Как измерить магнитные поля звезд?
Наши коллеги – отцы-основатели САО РАН – при обосновании необходимости построить в конце 50-х годов ХХ века в СССР крупнейший в мире оптический телескоп с диаметром зеркала 6 метров выделили важнейшие направления, в которых советские астрономы могли бы получить новые данные мирового уровня. Измерения магнитных полей звезд были включены в эти важнейшие направления.
Почему это так нужно для мировой науки? Магнитные поля играют важную роль в энерговыделении космических объектов. Еще в 1908 году американский астроном Джордж Хэл обнаружил очень сильные магнитные поля в солнечных пятнах. Темные солнечные пятна (более холодные, чем окружающая их поверхность Солнца) являются результатом очень сильных магнитных полей в них, образованных в результате конвекции в горячей плазме в атмосфере Солнца. Пятна играют очень важную роль в проявлениях различных форм так называемой солнечной активности: в них генерируются солнечные вспышки, происходят выбросы солнечного вещества, которые доходят до Земли и играют непосредственную роль в процессах, происходящих в земной атмосфере.
Магнитные поля на Солнце и в других космических объектах можно изучать, анализируя проявления эффекта Зеемана в их спектрах. Эффект заключается в расщеплении и поляризации спектральных линий в магнитном поле. Измеряя расстояние между расщепленными компонентами линии, можно определить величину магнитного поля.
Возникает вопрос: а как же в других звездах? Мы видим солнечный диск с пятнами (которые в максимуме занимают не более нескольких процентов поверхности), а звезды мы наблюдаем в виде светящихся точек, и зарегистрировать магнитные поля пятен, подобных солнечным, на общем фоне не представляется возможным.
Около 40 лет попыток найти магнитные поля на других звездах к успеху не привели. И лишь в 1947 году американский астроном Горацио Бэбкок обнаружил так называемые магнитные звезды, у которых магнитные поля оказались на порядок сильнее, чем в солнечных пятнах. Их удалось обнаружить потому, что поля у них не расположены в пятнах, а охватывают всю звезду. Это горячие звезды спектральных классов А и В.
Удивительными оказались атмосферы этих звезд – у них наблюдается повышенное на 1-2 порядка содержание таких химических элементов, как кремний, стронций, хром, и на 3-4 порядка повышено содержание редкоземельных элементов.
Эффект Зеемана очень слабый, для его анализа в звездных спектрах требуется «добыть» максимально возможное количество света от звезды. Соответственно, необходимы большой телескоп и высокочувствительная аппаратура.
Даже в самых современных физических лабораториях невозможно воссоздать условия, в которых происходят процессы в атмосферах магнитных звезд (сильные магнитные поля, масштабы, температуры, давления и другие условия). Поэтому можно считать магнитные звезды уникальными физическими лабораториями, в которых астрономы могут изучать процессы, недоступные методам классической физики.
В 1977 году 6-метровый телескоп – Большой телескоп азимутальный (БТА) – был сдан в эксплуатацию. К этому времени коллектив научных сотрудников и инженеров, возглавляемых Юрием Владимировичем Глаголевским (ныне доктор физико-математических наук), создал набор разнообразных приборов для измерений магнитных полей звезд. В качестве образца были взяты инструменты, созданные Бэбкоком для 5-метрового Паломарского телескопа, а также другие приборы, не имеющие аналогов в мире.
Это позволило запустить программу измерений магнитных полей с первых дней эксплуатации БТА. Первый директор САО Иван Михеевич Копылов учредил научную группу «Исследование звездного магнетизма» во главе с Ю. В. Глаголевским.
Каковы же основные результаты исследований? В первое десятилетие (с 1977 по 1988 год) в качестве светоприемников при наблюдениях на БТА использовались фотопластинки. В основном американские фирмы Kodak и более доступные, но менее чувствительные (производства ГДР) – ZU-21.