Мазеры космические — весьма броские космические радиоисточники, излучающие в радиолиниях ОН, Н2О, SiO и некоторых вторых молекул (см. Электромагнитное излучение небесных тел). Первые космические мазеры на молекулах ОН были найдены в 1965 г.
«Мазер» — это сокращенное британское наименование явления, которое в переводе на русский звучит так: «усиление микроволнового излучения при помощи вынужденного испускания фотонов». Сущность этого явления содержится в следующем. Как мы знаем, молекулы и атомы смогут пребывать только в определенных, дискретных энергетических состояниях — на определенных уровнях энергии. Молекула может перескочить из одного энергетического состояния в второе, и при каждом таком переходе она или излучает квант электромагнитной энергии — фотон (при переходе с более большого энергетического уровня на более низкий), или поглощает такой же фотон (при обратном переходе). Наряду с этим частота фотона прямо пропорциональна разности энергий верхнего и нижнего уровней. Перескочить с верхнего уровня на нижний молекула может двумя методами: или самопроизвольно, или вынужденно, под действием имеющихся около нее фотонов, частота которых соответствует данному переходу. Фотон как бы встряхивает молекулу, заставляя ее «упасть» на нижний уровень прежде, чем она сделает это сама. Наряду с этим испускается совершенно верно такой же фотон, какой заставил молекулу совершить переход. Вынужденный переход тем более возможен, чем больше плотность фотонов в пространстве. Наряду с этим возможность совершить вынужденный переход вниз для молекулы, находящейся на верхнем уровне, в точности такая же, как для молекулы, находящейся на нижнем уровне, — совершить переход вверх.
Но в простых условиях молекулы распределены по энергетическим уровням неравномерно: на нижнем уровне любого перехода молекул в любой момент больше, чем на верхнем. Исходя из этого излучение, проходящее через то либо иное газовое облако, теряет в следствии поглощения больше фотонов, чем создаёт новых в следствии вынужденного испускания. Так интенсивность проходящего через облако излучения ослабевает.
В 50-е гг. XX в. в лабораториях были созданы совокупности, в которых молекулы искусственно «накачиваются» на верхний уровень, так что их в том месте делается больше, чем на нижнем уровне. Эта необыкновенная обстановка стала называться «инверсии населенностей» энергетических уровней. В соответствии с тем, что говорилось выше, при инверсии населенностей излучается больше фотонов, чем поглощается, благодаря чего излучение, проходящее через газ, не ослабевает, как в простых условиях, а, наоборот, улучшается. Так трудится мазерный усилитель — устройство, обширно применяемое в технике и науке.
Мазерное излучение отмечается и в космическом пространстве. Появляется оно в следствии естественных процессов «накачки», каковые действуют в оболочках и атмосферах некоторых звезд, в межзвездных газовых тучах, в воздухах комет.
«Накачку» реализовывают или влияющее на молекулы излучение звезды (значительно чаще — в инфракрасном диапазоне), или сталкивающиеся с ними частицы окружающего газа, в случае, если данный газ достаточно тепёл и плотен. При работе космического мазера энергия накачки преобразуется в энергию практически монохроматического радиоизлучения молекул. самые мощные из космических мазеров излучают в узкой радиолинии такое же количество энергии, какое Солнце излучает во всем спектре электромагнитных волн!
Космические мазеры занимательны не только сами по себе, как неповторимое явление природы, вместе с тем и по причине того, что они дают нам серьёзные сведения о тех астрофизических объектах, с которыми они связаны. Особенно полезную данные приносит мазерное излучение из областей активного звездообразования. Радиоизлучение (в отличие от оптического) вольно проходит через толщи космической пыли, в глубинах которой происходит рождение новых звезд. В регионах звездообразования наблюдаются замечательные компактные мазеры на молекулах Н2О, имеющие размеры порядка 1 —10 а. е., более протяженные, но менее замечательные мазеры (на молекулах ОН и SiO) и еще более протяженные (до 1000 а. е.) не сильный мазеры на молекулах метилового спирта СН3ОН. По замечаемым чертям мазерных линий возможно определять плотность и температуру излучающего газа, особенности его пространственных перемещений, напряженность пронизывающего газ магнитного поля. Опираясь на эти сведенья (и на результаты наблюдений в инфракрасном диапазоне), астрофизики сохраняют надежду разгадать старую тайну рождения звезд.