ЧТО СЛЫШНО?
ЧТО СЛЫШНО?
В космосе можно очень многое увидеть. Но еще больше, как ни странно, услышать…
Как «запрягают» телескопы
Кто шумит? Радисты еще в начале нашего века обнаружили, что время от времени в их передачи вмешиваются некие посторонние сигналы, порой такой мощности, что напрочь забивают передатчик; из приемника невозможно услышать что-либо, кроме хрипов и шумов. Разобраться, кто хулиганит, в 1931 году поручили молодому американскому инженеру Карлу Янскому.
Заинтригованный Янский соорудил остронаправленную антенну и, поворачивая ее, вскоре понял, что в поисках «радиохулиганов» попал, что называется, пальцем в небо. В самом буквальном смысле — источник загадочных радиосигналов находился у него над головой. Им оказалось… Солнце. Ну а ночью подобные же сигналы исходили из протяженной области звездного неба, визуально совпадавшей с Млечным Путем.
Так экспериментально была открыта новая область астрономии, изучающая не оптическую, но радиочасть электромагнитного спектра.
В 1946 году исследователи обнаружили первый отдельный радиоисточник в созвездии Лебедя, а еще два года спустя — в созвездиях Девы и Центавра. Газеты запестрели заголовками: «Кто сигналит из иной галактики?», «Собратья по разуму шлют привет!» и даже: «Принята телеграмма из космоса. О ее содержании читайте в следующем номере…» На самом же деле, как вскоре выяснили ученые, эти радиоисточники имеют природное происхождение. Причем излучают как целые галактики, так и отдельные небесные тела. Скажем, квазарами в 60-х годах нашего века стали называть компактные источники космического радиоизлучения, наблюдаемые через обычные оптические телескопы в виде слабых голубых звездочек. В 1963 году американскому астроному М. Шмидту удалось расшифровать оптический спектр квазара ЗС 273, определив таким образом расстояние до него. Оно оказалось в 1300 раз больше дистанции до ближайшей к нам галактики — туманности Андромеды.
«Маяки» в космосе. В 1968 году английскими астрономами были обнаружены и первые пульсары. Наученные предыдущим опытом исследователи не стали вот так сразу приписывать им искусственное происхождение, хотя на сей раз, казалось, на то имелись все основания. Дело в том, что пульсары не зря получили свое название: радиоизлучение от них имеет тенденцию периодически меняться как по частоте, так и по интенсивности сигнала. Словом, налицо признаки вроде бы искусственной модуляции сигнала.
Тем не менее и этому феномену со временем было найдено вполне естественное объяснение. Ныне многие исследователи полагают, что звезда-пульсар быстро вращается вокруг собственной оси, а на ее поверхности есть некая область, испускающая излучение. Оно выбрасывается в пространство узким пучком и при вращении пульсара то попадает на поверхность нашей планеты, то уходит с нее. Вот и получается некое подобие импульсов…
Разочаровавшись в пульсарах, ученые стали искать во Вселенной другие «маяки». Сегодня на их роль претендуют цефеиды — небесные тела, которые, по словам одного из исследователей, «пульсируют, словно сердце». Причем каждое такое «сердце» раз в 50 больше нашего Солнца и в 100 раз массивней его…
Название «цефеиды» происходит от звезды Дельта Цефея — одной из наиболее типичных для данного класса небесных тел. Изменения интенсивности ее излучения носят правильный характер — они ритмично повторяются через каждые 5 суток и 8 часов.
«Уши» Вселенной. Радиоастрономия изменила даже сущность труда астронома. Она не требует безоблачного небосвода, неподвижного воздуха, упорного бдения по ночам. Нынче дело исследователя дать задание для подготовки радиотелескопа к работе и указать, в каком виде — на бумаге, магнитной ленте или в виде фотограмм — он хотел бы получить результаты. За остальным проследит автоматика.
Причем многие данные невозможно было бы получить при помощи оптической астрономии. Судите сами: в сантиметровом радиодиапазоне пространственное разрешение лучших современных радиотелескопов составляет порядка 0,0004 угловой секунды это как минимум на порядок лучше данных, получаемых в диапазоне видимого света.
И антенна современного радиотелескопа совсем не похожа на ту маленькую, переносную, с которой начинал работать Янский. Обычно это гигантская чаша диаметром несколько десятков, а то и сотен метров. А когда мне довелось побывать на одном из лучших радиотелескопов современности РАТАН-600, то первое впечатление было, что ты пришел на стадион. Такой же ровный зеленый газон, окаймленный по краям… Только не трибунами, а своеобразным «забором» из 895 плотно пригнанных друг к другу металлических щитов-экранов. Щиты эти, расположенные по кругу диаметром 600 м, и представляют собой круговое зеркало телескопа. Все вместе или по частям щиты могут передвигаться таким образом осуществляется наводка на те или иные объекты на небосводе.
Пойманное зеркалом-антенной радиоизлучение передается на вторичные зеркала, находящиеся внутри круга радиотелескопа. Эти зеркала вместе с кабинами, в которых расположена регистрирующая аппаратура, передвигаются по рельсовым путям, словно обычные трамваи. В центре радиотелескопного поля даже есть локомотивный круг, словно в настоящем депо.
