Небо в рентгеновских лучах

До недавнего времени (положение начало существенно меняться лишь немногим более тридцати лет назад) понятие «астрономические наблюдения» было тождественно понятию «оптические наблюдения неба».

Между тем еще в последнем году XVIII в. В. Гершель открыл излучение Солнца, лежащее за пределами видимого спектра. Это было инфракрасное излучение, но его электромагнитная природа стала ясна много лет спустя.

В 1801 г. И. Риттер изучал воздействие фиолетового излучения Солнца на хлористое серебро и неожиданно обнаружил, что восстановление окиси серебра продолжается даже тогда, когда пластинка расположена в «темной» области, дальше за фиолетовой. Так было открыто ультрафиолетовое излучение Солнца, природа которого тоже оставалась неясной.

Лишь в шестидесятых годах XIX в. Д. Максвелл пришел к выводу, что кроме видимого электромагнитного излучения (обычного видимого света) могут существовать и другие его виды, не видимые глазу и отличающиеся лишь длиной волны.

Условно электромагнитное излучение подразделяют на несколько диапазонов. Наибольшей длиной (более 10^-3 м) обладают радиоволны. Диапазон от 0,65 мкм до 1 мм — область инфракрасного излучения. «Оптическое окно» — от 0,39 до 0,65 мкм. Еще короче длины волн ультрафиолетового излучения, они простираются примерно до 0,05 мкм. В области еще более коротких длин волн приборы способны регистрировать буквально каждый фотон, и поэтому принято в рентгеновском и более жестких диапазонах (т. е. в области более высоких энергий фотонов) использовать не длины волн, а соответствующие им энергии фотонов. Так, фотон с длиной полны 0,05 мкм обладает энергией 410^-17 джоулей (Дж) или 0,025 килоэлектронвольт (кэВ). Область энергий фотонов от 0,025 до 1 кэВ — это область мягкого рентгеновского излучения, 1-20 кэВ — «классический» рентгеновский диапазон; именно в этом диапазоне были проведены наиболее эффективные исследования неба.

Какое это было бы прекрасное зрелище, если бы мы могли увидеть своими глазами небо в рентгеновских лучах! Пусть даже мы могли бы видеть лишь звезды ярче 6-й звездной величины, как и в оптическом диапазоне. На рентгеновском небе, в отличие от оптического, таких звезд поменьше — около 700 против 6000. Самая яркая рентгеновская звезда светит подобно Венере. Но, в отличие от Венеры, которая блестит спокойно, мы видели бы, как ярчайшая звезда на рентгеновском небе за считанные минуты становится ярче или уменьшает свой блеск. Мы видели бы игру яркости у многих рентгеновских звезд. Мы видели бы, как на небе вспыхивают и гаснут звезды — одни за секунду, другие за минуты, третьи за часы. Иные звезды видны всегда, другие — лишь несколько недель или месяцев. Мы видели бы звезду, которая вспыхивает и гаснет тысячи раз в сутки. Мы видели бы яркие туманности и огромные дуги излучения — ничего похожего нет на оптическом небосклоне. Правда, на рентгеновском небе нет яркой туманной полосы Млечного Пути — небо почти равномерно светится во всех своих частях. Мы видели бы множество слабых звезд, разбросанных по небу, и знали бы, что это очень далекие объекты — на оптическом небе невооруженный взгляд не способен их увидеть.

Рентгеновские звезды собираются в созвездия, которым никто не дал и, видимо, так и не даст названий — поэтические времена в астрономии давно прошли. Астрономы — люди трезвые, предпочитающие точное знание поэтическим обобщениям.

Исследование рентгеновского неба принесло для нашего точного знания о Вселенной огромный материал. Особенно о тех небесных телах, которые существенно (а то и принципиально!) отличаются от обычных звезд, сияющих на оптическом ночном небе, Вероятно, в конце концов и без рентгеновских наблюдений астрономы обратили бы внимание на странные звезды Н2 Геркулеса, или НDЕ 226808, или Х Персея. Но знания наши остались бы при этом чрезвычайно неполными. Мы могли бы подозревать, что в этих системах есть нечто необычное — например, аномально большая невидимая масса. Но что происходит в окрестности этой массы? Может быть, это обычная звезда, просто ее излучение слабое и теряется на фоне первой компоненты? Вряд ли нам удалось бы узнать это. И уже совсем мы не могли бы ничего сказать о том, что происходит в центре нашей Галактики — области, не видимой в оптических лучах.

Впрочем, радиоастрономы могут сказать то же о радионебе. И в гамма-области небо тоже своеобразно и добавляет к нашим знаниям о Вселенном свою страницу.

Вселенная едина — это люди разделили излучение небесных тел на искусственные диапазоны, потому что неспособны воспринимать мир сразу во всем богатстве красок, от мягкой «акварели» радионебом до жгучих цветов гамма-лучей. Мы складываем картину Вселенной подобно мозаике, и данные рентгеновских наблюдений — лишь один из элементов. Изучение небесных тел и явлений сейчас приносит наибольшие плоды, когда все диапазоны электромагнитного спектра оказываются использованными. Всеволновая астрономия стала совершенно необходима, и она появилась.

Открытие, сделанное в каком-то одном диапазоне, сразу приводит к активизации исследований в других диапазонах. Шаровые звездные скопления изучались много лет, и неожиданностей здесь не предвиделось. Но вот были открыты в них рентгеновские источники, и шаровые скопления сразу привлекли всеобщее внимание. Резкий скачок исследований, резкий скачок в нашем понимании природы этих образований. Много лет исследовались двойные системы — кривые блеска, перетекание вещества, свойства звезд. Но вот в двойных системах были открыты рентгеновские источники, и астрофизики поняли, что знания, казавшиеся такими значительным, на самом деле малы. Последовал резкий рост числа исследований двойных систем — не только в рентгеновском, но в оптическом, инфракрасном, радиодиапазонах. Фронт науки не терпит отставания — если в одной области происходит прорыв вперед, на новые рубежи, все остальные должны не медленно подтянуться, иначе картина мира окажется клочковатой или просто противоречивой. В последние годы именно рентгеновские исследования часто были бросками в неизвестное, именно они «тянули» за собой фронт астрофизической науки.

Первое знакомство с рентгеновским небом закончилось — так Галилей, оглядев небо в первый телескоп, понял, что перед ним новый мир, и, оправившись от потрясений, приступил к его систематическому изучению. Изучению, которое привело к современной оптической астрономии. То же предстоит теперь и в астрономии рентгеновской.

И недалеко время, когда астрономы перестанут делить излучение на диапазоны, когда небо откроется сразу всеми цветами. Небо в рентгеновских лучах прекрасно — но мы увидим Небо и поразимся, и застынем на некоторое время, впитывая увиденное… А потом — за работу.