Астрофізичний мазер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Циклотронний мазер на північному полюсі Юпітера (Космічний телескоп Хаббл)

Астрофізи́чний ма́зер (англ. Astrophysical masers) — природне джерело стимульованого мікрохвильового випромінювання (мазер). Випромінювання від мазера є монохроматичним, що відповідає різниці між двома квантово-механічними рівнями енергій, які були накачані до температури вище теплового розподілу. Найчастіше джерелами мазерного випромінювання є молекулярні хмари, області іонізованого водню, комети, планетарні та зоряні атмосфери. Однак природним мазерам не вистачає резонансної порожнини, розробленої для лабораторних мазерів. Випромінювання від астрофізичного мазера відбувається внаслідок одного проходу через середовище підсилення і тому зазвичай не вистачає когерентності, яка очікуються від лабораторного мазера.

Історія

[ред. | ред. код]

В 1960-х роках астрономи виявили велетенські космічні мазери, що випромінюють потужні радіохвилі. У 1965 році групою вчених Лабораторії радіоастрономії Каліфорнійського університету в Берклі під керівництвом Х. Уівера[1] при вивченні спектрів низки молекулярних хмар (Туманність Оріона, Стрілець B2, туманності W3, W49) були зареєстровані інтенсивні лінії випромінювання з довжиною хвилі 18 см та 1,35 см. Досить швидко різні автори встановили, що це випромінювання відповідало міжзоряному гідроксид-іону (OH−). Незабаром були нові відкриття: в 1969 році було зареєстровано випромінювання молекул води (H2O), в 1970 – метилового спирту (CH3OH), в 1974 – монооксиду кремнію (SiO). Всі вони походили з молекулярних хмар. Відкриття нових космічних мазерів за допомогою деяких потужних космічних телескопів постійно триває[2]. Умови для генерації мазерного випромінювання виникають у компактних молекулярних хмарах (розміром мільйони кілометрів), що містять молекули гідроксид-іону та води[3].

Конструкція

[ред. | ред. код]

Через відмінності між лабораторними та природними мазерами часто стверджується[4], що астрофізичні мазери не є «справжніми» мазерами, оскільки в них відсутні коливальні порожнини. Широкі дослідження астрономічного мазера показали його принципові відмінності від лабораторного мазера. Так, у астрономічного мазера є активне середовище, але відсутні таки елементи лазера, як оптичний резонатор із дзеркалами та пристрій помпування[4]. Однак, на відміну від лабораторних мазерів, астрономічні мазери обов'язково мають магнітне поле. Магнітне поле існує в космічних мазерах[5], кометах [6] та на Землі.

Стіна ока циклону має форму псевдосфери[7].

Магнітодинамічна теорія

[ред. | ред. код]

Магнітодинамічна теорія циклонів була розроблена українськими науковцями О.П. Кучеровим та Я.Є. Паздрієм, яку в перще було представлено на міжнародній конференції “NATO ASI on Special Detection Technique (Polarimetry) and Remote Sensing” Kyiv, Ukraine, 12–25 September 2010 [8]. Згодом магнітодинамічну теорію було надруковано повністю[7], яку надалі було розповсюджено на комети та астрономічні мазери[9]. Ця теорія полягає в тому, що робоче тіло рухається простором помпування, проходить через площину інверсії та потрапляє в простір випромінювання. Рух відбувається вздовж ліній магнітного поля. Обертальний рух поляризованої молекули створює магнітний диполь, якому заборонено перехід з верхнього енергетичного рівня на нижній через ефект Зеемана (нідерландського фізика Пітера Зеемана, лауреата Нобелівської премії з фізики 1902 року). Тому помпування виконує обертальний рух молекули води в потужному магнітному полі. Молекули набирають обертів поки центробіжна сила не розірве їх на дві частини. Така дисоціація відбувається в площині інверсії. Тобто, за законом збереження енергії радикал-іон рухається в один бік, створюючи потужний вітер, а протон рухається в протилежний бік, створюючи стіну ока циклону на Землі у вигляді нового хімічного елемента "україній"[10]. Подальші дослідження елемента україній показало, що він створює серцевину атома[11] та налажить до групи інертних газів периодичної системи Д. І. Менделеєва [12]. На Землі область помпування розповсюджується від поверхні океану до 1000 м, а область випромінювання – від 1000 м до 10000 м [13]. В космічних мазерах область помпування розповсюджується від 100 до 400 астрономічних одиниць, а область випромінювання – від 1000 до 10000 астрономічних одиниць[5]. Через наявність обертального руху астрономічний мазер було називано циклотрон-мазером [14].

В Україні

[ред. | ред. код]
Докладніше: Центр космічних досліджень та зв'язку

В серпні 2020 вперше в історії незалежної України фахівцями НЦУВКЗ [Архівовано 1 січня 2021 у Wayback Machine.] спільно з науковцями Радіоастрономічного інституту НАН України проведено дослідження молекулярних мазерів з використанням широкосмугового українського радіотелескопу нового покоління РТ-32 Центру космічних досліджень та зв’язку Національного центру управління та випробувань космічних засобів. В умовах реальних радіоастрономічних спостережень та реєстрації проведено одночасне дводіапазонне дослідження спектральних ліній метанольних СН3ОН, гідроксильних ОН та водяних мазерів Н2О, які випромінюються в молекулярній хмарі W3(OH)[15].

