До изобретения космических аппаратов немецкий астрофизик Людвиг Бирман был заинтригован тем, что в хорошо развитых хвостах комет, проходящих через внутренние части Солнечной системы, явно наблюдалось ускорение отдельных ярких узлов. Бирман показал, что давления солнечного света недостаточно для объяснения наблюдаемого ускорения, и сделал оригинальное предположение, что от Солнца устремляются заряженные частицы, которые при взаимодействии с кометой создают это ускорение. Ну что ж, возможно. Но не может ли это быть вызвано, скажем, химическими взрывами в ядре кометы? Или чем-то другим? Но в ходе первого успешного запуска межпланетного космического зонда «Маринер-2», который проходил мимо Венеры, обнаружилось существование солнечного ветра со скоростями и плотностями электронов как раз того диапазона, который бы потребовался, по подсчетам Бирмана, чтобы ускорить вещество хвоста кометы.
В то же время велись споры о природе солнечного ветра. По мнению Юджина Паркера из Чикагского университета, он был вызван гидродинамическим потоком, исходящим от Солнца, по другому мнению – испарением из высших слоев солнечной атмосферы. По гидродинамическому объяснению, там не должно быть разделения по массе, то есть атомный состав солнечного ветра должен быть такой же, как у Солнца. Но, согласно гипотезе испарения, более легкие атомы преодолевают притяжение Солнца легче, и тяжелые элементы не должны присутствовать в солнечном ветре. Межпланетный космический зонд обнаружил, что соотношение водорода и гелия в солнечном ветре точно такое же, как и на Солнце, и таким образом предоставил убедительные доказательства в пользу гидродинамической гипотезы происхождения солнечного ветра.
По этим примерам из области физики солнечного ветра мы видим, что космические эксперименты позволили вынести решающие суждения о спорных гипотезах. В ретроспективе мы видим, что были астрономы, такие как Бирман и Паркер, которые оказались правы и привели верные доводы. Но были и другие, такие же умные, кто им не верил и мог продолжать не верить, если бы не ключевые космические эксперименты. Примечательно не то, что существовали альтернативные гипотезы, которые, как мы теперь знаем, неверны, а то, что на основе самых скудных имеющихся данных любой мог предугадать правильный ответ – дедуктивным методом, используя интуицию, физику и здравый смысл.
До миссий «Аполлона» самый верхний слой лунной поверхности можно было изучить посредством наблюдений в видимом, инфракрасном и радиодиапазоне во время и лунного, и солнечного затмения и можно было измерить поляризацию солнечного света, отраженного от лунной поверхности. На основе этих наблюдений Томас Голд из Корнельского университета приготовил темный порошок, который в лаборатории очень хорошо воспроизводил наблюдаемые свойства лунной поверхности. Эту «золотую пыль» (Golddust) можно даже купить за скромную цену у компании Edmund Scientific Company. При сравнении невооруженным глазом лунной пыли, добытой астронавтами «Аполлона», и «золотой пыли» видно, что они почти неразличимы. По распределению размеров частиц и электрическим и тепловым свойствам они сходны. Однако их химический состав сильно различается. «Золотая пыль» главным образом состоит из портландского цемента, древесного угля и спрея для волос. Луна имеет менее экзотический состав. Но наблюдаемые лунные свойства, доступные Голду до «Аполлона», не слишком сильно зависели от химического состава лунной поверхности. Он корректно смог сделать вывод о тех свойствах лунной поверхности, которые относились к наблюдениям Луны до 1969 г.
Изучив имеющиеся данные радиолокационного сканирования, мы смогли сделать заключение о высокой температуре и высоком давлении на поверхности Венеры до спуска первого зонда советской «Венеры» в атмосферу планеты и последующих зондов на ее поверхность. Также мы правильно вычислили, что перепады высоты на Марсе составляют 20 км, хотя ошибочно думали, что темные области постоянно встречаются на большой высоте
[159].
Возможно, одно из самых интересных противоречий астрономических умозаключений и наблюдений с помощью космических аппаратов связано с магнитосферой Юпитера. В 1955 г. Кеннет Франклин и Бернард Берк тестировали радиотелескоп рядом с Вашингтоном, округ Колумбия, предназначенный для обнаружения галактического радиоизлучения на частоте 22 МГц. Они заметили регулярно повторяющиеся помехи в своих записях, которые, как они поначалу подумали, были вызваны каким-то обычным источником радиошума, таким как неисправная система зажигания на каком-нибудь ближайшем тракторе. Но вскоре они обнаружили, что по времени эти помехи совпадали с прохождением планеты Юпитер через меридиан у них над головой. Они обнаружили, что Юпитер является мощным источником радиоволн декаметрового диапазона.
Впоследствии было обнаружено, что Юпитер также является ярким источником дециметровых волн. Но спектр был очень специфическим. На длинах волн порядка нескольких сантиметров было обнаружено излучение вещества с очень низкими температурами – около 140 K, что сравнимо с оценкой температуры, полученной для Юпитера в инфракрасных лучах. Но на дециметровых волнах – длиной до одного метра – яркостная температура очень быстро поднималось с увеличением длины волны, приближаясь к 100 000 K. Это была слишком высокая температура для теплового излучения – радиоизлучения, которое испускают все объекты, просто потому, что их температура выше абсолютного нуля.
Фрэнк Дрейк, тогда работавший в Национальной радиоастрономической обсерватории, в 1959 г. предположил, что этот спектр указывает на то, что Юпитер является источником синхротронного излучения – излучения, которое заряженные частицы испускают по направлению движения, когда летят со скоростями, близкими к скорости света. На Земле есть синхротроны – это удобные устройства, используемые в ядерной физике для ускорения электронов и протонов до таких высоких скоростей, и именно в синхротронах было впервые в общих чертах изучено такое излучение. Синхротронное излучение поляризованное, и то, что дециметровое излучение Юпитера также поляризовано, послужило дополнительным подтверждением гипотезы Дрейка. Дрейк предположил, что Юпитер окружен широким поясом релятивистских заряженных частиц
[160], похожим на радиационный пояс Ван Аллена вокруг Земли, который был тогда только обнаружен. Если это так, область дециметрового излучения должна быть гораздо больше оптического размера Юпитера. Но у обычных радиотелескопов недостаточное угловое разрешение, чтобы различить какую-либо пространственную деталь в той области, где находится Юпитер. Однако радиоинтерферометр может достичь такого разрешения. Весной 1960 г., вскоре после того, как было выдвинуто это предложение, В. Радхакришнан с коллегами в Калифорнийском технологическом институте использовали интерферометр, состоящий из двух антенн диаметром 27,4 м, поставленных на рельсы на расстоянии почти полкилометра друг от друга. Они обнаружили, что область дециметрового излучения вокруг Юпитера была значительно больше, чем оптические размеры Юпитера, подтвердив предположение Дрейка.
