Материал: Шахбазян Ю. АМБАРЦУМЯН. Этапы жизни и научные концепции

ница тотчас определяется. Расположим все звезды от нас на расстоянии 10 парсек1. Для этого ближайшим звездам пришлось бы отодвинуться, а большинству звезд приблизиться к нам. Сравнивая теперь видимые звездные величины звезд, мы могли бы судить о том, какая звезда излучает больше энергии в пространство. Звездные величины звезд, находящихся на одном расстоянии, могли бы служить мерой их светимости. Звездная величина звезды находящейся на расстоянии 10 парсек, называется абсолютной звездной величиной (М).

Самую большую информацию дают спектры небесных объектов. Если на пути света от его источника поставить стеклянную призму, лучи с большей длиной волны отклонятся на меньший угол, а лучи с меньшей длиной волны отклонятся на больший угол. В результате на экране появится радуга — спектр источника излучения — чередующаяся от красного до фиолетового цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Дети легко запоминают последовательность чередования красок по мнемонической присказке: Каждый — Охотник — Желает — Знать — Где — Сидит — Фазан. За фиолетовым краем находятся еще более коротковолновые области: ультрафиолетовая, рентгеновская и область γ-излучения. За красным краем еще более длинноволновые области, чем красная: инфракрасная и радиоволны. Эти области спектра глаз не воспринимает. Их излучение регистрируется только приборами. На непрерывном фоне спектров звезд появляются темные, а у некоторых звезд еще и яркие линии. Эти линии показывают, что над ослепительно светящейся поверхностью звезд имеется атмосфера, состоящая из различных газов. Каждый газ дает линии в определенных местах спектра. Сравнивая положение этих линий с лабораторными спектральными линиями, астрономы определяют состав и температуру звездных атмосфер. Спектры всех звезд различны. Однако, расположив их в определенном порядке, получим ряд спектров, где любые два соседних будут очень мало отличаться друг от друга. Для удобства вся последовательность звездных спектров разбита на семь участков (спектральная классификация): О-B-A-F-G-K-M-N . Запоминают так: О — B(б)-оже — А-F(ф)-G(г)-анистан — К-уда — М-ы —

N(н)-есемся. Или: O — B-ee — А — F-air — G-irl — K-iss — M-i

(Группа N не всегда фигурирует в спектральной классификации) Эта классификация часто подвергается более тонкой

1 Парсек является сокращением от «параллакс в секунду», то есть, если параллакс звезды, измеренный с Земли, составляет 1 угловую секунду, то расстояние до нее определяется, как 1 парсек. Один парсек составляет 3,26 световых лет или 3 · 1013км.

градации. Например А0, А7, F1 и т. д. Явление линейной последовательности спектров указывает на то, что спектры звезд зависят главным образом от какого-то одного фактора. Этим фактором оказалась температура звезды, которая согласуется с механизмом образования линий в спектрах звезд.

Известно, что атом всякого элемента может поглощать свет. При этом он поглощает свет совершенно определенных частот. Когда атом поглотит порцию световой энергии или, как говорят, световой квант данной частоты, он переходит в возбужденное состояние, определяемое тем, что его внешний электрон удаляется от ядра атома. В возбужденном состоянии атом находится ничтожную долю секунды, после чего электрон возвращается на свое обычное место, а атом при этом получает порцию световой энергии. Когда свет от раскаленной поверхности звезды проходит через ее более холодную атмосферу, находящиеся там атомы различных элементов поглощают свет определенных, свойственных этим атомам, частот. Если атом поглотит квант достаточно высокой частоты, обладающий высокой энергией, то внешний электрон будет не просто перемещен несколько дальше, а будет оторван от ядра; атом станет ионизированным. С другой стороны, чем выше температура звезды, тем больше световой энергии она излучает. Но от температуры зависит и состав квантов ее излучения. Чем выше температура, тем больше доля высокочастотных квантов и меньше доля низкочастотных, что определяет разнообразие спектров звезд.

