Астрофизика - высокая энергия
Cтраница 1
Астрофизика высоких энергий - наука наблюдательная, требующая создания новых инструментов, телескопов, приемников излучения. Поэтому в книге приведено краткое четкое и ясное описание приборов, позволяющих исследовать Вселенную в широчайшем диапазоне длин волн от радио - до жестких гамма-лучей. В книге рассмотрены космические эксперименты, осуществленные за последнее десятилетие, благодаря которым сложились либо подтвердились уже существовавшие представления о нашей Галактике и внегалактических объектах. Многим астрономам в их работе необходимы результаты, полученные на орбитальных обсерваториях. В книге приводятся их описание и основные характеристики. [1]
Для астрофизики высоких энергий наиболее важными периодами эволюции звезды являются ее заключительные стадии. Конкретное состояние, которым завершается эволюция звезды, определяется ее конечной массой. Оно также существенно зависит от эволюции звезды непосредственно перед коллапсом - стадии, понятой совершенно недостаточно. Но природа самих заключительных стадий понята хорошо. В ходе эволюции в звездах образуются все более и более тяжелые атомные ядра, причем из всех стабильных элементов самой большой энергией связи на нуклон обладает железо. Значит, при синтезе последующих элементов энергия выделяться не будет - нет более низкого энергетического состояния, в которое мог бы перейти элемент. [2]
Это выражение широко используется в астрофизике высоких энергий для оценки энергетики источников, излучение которых предполагается синхротронным. [3]
Термин нетепловое излучение часто используется в астрофизике высоких энергий. Он весьма неудачен, поскольку все механизмы излучения в некотором смысле тепловые. Этот термин традиционно обозначает непрерывное излучение частиц, распределение которых по энергиям отличается от максвелловского, иначе говоря, непрерывное излучение, спектр которого не похож ни на спектр тормозного излучения, ни на спектр абсолютно черного тела. [4]
Книга видного английского астрофизика представляет собой введение в новую бурно развивающуюся область астрономии - астрофизику высоких энергий. Она посвящена явлениям, открытым на протяжении последних десятилетий и интенсивно изучаемым как наземными средствами, так и с помощью приборов, вынесенных на околоземные орбиты. Большое внимание уделено космическим лучам, их происхождению, распространению к Земле, удержанию в Галактике, взаимодействию с веществом. [5]
Теперь, когда известен принцип работы детекторов космических лучей, рентгеновского и 7-излучения, можно включить их в телескоп. Примечательно, что в данном вводном курсе по астрофизике высоких энергий такие телескопы описаны задолго до инструментов, используемых для наблюдений в радио -, инфракрасном и оптическом диапазонах. Заметное различие между двумя типами телескопов состоит в том, что фотоны высоких энергий проявляют себя в них как частицы, и мы не делаем большой ошибки, рассматривая их в соответствии с корпускулярной теорией света Ньютона. [6]
Эта книга посвящена выдающимся достижениям астрономии и астрофизики за последние двадцать лет. Цель этой книги - познакомить читателя с современными результатами, среди которых наиболее интересные получены в рамках астрофизики высоких энергий. Обобщая достаточно широко, можно сказать, что до 1950 г. астрономия изучала главным образом звезды и звездные системы - галактики и горячие облака газа. С 1945 г. стали возможны астрономические наблюдения во многих новых диапазонах длин волн, поэтому радиоастрономия, ультрафиолетовая, инфракрасная, рентгеновская и гамма-астрономия выросли в самостоятельные дисциплины. Благодаря новым методам наблюдений были открыты источники, излучающие огромную энергию в перечисленных диапазонах. Кроме того, эти наблюдения свидетельствуют о том, что во Вселенной очень широко распространено релятивистское вещество и что оно рождается в ходе исключительно бурных событий. Вновь открытые классы объектов; радиогалактики, квазары, пульсары, рентгеновские двойные, источники 7-всплес-ков - связаны с астрофизикой высоких энергий значительно сильнее, чем считалось до сих пор. Эти объекты ставят перед физиком совершенно новые проблемы и даже позволяют ему проверять справедливость открытых им законов в экстремальных условиях, не достижимых ни в лаборатории, ни даже в Солнечной системе. [7]