Радиоастрономический телескоп Академии наук — именно так расшифровывается сокращение РАТАН — был сдан в эксплуатацию в 1977 году, и за два десятилетия с его помощью было сделано немало открытий. В частности, именно здесь, в окрестностях станицы Зеленчукской на Кавказе, где расположен уникальный инструмент, впервые услышали «радиоголоса» двух спутников Юпитера — Ио и Европы. Причем, по свидетельству члена-корреспондента РАН Ю. Н. Парийского, излучение Ио интересно тем, что не имеет аналогов в Солнечной системе. Ученые даже иногда шутят, что это подают голос юпитерианцы…
С помощью радиотелескопа был исследован также температурный градиент Луны. То есть, говоря проще, установлено распределение температур по мере погружения в недра естественного спутника нашей планеты. Проведено также комплексное исследование гигантского пылевого облака вблизи центра галактики Стрелец В2, построены кинематическая и эволюционные модели этого небесного объекта…
За прошедшие годы радиотелескоп неоднократно модернизировался. Экранирующая сетка и малые алюминиевые экраны, поставленные в щелях между элементами, усовершенствованный первичный излучатель позволили в значительной степени обособиться, как говорят специалисты, отстроиться от «наводок» промышленных шумов, а использование криогенных температур для работы радиометра позволило еще больше повысить чувствительность измерительного тракта. Введение же в строй автоматизированного комплекса, обеспечивающего точное управление системами РАТАНа, позволило использовать уникальный инструмент и в режиме радиоинтерферометрии.
Последнее, видимо, требует особого пояснения.
Телескопы «в упряжке». Как и в обычном, оптическом телескопе, чувствительность радиотелескопа во многом зависит от размеров его зеркала-антенны. Однако увеличивать беспредельно размеры антенны не удается. Стоимость такого сооружения, его вес увеличиваются в кубической зависимости от линейных размеров. Это приводит к тому, что в настоящее время нерентабельно увеличивать размеры антенны более 1 км.
Невозможно также и абсолютно уничтожить, подавить все шумы и паразитные помехи.
Таким образом, как будто наметился предел на пути совершенствования астрономических инструментов. И вот в поисках выхода специалисты решили использовать мощь нескольких инструментов для единой цели. Образно говоря, не столь давно, например, радиоастрономам нашей страны, ФРГ, США, Швеции и Австралии удалось собрать установку, антенна которой была диаметром… в земной шар!
Вся хитрость — в оригинальном научном подходе, который теперь используют специалисты. Представьте себе, что, скажем, у нас на Кавказе и где-то в Калифорнии два радиотелескопа нацеливаются на один и тот же объект на небосводе. На обоих телескопах принятые сигналы записываются на магнитную ленту вместе с отметками точного времени, для этого используются атомные часы.
Записанная информация переправляется в вычислительный центр, где компьютеры и сводят ее воедино, создавая обобщенную картину. Понятное дело, что изображение тем подробнее, чем больше радиотелескопов использовано для обследования данного объекта.
В особенности удобны такие «упряжки» для обнаружения и исследования источников со сложной пространственной структурой — например, зарождающихся планетных систем.
Наблюдения за ними ведут так. Во многих областях на небе видны гигантские газопылевые облака. Масса их — от 100 до 1000 масс Солнца. Доказано, что облака эти находятся зачастую в состоянии быстрого хаотического движения, причем температура внутри может колебаться от нескольких десятков до 1000 градусов по шкале Кельвина. Такая структура весьма неустойчива и может сжиматься под действием собственной тяжести или каких-то внешних причин — например, вспышки сверхновой звезды. При этом образуются первичные сгущения, которые затем, словно снежные комья, начинают собирать на себя все большую дополнительную массу. Облако распадается на несколько частей, каждое из которых продолжает существовать уже самостоятельно. Постепенно из них образуются отдельные звезды со своими планетными системами.
Такова общая схема, обрисованная теоретиками на основании известных законов физики. Однако в природе длительное время никто ничего подобного не наблюдал. Лишь с появлением радиотелескопов, работающих в общей упряжке — радиоинтерферометров, — удалось пронаблюдать на практике многие этапы перестройки туманности W52. «По-видимому, радиоинтерферометру удалось нащупать отдельные протозвезды, а может, даже планетные системы, подобные Солнечной, в разгаре их строительства», полагают астрономы.
На старте — мегателескопы. Оглушая зевак, трехступенчатая ракета М-5 свечой взмыла в небо над южнояпонским островом Кюсю. Так 12 февраля 1997 года был выведен на эллипсоидную орбиту еще один необычный радиотелескоп — прибор, способный изменить наши представления о Вселенной. Ведь в глубины космоса он заглядывает дальше, чем любой другой аппарат.
Как же удалось создать «телескоп всех времен и народов»? Помог тот же трюк под названием «интерферометрия». Основной частью прибора стало антенное зеркало диаметром 8,4 м, изготовленное из кевларовых волокон. Его-то и доставили на околоземную орбиту. Зеркало это связано с двумя десятками других телескопов, раскиданных по всему свету. Все они одновременно нацеливаются на один и тот же объект и принимают из космоса одинаковые сигналы.
«На центральной станции все эти радиоволновые сигналы накладываются друг на друга, и тут возникает такое явление, как интерференция, — поясняет профессор Оскар фон дер Люэ из Фрайбурга, ФРГ. Попробуйте бросить два камня в воду — от них разойдутся волны. Когда встречаются волны с одинаковой фазой колебаний, их амплитуда увеличивается картина становится отчетливее. В нашем случае чем дальше друг от друга расположатся отдельные телескопы, тем четче получится картинка. Особую роль играет упомянутое нами антенное зеркало, что оказалось на орбите Земли. Именно оно обеспечило невероятную разрешающую способность. Если бы мы захотели получить ту же картинку с помощью обычного телескопа, нам пришлось бы соорудить зеркало диаметром 20 000 км! Конечно, сей строительный подвиг невозможен».