Вид на Центр космічних досліджень та зв'язку

Спектральні мазерні лінії є майже єдиним джерелом інформації, які дозволяють вивчати процеси, що протікають всередині газопилових хмар в місцях зореутворення. Вивчення органічної та неорганічної речовини, яка утворюється в космічному просторі ще до формування зірок, дозволить наблизитись до розуміння глибинних механізмів виникнення живої матерії[15].

Отримані результати досліджень найшли широке схвалення представників Європейської РНДБ-мережі (European VLBI Network, EVN)[15].

Широкосмуговий український радіотелескоп нового покоління РТ-32 здатен досліджувати спектри молекулярних мазерів[16].

Посилання

[ред. | ред. код]
  1. ↑ Weaver H., Dieter N.H., Williams D.R.W., Lum W.T. 1965 Nature 208 29–31
  2. ↑ Hubble показав «космічний мазер» у сузір'ї Жертівника. ФОТО. 28.08.2023, 15:04
  3. ↑ Шкловский И. С. 4. Космические мазеры // Звезды: их рождение, жизнь и смерть. — 3-е изд., перераб. — М. : Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1984. — 384 с.(рос.)
  4. ↑ а б Strelnitski, Vladimir (1997). Masers, Lasers and the Interstellar Medium. Astrophysics and Space Science. 252: 279—287. Bibcode:1997Ap&SS.252..279S. doi:10.1023/A:1000892300429. S2CID 115181195.
  5. ↑ а б Vlemmings; Diamond; van Langevelde; M Torrelles (2006). The Magnetic Field in the Star-forming Region Cepheus a from Water Maser Polarization Observations. Astronomy and Astrophysics. 448 (2): 597—611. arXiv:astro-ph/0510452. Bibcode:2006A&A...448..597V. doi:10.1051/0004-6361:20054275. S2CID 17385266.
  6. ↑ Марочник, Л.С. (1964). Магнитогидродинамические явления в кометах и связь их с геоактивными потоками. Успехи физических наук (2): 221—252.
  7. ↑ а б Кучеров, О.П.; Паздрiй, Я.Є. (2011). Дослідження ураганів дистанційними спектральними методами: поляриметрії, інфрачервоної та масспектроскопії. Вісник Астрономічної школи. 7 (1): 48—55. doi:10.18372/2411-6602.07.1048.
  8. ↑ Kucherov, O. P.; Pazdriy, Y. E. (2010). Advanced hurricane study by a spectra detection technique: polarimetry, infrared and mass spectroscopy. Conference: NATO ASI on Special Detection Technique (Polarimetry) and Remote Sensing, Kyiv, Ukraine.
  9. ↑ Kucherov, Olexandr (2014). Power of Knowledge in Economy and Nature: Knowledge is power, which creates the organized motion and never implements any work. ‎ LAP LAMBERT Academic Publishing. с. 64. ISBN 3659634069.
  10. ↑ Мудрик, Андрій; Кучеров, Олександр; Лавровський, Сергей (2022). Периодична система Д.І. Менделєєва починається з українія (PDF). Інформаційні технології та спеціальна безпека (1): 15—28.
  11. ↑ Kucherov, Olexandr; Mudryk, Andrey (2023). Picoscopy Discoveries of the Binary Atomic Structure. Applied Functional Materials AFM. 3 (2): 1—7.
  12. ↑ Kucherov, Olexandr; Mudryk, Andrey (2021). Atomic Orbitals Visualization by Picoscopy (PDF). American Journal of Engineering Research (AJER). 13 (10): 37—43.
  13. ↑ Pendergrass, Angeline G.; ZWilloughby, Hugh E. (2009). Diabatically Induced Secondary Flows in Tropical Cyclones. Part I: Quasi-Steady Forcing. Mon. Wea. Rev. (137): 805—821.
  14. ↑ Zarka, P. (1998). Auroral radio emissions at the outer planets: Observations and theory. Journal of Geophysical Research. 103 (E9): 159—194.
  15. ↑ а б в Вперше в історії незалежної України проведено дослідження молекулярних мазерів з використанням широкосмугового українського радіотелескопу нового покоління. НЦУВКЗ - Офіційна сторінка (рос.). 8 жовтня 2020. Архів оригіналу за 28 листопада 2020. Процитовано 1 січня 2021.
  16. ↑ НАНУ. Введено в експлуатацію новий український радіотелескоп РТ-32. Архів оригіналу за 24 грудня 2020. Процитовано 16 грудня 2020.

Джерела

[ред. | ред. код]
  • МГД-генераторы и термоэлектрическая энергетика. Киев. «Наукова думка».1983.г.
  • Поздняков Б. С, Коптелов Е. А. Термоэлектрическая энергетика. М., Атомиздат, 1974 г., 264 с.
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Астрофізичний_мазер