Eksperimental'naya paleoastrofizika: dostizheniya i perspektivy

G.E.KOChAROV

Sankt-Peterburgskii gosudarstvennyi tehnicheskii universitet

Obsuzhdayutsya osnovy novoi oblasti nauki "eksperimental'naya paleoastrofizika", ee dostizheniya i perspektivy.

Vvedenie

Chto takoe eksperimental'naya paleoastrofizika? Eto oblast' nauki, ohvatyvayushaya sovokupnost' astrofizicheskih yavlenii, signaly ot kotoryh dostigli Solnechnoi sistemy do vozniknoveniya instrumental'noi astronomii. Rozhdenie instrumental'noi astronomii zakonomerno svyazyvaetsya s nachalom sistematicheskih issledovanii neba velikim uchenym epohi Renessansa Galileo Galileem. Imenno on v nachale XVII veka, ispol'zuya samodel'nuyu trubu s linzoi 4 sm, otkryl sputniki Yupitera, obnaruzhil pyatna na Solnce i dr. Takim obrazom, instrumental'naya astronomiya moloda - ei vsego 400 let, chto znachitel'no men'she prodolzhitel'nosti sushestvovaniya zemnoi civilizacii i, konechno zhe, men'she millionov i milliardov let - vozrasta galaktik i Vselennoi v celom.

Izvestno, chto na Zemle imeyutsya estestvennye arhivy kosmicheskih chastic i izluchenii, imeyushih horoshuyu pamyat' ob astronomicheskih yavleniyah na bol'shoi shkale vremeni v proshlom. Takimi detektorami yavlyayutsya kol'ca derev'ev, korally, polyarnyi led, donnye otlozheniya morei i okeanov, stalaktity i t.d. Kakov princip ih deistviya? Kosmicheskie luchi, generiruemye estestvennymi uskoritelyami chastic v kosmose, nepreryvno bombardiruyut zemnuyu atmosferu, iniciiruya razlichnye yadernye reakcii. V nih generiruyutsya radioaktivnye yadra, takie, kak ¹⁴S i ¹⁰Ve. ¹⁴C - odin iz izotopov ugleroda, radioaktivnyi s periodom poluraspada 5730 let. ¹⁰Ve tozhe radioaktivnyi s periodom 1,5 mln let.

Generiruemyi kosmicheskimi luchami radiouglerod okislyaetsya do ¹⁴SO₂ i vmeste s obychnym uglekislym gazom uchastvuet vo vseh prirodnyh processah: pogloshaetsya rasteniyami i sootvetstvenno popadaet v organizmy zhivotnyh i lyudei. Naibolee udobnym ob'ektom dlya issledovanii yavlyayutsya kol'ca derev'ev. Koncentraciya radiougleroda v kol'ce proporcional'na intensivnosti kosmicheskih luchei v god rosta etogo kol'ca. Takim obrazom, izmeriv soderzhanie radiougleroda v kol'ce dereva, mozhno vychislit' intensivnost' kosmicheskih luchei v tot god. Eto pozvolyaet vosstanovit' intensivnost' kosmicheskih luchei v proshlom (za poslednie neskol'ko tysyach let po zhivym derev'yam i do 100 tys. let nazad po stalagmitam, korallam, polyarnomu l'du).

Sud'ba ¹⁰Ve otlichaetsya ot uglerodnoi tem, chto v atmosfere ¹⁰Ve prilipaet k pylinkam i osedaet vmeste s nimi v zemnyh arhivah: donnyh otlozheniyah morei i okeanov, polyarnom l'du. Udaetsya poluchit' neobhodimoe dlya eksperimenta kolichestvo datirovannogo l'da za interval vremeni vplot' do 200-300 tys. let tomu nazad.

