§ 1. Открытие радиовселенной

До третьего десятилетия XX в. астрономическая картина мира формировалась, опираясь исключительно на наблюдения в оптическом диапазоне спектра. Характерными чертами этой картины были представления о космической материи главным образом в виде звезд с «примесью», казалось, второстепенной диффузной газо-пылевой материи. Основные наблюдаемые явления объяснялись действием гравитации, ядерными и атомными процессами на базе новой физики: теории относительности и квантовой механики. Но как и ранее, все излучение мыслилось по своей природе тепловым, а процессы в космосе установившимися, устойчивыми. Все объекты во Вселенной, хотя и считались в принципе эволюционирующими, но процесс этот предполагался чрезвычайно медленным. Взрывы — новых и сверхновых звезд — представлялись если не случайными, то редкими событиями. Открытие в 20-х гг. глобальной нестационарности (расширения) Вселенной не изменило представлений о «локально спокойной» космогонической картине мира.

И вот в начале 30-х гг. был сделан важный шаг, который в дальнейшем привел к созданию ветви астрономии, ставшей в наши дни одной из ведущих и не только обогатившей картину мира, но и поставившей перед астрономами и физиками принципиально новые проблемы. Речь идет о появлении радиоастрономии (а позже и всеволновой, корпускулярной и в перспективе еще и гравитационно-волновой астрономии).

Первый радиосигнал — непрерывный идущий из космоса свистящий шум, источник которого угадывался или в центральных частях Галактики, или в области Геркулеса, был обнаружен в 1931 г. американским радиоинженером К. Янским (1905—1950). Но эпохальное открытие космического радиоизлучения тогда прошло почти незамеченным. На него откликнулся лишь другой американский радиоинженер Г. Ребер. Ребера можно с полным основанием назвать Галилеем радиоастрономии: в 1937 г. он построил первый в мире радиотелескоп (с параболической антенной-«зеркалом») и начал с ним систематические наблюдения неба. И в 40-е гг. именно радиоинженеры были пионерами в этой области, и лишь отдельные астрономы (в первую очередь Я. Оорт, И.С. Шкловский, Дж. Гринстейн, О. Струве) понимали ее важность.

Между тем уже первые наблюдения открывали неизвестную прежде «радиовселенную»: яркие звезды — «молчали»; радиоизлучение, имевшее непрерывный спектр, шло в основном из области Млечного Пути, т. е. излучала диффузная материя.

В период 40 — начала 50-х гг. было сделано фундаментальное открытие: предсказана (ван де Хюлст), теоретически рассчитана (Шкловский) и открыта (Юэн и Парселл, 1951) первая и главная спектральная линия радиоспектра — 21 см (запрещенная линия нейтрального водорода). Это позволило приступить к более детальному изучению спиральной структуры Галактики и ее центральной области.

Одним из крупнейших научных достижений XX в. стало открытие нетеплового, синхротронного (сначала более точно названного магнитотормозным) механизма радиоизлучения с непрерывным спектром. Источниками такого радиоизлучения оказались дискретные объекты, открытые еще в 1946—1949 гг. английскими и австралийскими радиоастрономами. Природа этих радиоисточников — Лебедь-А, Кассиопея-А и Телец-А долгое время оставалась загадочной. Сначала они (во всяком случае первые два) из-за быстрой стохастической переменности радиояркости были приняты за близкие (ближе соседних звезд) объекты и названы «радиозвездами». Вскоре, однако, Телец-А был отождествлен с остатком сверхновой 1054 г. — Крабовидной туманностью. Источники же Лебедь-А, Дева-А и Центавр-А оказались радиогалактиками, которые в сотни раз больше обычных галактик излучают в радиодиапазоне. Они и в оптическом диапазоне имеют столь необычный вид, такую сложную, непривычную для одиночных галактик структуру (свидетельствующую о каких-то грандиозных процессах в них), что поначалу их приняли за пары сталкивающихся галактик. Источники в пределах Солнечной системы (помимо Солнца, это атмосферы некоторых планет и кометы) составили третий тип дискретных источников радиоизлучения.

С 1960 г. были известны удивительные почти точечные оптические источники с сильным радиоизлучением (их называли квазизвездными радиоисточниками, или квазарами). В оптике они напоминали чрезвычайно горячие голубые звезды, но с совершенно незнакомыми линиями в спектре. Природа источников оставалась полной загадкой, пока в 1963 г. молодой голландский астроном, работавший в США, М. Шмидт не установил, что странные линии в их спектрах принадлежат обычным элементам, но чудовищно (в рамках представлений того времени) сдвинуты в красную область: при доплеровском смысле сдвига эти объекты должны были удаляться от нас со скоростями около 5·10⁴ км/с! Квазары представляют собой самые мощные из известных источники энергии во Вселенной. У них были обнаружены и признаки явной нестационарности: переменность блеска и выбросы вещества с огромными скоростями. Квазары поставили перед астрономами новую и еще не до конца решенную проблему их природы и, в частности, источника их энергии.

С 60-х гг. картина Вселенной стала быстро пополняться и другими экзотическими объектами (пульсары, мазерные источники, лацертиды, плерионы, барстеры и др.). Пульсары (1967), как известно, вначале даже приняли за сигналы... внеземного разума. Позже было показано, что это давно предсказывавшиеся (Л.Д. Ландау; В. Бааде и Ф. Цвикки, 30-е гг.) нейтронные звезды. Другой тип источников радиоизлучения — космические мазеры — рассматриваются как сгустки диффузной материи в газопылевых облаках, окружающих молодые или даже формирующиеся звезды. Таким образом, открытие мазерных источников и пульсаров, возможно, впервые позволило увидеть начальные и конечные этапы жизни звезд.