Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма - [5]

Именно группа Института радиоастрономии в Бонне получила основные наблюдательные сведения о магнитных полях спиральных галактик. Кроме спиральных, есть и другие виды галактик, но именно спиральные наиболее интересны для понимания галактического магнетизма.

Очевидно, никакое научное лидерство не может продолжаться бесконечно долго. Сменяются научные поколения и научные приоритеты. Со временем к немецкой группе присоединились и коллеги, и конкуренты. Расскажу об одной из групп, которые конкурируют с немецкими астрономами. В 90-х гг. прошлого века радиообсерватория Ягеллонского университета в Кракове, в Польше, представляла собой коллекцию ретротехники. Не было ни оборудования, ни тематики, ни денег: в стране выполнялся план Бальцеровича, что было тяжелее реформ Гайдара. Берусь утверждать это на основании личного опыта.

Руководство Ягеллонского университета и обновленное руководство обсерватории поставили цель сохранить обсерваторию и найти для нее научную нишу, в которой можно было бы занять лидирующие позиции в науке. Реализацию плана они видели в тесном сотрудничестве с группой из Бонна (где не хватало исследователей младшего поколения) и в концентрации усилий по изучению магнитных полей карликовых галактик. План блестяще удалось воплотить. Не берусь утверждать, надолго ли, но магнитные поля карликовых галактик теперь польская тематика.

Мне почему-то кажется, что это поучительные истории.

Можно спросить, стоило ли тратить столько сил на наблюдения каких-то слабых магнитных полей далеких галактик? Конечно, с помощью этих наблюдений нельзя прямо решать народнохозяйственные проблемы. Однако на опыте изучения магнитных полей спиральных галактик выросло новое поколение радиоастрономов, которое поставило перед собой совершенно новые планы, потребовавшие новых достижений в наблюдательной технике. При планировании и строительстве новых радиотелескопов пришлось решать очень сложные задачи с помощью методов, которые обязательно пригодятся при решении совершенно земных проблем.

Магнитные поля галактик слабые, но это не значит, что они неинтересны астрономии и астрофизике. Судить о том, важно или неважно магнитное поле, приходится не по абсолютным значениям его напряженности, а по сопоставлению этой величины с другими сходными величинами: Солнце и галактики – очень разные объекты. И в Солнце, и в спиральных галактиках плотность энергии магнитных полей сопоставима с плотностью энергии движений (исключая общую энергию вращения), так что магнитные поля могут влиять на течения вещества и Солнца, и галактик и воздействовать на другие физические процессы. А кроме того, интересно, что бывают магниты размером с целую галактику.

Есть и еще один резон изучать магнитные поля галактик. Считается, что природа магнетизма галактик, звезд и планет имеет много общего (мы еще вернемся к этому вопросу). Существует много теоретических работ, в которых строятся различные модели происхождения этих магнитных полей. Нет сомнений, что космический магнетизм связан с процессами, происходящими не на поверхности, а внутри небесных тел. Интересно сравнивать эти модели с наблюдениями. Для Солнца, звезд и планет мы вынуждены использовать косвенные приемы, чтобы узнать, что именно происходит в глубинах этих тел, даже если мы хорошо знаем, что происходит на поверхности. Причина понятна: Солнце и Земля непрозрачны и мы не можем наблюдать то, что происходит в их глубинах. Галактики представляют собой счастливое исключение: они прозрачны (по крайней мере, частично) и для оптического, и для радиоизлучения, так что мы можем заглянуть прямо в ту область, в которой работает огромная динамо-машина, создающая магнитное поле. Обидно было бы упустить эту возможность!

3. Как наблюдают магнитное поле Солнца

Казалось бы, мы уже обсудили этот вопрос. Магнитное поле Солнца наблюдают прежде всего по эффекту Зеемана. Это, конечно, правда, но не вся. Оказывается, нам очень интересно не только состояние магнитного поля Солнца сегодня и в прошедшие несколько лет. На Солнце происходят важные процессы, длительность которых интересно проследить на протяжении десятилетий и столетий, – мы расскажем о них позже.

Оказывается, узнать, как вело себя магнитное поле Солнца до того, как люди научились измерять его, можно по данным о солнечных пятнах.

«Взирая на солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь в нем пятна», – проницательно заметил Козьма Прутков. Это, пожалуй, все-таки преувеличение. Смотреть на Солнце опасно, пятна на нем видны не всегда, но, действительно, большие солнечные пятна можно наблюдать невооруженным глазом. Люди делали это с незапамятных времен и писали об этом в разнообразных летописях. В частности, русские летописи упоминают пятна как «гвозди на Солнце» (так написано в Никоновской летописи под 1365 и 1371 гг.)[1].

Пятна – места на поверхности Солнца, где температура ниже, чем в остальных частях поверхности. Поэтому они темные. Нам сейчас не очень важно, откуда берутся эти пятна. Важно другое: в пятнах не только температура ниже, но и само магнитное поле в сотню раз больше, чем в среднем по поверхности Солнца. Это видно по измерениям магнитных полей в солнечных пятнах и на остальной поверхности Солнца. Собственно, именно поэтому Хейл и открыл магнитное поле Солнца в солнечных пятнах, где его легче наблюдать. Можно понять, почему температура и напряженность магнитного поля связаны друг с другом. И температура, и магнитное поле вносят свой вклад в давление вещества (об этом рассказывается в учебниках физики). Солнечные пятна существуют довольно долго – около месяца. Поэтому давление в пятнах должно быть примерно такое же, как вокруг них, иначе пятна немедленно разлетятся на клочки или, наоборот, сожмутся. В пятне температура ниже и связанное с ней давление тоже ниже. Естественно думать, что это понижение компенсируется большим значением магнитного поля и соответствующим увеличением магнитного давления. Может быть, это качественное рассуждение и не покажется убедительным приверженцам математической строгости, но современные наблюдения солнечных пятен его подтверждают. И можно применить его к старым наблюдениям солнечных пятен, выполненным в те годы, когда Хейл еще не начал измерять в них магнитное поле.