Чтобы иметь представление о цвете звезд, проследим, как меняется цвет раскаленного металлического слитка по мере повышения его температуры. Он меняется от тускло — красного к желтому, а затем к ослепительно белому цвету. Так и звезды. У холодных звезд класса М цвет красноватый. У класса К — оранжевый. Наше Солнце и другие звезды класса G — желтые. У класса F светло-желтый цвет. Звезды класса А кажутся совершенно белыми, а В и О голубоватыми. Звезды класса О, имеющие очень высокую температуру, будут иметь фиолетовый оттенок. Но в астрономии, как в любой точной науке, все понятия выражаются количественно, и поэтому цвет в астрономии не только качество, но и величина (количество). Цвет в астрономии измеряют. Делают это очень просто. Фотографируют звезду на двух пластинках. Одна из них обыкновенная, чувствительная к синим и фиолетовым лучам. Вторая пластинка покрыта особым светочувствительным слоем, более чувствительным к желтым и красным лучам и менее чувствительным к синим и фиолетовым лучам. Эта пластинка по способности воспринимать свет различных цветов близка

к человеческому глазу. Ведь глаз человека в ходе эволюции выработал наибольшую чувствительность к лучам того цвета, который преобладает в излучении освещающего нашу планету Солнца, — к лучам желтого цвета. По почернению на той и другой пластинке определяют видимую звездную величину звезды. Видимая звездная величина, определенная при помощи обыкновенной пластинки обозначается mph и называется фотографической звездной величиной, а видимая звездная величина, полученная при помощи второй пластинки, обозначается mpg и называется фотовизуальной звездной величиной. Разность этих величин называется показателем цвета:

CI= mpg — mpv

Следовательно, у красной звезды показатель цвета CI положительный, а у голубых звезд — отрицательный. По показателю цвета можно приближенно определить спектральный класс и температуру звезды.

Исследования Крабовидной туманности

А теперь перейдем к изложению замечательной истории возникновения и развития Крабовидной туманности. Эта туманность в астрономической науке играет исключительную роль. Недаром среди астрономов бытует шутка, что современную астрофизику можно разделить на физику Крабовидной туманности и... все остальное.

Дело в том, что Крабовидная туманность возникла и развивалась на глазах у астрономов — уникальный случай! — и, более того, в ней был обнаружен весь спектр загадочных астрономических явлений, которые присутствуют во многих объектах Вселенной.

В 1054 году, тогда, когда еще не было ни телескопов, ни фотографии, китайские и японские астрономы1, каждую ночь внимательно наблюдая за изменениями, происходящими в звездном мире, обнаружили в созвездии Тельца новую звезду, назвали ее «звездой — гостьей», срисовали ее, установили ее координаты и продолжали за ней наблюдать.

На глазах у ошеломленных наблюдателей эта звезда, с каждым днем увеличивая свой блеск, превзошла по яркости Венеру — самое яркое светило неба после Солнца и Луны — и была видна даже днем.

Это было всего 950 лет тому назад и, как выяснилось в

1 Есть упоминание и в армяских источниках.

дальнейшем, это был, выражаясь современным языком, мощный взрыв сверхновой1.

С тех пор астрономы не переставали следить за «звездой — гостьей». Дальнейшие наблюдения показали, что в окрестности этой звезды начала образовываться расползающаяся туманность, а яркость звезды начала убывать. Поскольку туманность расположена от нас далеко — на расстоянии 1000 парсек, то заметное, хотя и медленное, увеличение туманности означало, что скорость удаления образующих ее газов огромна. Последние точные измерения установили, что газы от центральной звезды выбрасываются со скоростью свыше 1000 км/сек.

Так «на наших глазах», всего за 950 лет, в результате вспышки сверхновой звезды образовалась Крабовидная туманность, которая теперь уже досконально изучена.

Чем же она замечательна?

В первую очередь, конечно, тем, что туманность, бесспорно, образовалась в результате мощного взрыва звезды. Кстати, гипотеза о том, что туманности образуются из активной звезды, а не наоборот, была высказана в начале ХХ века замечательным математиком, физиком и астрономом Анри Пуанкаре2. Очень интересно то, что нигде в современной астрономической литературе этот факт не упоминается. Единственную ссылку на эту гипотезу можно обнаружить только у Амбарцумяна.

