Юпитерианский «алфавит»
По словам знаменитого американского астронома Отто Струве, история открытия радиоизлучения Юпитера является настоящим анекдотом. В первой половине 1950-х первые радиоастрономы полагали, что если и существует заметное радиоизлучение Юпитера, то это скорее всего треск электрических разрядов в его атмосфере. Но действительность превзошла все ожидания. Радиоизлучение планеты бога-громовержца было открыто в 1955 г. американцами Б.Ф. Бер-ком и К.Л. Франклином совершенно случайно как странный движущийся радиоисточник на небе, который то появлялся, то исчезал. Когда они поняли, что это сигналит Юпитер, в архиве нашлись ленты самописца с радиобурями планеты, записанными за 5 лет до открытия. Более того, оказалось, что на длинах волн 10–30 м Юпитер столь же мощный радиоисточник, как и Солнце. Его излучение было доступно еще радиолюбителям 1930-х годов! Теперь же каждый желающий может через Интернет получить из НАСА инструкции, как принять участие в проекте Radio Jove и с помощью простого радиоприемника слушать «голос» планеты-гиганта.
Пишущий эти строки 20 лет наблюдал Юпитер на крупнейшем декаметровом радиотелескопе УТР-2 Радиоастрономического института НАН Украины (г. Харьков) и знает проблему не понаслышке. Радиобури Юпитера бывают двух типов. В наушниках они слышны как шипение (так называемые L-всплески) и как треск (S-всплески). И то и другое происходит в определенное время. Дневной прием затруднен земной ионосферой, «усиленной» солнечными лучами. Лучше всего Юпитер слышен заполночь в одно и то же время (±15 минут) 2 ночи подряд, которые следуют с недельным периодом.
Этот недельный период «радиопередач» сам по себе является чудом. Собственно, наиболее мощные радиобури слышны тогда, когда Земля попадает в радиолуч Юпитера. Как догадался Е.К. Бигг в 1964 г., радиолуч связан… со спутником Ио, облетающим Юпитер с периодом Рио= 1,769 суток. Заметьте, что 4 орбитальных периода Ио составляют 7,076 суток. Поэтому мощная радиобуря повторяется с почти недельным периодом. Получается, что движение Ио находится в резонансе с суточным вращением далекой Земли. И, что уж совсем удивительно, формально есть совпадение и с нашей неделей!
Картина юпитерианского радиоизлучения оказалась настолько сложной, что она во многом остается загадкой до сих пор. В отечественной литературе крайне мало публикаций на эту тему. А советские радиоастрономы начали регулярно наблюдать «декаметровое радиоизлучение Юпитера» лишь в 1980 г. — через 30 лет после его обнаружения! Атмосферу таинственности хорошо передают слова профессора Г. Покровского, писавшего в 1964 г.:
Радиотелескопы время от времени улавливают мощные радиоимпульсы, исходящие из тех или иных точек в глубине мощных облачных масс, окружающих эту огромную планету. Каков источник этих радиоимпульсов? Отыскивая аналогичные явления в окружающей нас действительности, мы встречаем нечто подобное при работе мощных ракетных двигателей.
Речь идет об S-всплесках, которые на диаграмме «частота — время» выглядят то наклоненными палочками, то замысловатыми фигурами, напоминающими арабскую вязь. Специалисты терялись в догадках об их происхождении. Гипотезы ограничивались, как правило, рассуждениями об излучении сгустка электронов размером менее 20 км, летящих от Юпитера по силовым линиям магнитного поля со скоростями порядка 20–30 тысяч км/с. Такой сгусток излучает приблизительно на той частоте, с которой электроны вращаются вокруг магнитных силовых линий (так называемая циклотронная частота). Поскольку с удалением от Юпитера магнитное поле слабеет и циклотронная частота уменьшается, излучение образует наклоненную «палочку» на плоскости «частота — время». Это наиболее распространенная форма (рис. 55, вверху).
Но наблюдаются случаи, когда S-всплески выглядят, как буквы (рис. 54, внизу). Причем эти «буквы» могут детально повторяться даже в разные дни. Их разнообразие и повторяемость настолько поразительны, что радиоастрономы занялись классификацией, составляя юпитерианский «алфавит». Первым попытку составления «алфавита» опубликовал финский радиоастроном Й.Й. Риихимаа в 1990–1991 гг. (рис. 56, 57). Затем последовал эффектный «алфавит» франко-украинской группы исследователей (рис. 54). И эта работа еще не завершена, поскольку Й.Й. Риихимаа отметил: «Картина юпитерианских декаметровых S-бурь далека от полноты, и, может быть, лишь 10 % от множества их вариантов записаны до сих пор».