Kosmicheskie luchi, rentgenovskoe i gamma-izluchenie v atmosfere proizvodyat takzhe ionizaciyu (generaciyu elektronov). Obilie elektronov vliyaet na skorost' himicheskih processov, v chastnosti rezko rastet koncentraciya nitratov, kotorye kak v Antarktide, tak i v Arktike perenosyatsya atmosfernymi vihryami v led. V ledyanyh usloviyah nitraty sohranyayutsya napodobie yader ¹⁰Ve. Poetomu, izmeriv nezavisimym metodom vozrast l'da, mozhno po soderzhaniyu nitratov v nem vosstanovit' intensivnost' kosmicheskih protonov, elektronov, rentgenovskogo i gamma-izlucheniya. Po imeyushimsya dannym, etot metod daet vozmozhnost' ohvatit' neskol'ko poslednih desyatkov tysyach let.

Takim obrazom, sushestvuyut dva kanala informacii: kosmogennye izotopy v razlichnyh zemnyh obrazcah i nitraty v polyarnom l'du.

Princip raboty prirodnyh detektorov kosmicheskogo izlucheniya

Ris. 1. Princip raboty estestvennyh detektorov kosmicheskih luchei.

Na ris. 1 pokazan princip raboty prirodnyh detektorov kosmicheskogo izlucheniya. Na primere galakticheskih kosmicheskih luchei rassmotrim osnovnye osobennosti estestvennyh detektorov. Pri vhozhdenii v Solnechnuyu sistemu kosmicheskie luchi dolzhny preodolet' bar'er magnitnogo polya Solnca. Chem bol'she energiya chastic i chem men'she solnechnaya aktivnost', tem legche chasticam proniknut' v Solnechnuyu sistemu. Takim obrazom, chasticy, pronikshie v Solnechnuyu sistemu, nesut informaciyu kak ob istochnike, gde oni rodilis', tak i o sostoyanii solnechnoi aktivnosti. Pohozhee yavlenie nablyudaetsya i pri proniknovenii cherez magnitnyi ekran Zemli. V yadernyh reakciyah v atmosfere Zemli generiruyutsya raznye izotopy, i sredi nih ¹⁰Ve i ¹⁴S - glavnye ob'ekty nashego rassmotreniya. Kak uzhe ukazyvalos', v atomnyh stolknoveniyah v atmosfere generiruyutsya elektrony, kotorye v konechnom itoge uvelichivayut koncentraciyu nitratov. Drugimi slovami, govorya yazykom yadernoi fiziki, atmosfera Zemli yavlyaetsya detektorom kosmicheskih luchei. Kol'ca derev'ev, korally, stalagmity, polyarnyi led, donnye otlozheniya yavlyayutsya pogodichnymi hranitelyami informacii o yadernyh reakciyah.

Metody datirovki menyayutsya v zavisimosti ot tipa hranitelya informacii i intervala vremeni, proshedshego s momenta "zapominaniya". Kol'ca derev'ev predstavlyayutsya naibolee naglyadnymi s tochki zreniya datirovki. Est' zhivye derev'ya, vozrast kotoryh neskol'ko tysyach let, naprimer sekvoiya v SShA, archa turkestanskaya. Dlya togo chtoby izmerit' soderzhanie radiougleroda v kol'ce dereva s tochnost'yu 0,3%, trebuetsya primerno 50 g s kazhdogo kol'ca drevesiny. Koncentraciya ¹⁴S mala i sostavlyaet primerno 10^-12 ot koncentracii osnovnogo izotopa ¹²S. Poetomu zadacha eta nelegkaya, no ona uzhe reshena. V mire est' neskol'ko laboratorii, v kotoryh provodyatsya vysokotochnye pogodichnye izmereniya koncentracii radiougleroda.

Kak uzhe otmechalos', izotop ¹⁰Be tozhe radioaktivnyi. Odnako izmerit' kolichestvo atomov po radioaktivnosti ne udaetsya iz-za nizkogo ee urovnya. Krome togo, iz-za bol'shogo perioda poluraspada i maloi koncentracii ¹⁰Ve vo l'du (vsego 10 mln atomov na 1 kg l'da) nevozmozhno nabrat' statisticheski nadezhnyi rezul'tat. Koncentraciya etogo izotopa izmeryaetsya novym metodom, rozhdennym v nachale 80-h godov. Sochetaniem principov mass-spektrometrii i uskoritelya chastic (uskoritel'naya mass-spektrometriya) udaetsya osushestvit' schet atomov ¹⁰Ve, ³⁶Sl, ¹⁴S i dr. Itog takoi: desyatkov grammov drevesnyh kolec i neskol'kih kilogrammov l'da dostatochno dlya izmereniya kolichestva ukazannyh kosmogennyh izotopov, to est' dlya resheniya astrofizicheskih zadach. Koncentraciya nitratov vo l'du izmeryaetsya po metodu ul'trafioletovoi spektrometrii. Eksperimental'no ohvacheny sleduyushie intervaly vremeni: po ¹⁰Ve - poslednie 200 tys. let (etot interval sootvetstvuet glubine 2 km l'da); po ¹⁴S - poslednie 50 tys. let (kol'ca derev'ev, stalaktity, korally). Interval vremeni po nitratam 30 tys. let, iz kotoryh poslednie 415 let pogodichno.