Затем астрономы заметили в центральной части Крабовидной туманности две близко расположенные друг к другу слабые звездочки 16-й величины. И вот оказалось, что южная из этих звезд — отнюдь не обычная звезда, а нечто совершенно особенное. Это был пятый «кембриджский» пульсар3.

Пульсары

Оказалось, что период колебания излучения «кембриджского» пульсара рекордно мал — 0,033 секунды. Первым объяснением, которое пришло в голову, была идея о том, что

1 Сверхновые — звезды, заканчивающие свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе. Законченной теории сверхновых звезд пока не существует.

2 Пуанкаре Жюль Анри (1854—1912) — французский математик, физик и философ, глава Парижской академии наук, член Французской академии и еще более 30 академий мира, в том числе иностранный членкорреспондент Петербургской академии наук. Создатель теории относительности (вместе с Хендриком Лоренцом).

3 Пульсирующие источники радиоизлучения были открыты в 1967 году. Импульсы пульсаров повторяются с периодом от нескольких сотых долей до сотен секунд.

эти импульсы — искусственные сигналы, посылаемые внеземными цивилизациями. Их регулярность и казавшиеся закономерными модуляции наводили на мысль о сверхмощных радиомаяках, передающих межзвездную навигационную информацию. Против этого выдвигался, в частности, следующий аргумент: если маяк посылает свои сигналы во всех направлениях, то излучаемая мощность должна быть невероятно велика — 1020 ватт, что более чем в миллион миллиардов (1015) раз превышает мощность обычной радиостанции. Для того, чтобы выработать такую энергию, космическая станция должна была бы сжигать в виде топлива целые планеты. Но если это радиоизлучение имеет направленное действие (работает, как грандиозный параболоид), то почему узкий пучок направлен именно на нас? Если же пульсары нацелены на нас случайно и имеются другие такие же, действующие в разных других направлениях, то можно сделать вывод, что их общее число в Галактике невообразимо велико — в таком случае Галактика должна кишеть сверхцивилизациями. Есть и другие аргументы, исключающие отождествление пульсаров с внеземной цивилизацией.

Есть теория, которая полагает, что пульсары — это быстро вращающиеся белые карлики. На одной стороне такой звезды имеется взрывающаяся область (происходит инжекция материи в одном направлении), интенсивно излучающая радиоволны, которые мы принимаем лишь тогда, когда звезда обращена к нам этой стороной. Но и у этой теории имеются свои трудности: никак нельзя представить себе обычный белый карлик, который вращался бы так быстро. Звезда размером с Землю, вращающаяся с периодом 0,033 секунды, имела бы на поверхности скорость около 1300000 километров в секунду, то есть намного больше скорости света. Можно при желании представить пульсар, как многоинжектирующую систему ситоподобной конфигурации (многопрожекторного типа) и т. д.

Пульсар интерпретируется сейчас, как быстро вращающаяся намагниченная нейтронная звезда малого размера (она плотнее, чем белый карлик). Однако механизм его мощного рентгеновского и радиоизлучения до сих пор окончательно не ясен.

Установлено, что пульсар в Крабовидной туманности, инжектируя релятивистские электроны или, по некоторым гипотезам, испуская гравитационное излучение со временем замедляется, вызывая тем самым и радио и рентгеновское излучение туманности. Если бы пульсар «выключился», то через несколько месяцев прекратилось бы жесткое рентгеновское

излучение туманности, а через сотню лет кончилось бы ее оптическое излучение.

В 1953 году И. С. Шкловский1 предположил, что механизм оптического излучение Крабовидной туманности, по крайней мере, на 95 процентов обусловлен сверхэнергичными (релятивистскими) электронами, движущимися в магнитном поле туманности. Таким образом, было показано, что излучение Крабовидной туманности является синхротронным2 (или, как говорят физики, магнитно-тормозным, или, как говорят «оптические» астрофизики, является нетепловой непрерывной эмиссией).

Шкловским было предсказано наличие магнитного поля туманности и, следовательно, поляризация ее излучения. Вскоре в Бюракане ленинградским астрофизиком В. А. Домбровским3 впервые была обнаружена поляризация этой туманности, а молодым астрофизиком Э. Е. Хачикяном (ныне академиком) было исследовано распределение поляризации по туманности. В 1957 году к анализу механизмов непрерывной эмиссии Крабовидной туманности и к проблеме ее нетеплового излучения обратился Виктор Амазаспович в работе «О плотных облаках релятивистских электронов».