«Первый космический интерферометр именуется VSOP — „Very Long Baseline Interferometry Space Observation Programme“. Теперь мы увидим вещи, которые вообще не заметить с Земли», — прокомментировал это событие Антон Цензус, астроном из Национальной американской радиоастрономической обсерватории, штат Виргиния. Отметим еще одну важную особенность системы: все телескопы, составляющие ее, постоянно перемещаются относительно изучаемого объекта (например, источника радиоизлучения): непрерывно движутся радиотелескопы, расположенные на Земле, поскольку планета наша вращается вокруг собственной оси; движется и инструмент, выведенный японцами на орбиту. Таким образом, приборы все время вглядываются в один и тот же объект с разных точек наблюдения, поэтому появляется возможность получать синтезированное изображение высокого качества, дающее представление о пространственной форме объекта наблюдения.
Особенно перспективна эта тактика при исследовании черных дыр. Еще в 1995 году крупнейший в то время интерферометр — он представлял собой сеть радиотелескопов, охватывавшую всю территорию планеты, — добыл самое поразительное на сегодняшний день свидетельство существования черной дыры. В центре галактики NGC4258, расположенной поблизости от Земли, удалось заметить вращающееся газовое кольцо. Его приводила в движение невероятная гравитационная сила — как будто поблизости находилось 36 млн Солнц.
Астрономы предполагают, что черные дыры, прячущиеся в квазарах, в тысячи раз массивнее описанного выше сгустка. О присутствии этих космических «пылесосов» можно догадаться по громадным лучам материи, которые они выбрасывают в космос на тысячи световых лет от себя, — по-видимому, причиной тут являются гравитационные эффекты.
«Разрешающая способность просто фантастическая; никакая другая астрономическая техника этого не достигнет», — уверяет доктор Вольфганг Райх, директор 100-метрового радиотелескопа в Эффельсберге под Бонном. Это крупнейшее в мире подвижное антенное зеркало также участвует в международном проекте. Сигналы, принимаемые новым мегателескопом, записываются на магнитную пленку, поэтому на работу системы никак не влияют расстояния ит значит, мы можем подключать все новые антенны. Сейчас российские ученые при поддержке НАСА работают над проектом космического телескопа «Радиоастрон» — он будет кружить уже в 80 тыс. км от Земли. Подобный прибор — о нем давно уже мечтают астрономы — заметит раз в 10 больше, чем крупнейший наземный радиоинтерферометр.
У всех наземных радиотелескопов, как и у оптических приборов, есть один существенный недостаток: разглядеть отдаленные объекты им мешает земная атмосфера — она искажает и поглощает и без того слабое излучение. Потому-то, говорят ученые, надо размещать интерферометры в космосе. Сейчас руководители Европейского космического агентства ЕКА работают над проектом, который будет осуществлен еще до 2010 года. По сравнению с новым интерферометром — имя ему «Дарвин» — нынешний орбитальный телескоп «Хаббл» будет выглядеть подслеповатым старцем.
Итак, в космос взмоет целая эскадрилья телескопов — 6-метровых зеркал. Они расположатся на небольшом расстоянии — до 70 м — от центральной приемной станции. Эти приборы высмотрят самые крохотные объекты — в 1000 раз меньшие, чем способен увидеть телескоп Хаббла. «Отсюда, из космоса, мы впервые, может быть, разглядим планеты, обращающиеся вокруг отдаленных звезд. Возможно даже, обнаружим следы жизни на них», — говорит Робин Лоране из исследовательского центра ЕКА в Нордвике, Нидерланды.
Только оттуда, из космоса, можно зафиксировать слабое инфракрасное излучение, исходящее от далеких планет. В видимой части спектра обнаружить их не удастся — слишком ярко пылает звезда, затмевая все окрестные объекты, — но вот в инфракрасном диапазоне можно заметить тепловые волны, истекающие от планеты. «Космический интерферометр сумеет даже выполнить спектральный анализ ее света, — продолжает Лоране. — Тогда мы можем судить о том, какие химические элементы преобладают на этой планете».
Если, допустим, в этом спектре будет обнаружен озон, мы совершим очень важное открытие. Ведь наличие прослойки озона — одной из модификаций кислорода — говорит о том, что в атмосфере непременно присутствует и обычный кислород.
Впрочем, космическое «радиошоу» принесет ученым не только сенсационные открытия, но и целый ряд новых проблем. Так, по финансовым соображениям, выводить на околоземную орбиту лучше телескоп с небольшим диаметром зеркала. Далее, телескопы постоянно сносит в сторону солнечным ветром. Поэтому, чтобы «Дарвин» нормально работал, надо постоянно юстировать, т. е. регулировать, детекторы зеркала и приемную станцию. «Речь идет буквально о считанных долях миллиметра», — говорит Оскар фон дер Люэ. Однако технологию юстировки еще только предстоит разработать.
Параллельно ЕКА занимается и другим проектом. Этот космический интерферометр предназначен для измерения расстояний, разделяющих звезды. Благодаря скрупулезной статистике мы заново — и более точно — определим плотность и протяженность Вселенной. Быть может, проанализировав эти цифры, мы поймем, будет ли Вселенная расширяться бесконечно, или однажды она начнет сжиматься. А это, в свою очередь, один из важнейших вопросов космологии о судьбе Вселенной.
Одновременно с европейцами над проектами радиоинтерферометров нового поколения работают и за океаном, в НАСА. На 2004 год запланирована американская «Space Interferometry Mission» («Космическая интероферометрическая миссия»). Система из семи связанных друг с другом телескопов также займется поиском планет у чужих солнц. Если опыт окажется удачным, в космос отправится «Planetfinder» («Планетоискатель») — прибор, специально разрабатываемый для этих целей.