Я включил в курс много такого, о чем в серьезных монографиях не смеют упоминать: экономические и политические аспекты астрофизики высоких энергий, психология астрофизиков и физиков на переднем крае исследований и мае собственное мнение по поводу многих вещей. О последнем я буду всегда ясно предупреждать. [8]
И действительно, в этой области есть некоторые признаки уплощения, но статистика здесь очень плохая, и повторный анализ, выполненный некоторыми авторами, показал, что нет достаточно веских аргументов, указывающих на то, что наклон восстановится. Однако все согласны с тем, что в этой области спектра, несомненно, есть частицы, бросающие вызов специалистам по астрофизике высоких энергий, которые должны найти объяснение этого спектра. Такие высокоэнергичные космические лучи редки. [9]
Подчеркнем снова - нас интересует физика этих процессов, но не только как средство определения свойств космических лучей, а для понимания всей астрофизики высоких энергий. Наше обсуждение будет значительно более кратким, чем анализ, выполненный в гл. Полученные результаты будут применены к электрон-фотонным каскадам. [10]
 |
Схематическая модель активного ядра галактики. Компактный источник мощного непрерывного излучения и космических лучей нагревает и возбуждает газ в окружающих волокнистых облаках. [11] |
Интерес к ядрам галактик столь велик потому, что они совершенно не похожи по своим свойствам на любые другие астрономические системы. И почти наверняка они в значительно большей степени, чем другие системы, имеют отношение к новым разделам астрофизики, в частности к астрофизике высоких энергий и релятивистской астрофизике. [12]
Поскольку это быстроразвивающаяся наука, поток информации в ней велик. Вместе с тем монографий, посвященных отдельным ее направлениям, пока написано мало. Предлагаемая вниманию советского читателя книга королевского астронома Шотландии Малькольма Лонгейра является первым вводным курсом в астрофизику высоких энергий. В ее основе лежит курс лекций, прочитанный Лонгейром студентам Кембриджского университета. Благодаря сильному астрономическому уклону книга будет полезна астрофизикам и физикам, приступающим к астрономическим исследованиям. [13]
Последние десятилетия ознаменовались бурным развитием астрофизики, обусловленным тем, что к традиционному оптическому диапазону добавились радио -, инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазоны спектра. Значительно усовершенствовались методы регистрации потока заряженных высокоэнергичных частиц - космических лучей. Это привело к открытию новых классов галактических и внегалактических объектов: квазаров, пульсаров, радиогалактик, источников рентгеновских и гамма-всплесков. В радио диапазоне было открыто реликтовое излучение, сохранившееся от ранних стадий эволюции Вселенной. Все эти наблюдения не только значительно расширили, но и изменили многие ранее существовавшие представления об окружающем нас мире, что привело к созданию новой области астрономии - астрофизике высоких энергий. [14]
Сложность преподавания подобных курсов физики для выпускников состоит в том, что в них предлагается для усвоения очень большой объем материала, поэтому трудно изложить какую-либо задачу, стоящую на переднем крае текущих исследований, на уровне, присущем практике научного исследования. Это означает, что у большинства из нас имеются два подхода к физике. Одного мы придерживаемся, обучая студентов, другой используем, когда проводим серьезные исследования, и нам важно получить правильный ответ. Я считаю, что одна из самых больших проблем в методике преподавания физики состоит как раз в том, что на первый взгляд этот предмет кажется несколько консервативным и даже закостенелым, хотя на самом деле нас привлекает в физике именно то, что это в высшей степени захватывающая, дающая пищу для ума, бурно развивающаяся наука. Настоящий курс был задуман таким, чтобы он перенес студентов на самый передний край современных исследований, ведущихся во всем диапазоне астрофизики высоких энергий. [15]
Страницы: 1 2