Он подтвердил мнение Шкловского, что в Крабовидной туманности значительная и даже основная часть тормозного излучения в магнитном поле испускается в оптических частотах.

Однако Амбарцумян указал на возможность существования и другого механизма возникновения излучения. А именно, если имеется сравнительно плотное облако релятивистских электронов достаточно большого размера, то концентрация фотонов, испускаемых при тормозном излучении, увеличивается и эффект рассеяния электронов на этих фотонах (обратный Комптон-эффект) становится весьма значительным. В результате, излучение, являющееся следствием рассеяния электронов на фотонах, может во много раз превзойти тормозное излучение, особенно, если при заданном магнитном поле энергия электронов велика.

Виктор Амазаспович в этой работе напоминает о том,

1 Шкловский Иосиф Самуилович (1916—1985) — советский астроном, астрофизик, член-корреспондент АН СССР, автор девяти книг и более трехсот научных публикаций, лауреат Ленинской премии за концепцию искусственной кометы, основатель раздела радиоастрономии в современной астрофизике.

2 Такое излучение впервые обнаружено физиками на синхрофазотроне.

3 Домбровский Виктор Алексеевич (1913—1972) — русский ученый

астроном, астрофизик.

как В. Бааде1 в 1942 году обнаружил появляющиеся время от времени в Крабовидной туманности новые яркие сгущения

иволокна, которые, вероятно, являются довольно плотными облаками релятивистских электронов.

Аналогичным примером, где можно подозревать существование сравнительно плотных облаков релятивистских электронов, являются вспышки нетепловой непрерывной эмиссии иррегулярно переменных звезд типа Т Тельца. Светимость у отдельных звезд типа Т Тельца становится в 20 или 30 раз больше, чем в минимуме. У этих звезд во время вспышки возникает нетепловая непрерывная эмиссия. Изучение этих загадочных переменных объектов находится в центре внимания астрофизиков мира.

Вупомянутой работе Виктора Амазасповича впервые рассматривается вопрос о том, с каким из двух возможных механизмов излучений мы имеем дело в этих явлениях: со случаем, когда преобладает тормозное излучение в магнитном поле, или со случаем, когда, наоборот, преобладает излучение изза рассеяния на собственных фотонах облака. Решение этого вопроса существенно, так как продолжительность излучения в этих случаях оказывается совершенно разной.

Врезультате, Виктором Амазасповичем было получено фундаментальное соотношение параметров обоих явлений — формула, позволяющая по наблюдаемым величинам получить ответ на вопрос: какой из процессов (магнитно-тормозной или обратный Комптон-эффект) является преобладающим.

С развитием астрофизических методов наблюдений и вводом в строй крупнейших телескопов во многих обсерваториях мира, количество обнаруженных разнообразных туманностей, образовавшихся в результате активности центральной звезды, сильно увеличилось (планетарные, кометарные туманности

ит. д.). Большой вклад в эти работы сделали бюраканские астрофизики. Таким образом, можно утверждать, что именно Крабовидная туманность своим наглядным примером взрыва сверхновой и образования туманности из звезды указала путь к познанию космогонической эволюции Галактики.

Но многие исследователи считали появление Крабовидной туманности явлением редким, уникальным и не могущим служить примером для космогонических обобщений. Требовались новые доказательства универсальности факта образования туманностей из звезд. Особое место среди нестационарных объектов занимают переменные звезды с разнообразными и фантастическими проявлениями вспышечной активности.

1 Бааде Вальтер (1893—1969) — немецкий астроном. Исследовал переменные и сверхновые звезды.

Такими объектами являются, например, звезды типа FU Ориона (Фуоры), которые вдруг, за короткий промежуток времени, повышали свою светимость в наблюдаемой части спектра более чем в сто раз, после чего удивительным образом, долгие годы сохраняли повышенную светимость.

Ни одна из теорий внутреннего строения звезд не в состоянии объяснить подобное явление. Обнаружение новых Фуоров до сих пор является важным и престижным делом в астрофизике нестационарных объектов.