Понятно, что эти эксперименты стоят очень дорого. Поэтому в НАСА подумывают, на чем можно сэкономить. Хорошо бы, например, заменить слишком дорогой телескоп Хаббла (диаметр зеркала — 2,4 м) аналогичным — но более дешевым и мощным — прибором. На изготовление первого космического инструмента ушло 1,5 млрд долларов. В ближайшие годы — вплоть до 2005 года, когда планируется отключить этот телескоп, — на его обслуживание придется выложить еще 2,1 млрд долларов. Причем сумма не включает затрат на полеты космического корабля, а ведь, если потребуется, придется еще запускать и «челноки», чтобы устранить какие-то неисправности.
Новый космический телескоп будет оборудован более мощным зеркалом (планируемый диаметр — 68 м). Обойдется его изготовление всего в 500 млн долларов; расходы на обслуживание составят каких-нибудь 400 млн в течение десятилетия. Весить аппарат будет в 5 раз меньше, чем его предшественник, всего 2,5 т. «Next Generation Space Telescope» — «космический телескоп следующего поколения» — можно доставить в космос с помощью непилотируемой ракеты, что дешевле, чем запускать космический «челнок».
«Хаббл-II» станет крупнейшим космическим телескопом, когда-либо обозревавшим просторы Вселенной. Он примется наблюдать в первую очередь за рождением молодых галактик на окраине мирозда ния. Поскольку их свет доходит до нас лишь в виде слабого инфракрасного излучения, телескоп оборудован специальной инфракрасной камерой, охлажденной до —240С. Чтобы защитить ее от жарких солнечных лучей, предусмотрен огромный экран размером в теннисный корт.
Если лунатик уронит карандаш… Впрочем, не только в космосе происходят сегодня знаменательные для астрономов события, и не только радиотелескопы переживают сегодня свое второе рождение.
«По-моему, космонавт что-то уронил», — скажет астроном, оторвавшись от своего инструмента, с помощью которого он только что рассматривал поверхность Луны. Возможно ли такое на самом деле? «Да, мы вполне сможем наблюдать за рассеянными инопланетянами в самом скором будущем, — полагает Джон Болдлин и его коллеги по обсерватории Кембриджского университета в Англии. — Дело в том, что наблюдательная астрономия вступает в новую эру — оптические телескопы-интерферометры отныне будут успешно соперничать с радиотелескопами».
Недавно те же кембриджские астрономы опубликовали снимки двойной звезды Катеоль — одной из самых ярких в Северном полушарии. Она находится в созвездии Возничего на расстоянии 40 световых лет от Земли. «Двойняшек» разделяет между собой более 1,5 млн км — расстояние по земным меркам весьма значительное. Однако даже для космического телескопа «Хаббл» или для самого мощного на нашей планете Кек-телескопа на Гавайях это расстояние чересчур мало, чтобы небесный объект можно было наблюдать в виде двух небесных тел. А вот скромный кембриджский телескоп сделал это без труда, а ведь в Англии нет даже приличного холма, на который можно было бы поставить телескоп.
Таким «чудом» английские астрономы обязаны опять-таки интерферометрии. Их телескоп называется КОАСТ — название составлено из первых букв английских слов, в переводе означающих «Кембриджский оптический щелевой синтезирующий телескоп». Состоит он, по существу, из трех телескопов, взаимосвязанных между собой в систему, где световая волна расщепляется на два луча; они потом накладываются друг на друга, и по их интерференционной картине ученые судят об особенностях испустившего их источника света.
Достижение кембриджских астрономов оказалось сенсацией даже для тех, кто работает непосредственно в этой узкой области практической астрономии. Однако Николас Эллиат из обсерватории Лоуэлл, принадлежащей военно-морскому флоту США, берет на себя смелость утверждать, что их новый оптический интерферометр, вступающий в строй в конце этого года, по качеству изображения превзойдет кембриджский КОАСТ.
«Оптическая интерферометрия сулит невиданный квантовый скачок, — говорит Эллиат. — Ныне этот раздел науки находится на той же стадии, на какой лет 30 тому назад находилась радиоастрономия».
Интерференционные картины, получаемые от радиотелескопов и от оптических приборов, в сущности, идентичны. Если, конечно, не считать того, что длина радиоволн колеблется между 1 м и 1 км, а длина оптического излучения измеряется долями микрона.
Турбулентность воздуха, тепло, вибрация — все это уже не может помешать интерферометрам создавать безупречное изображение.
В течение многих лет интерферометрия использовалась для формирования изображения на основе радиосигналов, получаемых от радиотелескопов. Самый большой из них, который так и называется «Очень большая антенна», расположен в штате Нью-Мексико и представляет собой 27 больших тарелкообразных антенн, занимающих солидное пространство — район диаметром 27 км.
Оптическая интерферометрия, имеющая дело с волнами ничтожной длины, не нуждается в гигантских территориях. Здесь главная задача — избежать ошибок, которые могут сказаться на конечном результате. Поэтому ныне для таких измерений и вообще оптических наблюдений все чаще прибегают к помощи адаптивной оптики, которая автоматически корректирует изображение, устраняя искажения, привносимые турбулентностью и вибрацией. Благодаря такой оптике и большие телескопы могут теперь работать подобно интерферометрам. Так что КОАСТ — лишь первая ласточка.