Estestvennye detektory kosmicheskogo izlucheniya pozvolyayut reshit' sleduyushie problemy.

1. Eksperimental'naya proverka fundamental'noi idei o generacii galakticheskih kosmicheskih luchei pri vzryve sverhnovyh zvezd.

2. Opredelenie chastoty vspyshek sverhnovyh v nashei Galaktike.

3. Po vremennomu profilyu generacii kosmogennyh izotopov v rezul'tate vzryva sverhnovyh opredelenie mehanizma uskoreniya chastic v estestvennom uskoritele chastic.

4. Priroda dlitel'nyh i glubokih minimumov solnechnoi aktivnosti.

5. Modulyaciya galakticheskih kosmicheskih luchei na bol'shoi shkale vremeni (v desyatki i sotni raz bol'shei, chem shkala pryamyh izmerenii).

6. Poluchenie otveta na principial'no vazhnyi vopros, kakaya mozhet byt' maksimal'no vozmozhnaya energiya solnechnoi vspyshki.

7. Daty i masshtaby katastroficheskih sobytii v proshlom.

Poluchennye za poslednie 30 let rezul'taty budut rassmotreny nizhe. Avtor byl nauchnym rukovoditelem obshesoyuznoi problemy "Astrofizicheskie yavleniya i radiouglerod" v techenie treh desyatkov let, uchastnikom i svidetelem razvitiya novoi oblasti nauki "eksperimental'naya paleoastrofizika".

Problema modulyacii galakticheskih kosmicheskih luchei solnechnoi aktivnost'yu za poslednie 400 let

Soglasno istoricheskim dannym, v proshlom v istorii Solnca sushestvovali takie dlitel'nye promezhutki vremeni, kogda na poverhnosti Solnca ne otmechalos' ni odnogo pyatna. Blizhaishii k nam po vremeni glubokii i dlitel'nyi minimum Solnca byl s 1645 po 1715 god. Etot minimum nosit imya E. Maundera, angliiskogo uchenogo, opublikovavshego v 1921 godu stat'yu o sushestvovanii ukazannogo minimuma.

Metod kosmogennyh izotopov pozvolyaet poluchit' kolichestvennye dannye o modulyacii kosmicheskih luchei v proshlom. Poetomu vysokotochnye pogodichnye izmereniya soderzhaniya radiougleroda v godichnyh kol'cah derev'ev za poslednie 400 let, vklyuchayushih periody do maunderovskogo minimuma, vo vremya i posle minimuma, byli central'noi zadachei obshesoyuznoi programmy "Astrofizicheskie yavleniya i radiouglerod" [1].

Pervaya seriya izmerenii byla vypolnena v 70-e gody [2] v Fiziko-tehnicheskom institute im. A.F. Ioffe AN SSSR. Vtoroi cikl izmerenii byl vypolnen v Tbilisskom gosudarstvennom universitete [3] v pervoi polovine 80-h godov. Tret'ya seriya izmerenii osushestvlena v SShA v konce 80-h godov v laboratorii krupnogo specialista po radiouglerodnym issledovaniyam M. Stuivera [4].

