Озёрский технологический институт (филиал) МИФИ
Измерение расстояния до пульсаров
по их эхо-сигналу
Принято считать, что излучение пульсара наблюдают, когда Земля попадает в диаграмму луча пульсара. Но, во-первых, такая ситуация маловероятна, а во-вторых, есть трудности в объяснении многих деталей явления, приведенных в [1].
В принципе, однако, возможно наблюдение отражённого (рассеянного) радиолуча от облаков плазмы из остатков сверхновых вокруг пульсара (рис.1, плоскость которого совпадает с плоскостью экватора пульсара).
Вообще говоря, при вращении пульсара его луч «заметает» целый конус пространства, и рассеянные сигналы должны «размазываться» по всему периоду обращения пульсара. Но, поскольку скорость вращения луча w высокая (w= 2π/Т, Т – период от миллисекунд до секунд), пятна засветки облаков могут перемещаться со световыми и сверхсветовыми скоростями. И на Земле могут наблюдаться причудливое наложение отражённых сигналов, когда, скажем, кванты, излучённые позднее, приходят раньше.
Наиболее интересна ситуация, когда они приходят одновременно (в этом случае на Земле между главными импульсами ожидается появление субимпульсов такой же протяженности).
Дистанция D, которую проходит рассеянный свет до Земли, включает расстояние А до пульсара, длину R до отражателя и координату Z пятна засветки:
D = А + R + Z.
Для произвольной ориентации пульсара
Z = А + R cosa cosq – R sina sinq sinj (*)
где a – угол оси вращения пульсара относительно оси z, q – угол его луча относительно оси вращения, j = w t + jо – азимут луча (jо – азимут при некотором t = 0).
На рис.2 видно, что D действительно проходит через минимумы и максимумы. В эти моменты времени на Земле должны наблюдаться всплески эхо, аналогичные приведенной в [1] записи (рис.3). При других углах a и q расположение эхо-сигналов иное или они вовсе отсутствуют.
Запись радиоизлучения пульсара (рис 3) и особенности излучения в радио, световом, рентгеновском и жёстком гамма-диапазонах не противоречат этим рассуждениям.
Пульсар может входить в двойную систему. Тогда углы a и q могут периодически меняться. Кроме того, луч содержит мощное оптическое (1027 Вт) и рентгеновское (1029 Вт) излучение. Поэтому в отражённых лучах возможно появление лазерных и мазерных компонентов. Это объясняет многие детали наблюдаемого излучения пульсаров: разные особенности заполнения излучением периода пульсаций, наличие субимпульсов, микроимпульсов, их дрейф по периоду и т. п. в [1].
Эхо-сигнал может оказаться полезным для измерения расстояния до пульсара. К примеру, если тактовые импульсы – от прямого луча пульсара (рис.1), а субимпульсы – отражение, то, к примеру, при a = q = 90о (Земля в плоскости экватора пульсара, которую «заметает» его луч), импульсы от ближайшего эха опережают следующий тактовый импульс на угол j = 105о , причём по периоду Т может быть точно определен параметр Х = 1.306 cТ cosj. Если b – наблюдаемый угол между пульсаром и его эхо, то расстояние до пульсара
A = X / b.
Список литературы
1. Физическая энциклопедия, Т.4. М: БРЭ, 1994.