Совсем недавно начали работу «в упряжке» самые большие телескопы на Гавайях «Кек-1» и «Кек-2» с 10-метровыми зеркалами. Полным ходом идут также работы на Южной обсерватории Европейского астрономического союза. Она расположена не в самой Европе, а в Южном полушарии, точнее, в Чилийских Андах. Здесь устанавливают 4 зеркала диаметром 8,2 м каждое. Вместе их разрешающая способность равна зеркалу с эффективным диаметром 16 м. Синтезированное изображение будет получено благодаря компьютерной обработке. Инструмент позволит разглядеть светляка на расстоянии 10 тыс. км или объект размером менее метра на поверхности Селены. Вот тогда астрономы и смогут заметить, что астронавт обронил карандаш…
Планеты у чужих солнц
Все описанные нами проекты предвещают одно: в астрономии скоро грядет золотой век. Мы стоим на пороге фундаментальных открытий. Некоторые из них, впрочем, совершаются уже сегодня, буквально на наших глазах. Впервые за всю историю человечество получило более-менее надежные сведения о существовании планетных систем и у других звезд. Быть может, на какой-то из них тоже имеется разумная жизнь?
Как увидеть невидимое? Собственно говоря, новых планет никто из астрономов пока глазами не видел. Они догадались об их существовании по некоторым косвенным признакам.
Дело обстояло так. В школьном учебнике написано, что планеты обращаются вокруг Солнца по своим орбитам. На самом деле, если быть совсем уж точным, планеты тоже влияют своим тяготением на наше светило, обращаются вместе с ним вокруг некоего общего центра тяжести. Но поскольку масса Солнца намного больше массы всех планет, вместе взятых, то колебаниями общего центра масс обычно пренебрегают из-за их чрезвычайно малой величины. И лишь самые дотошные астрономы учитывают взаимные колебания небесных тел в своих расчетах.
Так в 1781 году, учитывая колебания орбиты Сатурна, Уильяму Гершелю удалось обнаружить Уран. Полвека спустя ученые обнаружили, что с движением Урана по его орбите тоже не все ладно; на него влияет тяготение еще какой-то планеты. И в 1876 году Джохан Галле открыл Нептун. Наконец, в 1830 году, используя вычисления Персиваля Лоуэлла, рассчитавшего возмущения (т. е. искажения) орбиты Нептуна, Клайд Томбоу обнаружил на небосклоне Плутон.
Ныне кое-кто из исследователей полагает, что на окраинах Солнечной системы кроме большого количества уже обнаруженных сравнительно небольших небесных тел есть и еще одно-два крупных. Кто говорит, что это планета, а кто полагает, что даже потухшая звезда. Такие предположения позволяют выдвинуть возмущения орбиты Плутона. Так что, вполне возможно, нас еще ждут новые открытия в Солнечной системе.
А пока отработанную методику использовали для поиска планетных систем у других звезд. В 1992 году американские астрономы Алекс Волыитан и Дейл Фрейл с помощью 300-метрового радиотелескопа, расположенного в местечке Аресибо, Пуэрто-Рико, обнаружили в созвездии Девы новый пульсар, получивший в звездном каталоге обозначение RSR 1257+12.
Пульсарами, как известно, астрономы называют сверхшютные нейтронные звезды, от которых исходит радиоизлучение в виде серии последовательных, четких радиоимпульсов. В данном конкретном случае ученые обнаружили довольно старую (возраст ее около миллиарда лет) нейтронную звезду. Вращается она очень быстро, делая 161 оборот в секунду! Причем в серии излучаемых импульсов время от времени наблюдались какие-то сбои. Проанализировав их, астрономы обнаружили двойную периодичность — 66,5 и 98,2 дня. Причиной периодического сбоя радиоимпульсов, по мнению исследователей, являются две планеты, обращающиеся вокруг пульсара и время от времени перекрывающие поток радиосигналов собственными телами.
Дальнейшие расчеты показали, что одна планета имеет массу в 3,4 раза больше земной; она находится от пульсара на расстоянии 0,36 астрономической единицы (1 а. е. равна среднему удалению Земли от Солнца — 149,6 тыс. км.). Вторая планета должна быть в 2,8 раза тяжелее Земли; находится она примерно на том же расстоянии от пульсара, что и Меркурий от Солнца (0,47 а. е.).
Планетная система, открытая американцами, не является исключением. Сотрудница ФИАНа им. П. Н. Лебедева Татьяна Шибанова, работая на радиотелескопе в Пущине, обнаружила планеты у пульсара PSR 0329+54. Похоже, что данная система меньше предыдущей масса планет равна соответственно 2 и 0,3 земной. Находятся они от пульсара на расстоянии 2 и 7 а. е.
Однако по мнению специалистов, жизни в окрестностях пульсаров, скорее всего, нет (во всяком случае, в белковом виде). Ведь пульсары представляют собой доживающие свой век звезды, выбрасывающие жесткое радиоизлучение чудовищной силы.
Пертурбации планет. Поэтому куда больший интерес вызывают поиски планетных систем у звезд, подобных нашему светилу. Тут для обнаружения планет чаще всего используется эффект Доплера. Как уже говорилось, у движущегося источника звука или света частота излучения меняется пропорционально скорости приближения или удаления наблюдаемого объекта. В данном случае астрономы сравнивают между собой спектрограммы какой-либо звезды в разные моменты времени. И если в спектрах есть сдвиги линий, то астрономы говорят об изменении лучевой скорости. Причем вполне может оказаться, что оно, такое изменение, обусловлено влиянием обращающихся вокруг звезд спутников.
Во всяком случае, именно так рассудили швейцарские астрономы Мишель Майор и Диди Килоз, обнаружив изменение спектра у звезды 51 Пегаса, очень похожей на наше светило и находящейся от нас на расстоянии 45 световых лет. Расчеты показали, что, вероятно, изменения лучевой скорости вызваны планетой, имеющей примерно вдвое меньшую массу, чем Юпитер. И вращается она очень близко от звезды — на расстоянии всего 0,05 а. е.