Vo vseh treh seriyah izmerenii imeetsya soglasie po klyuchevym rezul'tatam issledovanii: 11-letnyaya ciklichnost' do maunderovskogo minimuma i posle nego; povyshenie obshego urovnya soderzhaniya radiougleroda v atmosfere Zemli vo vremya glubokogo minimuma solnechnoi aktivnosti; nalichie vremennyh variacii vo vremya minimuma. Poslednee yavlyaetsya naibolee yarkim rezul'tatom, tak kak teoriya ne predskazyvala modulyaciyu galakticheskih kosmicheskih luchei vo vremya prakticheski polnogo otsutstviya pyaten na Solnce.

Analiz poluchennyh eksperimental'nyh dannyh pozvolyaet sdelat' sleduyushie vyvody.

1. Perehody Solnca iz normal'nogo sostoyaniya v glubokii minimum aktivnosti i posle minimuma v obychnoe sostoyanie osushestvlyayutsya otnositel'no bystro (~1 god).

2. Harakter 11-letnih variacii do maunderovskogo minimuma i posle nego takoi zhe, kak i za poslednie 50 let.

Na ris. 2 privedeny pervye detal'nye dannye po soderzhaniyu radiougleroda v epohu maunderovskogo minimuma [2] . Naglyadno vidny nalichie 11-letnih variacii do minimuma, povyshenie srednego urovnya i nalichie variacii vo vremya maunderovskogo minimuma. Vazhno takzhe podcherknut', chto v epohu maunderovskogo minimuma (malyi lednikovyi period) prirost drevesnyh kolec byl podavlen [5], kak, vprochem, i vo vremya glubokih minimumov Vol'fa i Shperera.

Ris. 2. Vremennoi hod koncentracii radiougleroda v atmosfere Zemli v epohu maunderovskogo minimuma.

Na osnove imeyushihsya eksperimental'nyh dannyh nami vpervye poluchen pogodichnyi vremennoi hod intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei za poslednie 400 let. Osobyi interes predstavlyayut zavisimosti intensivnosti I_p galakticheskih kosmicheskih luchei i chisel Vol'fa W do perioda glubokogo minimuma i posle nego (ris. 3).

Ris. 3. Vremennoi hod chisel Vol'fa W i intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei Ip v epohu maunderovskogo minimuma solnechnoi aktivnosti.

Vidno, chto vo vremya maunderovskogo minimuma pyaten na Solnce bylo malo. V to zhe vremya nablyudalas' variaciya intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei, prichem amplituda byla bol'she, chem za predelami maunderovskogo minimuma, i harakternyi period variacii ne 11 let, a blizok k 22 godam.

Nami proveden detal'nyi analiz poluchennyh eksperimental'nyh dannyh. Ustanovleno, chto naibolee sil'no vyrazhen v epohu maunderovskogo minimuma period 22 goda, chto sootvetstvuet periodu perepolyusovki obshego magnitnogo polya Solnca.

Sformuliruem osnovnye svoistva maunderovskogo minimuma:

1. prakticheski polnoe otsutstvie magnitnoi aktivnosti v techenie 70 let,

2. dostatochno bystryi perehod v sostoyanie glubokogo minimuma i bystroe vosstanovlenie solnechnoi aktivnosti v konce minimuma,

3. nepredskazannoe teoriei nalichie modulyacii intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei vo vremya glubokogo minimuma.

Predstavlyaetsya, chto poslednyaya osobennost' isklyuchitel'no vazhna; ona podtverzhdena v eksperimentah drugih avtorov po variacii soderzhaniya ¹⁴S v kol'cah derev'ev, izotopa ¹⁰Ve v polyarnom l'du i diametra Solnca vo vremya maunderovskogo minimuma. Chrezvychaino vazhno teper' izmerit' soderzhanie kosmogennyh izotopov ¹⁴S i ¹⁰Ve v datirovannyh kol'cah derev'ev i polyarnom l'du sootvetstvenno dlya bolee drevnego minimuma solnechnoi aktivnosti: minimum Shperera, dlitel'nost' kotorogo bol'she maunderovskogo (1450-1550 gody). On sootvetstvuet pyati periodam 22-letnego cikla, i bolee nadezhno budut opredeleny harakteristiki variacii.

