Шутка ли, заставить свет резать металл и выполнять сверхточные операции на глазном яблоке? Однако люди были не первыми, кто создал лазеры. В середине прошлого века, сразу после появления первых рабочих образцов, использующих интересующую нас технологию, похожие лучи были обнаружены в космосе. Впоследствии выяснилось, что встречаются они там очень часто, а их изучение помогло учёным узнать много нового о Вселенной.

След Эйнштейна

История рукотворных лазеров, по всей видимости, начинается с Альберта Эйнштейна, который в далеком 1917 году предложил квантовую теорию излучения. В ней он предсказал, что световые волны можно выстраивать и синхронизировать, создавая очень узкий и мощный луч. В пятидесятых инженеры начали воплощать предвидение великого учёного на практике.

Сначала нужно было выбрать подходящий материал - это могло быть как облако газа, так и, допустим, рубин. Главное, чтобы большинство электронов в нём находились на самом низком энергетическом уровне. Под воздействием света, излучаемого на определенной частоте, эти частицы поглощали энергию и перескакивали на более высокий уровень.

Здесь электроны пребывали в возбужденном состоянии и отличались крайней нестабильностью. Всего один фотон мог легко отбросить один из них на изначальный энергетический уровень. Это вызывало цепную реакцию, во время которой туда же обрушивались все остальные возбужденные частицы. При этом каждая из них испускала световые волны.

Что означает аббревиатура LASER

Ученые, добившиеся этого замечательного эффекта, назвали свое изобретение LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), что переводится как «усиление света искусственным излучением». В отличие от обычного света, состоящего из волн разной длины, эти лучи были чрезвычайно сфокусированными и невероятно яркими.

Изобретение получило всеобщее признание, а его автор, Чарльз Таунс, был отмечен Нобелевской премией. Однако всего через несколько лет астрономы увидели тот же самый феномен в космосе. В 1963 году американские учёные изучали яркую область Млечного Пути - Туманность Ориона. Они пытались найти радиоволны, испускающиеся гидроксильными группами - молекулами, в которых кислород связан с водородом. Но увиденные сигналы оказались гораздо сильнее ожидаемых.

По подсчётам учёных, обнаруженный ими газ должен был иметь температуру в триллионы градусов по Цельсию. Это настолько ошарашило их, что они не придумали ничего лучшего, как предположить открытие неизвестного ранее вещества, которое тут же получило название «мистериум».

В конечном итоге исследователи всё же поняли, что это были гидроксильные группы, только такие, которые испускали не обычные радиоволны, а лазерные лучи. Выяснилось, что облака, состоящие из таких молекул, накачиваются излучением, их электроны перескакивают на более высокий энергетический уровень, падают обратно в результате цепной реакции, испуская синхронизированные световые волны... В общем, всё очень сильно напоминало работу прогремевших на весь мир лазеров. Именно благодаря этому эффекту полученный сигнал был таким сильным.

Предсказание до обнаружения

Справедливости ради надо отметить, что учёные предсказали существование «естественных лазерных процессов» до того, как они были обнаружены, но специально их никто не искал, так как считалось, что явления подобного рода должны быть очень редкими. Оказалось, однако, что это вовсе не так. Источники лазерного излучения обнаружились во всей Вселенной - в газовых облаках, у красных гигантов, даже в атмосферах Марса и Венеры. Это, естественно, не узкие лучи, как в лазерной указке или сканере для считывания штрих-кодов. Их ширина может измеряться световыми годами, однако механизм работы здесь ничем не отличается.

Применение для исследования космоса

Астрономы со временем научились использовать этот феномен для исследования Вселенной. Яркость и сфокусированность позволяют обнаруживать его в глубинах космоса, благодаря чему становятся видны, допустим, газовые выбросы, которые в обычном состоянии практически незаметны.

В областях звездообразования водяной пар и метанол часто излучают лазерный свет, показывая, как рождаются новые светила. Самые смелые исследователи предполагают даже, что в дальнейшем наука сможет видеть это излучение в атмосферах экзопланет. По их мнению, это позволит находить там воду и определять их потенциальную пригодность для биологической жизни земного типа.

Источник: ПЯТЫЙ ЭЛЕМЕНТ