Мазерный эффект в космосе. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Мазерный эффект в космосе - усиление проходящего через космич. среду радиоизлучения за счёт иидуциров. испускания фотонов возбуждёнными атомами и молекулами среды. Наблюдается M. э. только в отд. радиолиниях в межзвёздной среде и околозвёздных оболочках (космические, или межзвёздные, мазеры). Все космич. мазеры (KM) работают в непрерывном режиме.

Открыты KM в 1965 [X. Уивер (H. Weaver) и др.] при исследовании радиоизлучения нек-рых космич. источников (туманность Ориона, Стрелец В2, W3, W49 и др.). В спектрах этих источников на частотах 1665 и 1667 МГц были обнаружены очень узкие интенсивные линии излучения (длина волны l ж 18 см), принадлежащие молекулам гидроксила ОН. Обнаруженные линии обусловлены энергетич. переходами между компонентами L-дуплета осн. состояния молекулы ОН [см. Лямбда-удвоение (расщепление) уровней энергии молекул]. Позже сильный M. э, был обнаружен в др. радиолиниях ОН, в линии перехода между вращат. уровнями энергии осн. электронно-колебат. состояния молекул воды H₂O (22235 МГц, l = 1,35 см), в неск. радиолиниях молекул метилового спирта CH₃OH (l ~ 1,2 см) и при переходах между вращат. уровнями в возбуждённых колебат. состояниях молекул монооксида кремния SiO (2-7 мм). Всего в Галактике и соседних галактиках открыты многие сотни сильных KM. Слабый мазерный эффект наблюдается в радиолиниях нек-рых др. молекул, а также в дециметровом и более длинноволновых диапазонах на рекомбинационных радиолиниях водорода с гл. квантовым числом ок. n = 200.

Сильные KM связаны чаще всего с областями звездообразования (мазеры ОН 1-го типа и мазеры H₂O). Мощность излучения в радиолинии H₂O ~10^27-33 эрг/с, в линиях ОН ~ 10^27-30 эрг/с, SiO ~10²⁹эрг/с, CH₃OH ~ 10²⁷ эрг/с.

Источниками излучения являются отдельные пятна (конденсации) размером ~ 10¹⁴ см, которые собраны в "гнёзда" размером ~ 10^16-17 см. Число конденсаций в гнезде 10-100, число гнёзд в KM 1-10. По частоте излучения отд. конденсации можно определить её лучевую скорость с точностью 0,1-2 км/с. Разброс лучевых скоростей конденсаций составляет 100 - 300 км/с. Яркостная темп-pa излучения в линии достигает 10¹⁵ К для H₂O, 10¹² К для ОН. 10¹⁰ К для SiO. Наблюдения показали, что интенсивность, ширина, профиль спектральной линии конденсации, а также её лучевая скорость переменны в интервалах времени от неск. минут до

20 лет. Компоненты линий ОН, SiO обычно сильно (до 10(1%) цнркулярно поляризованы; умеренная линейная поляризация наблюдается в линиях H₂O и ОН.

Ещё более мощный M. э. (до 10³⁶ эрг/с) обнаружен от ядер нек-рых галактик (т. н. мегамазеры), но KM этого типа немногочисленны.

Более распространены слабые KM (KM ОН 2-го типа), находящиеся в растекающихся холодных оболочках переменных звёзд - сверхгигантов типа Миры Кита и VY Большого Пса. Мощность KM на молекулах H₂O и ОН (1612 МГц) составляет ~10^24-28 эрг/с, а на SiO ~10^26-27 эрг/с. Мощность KM в оболочках звёзд коррелирует с ИК-излученпем этих звёзд.

Редкими являются KM на молекулах ОН (1720 МГц), находящиеся в областях взаимодействия ударных волн остатков вспышек сверхновых звёзд с молекулярными облаками.

M. э. в рекомбинац. радиолиниях возникает на периферии областей ионизов. водорода.

В атмосферах Марса и, возможно, Венеры имеется слабая инверсия и усиление ИК-излучения в колебат. полосе CO₂, т. е. там, по-видимому, "работает" слабый естеств. лазер.

Существование M. э. в космосе свидетельствует о длит, поддержании в естеств. условиях сильно неравновесной заселённости энергетпч. уровней атомов н молекул. Это возможно лишь в условиях постоянно действующей накачки, энергии, поддерживающей инверсию населённостей сигнальных уровней (1,2 на рис.). Цикл накачки включает неск. последовательных переходов: собственно накачки (в простейшем случае переход между уровнями 1 и 3) и стока энергии (переход

между уровнями 2 и 3). Механизмы накачки и стока в KM обозначают символами: RR, RC, CR, CC (первый символ указывает характер накачки: R - радиационный, С - столкновительный, второй символ - вид стока энергии). Тип переходов, обусловливающих накачку, указывают в виде индекса справа внизу: г - вращательный, v - колебательный, е - электронный. В сильных мазерах ОН 1-го типа преобладает, видимо, RRr-накачка (рис.), в молекулах H₂O, вероятно, CR_r-или CCr-накачка.

Схема накачки космического мазера на молекулах ОН. a - принципиальная трёхуровневая схема: переход 1-3 - накачка, 2-3 - сток, 1-2 - мазерный переход, б - схема RR_г-накачки в сильных мазерах ОН. Показана цепочка ПК-переходов, которая приводит к инверсии населённостей L-дублета основного состояния ОН. ²П_3/2и ²П_1/2 - вращательные уровни, соответствующие двум возможным ориентациям проекции спина неспаренного электрона на ось молекулы (тонкое расщепление). Каждый вращательный уровень расщеплён на два: + и - (т. н. L-удвоение). Линии сверхтонкого расщепления обозначены буквой F. Прямые линии а, г - процесс ИК-накачки; двойными стрелками обозначены переходы, наблюдаемые в космических мазерах.

Необходимая для M. э. неравновесность заселённости уровней достигается за счёт мощного ИК-излучения рождающихся массивных звёзд (протозвёзд) в областях звездообразования при свободном выходе из среды фотонов стока (напр., в сильных мазерах ОН 1-го типа при RRr - накачке), за счёт различия температур электронов и молекул в ударных волнах, за счёт различия температуры газа и радиационной температуры, описывающей интенсивность поля излучения в среде, а также, возможно, по ряду др. причин.

Слабый M. э. весьма обычен в космосе и соответствует оптической толщине

в центре мазерной радиолинии ок. 1-3. Сильный M. э. наблюдается лишь на отд. переходах тех молекул, к-рые имеют подходящую для эфф. накачки систему уровней (см., напр., уровни ОН на рис.).

Литература по мазерному эффекту в космосе

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.