Но вернемся к «мистериуму». Имеется существенное отличие между «мистериумом», с одной стороны, и «коронием» и «небулием» — с другой. Линии «корония» и «небулия» не обладали никакими необычными свойствами, но их было трудно отождествить с известными химическими элементами. В случае «мистериума» дело обстоит как раз наоборот. Линии «мистериума» прекрасно отождествляются (совпадают по частоте) с линиями гидроксила ОН. Это относится ко всем четырем линиям, ибо вскоре после обнаружения главных эмиссионных линий 1667 и 1665 МГц были обнаружены также эмиссионные линии на частотах 1612 и 1720 МГц. Трудность состояла не в отождествлении, а в необычном, необъяснимом поведении обнаруженных эмиссий. Это и нашло отражение в названии «мистериум».
Конечно, возникло предположение, что виновниками «мистериума» являются «внеземные цивилизации»[36]. Это предположение было небеспочвенным. Помимо уже отмеченных удивительных особенностей оказалось, что профиль линий «мистериума» в некоторых источниках очень быстро меняется: отмечено заметное изменение интенсивности компонент линии ото дня ко дню. Угловые размеры источников «мистериума» оказались порядка (или меньше) тысячных долей угловой секунды. Наконец, в отдельных компонентах была обнаружена почти 100 %-ная круговая поляризация.
То есть источники «мистериума» обладали всеми ожидаемыми свойствами искусственного источника. Против гипотезы, связывающей «мистериум» с внеземными цивилизациями, говорило то, что феномен ассоциировался с хорошо известными в астрономии самыми обычными газовыми туманностями. Причем он оказался довольно распространенным: примерно в 50 % всех газовых туманностей было обнаружено излучение «мистериума». Надо было искать какой-то естественный (конечно, сильно неравновесный) механизм, который мог бы объяснить наблюдаемые особенности эмиссии ОН. И такой механизм был найден — им оказалось мазерное излучение.
Что такое мазерное излучение? Многие знают, что есть такой оптический прибор лазер — квантовый генератор и усилитель оптического излучения, с помощью которого можно получить очень интенсивные узконаправленные монохроматические световые пучки. Аналогичный прибор, только действующий в радиодиапазоне, получил название мазер.
Как работает мазер? Рассмотрим два соседних энергетических уровня молекулы E1 и E2. При поглощении кванта электромагнитного излучения определенной частоты (hν = E2 — E1) молекула переходит из нижнего состояния E1 в верхнее состояние E2 .Через некоторое время она вновь возвращается в нижнее состояние и при этом излучает квант той же частоты ν. Переход с верхнего энергетического уровня на нижний может происходить спонтанно (самопроизвольно) или под действием кванта, с частотой, соответствующей данному переходу E2— E1. Последний процесс называется вынужденным или индуцированным излучением. Важной особенностью индуцированного излучения является то, что «индуцированный» квант имеет точно такую же частоту и фазу, как и «индуцирующий», и летит в том же направлении.
В обычных условиях, близких к термодинамическому равновесию, число молекул в нижнем состоянии гораздо больше, чем в верхнем. Поэтому квант, влетевший в облако газа, имеет гораздо больше шансов поглотиться, чем вызвать вынужденный переход с верхнего энергетического уровня на нижний. В результате излучение на частоте молекулярного перехода поглощается в облаке газа, а роль вынужденного излучения сводится к тому, что оно несколько ослабляет величину полного поглощения. Так происходит в обычных условиях. Иное дело, когда число молекул на верхнем энергетическом уровне много больше, чем на нижнем. Тогда любой квант, влетевший в облако газа (или излученный при спонтанном переходе молекулой самого этого облака), вместо того, чтобы поглотиться при переходе с нижнего состояния в верхнее, вызывает вынужденный переход одной из молекул в нижнее энергетическое состояние. При этом излучается квант той же частоты, летящий в том же направлении. Он, в свою очередь, с преобладающей вероятностью, вызывает вынужденное излучение другой молекулы и т. д. Возникает нарастающий лавинообразный процесс. Причем все кванты имеют строго определенную частоту и летят в одном направлении — направлении первого «индуцирующего» кванта. Это и есть мазерный эффект. Необходимым условием его осуществления является инверсная населенность уровней, т. е. преобладание числа молекул на верхнем энергетическом уровне по сравнению с нижним. Механизм, с помощью которого постоянно поддерживается инверсная заселенность, называется накачкой мазера. Схема накачки для космического мазера приведена на рис. 1.8.2.
36