земли один оборот в месяц.

Так вот, допустим, рассуждали космики, что источник космических лучей - Солнце. Тогда в потоке лучей была бы вариация, всплеск с регулярностью один раз в солнечные сутки. Если же источник - звезда, период вариации был бы короче, он был бы равен звездным суткам.

И вот в 1954 году счетчиковые телескопы японских ученых Секидо, Иосида и Камия отметили явный всплеск интенсивности космических лучей примерно в 5 часов 30 минут по звездному времени.

Есть звездный источник космических лучей! Тщательные наблюдения даже показали направление, с которого как будто приходит поток гамма-квантов. Это было созвездие Ориона.

Источник космического излучения с первого дня проявил себя непостоянным и капризным. Его интенсивность быстро падала весь 1954 год. Потом она колебалась, постепенно снижаясь два года, пока не сошла на нет. Это случилось в конце 1956 года.

Но ученые не теряли надежды. Они ждали. Они искали среди звезд Ориона ту, которая могла посылать мощный поток гамма-квантов. И удача как будто улыбнулась им. Космофизик Мураяма на Международной конференции по космическим лучам сообщил, что подозреваемая - звезда W-Ориона. Звезда оказалась слабопеременной. Японцы изучили по старым фотоснимкам колебания яркости этой звезды, составили их график за несколько лет и «положили» рядом кривую изменений таинственного потока. Кривые почти совпали! То же падение интенсивности в 1954 году, колебания до 1956 года. Даже в 1957- 1958 годах слабые, близкие к ошибке измерений всплески космического излучения в точности повторяли все колебания блеска W-Ориона. Но наступил 1959 год. Яркость звезды стала расти, а поток космических лучей с периодом в одни звездные сутки так и не появился.

Что это было?

Оказывается, подобных несостоявшихся открытий источников космических лучей было немало, особенно в 30-х годах. Самое интересное, что эти открытия часто вопиюще противоречили друг другу и не подтверждались при проверочных наблюдениях.

Помните, мы говорили об айсберг-эффекте, опасности, поджидающей ученых в тот момент, когда они переходят от сбора фактов к обобщениям? Может быть, и тут ошибка состояла в том, что за достоверную вариацию принималось случайное отклонение числа частиц от «среднего».

Тут вступают в действие законы статистики. Это знакомо социологам: чтобы вернее судить, скажем, о том, сколько семей предпочитает готовить обеды из Полуфабрикатов, а сколько вообще получают готовые обеды, нужно опрашивать возможно большее число хозяек. Чем меньше группа опрошенных, тем случайнее результаты опроса, тем меньше оснований выводить из них какую-то закономерность.

Именно так и получилось с многократно открытыми суточными вариациями космических лучей в 30-е годы. Площади приборов были малы, и они могли «опросить» только небольшое число небесных гостей. А вот с опытами японцев дело обстоит сложнее. Может быть, действительно, один точечный источник гамма-квантов, настолько мощный, что он вызывал суточную вариацию в тогдашних слабых наземных приборах, ненадолго появился в 50-х годах в созвездии Ориона. Ведь почти через сорок лет с помощью новейшей техники ученые все же нашли в молекулярных облаках этого созвездия слабый, но постоянно действующий источник гамма-квантов. Причем сумели определить, при каких именно ядерных реакциях они произведены. Похоже - при столкновениях ядер кислородных и углеродных атомов с атомами водорода. Еще одним результатом этой реакции является один из изотопов алюминия. А присутствие именно этого изотопа в метеоритах, свидетелях и участниках процесса рождения нашей Солнечной системы, давно уже было загадкой для астрономов. Облака в созвездии Ориона сегодня считаются наилучшей моделью нашего прошлого и ближайшей к нам фабрикой звезд.

Гамма-квантовая теория космических лучей в целом все же не подтвердилась. Это был важный научный результат. Но тогда, полвека назад, из него были сделаны ошибочные выводы. Было решено, что солнечно- и звездно-суточных ритмов в потоке космических лучей вообще нет. Получалось, что этот поток равномерно, как говорят ученые - изотропно, обдувает планету со всех сторон. Как мы теперь знаем, во-первых, в каких-то очень важных случаях и гамма-кванты делают все-таки свой вклад. А во-вторых, и остальные ритмы со временем обнаружились, и из этого проистекло целое направление в науке.

Так кто же они?

Что-то тщательно перемешивает, рассеивает первичные космические лучи во Вселенной. Что же? Тут долгих гаданий не было. Довольно скоро восторжествовала точка зрения, что это «что-то» - магнитные поля космоса, Солнца, а сами первичные космические лучи - это заряженные частицы.

Но в науке даже очевидные выводы нуждаются в проверке. Как это сделать? До дна атмосферного океана первичные лучи не доходят, а вторичные вроде бы ни о чем не говорят: ведь они одинаково выбиваются из атомов атмосферы и частицами; и гамма-квантами. А межпланетных станций, спутников тогда еще не было.

И тут снова на помощь пришла вариация космических лучей, на этот раз пространственная. Космические лучи не одинаково интенсивно бомбардируют разные широты Земли.

Еще в начале XX века норвежец Штермер предсказал так называемый широтный эффект.

Земля - большой двухполюсный магнит. Его магнитное поле отклоняет заряженные частицы. Ближе к экватору частицам с трудом удается пробиться к поверхности Земли: здесь им трудно преодолеть сопротивление мощного пучка силовых линий земного магнита, барьером вставших на их пути. Ближе к полюсам магнитные силовые линии как бы «втыкаются» в Землю. И по ним, как по рельсам, частицы довольно легко приближаются к планете. Отсюда и закономерность, предсказанная Штермером: в район экватора могут пробиться «потомки» только редких, энергичных частицы. Уже в районе Москвы отбор в 7 раз менее строг. А около Мурманска частица с энергией в 150 раз меньшей, чем у экваториальной» частицы, может долететь до атмосферы и вызвать в ней ливень вторичных космических лучей.