Такая дистанция вызвала недоумение астрофизиков. По их мнению, на столь малом расстоянии, согласно современным концепциям, не могла образоваться ни гигантская газовая планета, подобная Юпитеру, ни «каменная», подобная нашей Земле, но больших размеров. Пытаясь привести практические наблюдения в соответствие с теорией, исследователи выдвинули такое предположение. Некогда планета образовалась на расстоянии в 100 раз большем. Но потом ее могло сместить с законного места столкновение с каким-либо небесным телом (например, астероидом) или гравитационное влияние другого спутника 51 Пегаса — звезды сравнительно небольших размеров. Но никаких других небесных тел поблизости пока не обнаружено.
Впрочем, сами по себе подобные пертурбации наводят на мысль, что в таких условиях на обнаруженной планете вряд ли могла уцелеть жизнь, подобная земной, даже если она когда-то там и была.
Поиски продолжаются. Пожалуй, больше всех шансов обнаружить планеты, пригодные для белковой жизни, у американцев Джефри Марси и Пола Батлера. С 1987 года они ведут поиски планетных систем, планомерно обследуя 120 солнцеподобных звезд, расположенных поблизости от нас. В 1991 году исследователи заподозрили наличие планет вокруг звезды 47 Большой Медведицы. Расчеты показали, что она по своим размерам более чем вдвое превышает Юпитер и отстоит от звезды на 2,1 а. е. Скорее всего, она, как это водится среди планет-гигантов, состоит из газов типа метана. В конце 1995 года эти же исследователи объявили еще об одной находке на сей раз в созвездии Девы. У звезды 70 Девы обнаружен спутник, масса которого более чем в 6 раз больше, чем у Юпитера, а радиус орбиты — 0,43 а. е.
Выявление данных небесных тел вызвало вздох облегчения у теоретиков: наконец-таки найдены планетные системы, хоть чем-то похожие на земные. Многие теперь утверждают, что в окрестностях вышеуказанных звезд есть и более мелкие планеты, пока еще не обнаруженные.
Косвенно подтвердил такое предположение еще один американский исследователь — Джордж Гейтвуд, объявивший об открытии планетной системы у звезды Lalande 21185. По его мнению, вокруг нее обращаются две планеты — одна поблизости, а другая на расстоянии 11 а. е. Правда, пока его исследования не подтверждены другими астрономами, в частности теми же Марси и Батлером. Однако ученые полагают, что подобные измерения находятся на грани возможностей имеющейся у них аппаратуры, и поэтому хотят повысить ее чувствительность, на что они уже потратили свыше 100 тыс. долларов.
Так где же жизнь? 51 Пегаса стала первой звездой, возле которой было подтверждено существование планетной системы несколькими группами наблюдателей. Не исключено, что к концу нашего столетия количество достоверно обнаруженных планет у чужих солнц превзойдет число планет в Солнечной системе.
Правда, скептики еще не сняли вопрос, а насколько вообще можно доверять подобным открытиям? (Пока книга готовилась к печати, первую планету удалось обнаружить. См. эпилог. — С. З.)
Ведь планет-то, как таковых, никто пока не видел… Впрочем, большинство специалистов, занятых данной проблемой, все-таки склоняется к мысли, что сделанные открытия не являются плодом галлюцинаций или неправильной интерпретации подмеченных явлений. Существование доплеровского смещения сомнению уже никто не подвергает. Но вот чем оно вызвано — планетами или звездами-спутниками сравнительно небольшой величины? Ведь и Юпитер иногда называют неудавшейся звездой — по мнению некоторых теоретиков, ему чуть-чуть не хватает массы, чтобы в его недрах начались термоядерные процессы, аналогичные звездным.
Окончательный ответ, что же именно обнаружено исследователями, даст, наверное, «планетный искатель» (Planet Finder).
Следующий шаг — строительство новых, еще более совершенных наблюдательных инструментов, скажем, на Луне. Оптические интерферометры, имеющие межпланетную базу (то есть когда в одной «упряжке» будут работать как наземные, так и лунные инструменты), дадут возможность лицезреть на поверхности вновь открытых планет континенты и океаны, если они там имеются. А там, глядишь, ктонибудь сможет представить и доказательства существования на той или иной планете разумной жизни.
В общем, похоже, исключительному положению человечества во Вселенной приходит конец. Мы лишь одни из многих.
PS. Только что пришло еще одно сообщение на ту же тему. В экваториальном созвездии Ориона, ниже так называемого пояса Ориона, расположена большая туманность — громадное облако светящегося газа. Это область активного формирования звезд. Как формируются светила, с Земли до сих пор никому разглядеть не удавалось. Но вот ученые вроде как бы протерли запыленные линзы, вынеся свои инструменты на орбиту. Согласно последним данным, полученным с космического телескопа «Хаббл», оказалось, что каждая вновь зарождающаяся звезда окружена так называемым протопланетным диском кольцом наподобие тех, что есть у Сатурна. Только в данном случае оно, конечно, намного протяженнее, чем вся наша Солнечная система.
По мере формирования звезды кольцо это вращается и уплотняется, причем неравномерно. Там, где плотность материи больше, в конце концов образуются планеты. Одну из них — размеров с Юпитер «Хабблу» даже удалось разглядеть. Таким образом теория формирования планет из протопланетных дисков подтверждена на практике.
Более того, исходя из нынешних наблюдений, можно признать, что формирование планетных систем — явление довольно обыденное во Вселенной. Стало быть, планет, подобных нашей, в космосе должно быть множество. Так кто же на них живет?
Отзовись, Вселенная!
Понятное дело, исследователям хотелось бы не только узнать подробности строительства тех или иных систем, но и, коль представится такая возможность, побеседовать с жителями иных миров. Насколько велика вероятность такого общения?