Были обнаружены удивительные переменные звезды. Так, например, стало известно, что одна из вспышек сверхновой в соседней галактике превысила суммарную мощность излучения миллиардов звезд этой галактики! А за период яркого свечения сверхновой, который длится около года, она излучает такое количество энергии, на которое нашему Солнцу понадобилось бы свыше миллиарда лет. При этом сверхновая выбрасывала огромные массы газа с космическими скоростями. Изучение таких удивительных механизмов излучения становится главной задачей астрофизических единомышленников Амбарцумяна в астрофизике.

В 1934 году Виктор Амазаспович создал в Ленинградском государственном университете, впервые в СССР, кафедру теоретической астрофизики, а в 1946 году Бюраканскую астрофизическую обсерваторию в Армении.

Как в Ленинграде, так и в Бюракане, определяя область астрофизических исследований и направление работ, он нацеливал своих сотрудников исключительно на решение самых важных и злободневных проблем астрофизики — на совершенствование методов теории переноса излучения и на их приложение

вастрофизике, а также методов обнаружения и исследования нестационарных объектов Вселенной. Эти бурно развивающиеся области астрофизики, в конечном счете, имели космогоническую направленность, которую мы подробно рассмотрим.

Научное творчество Амбарцумяна началось именно тогда, когда бушующая Вселенная во всем своем неспокойном, поражающем многообразии лежала перед учеными. Астрономия созрела для новых фундаментальных открытий. Здесь уместно вспомнить высказывание великого Ампера1: «Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда

вней назрел уже решительный переворот».

Да, но откуда черпали такое же вдохновение в бушующей Вселенной замечательнейшие русские поэты? Федор Тютчев:

1 Ампер Андре Мари (1775—1836) — французский ученый, один из основоположников электродинамики. Построил первую теорию магнетизма.

...Небесный свод, горящий славой звездной, Таинственно глядит из глубины, — И мы плывем, пылающею бездной

Со всех сторон окружены.

Или БорисПастернак:

…И страшным, страшным креном К другим, каким-нибудь Неведомым вселенным Повернут Млечный путь...

А теперь попробуем рассказать, какими судьбами в этот фантастический и сказочный мир прекрасного, в мир астрономии, пришел Виктор Амбарцумян и совершил столько удивительных открытий.

Глава третья

ИЗ ВОСПОМИНАНИЙ АМАЗАСПА АМБАРЦУМЯНА, ОТЦА УЧЕНОГО

В волшебный мир моих воспоминаний Не раз я возвращусь, и книгу перечту

Чудесных образов, минувших дней сказаний —

Ив ней найду и свет, и теплоту.

А.А. Амбарцумян.

Некоторые рассуждения А. А. Амбарцумяна

Становление Виктора Амазасповича, как многогранного мыслителя, в большой мере определил его отец, и не зная Амазаспа Асатуровича Амбарцумяна (1880—1965) — ученого, философа и педагога, мы не получим полного представления о самом Викторе Амазасповиче.

Амазасп Асатурович, окончив в 1907 году юридический факультет Санкт-Петербургского университета, предался научным исследованиям в юриспруденции, филологии, философии. Перевел с древнегреческого на современный армянский язык «Илиаду» и «Одиссею» Гомера и некоторые произведения греческих трагиков. Написал и опубликовал большое количество оригинальных стихотворений. Его большое научное наследие пока не все опубликовано и хранится в архиве.

Амазасп Асатурович задумывался над многими сложными проблемами человеческой жизни и своим острым интеллектом и широкой поэтической душой пытался познать истину.

Так, в неопубликованном очерке «Отец и сын» («Опыт оправдания жизни») он останавливается над такими проблемами, как жизнь и ее происхождение во Вселенной.

Действительно, как можно было не думать об этом: миллиарды лет во Вселенной существовали галактики, звезды и другие небесные тела, но это как будто никому не было нужно. Не было существ, которые могли все это видеть и осознавать, чувствовать и изучать. Страшно подумать, что в мире могло не быть сознательных существ. Тогда это творение бы-

1Здесь и далее стихи А. А. Амбарцумяна — в переводе с армянского

Ф.Е. Зарина-Несвицкого.