Za vremya, proshedshee posle obnaruzheniya nami effekta modulyacii intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei pri prakticheskom otsutstvii solnechnyh pyaten, dostignut znachitel'nyi uspeh v teorii solnechnoi modulyacii intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei. Uzhe predlozheny konkretnye fizicheskie processy, otvetstvennye za 11- i 22-letnie cikly.

Nitraty v polyarnom l'du - novoe okno v issledovaniyah astrofizicheskih yavlenii v real'nom masshtabe vremeni dalekom proshlom

Na osnove mnogoletnih sistematicheskih izmerenii koncentracii nitratov v snegah Antarktidy, vypolnennyh G. Dreshhoff i E. Cellerom, razrabotana unikal'naya metodika issledovaniya astrofizicheskih i zemnyh yavlenii. Ona osnovana na tom, chto sneg soderzhit himicheskuyu zapis' processov ionizacii v polyarnoi atmosfere zaryazhennymi chasticami, rentgenovskimi i gamma-luchami. Antarktida deistvuet kak holodnaya lovushka, sposobnaya zamorozit' astrofizicheskie signaly i sohranit' ih v techenie dlitel'nogo vremeni.

Obsheprinyato, chto solnechnoe magnitnoe pole yavlyaetsya edinstvennym istochnikom energii solnechnyh kosmicheskih luchei. Eto obuslovleno prezhde vsego tem, chto izmerennye v eksperimentah velichina napryazhennosti magnitnogo polya Solnca i geometricheskii razmer oblasti sposobny obespechit' vspyshechnuyu energiyu. V to zhe vremya u nas net vybora: my ne znaem drugogo istochnika energii. Po mere rasshireniya eksperimental'nyh vozmozhnostei udaetsya bolee tochno i polno opredelyat' osnovnye harakteristiki uskorennyh vo vspyshkah protonov i elektronov (polnaya energiya vseh chastic, ih polnoe chislo, moshnost' generacii chastic i t.d.). Pri etom vse trudnee stanovitsya interpretaciya poluchennyh dannyh v ramkah gipotezy o magnitnoi prirode istochnika energii. Poskol'ku napryazhennost' magnitnogo polya konechna, dolzhen byt' verhnii predel polnoi energii , peredannoi chasticam. Poetomu ochen' vazhno na opyte ustanovit' eto znachenie . Zadacha ochen' slozhnaya, poskol'ku chem bol'she polnaya energiya uskorennyh chastic, tem men'she veroyatnost' takogo sobytiya. Yasno, chto nuzhen dlinnyi ryad issledovanii.

Nitratnym metodom nadezhno zaregistrirovany solnechno-vspyshechnye protony ot vspyshek 1859, 1946, 1972 godov i dr. Eto delaet vpolne real'noi zadachu obnaruzheniya samoi krupnoi vspyshki na osnove izucheniya soderzhaniya nitratov v polyarnyh l'dah.

V nastoyashee vremya aktivno obsuzhdaetsya problema vozmozhnyh zemnyh proyavlenii kosmologicheskih gamma-vspleskov. V chastnosti, otmechaetsya, chto gamma-vspleski mogut ostavit' sled v zemnoi atmosfere v vide nitratov i kosmogennyh izotopov. Esli predpolozhit', chto polnaya energiya gamma-vspleska sostavlyaet 10⁵² erg i rasstoyanie ot Zemli do istochnika 1 kpk, to obshii potok energii ot takogo istochnika u Zemli budet 2,7 erg sm^-2 s^-1. Pri etom skorost' generacii radiougleroda budet 34 atoma sm^-2 s^-1, chto v 16 raz men'she skorosti generacii radiougleroda galakticheskimi kosmicheskimi luchami. Skorost' generacii drugogo vazhnogo kosmogennogo izotopa - ¹⁰Ve budet prenebrezhimo mala, tak kak osnovnoi diapazon energii gamma-kvantov vo vspleskah sostavlyaet 30 keV-2 MeV, chto men'she, chem porog generacii ¹⁰Ve na yadre azota. Takim obrazom, principial'no vozmozhnoi yavlyaetsya registraciya vspleska po radiouglerodu. Odnako vremya zhizni radiougleroda otnositel'no malo (5740 let) i s pomosh'yu radiougleroda mozhno ohvatit' interval vremeni v neskol'ko desyatkov tysyach let. Za takoi interval vremeni veroyatnost' sobytiya s blizkim gamma-vspleskom ochen' mala. S tochki zreniya veroyatnosti "registracii" horoshim kosmogennym izotopom yavlyaetsya ¹⁰Ve (shkala vremeni - sotni tysyach let). Odnako iz-za vysokogo poroga generacii izotopa (40-50 MeV) effekt ot gamma-vspleska prenebrezhimo mal. Nitratnyi metod naibolee perspektiven dlya registracii gamma-vspleskov. Ocenki pokazyvayut, chto pri polnoi energii 10 erg i rasstoyanii 10 kpk polnoe chislo nitratnyh molekul budet 10³⁴ i vpolne real'na registraciya gamma-vspleska.