Молчание галактик. Лучшие умы прошлого, перемежая наивные догадки гениальными, постигали грандиозную архитектуру Вселенной. Но какое же здание без жителей? В обитаемый космос верили поэты, мыслители, ученые — Анаксагор и Лукреций, Михайло Ломоносов и Сирано де Бержерак. За эту веру Галилео Галилей был осужден, а Джордано Бруно — сожжен на костре инквизиции…
Но лишь во второй половине XX века появились возможности для поиска следов жизни во Вселенной, в том числе и разумной. Появилась даже формула для определения числа возможных внеземных цивилизаций. Ее первый сомножитель — число звезд в нашей Галактике — оценивают, как известно, примерно в 250 млрд. А сколько среди них, подобно нашему Солнцу, имеют планетные системы? Сколько планет имеют подходящие для жизни природные условия? Какова вероятность, что жизнь на них возникнет, дойдет до стадии разумной?
В общем, вопросов много, желания ответить на них — еще больше, а вот информации о существовании иноземных цивилизаций пока недостаточно. Все мечты об эфирных городах Циолковского или о сфере Дайсона останутся беспочвенны до тех пор, пока мы однажды не услышим таинственные сигналы с согретых жизнью планет.
Но Вселенная упорно молчит. Быть может, потому, что мы не там слушаем, не так пытаемся связаться? Лет 40 тому назад была предпринята первая попытка осуществления межгалактической связи по-научному. Американцы В. Коккони и Ф. Морисон предложили искать «позывные разума» в радиодиапазоне электромагнитных волн, на частоте межзвездного водорода. Эту волну длиной 21 см должны, по идее, знать все разумные обитатели Вселенной. Ведь именно на этой частоте нами были обнаружены следы атомов-гигантов, а стало быть, и следы органики в межзвездных облаках. Неужто одни мы такие умные?
Вооружившись таким указанием, радиоастрономы США в свое время обследовали две относительно близкие к нам звезды — Эпсилон Эридана и Тау Кита. Однако искусственных сигналов не обнаружили.
В дальнейшем подобные попытки предпринимались еще несколько раз, в том числе и советскими астрономами В. С. Троицким и Н. С. Кардашевым. Но все они также закончились неудачей. Видно, слишком много еще неизвестных в уравнении звездного неба.
Одни? Не одни… Член-корреспондент РАН В. С. Троицкий, с которым мне как-то довелось побеседовать, выразил свою мысль так: «Физики установили — жизнь во Вселенной подчиняется одним и тем же законам. Есть множество данных, которые говорят о том, что формы материи одинаковы даже на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли. Последнее время в космосе обнаружили около 50 сложных органических молекул, которые служат как бы „кирпичиками“, необходимыми для возникновения жизни в определенных условиях. В процессе образования планет такие молекулы могут попадать на поверхность и служить исходными материалами для зарождения организмов. Таким образом, во Вселенной имеются все условия для развития жизни. Кроме нашей Галактики существует более 10 млрд подобных систем. Вполне вероятно, что на некоторых планетах есть высокоразвитые цивилизации…»
А вот член-корреспондент РАН И. С. Шкловский придерживался иного мнения: «Есть такое восточное изречение, — говорил он. — Если ты ждешь друга, не принимай стук своего сердца за топот копыт его коня. Мы ждем контакта, но пока нет ни одного достоверного факта, который бы указывал на то, что мы не одиноки. Я считаю, что жизнь, возникшая на Земле 3-3,5 млрд лет назад, стала разумной и технологически развитой благодаря редчайшему стечению маловероятных обстоятельств. Потому-то, на мой взгляд, иной разумной жизни, кроме нашей, не существует. Если существуют сверхцивилизации, то почему они до сих пор не установили с нами контакта?»
Итак, перед нами два диаметрально противоположных суждения по одной проблеме. Кто прав? Попробуем разобраться.
Иголка в стоге сена. Если считать, что прав В. С. Троицкий, значит, надо искать следы цивилизаций в космосе. Но как? На этот счет тоже существует немало суждений. Вот, к примеру, что полагает доктор физико-математических наук В. Л. Страйжис:
«Обычно считается, что до сих пор не обнаружены следы деятельности внеземных цивилизаций в космосе. Однако в природе есть немало астрономических явлений и объектов, которые могут быть интерпретированы как результат деятельности высокоразвитых цивилизаций. К таким объектам можно отнести голубые страглеры, углеродные и бариевые карлики и субкарлики, звезды с исключительным обилием некоторых, обычно редко встречающихся элементов ртути, европия, лития… Теория звездной эволюции пока не в состоянии дать удовлетворительное объяснение этим феноменам. Думаю, что часть их вполне может быть результатом деятельности внеземных цивилизаций…»
Причем такие свидетельства накапливаются довольно давно. Еще в 20-е годы нашего века ученый мир потрясла сенсация. Сигналы первых радиостанций, передававших свои сообщения азбукой морзе, принимались вместе с некоторым текстом-дубликатом, который ретранслировался с неким запозданием относительно первичного сигнала. Причем время задержки менялось самым причудливым образом. Английский астроном Л. Лунана высказал тогда предположение, что таким образом с нами пытается связаться некая внеземная цивилизация.
