Значение водорода в изучении космоса
Приступая к изучению структуры нашей Галактики, радиоастрономия, подобно герою ковбойского фильма, вступила на сцену как раз в нужный момент. Поколениями астрономы-оптики пытались разобраться в структуре Галактики. Начиная с 30-х годов прошлого столетия они поняли, что для оптических наблюдений ядро Галактики навсегда задернуто завесой межзвездной пыли. А радиоволны легко проникают сквозь межзвездную пыль. Теоретически радиоволны могут пройти через эту пыль, весь путь от центра Галактики до нас, но есть ли в ядре Галактики настолько сильные радиоисточники, чтобы их излучение достигло Земли? Многие годы радиоастрономы тщетно искали «радиозвезды». Между тем еще в 1944 г. голландский физик X. ван де Хулст предсказал, что водород в межзвездном пространстве должен испускать радиосигнал на длине волны 21 см.
Атом водорода состоит из одного протона и одного орбитального электрона. Как протон, так и электрон вращаются вокруг своих осей, подобно тому, как Земля совершает свое 24-часовое вращение. Обе частицы могут вращаться в одном и том же направлении (скажем, с запада на восток) или в разных. Время от времени в атоме водорода, у которого обе частицы вращаются в одном направлении, электрон может неожиданно «переворачиваться» и вращаться в другом направлении. Когда это происходит, атом испускает импульс радиоизлучения на волне 21 см.
Это случается не очень часто. По всей вероятности, отдельный атом водорода должен провести около 11 млн. лет в спокойном состоянии, прежде чем электрон «перевернется» и атом испустит радиоимпульс. И, конечно же, интенсивность радиоизлучения одного атома очень мала.
Но все это компенсируется численностью атомов водорода. Имеются громадные межзвездные облака водорода. Нейтрального водорода настолько много, что когда в 1951 г. радиоастрономы впервые «мимоходом заглянули» в область 21 см, они обнаружили сильный постоянный сигнал и прозвали его «песней водорода». Наконец-то астрономы получили возможность проникнуть за облака непрозрачной межзвездной пыли и приступить к составлению «карты» нашей Галактики. Они не смогли видеть отдельные звезды, но расположение облаков водорода вырисовывало спиральную структуру Галактики. Идея Шепли и его сотрудников подтвердилась: Млечный Путь — спиральная галактика размером около 33 кпс. (килопарсек) в диаметре. А наше Солнце запрятано в спиральном рукаве приблизительно на расстоянии 10 тыс. пс. от центра Галактики. Исследования излучения на волне 21 см показали, что водородные облака закручиваются подобно водовороту, двигаясь от ядра Галактики наружу вдоль галактической спиральной структуры. У Галактики есть и «корона» — окружающий ее очень разреженный газ, — которая дает слабый, но отчетливо различимый радиосигнал. По-видимому, водородный газ был когда-то выброшен из центра Галактики и образовал корону.