Теоретики принялись за работу по расшифровке загадочных знаков. Появились несколько интерпретаций простейших форм S-всплесков (слабо искривленных линий). Для этого приходилось вводить сложные изменения концентрации электронов или ускоряющих электрических полей. Но и этими путями удавалось объяснить лишь небольшую часть «алфавита». Трудность заключалась в том, что «спектры такого рода трудно объяснимы с точки зрения причинно-следственных связей, так как излучение возникает в какой-то момент времени независимо на 2 значительно разнесенных частотах, и затем спектр плавно сливается в одной точке на плоскости «частота — время»».
Рис. 55. Простейшая форма загадочных S-всплесков Юпитера — наклоненные полоски на плоскости «частота-время». Излучение показано черным цветом. Ниже находится таблица сложных форм S-всплесков — «Алфавит».
Именно эти слова и подталкивают к разгадке. Когда возникают проблемы с причинностью, логично задаться вопросом: видим ли мы истинный порядок событий или он нарушен из-за условий наблюдения? Теоретики давно пишут о том, что S-излучение вблизи своего источника должно распространяться гораздо медленнее скорости света в вакууме. При этом раньше видно не то излучение, которое испущено ранее, а то, чей источник к нам ближе. Силовая линия магнитного поля, вдоль которой летит источник S-излучения, не обязательно гладкая, как считали до сих пор. Согласно измерениям космических аппаратов «Вояджер» и «Галилей», вдоль таких линий, как по струнам, от Ио к Юпитеру распространяются волны Альвена. Линия искривляется, и траектория радиоисточника становится волнистой или спиральной. Соответственно возникает различная задержка сигнала при радиоприеме на Земле. Несложная модель позволила автору этих строк воспроизвести на экране компьютера практически все многообразие S-всплесков (рис. 56–58).
Рис. 56. Редкие формы декаметрового радиоизлучения Юпитера как они опубликованы Й.Й. Риихимаа и смоделированы на компьютере (радиоисточник висит на фиксированной высоте).
Рис. 57. Формы S-всплесков, наблюдавшиеся Й.Й. Риихимаа и воспроизведенные на компьютере (радиоисточник удаляется от Юпитера).
Таким образом, «алфавит» несет ценную информацию об очень низкочастотных волнах около Юпитера, наблюдать которые с Земли напрямую невозможно. По сути, полоски S-всплесков являются графиками, осциллограммами этих колебаний. Нужно лишь знать, как их «читать». Именно с такими низкочастотными волнами теоретики связывают загадку механизма генерации S-всплесков. И, возможно, именно хитрые последовательности фигур юпитерианского «алфавита» дадут ключ к разгадке.
Рис. 58. «Алфавит» самых сложных форм S-всплесков и попытки их моделирования.
Ио — это спутник планеты Юпитер, названный по имени одной из многочисленных любовниц Зевса. Он немного крупнее нашей Луны и является одним из самых экзотических мест в Солнечной системе. Много таинственных историй связано с этим миром, который сейчас исследует американская межпланетная станция «Галилей».
Ио давно удивляла астрономов. Время от времени на ней замечали странные явления, объяснить которые стало возможным только в последнее время. Вероятно, именно необычность таких феноменов и недоверие к визуальным наблюдениям прошлых лет привели к тому, что старинные сведения об извержениях вулканов Ио были просто забыты…
А тем не менее, уже в 1678 г. создатель и директор Парижской обсерватории Дж. Д. Кассини удивлялся, что иногда не может видеть тень этого спутника Юпитера на облачном покрове планеты. В первой половине XIX в. Ф. Араго, тоже директор астрономической обсерватории Парижа, объяснял этот феномен преломлением солнечного света в атмосфере Ио изменчивого состава.
Более часто замечали искажения формы тени Ио и даже ее раздвоение на глазах наблюдателей. Например, Х.О. Хоффман видел такой феномен 14 ноября 1891 г. и оставил его описание на страницах «Sideral Messenger»: «…Круглая тень стала продолговатой, в этом виде она оставалась по крайней мере 30 минут и затем тень, казалось, раскрылась и предстала двойной, обе тени были круглыми и черными, одна гораздо меньше, чем другая».