Problema proishozhdeniya kosmicheskih luchei

Proishozhdenie kosmicheskih luchei yavlyaetsya odnoi iz klyuchevyh problem astrofiziki vysokih energii v techenie neskol'kih desyatiletii. Chetyre voprosa yavlyayutsya central'nymi.

1. Kakoe proishozhdenie - galakticheskoe ili metagalakticheskoe - imeyut kosmicheskie luchi, registriruemye v sputnikovyh, ballonnyh i nazemnyh eksperimentah?

2. Chto yavlyaetsya istochnikom kosmicheskih luchei, energiya kotoryh prostiraetsya do velichiny, nedostupnoi dlya nazemnyh uskoritelei chastic?

3. Kakov fizicheskii mehanizm uskoreniya chastic?

4. Kak ob'yasnit' tot eksperimental'nyi fakt, chto intensivnost' kosmicheskih luchei prakticheski ne menyaetsya vo vremeni?

Bolee 20 let nazad V.L. Ginzburg [6] sformuliroval chetkuyu eksperimental'nuyu vozmozhnost' otveta na pervyi vopros: sravnit' intensivnost' kosmicheskih luchei v nashei Galaktike i blizhaishem k nam vnegalakticheskom ob'ekte - Magellanovyh oblakah. On predlozhil detektirovat' gamma-izluchenie, generiruemoe v Magellanovyh oblakah, po vzaimodeistviyu s nimi kosmicheskih luchei. Intensivnost' gamma-kvantov daet neposredstvenno informaciyu o vnegalakticheskih kosmicheskih luchah. Ideya izyashna i prosta: esli kosmicheskie luchi imeyut metagalakticheskoe proishozhdenie, to potok gamma-kvantov dolzhen byt' takim, kotoryi mozhno vychislit' na osnove izmerennogo potoka kosmicheskih luchei v nashei Galaktike. Esli zhe potok gamma-kvantov okazhetsya men'she, to registriruemye v zemnyh usloviyah kosmicheskie luchi imeyut galakticheskoe proishozhdenie (to est' oni nashi). Podgotovka i realizaciya takogo sputnikovogo eksperimenta potrebovali okolo 20 let. V 1993 godu eksperimental'no bylo polucheno, chto potok gamma-izlucheniya priblizitel'no na 100 MeV men'she, chem esli by kosmicheskie luchi byli metagalakticheskogo proishozhdeniya. Takim obrazom, davnyaya ideya V.L. Ginzburga o tom, chto kosmicheskie luchi imeyut galakticheskoe proishozhdenie, poluchila eksperimental'noe podtverzhdenie.

Vozmozhnost' generacii kosmicheskih luchei pri vzryve sverhnovyh zvezd byla predlozhena v 1934 godu Baade i Cvikki. Eta gipoteza byla znachitel'no usilena v nachale 50-h godov, kogda iz astronomicheskih dannyh stalo yasno, chto v ostatkah sverhnovyh zvezd imeetsya bol'shoe kolichestvo relyativistskih elektronov. Proverka etoi fundamental'noi gipotezy estestvenno trebovala registracii kosmicheskih luchei ot vzryva sverhnovoi zvezdy.

