У одних наблюдалась привычная форма спирали или эллипса, другие оказались вытянутыми в линию, третьи вообще образовали причудливые фигуры, которым и названия не подберешь. По мнению астрономов, эти последние, по-видимому, не вышли из «детского сада» — стадии протогалактик. Примерно так же 10 млрд лет тому назад должен был выглядеть и наш Млечный Путь.
Таким образом, с помощью современной техники астрономам удалось разглядеть объекты, в 4 млрд раз более тусклые, чем может различить на небе невооруженный глаз. Ну а поскольку в астрономии наблюдается четкая зависимость между пространством и временем, то получается: «Хаббл» увидел Вселенную такой, какой она была «на заре туманной юности», раз в 20 ближе к моменту ее рождения, чем к сегодняшним дням.
Современная техника также позволяет рассмотреть в космосе не только огромные объекты, но и самые маленькие. Речь в данном случае идет о молекулах и атомах.
Если раздуть «электронное облако»… В начале века знаменитый датский ученый Нильс Бор предположил, что атом по своему внешнему виду несколько похож на воздушный шарик. Оболочку его составляет «электронное облако» — электроны, вращающиеся по своим орбитам вокруг компактного ядра, слепленного из протонов и электронов.
Позднее ученые усовершенствовали эту модель, разобрались во многих тонкостях процессов микромира. И стало понятно, что «электронное облако» тоже можно «раздуть». Достаточно добавить электрону дополнительную энергию, и он перейдет на более высокую орбиту. А значит, атом увеличится в объеме.
В обычных, земных условиях «раздутое» состояние не может быть устойчивым. Соседние атомы, находящиеся в той же кристаллической решетке, помешают «электронному шару» раздуваться до бесконечности. Он вскоре потеряет излишнюю энергию, отдав ее в пространство в виде электромагнитного излучения. Электрон при этом перейдет на более низкую орбиту, и атом снова приобретет нормальные размеры.
Были выяснены и пределы увеличения. По теории выходило, что число уровней орбиты, на которых может находиться возбужденный электрон, не превышает десятка. Но это опять-таки в земных условиях, где атомов в кубическом сантиметре пространства обычно больше, чем пассажиров в переполненном трамвае. А если заглянуть в бездонные глубины космоса? Там ведь могут отыскаться участки, где количество атомов в том же объеме измеряется единицами. А значит, есть и принципиальная возможность расти, «раздуваться» чуть ли не беспредельно: соседи-тому не мешают.
Теоретики — и в их числе известный астрофизик Н. С. Кардашев — в свое время указывали, где можно наблюдать скопления таких атомов-гигантов — в разреженных межзвездных, даже межгалактических облаках, состоящих из ионов водорода и гелия.
Поиски в облаках. Облака эти тоже не бог какая новость для науки. Уже около 80 лет астрономы знают, что космическое пространство между звездами в нашей Галактике не является полностью пустым, а заполнено газом, содержащим небольшие гранулы пыли.
Хотя элементы, образующиеся в звездах, чаще всего существуют в виде отдельных атомов или инертных гранул, время от времени они образуют и молекулы. Причем некоторые из них настолько необычны, что об этом стоит поговорить подробно.
Но разговор наш может состояться лишь в том случае, если теория не вступит в противоречие с практикой. Или, говоря иначе, подобные атомы и молекулы-гиганты действительно можно обнаружить во Вселенной.
Однако звездолеты строить мы пока не научились. Как же тогда выяснить, в каком именно состоянии вещество в межгалактических облаках, какие размеры имеют составляющие его атомы и молекулы?
Ученые решили предпринять обходной маневр великанов стали искать по их следам. Мы уже говорили, что при переходе с орбиты на орбиту электроны в атомах либо получают энергию, либо отдают ее в виде излучения. А раз так, это можно обнаружить спектроскопическими методами. То есть по виду излучения, по длине его волны, исследователи, находясь на поверхности нашей планеты, могут судить, при переходе с какого на какой электронный уровень оно было получено.
Так говорила теория. Но на самом деле все выглядело вовсе не столь уж гладко даже на бумаге. Те же теоретические расчеты показывали: атомов с электронами на высших уровнях в природе очень мало. Кроме того, при большом удалении от ядра интенсивность излучения электрона резко падает. Да и само излучение приходится на такие диапазоны, где много помех как природного (все звезды имеют свои «радиоголоса»), так и искусственного, земного происхождения (на тех же длинах волн работают многие промышленные установки и радиостанции). Да вдобавок еще и эффект Доплера мешает.
О последнем, пожалуй, стоит сказать пару слов особо — это еще пригодится нам в дальнейшем.
Дело в том, что атомы в межзвездном пространстве, конечно, не стоят на месте, а беспрерывно движутся, причем с большими скоростями. Такие колебания, метания вокруг некоего центра свойственны всем атомам, нагретым выше температуры асболютного нуля (-273,6 ёС). А физики давно заметили, что частота излучения меняется в зависимости от того, в каком направлении — от нас или к нам —движется тело. Вы и сами могли в том убедиться: гудок приближающейся электрички звучит иначе, чем удаляющейся…
А поскольку атомы движутся не по расписанию, как электрички, а хаотично, излученные ими спектры накладываются друг на друга, размываются, становятся весьма трудно различимыми. Так что когда в 1962 году американские исследователи провели серию наблюдений с помощью радиотелескопа, то вынуждены были в конце концов отступить. «Тут нужна специальная аппаратура уникальной чувствительности», заключили они.
За дело взялись наши специалисты. И вскоре в Физическом институте им. П. Н. Лебедева была создана радиоустановка с 27-метровой антенной. В апреле 1964 года с ее помощью в районе туманности Омега была наконец обнаружена радиолиния возбужденного водорода. Она соответствовала переходу электрона с 91-го уровня на 90-й, то есть атом превосходил почти на порядок те, что имеются на Земле. Причем почти одновременно с москвичами астрономы Пулковской обсерватории отыскали в просторах Вселенной еще большие атомы.