Большая советсткая энциклопедия Космическое радиоизлучение

Космическое радиоизлучение

Космическое радиоизлучение, излучение галактических и метагалактических объектов в радиодиапазоне длин волн. Иногда к К. р. относят также радиоизлучение Солнца и планет. К. р. открыто в 1931 американским радиофизиком К. Янским на волне около 15 м. Несмотря на весьма низкую разрешающую способность антенны сконструированного Янским радиотелескопа, в следующие годы он доказал, что обнаруженное им радиоизлучение приходит из области Млечного Пути. В 40-х гг. 20 в. в связи с быстрым развитием радиолокационной техники возник новый раздел астрономии — радиоастрономия, существенно дополняющий результаты астрофизических исследований космических объектов и тесно взаимодействующий с астрофизикой. В 1946 английские исследователи Дж. Хей. Дж. Филлипс и С. Парсонс при помощи радиоинтерферометра обнаружили отдельные, "дискретные" источники К. р. Радиоастрономические инструменты начала 70-х гг. 20 в. дают потенциальную возможность наблюдать около миллиона таких источников. Поток радиоизлучения от самых слабых источников в миллион раз слабее потока от наиболее ярких из известных источников. Подавляющее большинство слабых источников находится за пределами нашей Галактики, в Метагалактике; несколько сот из них отождествлено с галактиками. Основная часть неотождествлённых источников, по-видимому, связана с галактиками и квазарами.

Наша Галактика также является источником К. р.: в полосе Млечного Пути наблюдаются места с повышенной интенсивностью К. р. Большинство метагалактических источников К. р. значительно мощнее Галактики. В то время как Галактика излучает примерно 10³⁸ эрг/сек (около 10^-6 её полного излучения в оптическом диапазоне). отдельные метагалактические источники излучают до 10⁴⁵ эрг/сек, что близко к мощности их оптического излучения. Такие объекты, называются радиогалактиками, представляют собой, как правило, гигантские сфероидальные весьма массивные звёздные системы. Интерференционные наблюдения показывают, что области оптического излучения и радиоизлучения метагалактических объектов не совпадают в пространстве: обычно последние локализуются в двух симметрично расположенных по отношению к оптическому центру облаках, удалённых от этого центра на расстояние в десятки тысяч парсек. В ряде случаев в оптическом центре радиогалактики наблюдается источник весьма малых угловых размеров (<<1¢¢), поток радиоизлучения от которого довольно быстро меняется со временем. Это свидетельствует о продолжающейся активности галактических ядер, выбрасывающих вещество, из которого образуются радиоизлучающие облака. Теория излучения радиоисточников была предложена (1950) шведским учёными Х. Альфвеном и Н. Герлофсоном и подробно разрабатывалась советскими учёными В. Л. Гинзбургом и И. С. Шкловским. Согласно этой теории, многочисленные предсказания которой были полностью подтверждены последующими наблюдениями, К. р. возникает при движении быстрых, т. н. релятивистских электронов в магнитных полях (синхротронное излучение). Применение этой теории к конкретным метагалактическим источникам показывает, что в них содержится гигантское количество релятивистских частиц, суммарная энергия которых доходит до 10⁶⁰ эрг, что сравнимо с энергией гравитационной связи галактики. Эти частицы генерируются в области галактических ядер и выбрасываются оттуда во время взрывов.

В 1965 в США на сантиметровом диапазоне было обнаружено т. н. "реликтовое" излучение метагалактического фона. Оно характеризуется планковским спектром с температурой около 3 К. Своё название оно получило потому, что его кванты были излучены Вселенной на ранней стадии её развития. Тогда ещё не было ни галактик, ни звёзд. Вселенная в эту эпоху представляла собой водородную плазму с температурой 4000 °С.

Наряду с метагалактическими источниками наблюдаются также галактические источники К. р. Это — преимущественно особые туманности — остатки вспышек сверхновых звёзд (например, Крабовидная туманность). Излучение в этом случае также является синхротронным. Кроме того, в Галактике (а также в ближайших галактиках, например в Магеллановых Облаках) наблюдаются источники теплового радиоизлучения. Последними являются межзвёздные облака ионизованного газа и обычные туманности галактические. Спектр этого излучения отличен от синхротронного, "тепловые" источники наблюдаются преимущественно на сравнительно коротких волнах. В 1937 Дж. Белл и др. (Великобритания) обнаружили совершенно новый тип радиоисточников, получивших название пульсары. Вскоре выяснилось, что пульсары — это сильно намагниченные, быстро вращающиеся нейтронные звёзды, образовавшиеся после взрывов сверхновых звёзд. Все упоминавшиеся выше источники К. р. характеризуются непрерывным спектром. Наряду с этим в ряде случаев наблюдаются отдельные спектральные радиолинии, причём как в излучении, так и в поглощении. Наиболее важной из них является линия водорода с длиной волны 21 см. Существование этой линии впервые было теоретически предсказано голландским учёным Х. ван де Холстом в 1944. Она была открыта в 1951 (американскими астрономами Х. Юэном, Э. Перселлом), и её наблюдения стали неиссякаемым источником сведений для различных астрономических исследований. В 1949 Шкловский предсказал новый класс межзвёздных молекулярных линий, в частности линию OH с длиной волны 18 см. Эта линия открыта только в 1963. В 1966 на этой волне открыты источники радиоизлучения нового типа с огромной яркостью. Излучение таких источников имеет мазерную природу (см. Мазер). Вскоре были открыты ещё более интенсивные мазерные космические источники на волне 1,35 см в линии паров воды. В настоящее время (70-е гг. 20 в.) средствами радиоастрономии обнаружено свыше 10 межзвёздных молекул, в том числе таких многоатомных, как аммиак, спирт и муравьиная кислота. В 1962 советский астроном Н. С. Кардашев обосновал возможность наблюдений в радиодиапазоне линий высоковозбуждённых атомов межзвёздного водорода, которые вскоре были открыты. Наблюдения этих линий весьма полезны при анализе физических условий в межзвёздной среде.

В конце 60-х гг. были получены первые результаты наблюдений сверхдлинноволнового (длины волн порядка километров) К. р. с искусственных спутников Земли, а также субмиллиметрового К. р. Расширение спектрального диапазона ещё больше увеличивает возможности радиоастрономии.

Лит.: Каплан С. А., Элементарная радиоастрономия. М., 1966; Kraus J. D., Radio astronomy, N. Y. — [a. o.], 1966.

И. С. Шкловский.