Eta zadacha, odnako, chrezvychaino trudnaya. Dlya togo chtoby srednyaya plotnost' energii kosmicheskih luchei (1 eV/sm³) izmenilas' tak, chtoby eto izmenenie mozhno bylo izmerit', trebuetsya vzryv sverhnovoi zvezdy na blizkom ot Solnechnoi sistemy rasstoyanii: menee 100 pk (rasstoyanie v 1 pk svet prohodit za 3 goda). Izvestno, chto v sfere radiusom 100 pk vzryv v srednem dolzhen proishodit' odin raz v kazhdye 100 tys. let. Yasno, chto veroyatnost' vzryva v real'nom masshtabe vremeni ochen' mala. Bolee togo, esli dazhe takoi vzryv imel mesto, to dlya ustanovleniya prirody istochnika (sverhnovaya ili net) trebuetsya provedenie nepreryvnyh izmerenii v techenie desyatkov tysyach let. B.P. Konstantinov i avtor sformulirovali i razrabotali metod registracii kosmicheskih luchei ot vzryva sverhnovoi v dalekom proshlom. Rech' idet o metode kosmogennyh izotopov, kotoryi rassmotren vyshe.

Pervye eksperimental'nye rezul'taty po soderzhaniyu ¹⁰Ve v polyarnom l'du za poslednie 40 tys. let byli opublikovany v nachale 80-h godov. Bylo obnaruzheno znachitel'noe povyshenie intensivnosti kosmicheskih luchei v intervale vremeni 10-40 tys. let tomu nazad. Poskol'ku avtor davno zhdal etih rezul'tatov, uzhe v 1982 godu byla opublikovana rabota, v kotoroi bylo pokazano, chto poluchennyi vremennoi hod kolichestvenno i kachestvenno svidetel'stvuet o vzryve blizkoi (50 pk) ot Solnechnoi sistemy Sverhnovoi zvezdy s obshim energovydeleniem 10⁵⁰ erg v kosmicheskih luchah. Vposledstvii novye eksperimental'nye dannye po ¹⁴S, ¹⁰Ve i ³⁶Cl polnost'yu podtverdili (ris. 4 i 5) vyvod o vzryve blizkoi sverhnovoi 35 tys. let tomu nazad.

Ris. 4. Eksperimental'nye dannye po soderzhaniyu radiougleroda za poslednie 50 tys. let. N / N0 - otnositel'noe soderzhanie radiougleroda v obrazcah.

Ris. 5. Kosmogennyi sled vzryva Sverhnovoi zvezdy v atmosfernom radiouglerode i 10Ve. Ikl/I0 - otnositel'naya intensivnost' kosmicheskih luchei.

vyvod o vzryve blizkoi sverhnovoi 35 tys. let tomu nazad.

Analiz poluchennyh dannyh pozvolyaet sformulirovat' sleduyushie vyvody.

1. Net somnenii v sushestvovanii maksimuma generacii kosmogennogo ¹⁰Ve v kernah l'da 35 tys. let tomu nazad.

2. Soglasno eksperimental'nym dannym, imeetsya sinhronnoe vozrastanie soderzhaniya ¹⁰Ve v yuzhnom i severnom polushariyah.

3. Imeyushiesya eksperimental'nye dannye po soderzhaniyu kosmogennogo radiougleroda v zemnyh arhivah (korally, stalaktity) pokazyvayut, chto v atmosfere Zemli soderzhanie radiougleroda v intervale vremeni ot 30 tys. do 40 tys. let tomu nazad bylo v dva raza bol'she, chem v nastoyashee vremya, prichem maksimum koncentracii takzhe byl 35 tys. let tomu nazad.

4. Kosmogennye izotopy ¹⁰Ve i ¹⁴S sil'no razlichayutsya kak mehanizmom ih generacii v atmosfere Zemli, tak i ih geofizicheskim i geohimicheskim povedeniem. Obshim dlya vseh treh izotopov ¹⁰Ve, ¹⁴S i ³⁶Cl yavlyaetsya to, chto vse oni imeyut obshego roditelya - kosmicheskie luchi. Poetomu est' vse osnovaniya dlya utverzhdeniya, chto mnogoletnyaya gipoteza o tom, chto osnovnym istochnikom galakticheskih kosmicheskih luchei yavlyayutsya vzryvy sverhnovyh zvezd, poluchila eksperimental'noe podtverzhdenie.

