Светило поостыло?

“Погоду” околоземного пространства можно предсказывать разными способами. В том числе наблюдая за удаленными космическими объектами. В Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО) Астрокосмического центра ФИАН это стало возможным благодаря сверхчувствительному телескопу БСА, который занимает площадь в 70 тысяч квадратных метров. Об уникальных установках ПРАО, а также о необычных и пока необъясненных свойствах пульсаров, исследованиях солнечного ветра рассказал корреспонденту “Поиска” заместитель директора обсерватории доктор физико-математических наук Игорь Чашей.

- Наша обсерватория имеет три уникальные установки, позволяющие проводить исследования по самым актуальным направлениям современной астрофизики. Радиотелескоп РТ-22 диаметром 22 метра был построен в 1959 году, Диапазонный крестообразный радиотелескоп ДКР-1000 размером километр на километр - в 1964-м, Большая сканирующая антенна (БСА ФИАН), состоящая из более чем 16 тысяч приемных элементов-диполей, - в 1974-м. Причем БСА сделали очень быстро - всего за три-четыре года. С помощью этих радиотелескопов нам удалось узнать немало интересного. Остановлюсь коротко на двух направлениях исследований: пульсары и солнечный ветер. Именно для этого создавался радиотелескоп БСА ФИАН, который до настоящего времени остается самым чувствительным в мире инструментом метрового диапазона волн.

Первый пульсар был обнаружен 40 лет назад, за это открытие английский ученый Энтони Хьюиш получил Нобелевскую премию. Эти объекты интересны тем, что выдают импульсы, строго повторяющиеся через определенные, очень короткие (секунды и доли секунд) промежутки времени. Когда впервые были приняты строго периодические импульсы, ученые первым делом подумали, что это сигналы разумного происхождения. Но вскоре было найдено простое физическое объяснение: все дело в быстром вращении чрезвычайно плотного космического тела - нейтронной звезды. По размерам пульсар меньше астероида, но имеет массу порядка массы Солнца. Столь малые объекты невозможно увидеть ни в один телескоп.

С конца 1960-х годов группа сотрудников нашей обсерватории начала наблюдения за этими загадочными объектами сначала с помощью ДКР-1000, затем к этой программе активно подключился радиотелескоп БСА ФИАН. Один из самых первых пульсаров, PSR B 0943, был открыт в ПРАО в 1968 году, сейчас таких тел известно около 2 тысяч. Пущинский пульсар обладал необычными и неожиданными в то время свойствами: периоды излучения чередовались с длительными периодами “молчания”. Впоследствии в ПРАО обнаружили еще 10 радиопульсаров.

- Всевозможных “обитателей” космоса много, среди них немало поистине удивительных. Чем же конкретно привлекают ученых те же пульсары?

- Дело в том, что по особенностям их излучения можно судить о свойствах вещества в экстремальных условиях. Области радиоизлучения пульсаров пронизаны сильнейшими магнитными полями - порядка десять в двенадцатой степени гаусс. Такие поля в принципе невозможно создать в земных условиях. Интересен механизм радиоизлучения пульсаров, который до сих пор не выяснен. Мы измеряем мощность импульсов, характер их изменения, период радиоизлучения. Далее эти данные анализируются с целью создания моделей, объясняющих поведение пульсара.

Когда за Вселенной стали наблюдать в более “жестких” диапазонах с помощью телескопов, установленных в космических аппаратах, то были открыты пульсары, излучающие в рентгеновском и даже гамма-диапазоне. Большой интерес для астрофизиков представляет задача поиска радиоизлучения от таких необычных релятивистских объектов. В нашей обсерватории впервые обнаружили импульсное радио­излучение от четырех рентгеновских пульсаров и одного гамма-пульсара.

- Хотелось бы услышать конкретные примеры.

- В 1997 году наши сотрудники обнаружили импульсное радиоизлучение от объекта Геминга, который сначала был зарегистрирован в гамма-диапазоне, потом в рентгеновском, ультрафиолетовом и оптическом. Ни в одной обсерватории мира не смогли зарегистрировать радиоизлучение этого пульсара. Нашим результатам сначала не верили. Почему так получилось? Просто наш телескоп БСА, как я уже сказал, - самый чувствительный в мире в метровом диапазоне. Лишь пару лет назад ученые из Индии подтвердили наши результаты по Геминге.
Говоря об особенностях пульсаров, нельзя не сказать о гигантских импульсах. Вроде бы обычный пульсар вдруг выдает сигнал, в тысячу и даже миллионы раз превышающий “стандартный”. Природа обычных импульсов неизвестна, не говоря уже о гигантских. Впервые такие сигналы были обнаружены лет десять назад у пульсара в Крабовидной туманности. Сегодня известно не более десятка таких объектов, причем три обнаружены в нашей обсерватории.

