Власов Павел Васильевич
Беседы о рентгеновских лучах
ТАИНСТВЕННЫЕ НЕВИДИМКИ
1.
- Кажется, вы хотите нам открыть Америку - представить добрых старых знакомых?
- Ну коли вы так уж осведомлены, то, очевидно, ответите без труда: давно ли и насколько часто имеете дело с рентгеновскими лучами?
- Уж не припомню, с каких пор! Как и большинство, с того дня, когда впервые очутился в поликлинике на рентгене.
- Вот для начала одно из заблуждений, которое полезно рассеять.
Понятие рентгенология означает отнюдь не все сферы знаний о рентгеновской радиации, а лишь те из них, которые относятся к медицине и ветеринарии. Загляните в Большую Советскую Энциклопедию - убедитесь сами. Обратите внимание: там десятки терминов, начинающихся на 'рентген' (один из самых больших словников в БСЭ), а за ними множество областей науки и техники, огромный мир, от атомных частиц до звездных систем.
Между тем для большинства представления о рентгеновской радиации неразрывно связаны с ее применением в здравоохранении. Полюбопытствуйте у знакомых: где и когда человек сталкивается с ней? Многие искренне удивятся: странный вопрос - в поликлиниках и больницах!
Это верно лишь отчасти. И уж совсем неправильно утверждение, будто рентгеновская радиация вошла в нашу жизнь только с того момента, как в 1895 году В. Рентген открыл знаменитые икс-лучи, названные впоследствии именем великого немецкого физика. Человечество сталкивается с ними на каждом шагу с тех пор, как появилось на свет.
А если предложить такой тест знатокам? Иной читатель усмехнется, а то и возмутится: ну, знаете ли, это все равно, что владеющего высшей математикой пытать, сколько будет дважды два. Говорят, однажды так и сделали, передав безукоризненно грамотному инженеру записку с формулой: у = х2, х = 2 у = ? Тот схватил, не задумываясь, логарифмическую линейку и, выполнив в два счета привычные операции, ответил: приблизительно четыре.
Поинтересуйтесь, скажем, у врача - специалиста по рентгеновским лучам: где находятся самые мощные их источники? Можно держать пари: тот начнет перебирать в уме наиболее крупные установки у себя в городе, в том или ином государстве. Не стоит ломать голову, эти генераторы вне Земли.
Один из них - Солнце. Его рентгеновская радиация настолько чудовищна, ч го способна в считанные секунды уничтожить все земные организмы, но... На наше счастье, она там 'заперта', что называется, за семью замками. Чтобы пробиться из центральных областей к периферийным, ее микроскопическому сгустку - кванту - понадобятся миллионы лет, хотя летит он с максимально возможной скоростью - световой. Дело в том, что он бесчисленное множество раз поглощается и снова испускается частицами плазмы (электронами и т. п.), теряя постепенно первоначальные запасы энергии.
И вот количество переходит в качество: он ослабевает в конце концов настолько, что на поверхность звезды просачивается как бы обессиленным.
Так жесткая радиация солнечных недр, а она там преимущественно рентгеновская, становится все более мягкой, превращаясь в ультрафиолетовую, видимую, инфракрасную. То есть из смертоносной в животворную. Это как благодатный дождь, рожденный губительным градом, когда льдинки, выпавшие из холодного облачного чрева, тают в теплом воздухе. Впрочем, бывает, они достигают земной поверхности, не успев превратиться в безобидные капли.
Так или примерно так происходит и на Солнце с его рентгеновскими квантами. Какая-то их толика все-таки выбрасывается в окружающее пространство, особенно при вспышках. Впрочем, и спокойное светило излучает рентгеновскую жесткую радиацию. Она непрестанно генерируется в его раскаленной короне и обрушивается на Землю. Правда, практически полностью задерживается атмосферой.
Понятно, почему долго не удавалось обнаружить этот незримый водопад. Необходимо было вынести измерительную аппаратуру за плотные слои воздушного щита. Именно так в 1948 году чувствительные приборы, поднятые геофизической ракетой на высоту около 100 километров, впервые зарегистрировали рентгеновское излучение нашей дневной звезды.
Открытие не было неожиданным, так как предсказывалось заранее: при солнечных температурах (многие миллионы градусов) плазма непременно должна генерировать жесткую радиацию. Тем не менее уже сам экспериментальный факт, подтвердивший теоретический расчет, весьма примечателен, ибо ознаменовал собой первые шаги заатмосферной астрономии. Последующие ее находки имели революционное значение для науки.
Сразу же возник вопрос: можно ли обнаружить еще какие-нибудь небесные источники рентгеновской радиации? Казалось, что нет.
Судите сами. Допустим, что она испускается ближайшей к нам, похожей на Солнце, звездой - альфой Центавра, удаленной от нас на расстояние в 4,3 световых года. Поток квантов, разбегающийся во все стороны мириадами невидимых ручейков, достигает и Земли.
Но при столь больших расстояниях от него за несколько лет пути остаются не то что еле заметные струйки - жалкие капли. По существу, считанные кванты на квадратный сантиметр детектора в час. Уловят ли их ракетные зонды, которые появляются в заатмосферном пространстве на несколько минут?
Трудности казались непреодолимыми- Тем не менее с ними справились. Это произошло уже в эру космонавтики, начавшуюся стартом первого спутника в 1957 году. Конечно, прежде чем решили столь непростую проблему, понадобилось многолетнее развитие новой техники.
В 1962 году ученые США попытались зафиксировать с помощью геофизической ракеты рентгеновское излучение, отбрасываемое Луной, по неудачно. Оно было выявлено советскими специалистами по данным 'Луны- 10' и 'Луны-12', выведенных на селеноцентрические орбиты в 1966 году.
