Считается, что астрофизика родилась благодаря изобретению спектрального анализа и фотографии в середине XIX века. Но не будем забывать, что рождение современной физики, занявшее весь XVII век – от эпохи Галилея до эпохи Ньютона, – неразрывно связано с астрономическими наблюдениями. Основа физики – механика – рождалась как небесная механика, поскольку движение планет демонстрирует нам законы Ньютона «в чистом виде», не обремененном такими второстепенными эффектами, как трение, столкновения и проч. И лишь позже, получив развитие на основе лабораторных экспериментов, физика отдала свой долг астрономии, привнеся в нее искусство оптики и методы анализа света. Впрочем, рождению астрофизики в равной мере способствовала и химия, с которой связано изобретение фотографии, и техника, позволившая создать тонкие оптические приборы.
С середины XIX до середины XX века астрофизика развивалась как искусство анализа света. Тогда же сложился и образ астрофизика как астронома, вооруженного спектрографом. Вместе с телескопом спектрограф до сих пор остается главным инструментом астрофизиков, хотя к нему добавились и другие приборы для анализа света – поляриметры, болометры, магнитографы и т. п.
Считается, что область исследований становится наукой, когда рождается возможность неоднократно воспроизводить результаты опытов. Если один ученый заявляет, что он открыл, например, новое свойство вещества, то это открытие будет признано и станет частью науки лишь тогда, когда его много раз воспроизведут и в тех же условиях проверят другие ученые. Такую возможность дает лаборатория, где мы можем в контролируемых условиях раз за разом ставить опыты, убеждаясь, что всегда при одинаковых условиях получаем один и тот же результат. Но в космосе опыты ставит сама природа, неожиданно для нас и каждый раз по-разному, а мы лишь издалека наблюдаем за их результатом, пытаясь понять, как именно природе удалось этого добиться.
Все это затрудняет астрофизические исследования и удлиняет путь от наблюдаемого феномена к разгадке его механизмов на годы и даже на столетия. Тогда почему же физики так дорожат астрофизическими исследованиями?
Лаборатория размером со Вселенную
Дело в том, что возможности наших земных лабораторий ограничены, а ученые стремятся исследовать вещество и поля в максимально широком диапазоне физических условий. Ведь свойства вещества очень сильно зависят от его плотности, температуры и давления, от присутствия электрического и магнитного полей. Сравните, например, воду в состоянии пара, жидкости и льда – между ними мало общего, а ведь это одно и то же вещество. Немного изменили температуру и давление, и вот уже перед нами вещество с совершенно иными свойствами. Конечно, физики стараются расширить возможности своих лабораторий, но на Земле всему есть предел. А природа на просторах космоса легко выходит за эти пределы. Вот некоторые примеры.