- Пульсары расположены очень далеко, и вроде их изучение далеко от нашей реальности, от нашей жизни. А сейчас все больше говорят о развитии прикладных аспектов науки.

- Это ошибочное представление, что астрофизические исследования оторваны от потребностей повседневной жизни. Например, сейчас в обсерватории ведутся работы по созданию пульсарной шкалы времени. Это независимая от земных условий альтернатива атомным стандартам частоты, основанная на том, что у некоторых пульсаров очень стабильный период излучения. Оценки показывают, что на временных интервалах порядка нескольких десятков лет пульсарная шкала будет даже более точной, чем атомная.

Другой “практический выход” радиоастрономических исследований связан с наблюдениями солнечного ветра. В начале 1950-х годов основатель ПРАО В.Виткевич предложил метод просвечивания околосолнечной плазмы. При прохождении через турбулентную среду солнечного ветра изменяются, или модулируются, характеристики излучения от далеких источников: амплитуда, фаза, частота. Измеряя эту модуляцию, можно получить информацию о состоянии солнечного ветра: уровне турбулентности, скорости движения плазмы. Природа турбулентности, механизмы ее генерации и эволюции, взаимосвязь с характеристиками фонового солнечного ветра пока остаются предметом дискуссий. Наиболее вероятно, что турбулентность солнечного ветра связана с магнитогидродинамическими волнами.

Некоторые астрономы считают, что Солнце хорошо изучено и ничего интересного уже обнаружить нельзя. На самом деле мы очень мало знаем о нашем главном источнике тепла и света. Может, даже меньше, чем о пульсарах. Когда мы смотрим на светило, нам кажется, что на нем вообще ничего не происходит. Это потому, что оптическое излучение исходит из фотосферы, то есть видимой поверхности. А все переменные процессы протекают в горячей короне, испускающей невидимое излучение - ультрафиолет, рентген, частицы. Температура фотосферы - 6 тысяч градусов, короны - несколько миллионов. Именно из короны “дует” солнечный ветер. На Солнце происходят вспышки, выбросы вещества. Это наиболее мощные проявления активных процессов в короне, связанные с изменениями ее магнитной структуры. Выбросы корональной массы, ударные волны могут достигать Земли, вызывая возмущения магнитного поля нашей планеты. Таким процессам сопутствуют разные явления, в частности полярные сияния. Это очень красивое зрелище. Сейчас даже развивается особый вид туризма в северные страны, где можно наблюдать эти явления. Но можно приехать в такие края, прожить там две недели, но так и не дождаться полярного сияния. Предсказания ученых, когда точно ожидается очередное свечение неба, могут рассматриваться как “коммерческий выход”.

Но гораздо важнее и серьезнее другое. Помимо зрелищных эффектов возмущения на Солнце вызывают и нежелательные последствия. Возрастает радиационная опасность для космонавтов на орбите и даже для пассажиров и экипажей гражданской авиации. Могут происходить сбои в работе технологических систем, нарушения в сетях энергоснабжения. Может нарушаться связь с навигационными системами типа ГЛОНАСС, GPS. У людей со слабым здоровьем возрастает вероятность обострения болезней, этим занимается целая наука - гелиобиология.
Наблюдая распространение возмущений в солнечном ветре после взрывных процессов в короне до прихода к Земле, можно делать кратко­срочный прогноз геомагнитной активности. В прошлом году в числе других научно-исследовательских учреждений мы стали участниками поддержанной Правительством РФ федеральной целевой программы по прогнозированию космической погоды.

- Расскажите чуть подробнее о работе обсерватории по этой программе.

- На небе есть огромное количество источников, которые “мерцают” (интенсивность излучения быстро меняется) за счет выносимой солнечным ветром турбулентности. Источники находятся в разных направлениях и просвечивают различные области солнечного ветра. В течение дня с помощью антенны БСА мы наблюдаем несколько сотен мерцающих внегалактических источников, как правило, это квазары и радиогалактики. При просвечивании возмущенных областей мерцания усиливаются. Фиксируя изменения в уровне мерцаний, можно определить, как распространяется возмущение от Солнца. Служба “космическая погода” появилась сначала в США, затем в Европе. Пришло время реализовать такой проект и в нашей стране.

- Что происходит сейчас на Солнце? Много ли возмущений на нем?

- Сейчас очень необычный для нашего светила период: затянувшийся “минимум”. С конца 2006-го никаких возмущений, никаких вспышек.

В радиоастрономических исследованиях, посвященных космической погоде, сейчас намечается большая международная кооперация, в которую скорее всего включимся и мы. В чем смысл этой кооперации? Каждая обсерватория может наблюдать околосолнечную плазму только в дневное время. Объединение возможностей обсерваторий, расположенных на различных временных поясах поверхности Земли, позволит наблюдать за состоянием солнечного ветра круглосуточно.