Однако и американский запуск 1962 года принес свои трофеи. На карте Галактики появился крохотный островок с таинственными невидимками. Он стал для науки островом сокровищ, первенцем огромного архипелага, обширнейшей 'терра инкогнита' в небесах.
Это было 'незапланированное' открытие, столь же неожиданное, как и то, которым прославил себя Колумб. Он ведь искал Индию, а нашел Америку.
2.
Великие географические открытия недаром названы Великими. Трудно переоценить и даже перечислить все, что они принесли людям. А те, астрономические, о которых вы говорите?
- 'Мир сразу сделался почти в десять раз больше... Внешнему и внутреннему взору человека открылся бесконечно более широкий горизонт'. Вот что означали для людей Великие географические открытия, по словам Ф. Энгельса. Но разве нельзя охарактеризовать так и открытия новейшей астрофизики в эпоху покорения атома и космоса? За одно лишь последнее десятилетие они более чем вдвое расширили для нас границы наблюдаемой вселенной.
- Как? И на ту же доску вы ставите, по вашему же выражению, 'жалкие капли' информации - редкие кванты небесных икс-лучей?
- Что ж, в них, как в капле - Солнце, отражается необъятный мир от атомных частиц до звездных систем.
Термин 'космос', как и 'атом', достался нам в наследство еще от античной эпохи. Но как изменились оба понятия древнегреческой натурфилософии: и 'мир' и 'неделимый'! Живя на той же земной тверди, которая остается для глаз плоской до самого горизонта, под тем же небосводом, который по-прежнему воспринимается поэтами как светозарный шатер, своим внутренним взором человек проник в недосягаемые, казалось бы, глубины микро- и мегамира.
Человек широко раздвинул границы наблюдаемой вселенной. В 1940-х годах выяснилось, что квант электромагнитного излучения, а он в секунду пролетает 300 тысяч километров, пересечет ее примерно за 7 миллиардов лет. Так думали до 1950 года. Потом выяснилось: ее диаметр превышает 25 миллиардов световых лет. В этих пределах насчитывается, возможно, около 100 миллиардов галактик, причем только в одной из них, нашей, - 150 миллиардов звезд.
'И не нужно думать, что мы исчерпали вселенную до дна, - предупреждает известный популяризатор науки, ученый и фантаст А. Азимов в прекрасной книге 'Вселенная. От плоской Земли до квазаров'. - Последние 400 лет астрономия развивалась все нарастающими темпами, и пока еще нет никаких признаков замедления этого процесса. За последнюю четверть века' человек узнал о вселенной больше, чем за всю свою предыдущую историю; что же ему предстоит узнать за следующие 25 лет? Нас, безусловно, ждут захватывающие открытия'.
Сегодня при изучении вселенной особое и к тому же растущее значение приобретает именно рентгеновская и гамма-астрономия. Но последняя еще в младенческом возрасте. А первая - уже в юношеском, притом оказалась прямо-таки вундеркиндом.
Очень важно, что она позволяет исследовать космические объекты в экстремальных, крайних условиях. Например, при температурах в десятки и сотни миллионов градусов, при сверхмощных взрывах и тому подобных процессах, какие на Земле воспроизвести невозможно или необычайно трудно.
Свою родословную рентгеновская астрономия ведет, по существу, с 1962 года. Именно тогда мир услышал о сенсационном открытии, которое упоминалось как 'незапланированное'. Аппаратурой, которую подняла американская ракета на 225-километровую высоту, не был зарегистрирован вопреки ожиданию ни единый квант жесткой радиации от Луны. Зато был обнаружен неизвестный дотоле островок невидимок в Галактике.
По названию 'икс-лучи', употребляющемуся доныне во многих странах, и по своему местоположению в одном из зодиакальных созвездий он получил обозначение 'Скорпион Х-1'.
Тогда же на карте галактики появился Телец Х-1, тоже зодиакальный. Этот источник оказался не столь компактным. Напротив, 'размазанным' по Крабовидной туманности, где он находится. Вскоре добавились другие: и диффузные и точечные. К 1977 году, к 20-летию космонавтики и 15-летию рентгеновской астрономии, их насчитывалось уже примерно двести. Полагают, что дальнейшие поиски увеличат это число до тысячи, если не больше. И все же рентгеновские звезды представляют довольно большую редкость. И в нашей Галактике и в Туманности Андромеды на миллиард обычных звезд приходится только одна рентгеновская.
Какова природа рентгеновского излучения звезд?
На этот вопрос сегодня трудно ответить однозначно.
Есть основание полагать, что как рентгеновское, так и оптическое (видимое) излучение рентгеновских звезд представляет непрерывный спектр теплового излучения газа, разогретого до десятков миллионов градусов.
Первая из открытых на небосводе, рентгеновская звезда Скорпион Х-1, долгое время оставалась самой яркой (десятки квантов на квадратный сантиметр в секунду). Вторым был Телец Х-1 (несколько квантов на квадратный сантиметр в секунду). И вдруг в 1975 году объявился новый чемпион. Рентгеновская светимость этого объекта, зарегистрированного в зодиакальном созвездии Единорога, за несколько дней возросла для земных наблюдателей в сотни раз, многократно превзойдя ту же величину у Скорпиона Х-1. И стала в десятки тысяч раз больше, чем у самых слабых из дотоле известных небесных источников (один квант на квадратный сантиметр за тысячу секунд). У типичных, 'средних', объектов тот же показатель близок к одному кванту за 10 секунд на каждый квадратный сантиметр счетчика, вынесенного в околоземное пространство.