Загадочные сигналы время от времени принимаются и поныне. Вот что, к примеру, сообщил несколько лет назад астрофизик А. Г. Горшков, работавший на радиотелескопе РАТАН-600: «При обработке информации, поступающей при проведении обзоров неба в сантиметровом диапазоне волн, нами был обнаружен ряд сигналов, которые не могут быть интерпретированы ни как обычные источники космического излучения, ни как ложные сигналы, вызываемые шумами приемной антенны. Значительная часть таких сигналов, как мы установили, вызывается помехами, расположенными в ближней зоне радиотелескопа. Другая, наиболее интересная часть сигналов возникает в дальней зоне радиотелескопа, на расстояниях более 100 км от поверхности Земли…»
Эти космические передачи, как установили ученые, в свою очередь, делятся по крайней мере на две группы различного происхождения. Наиболее многочисленна первая группа. Форма сигналов позволяет думать, что тут мы имеем дело с неким передвижным передатчиком, работающим всего несколько минут в сутки и выходящим в эфир по какому-то одному ему ведомому расписанию. Сигналы второй группы довольно сильные радиоисточники, точно совпадающие по времени через каждые 3-5 суток, причем внутри этого интервала выходы в эфир отсутствуют.
Проведенный анализ показал, что сигналы первой группы, скорее всего, связаны с космической деятельностью самого человека, являются паразитными шумами от бортовой аппаратуры. А вот сигналы второй группы, вероятнее всего, испускаются источниками в дальнем космосе…
Что это за источники? Где они находятся? Точно ответить на эти вопросы ученые пока затрудняются. Впрочем, это и понятно. Ведь задача, стоящая перед ними, весьма сложна.. Как образно заметила американская специалистка в области астрофизики Д. Tapтер, «это похоже на то, что мы ищем иголку в космическом стогу, меланхолически перебирая былинки». Причем темпы перебора архимедленны — одна «былинка» в 20 лет. А всего их в «стогу» — огромное число, выражаемое единицей с 17 нулями!
Кто ищет, тот всегда найдет? По крайней мере, на Земле для поисков иголки мы можем использовать хотя бы мощный электромагнит. Включишь такой иголка сама из стога выскочит. Ну а какие технические средства способны помочь нам в поисках внеземных цивилизаций?
Профессор Ф. Хойл, член Королевского общества Великобритании, известный во всем мире специалист в области космогонии — науки о происхождении и развитии планет, звезд, галактик и других космических объектов, а по совместительству еще и литератор, однажды описал подобную установку так:
«Внезапно он вырос перед нами — три огромные опоры, соединенные вверху наподобие гигантского треножника, темные, четко рисующиеся на фоне заката. Внизу, между основаниями опор, зияла бетонная чаша размером с арену стадиона. А над ней, поддерживаемая треножником, висела опрокинутая чаша поменьше, нацеленная на длинное металлическое полотно. На первый взгляд это сооружение не казалось особенно большим и лишь как-то странно не вязалось с окружающим пейзажем. Но когда машина подъехала и остановилась возле одной из опор, Джуди вдруг осознала, какое оно огромное…»
Описание конструкции, несмотря на то что дано оно в научно-фантастическом романе «Андромеда», весьма точно срисовано с натуры. Именно так выглядит чаша радиотелескопа в Аресибо (Пуэрто-Рико), расположенная в кратере потухшего вулкана. Она достигает в диаметре около 100 футов (300 м).
Этот радиотелескоп в числе других оказался задействован в очередном этапе программы СЕТИ (The Seach for Extraterrestial Intelligence — поиски внеземных цивилизаций), которая официально началась в день 500-летнего юбилея по случаю прибытия Христофора Колумба в Новый Свет.
Ученые, участвующие в данной программе, не претендуют на открытие новых земель; уж если открывать, так новые планеты! А еще лучше услышать позывные иных цивилизаций. Как пишет Ф. Хойл в том же романе: «…Среди треска, свиста и шипения в репродукторе слышался слабый, повторяющийся звук. Он замирал, прерывался, но неизменно возникал снова». Записав и расшифровав это послание, пришедшее на Землю из созвездия Андромеды, ученые затем смогли построить уникальную вычислительную машину. А уж та, в свою очередь, стала воссоздавать некие существа, выполнявшие волю инопланетян. Чем все это кончилось, вы можете узнать сами, прочитав роман.
Здесь же мы скажем, что шансы на такое развитие события весьма невелики. Не исключено, что ученые вообще не услышат ничего, кроме беспорядочного космического шума: уж слишком громадно число возможных объектов для исследования.
Необычайно широк и диапазон, который необходимо прослушивать. Мы ведь не знаем, на каких именно частотах работают инопланетные радиостанции. Да и работают ли они вообще? Вполне может быть, что собратья по разуму используют другие виды связи — скажем, нейтринную…
Ситуацию в свое время весьма остроумно прокомментировал известный американский ученый Карл Саган. «Представьте себе, что где-то на островах Новой Гвинеи папуасы решили связаться с людьми, живущими на других островах, — один местный мудрец предсказывает, что такие вполне могут существовать. И вот островитяне всеобщими усилиями начинают строить огромный барабан „там-там“, не подозревая, что эфир вокруг давно уже кишит сигналами теле— и радиопередач…»
Однако энтузиастов СЕТИ такой оборот дела вовсе не обескураживает. «Я в восторге от того, что мне выпала честь стать участником этого уникального эксперимента, — говорит радиоастроном Майкл Клайн, руководитель проекта наблюдений за небом в Лаборатории реактивного движения Пасадины, штат Калифорния. — Если мы зафиксируем сигнал, то ответим на вопрос, который интересует человечество уже не одно тысячелетие».
Данный проект предусматривает два направления исследований — целевые поиски и обзор всего неба.
Целевые поиски начались с двухмесячных пробных наблюдений на радиотелескопе Аресибо. Затем в поисках принял участие телескоп в Паксре с диаметром зеркала 70 метров и 50-метровый телескоп в Грин-Бенк, штат Западная Виргиния. При этом радиотелескопы будут нацелены «всего лишь» на 1000 звезд, подобных Солнцу, которые находятся в нашем «рукаве» галактической спирали, и будут анализировать данные наблюдений в достаточно узком диапазоне радиоволн.