МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ВЗРЫВОВ

Выяснение природы земных взрывов обычно не вызывает затруднений. Не только при созданных искусственно, но и при естественных взрывах бывает известно, преобразование какой энергии вызвало взрыв. Основное внимание обращается на изучение эффектов, сопровождающих взрывы, таких, как ударные волны, звуковые волны, свечение. Эти явления регистрируются непосредственно при помощи различных приборов. При исследовании же космических взрывов зачастую трудно сказать с уверенностью, каков источник энергии взрыва. Этот вопрос может быть решен только после тщательного изучения всех доступных наблюдению явлений, вызванных взрывом.

Трудности в исследовании космических взрывов, как и других астрономических явлений, обусловлены главным образом чрезвычайной удаленностью космических объектов от наблюдателей. Расстояние даже до ближайшего  к Земле небесного тела, Луны, более чем в девять раз превосходит длину земного экватора. Солнце же находится в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, — на расстоянии 150 миллионов километров. И даже эта величина оказывается очень малой по сравнению с расстоянием, отделяющим нас от соседних звезд. Для действия любого прибора, используемого при изучении взрыва, нужно, чтобы до прибора дошла некоторая часть энергии, освободившейся при взрыве. Получаемая земными наблюдателями доля энергии взрыва, происшедшего на отдаленном небесном теле, ничтожно мала, потому, что эта энергия при удалении от точки взрыва, распространяясь по пространству, занимает все больший объем. Назовем потоком энергии F количество ее, проходящее через площадку в 1 см2, расположенную перпендикулярно к направлению распространения энергии за 1 сек, и найдем, как меняется F с расстоянием от точки взрыва. Пусть- носителями энергии являются частицы, разлетающиеся от этой точки. Если частицы в пространстве не поглощаются и новые там не возникают, его при неизменной скорости частиц энергия, проходящая через любую сферу с центром в точке взрыва, одинакова. Энергия же, приходящаяся на 1 см2, обратно пропорциональна площади сферы и, значит, квадрату ее радиуса.

Приборы на Земле не в состоянии зарегистрировать механическую энергию даже очень сильных взрывов, происходящих на звездах. Ударные волны, распространяющиеся в межзвездном газе, затухают на сравнительно малом расстоянии от точки взрыва. Кроме того, скорости ударных волн в сотни и тысячи раз меньше скорости распространения излучения. Луч света, чтобы дойти от ближайших звезд до Земли, затрачивает годы. А механическая энергия взрыва, если бы и дошла до Земли, то настолько ослабленной и с таким опозданием, что ее невозможно было бы приписать тому или иному взрыву.

Так же плохо обстоит дело с непосредственной регистрацией на Земле всех других видов энергии звездного взрыва, кроме электромагнитного излучения (одной из форм которого является видимый свет). Существует, правда, теоретическая возможность наблюдения частиц, летящих со скоростью, почти равной скорости света, таких, например, как нейтрино. Однако приборы, регистрирующие частицы высоких энергий, пока не обладают достаточной чувствительностью, чтобы «замечать» столь слабые потоки частиц от звездных взрывов, какие можно ожидать на Земле. Вместе с тем, поскольку частицы, обладающие зарядом (электроны, протоны), вследствие различных воздействий движутся в пространстве не прямолинейно, приписать происхождение наблюдаемых частиц конкретному звездному взрыву невозможно. Практически единственным источником информации о космических взрывах пока остается электромагнитное излучение, идущее из области взрыва. Поэтому они изучаются теми же методами, которые применяют в астрономии для исследования физических свойств небесных тел — ведь только излучение этих тел и может быть наблюдаемо. Электромагнитное излучение возникает при неравномерном (ускоренном) движении электрических зарядов. Любой заряд создает в прилегающем пространстве электрическое поле. Так называют область, в которой проявляется действие этого заряда на любой другой заряд. Движущиеся заряды создают также и магнитное поле. Это хорошо известный факт, демонстрируемый простыми опытами. Например, все знают, что вблизи проводника с током обнаруживается действие силы на магнит, а это и означает присутствие магнитного поля. Ток же представляет собой движущиеся заряды. Таким образом, вблизи движущегося заряда существуют два поля — электрическое и магнитное. О них говорят как о едином электромагнитном поле.

При изменении величины или направления скорости заряда создаваемое им электромагнитное поле также меняется. Всякое изменение поля распространяется со скоростью 300 000 км/сек. Эти изменения поля представляют собой электромагнитные волны. Так, например, электрон, оторвавшийся от атома и летящий прямолинейно, при встрече с протоном, имеющим противоположный заряд, испытывает действие поля протона. Направление скорости движения электрона изменяется под действием силы притяжения к протону. Электрон движется не по прямой, а по кривой, называемой гиперболой. В процессе движения кинетическая энергия электрона уменьшается — часть ее переходит в энергию электромагнитного поля и уносится в пространство. Такой процесс называется излучением при свободно-свободных переходах, потому что электрон остается свободным, не связанным с атомом.

Оказывается, по спектральным линиям можно обнаружить присутствие в пространстве, занимаемом газом, магнитного поля и найти напряженность поля. Подобные определения широко распространились в последние годы, так как выяснилось, что магнитные поля играют существенную роль в различных процессах, протекающих во Вселенной и, в частности, в космических взрывах. В связи с этим целесообразно сказать здесь хотя бы коротко о влиянии магнитного поля на свойства излучения.

Как было обнаружено еще в 1896 г., если излучающий газ находится между полюсами сильного магнита, то на месте каждой из эмиссионных линий появится несколько отдельных линий: говорят, что линии в магнитном поле расщепляются на составляющие или компоненты. Расстояние между компонентами зависит от напряженности поля. Это явление, получившее название эффекта Зеемана (по имени открывшего его голландского ученого), связано с влиянием магнитного поля на движение любого помещенного в поле электрического заряда. Влияние поля сказывается и на движении электрона в атоме. Магнитное поле изменяет набор допустимых энергетических состояний: вместо одного возникает несколько близких состояний, у которых различие в величине энергии пропорционально напряженности поля. Соответственно, вместо одной линии, возникающей при переходе электрона с этого энергетического уровня, наблюдается несколько линий, причем расстояние между компонентами линии оказывается пропорциональным напряженности поля.

Источник: В.Г. Горбацкий: Космические взрывы