Rassmotrim teper' vid poluchennogo na opyte vremennogo hoda intensivnosti kosmicheskih luchei. Nadezhnost' maksimuma 35 tys. let tomu nazad ne vyzyvaet somnenii. Neskol'ko ran'she (okolo 40 tys. let tomu nazad) nablyudalos' vozrastanie intensivnosti kosmicheskih luchei. V kachestve rabochei gipotezy budem schitat', chto v intervale vremeni ot 35 tys. do 40 tys. let tomu nazad takzhe est' maksimum. Kak mozhno ob'yasnit' takoi predmaksimum? V lyubom istochnike, v tom chisle i v sverhnovyh, uskorenie chastic trebuet vremeni, i eto vremya chasticy provodyat ne v pustote, a v tom zhe "materiale", kotoryi snabzhaet estestvennyi uskoritel' chasticami. Pri etom neizbezhny yadernye vzaimodeistviya, v rezul'tate kotoryh generiruyutsya chasticy i gamma-kvanty. Gamma-kvantam legche (i bystree) pokinut' istochnik. Gamma-kvanty takzhe rozhdayut v atmosfere Zemli kosmogennye izotopy. Poetomu nel'zya isklyuchit', chto predympul's obyazan gamma-kvantam. V to zhe vremya v ramkah mehanizma uskoreniya na udarnyh volnah mozhet byt' poluchena dvuhpikovaya struktura intensivnosti kosmicheskih luchei ot vzryva sverhnovoi. Vazhnym yavlyaetsya poluchenie bolee detal'nyh eksperimental'nyh dannyh dlya intervala vremeni ot 50 tys. do 35 tys. let tomu nazad.

Osnovnye itogi i perspektivnye zadachi

Naibolee vazhnym itogom, po-vidimomu, sleduet schitat' to, chto blagodarya usiliyam uchenyh mnogih stran sozdano novoe perspektivnoe nauchnoe napravlenie - eksperimental'naya paleoastrofizika. Sredi poluchennyh rezul'tatov vydelim fundamental'nye.

1. Eksperimental'no obnaruzheno ne predskazannoe teoriei yavlenie - modulyaciya kosmicheskih luchei Solncem vo vremya glubokogo minimuma ego aktivnosti.

2. Vpervye zaregistrirovany kosmicheskie luchi ot vzryva Sverhnovoi i postroen vremennoi profil' yavleniya.

V perspektive naibolee vazhnymi predstavlyayutsya sleduyushie zadachi.

1. Dlya Sverhnovoi, vspyhnuvshei 35 tys. let tomu nazad, kraine vazhno detal'no izmerit' vremennoi profil' predympul'sa i putem izmereniya koncentracii izotopov ¹⁴S, ¹⁰Ve, ³⁶Sl v obrazcah l'da ustanovit' energeticheskii spektr kosmicheskih luchei.

2. Principial'no vazhno obnaruzhit' na opyte eshe hotya by odnu sverhnovuyu dlya ustanovleniya chastoty vspyshek sverhnovyh v nashei Galaktike. Dlya etih issledovanii v nastoyashee vremya nailuchshim ob'ektom yavlyaetsya "GEMINGA".

3. Ochen' vazhno poluchit' pogodichnye dannye po kosmogennym izotopam eshe hotya by dlya odnogo glubokogo minimuma Solnca - shpererovskii minimum 1450-1550 godov. Esli i v etom sluchae budet ustanovlena modulyaciya kosmicheskih luchei s periodom 22 goda, problema modulyacii stanet bezuslovno odnoi iz central'nyh v astrofizike kosmicheskih luchei i fizike Solnca.

4. Korrelirovannye issledovaniya radiouglerodnym i nitratnym metodami obeshayut otvetit' na odin iz klyuchevyh voprosov fiziki Solnca - kakov mehanizm energeticheskogo obespecheniya solnechnyh vspyshek.

5. Vyshe byli rassmotreny tol'ko zemnye detektory kosmicheskih luchei. Imeyutsya i kosmicheskie arhivy radiacionnoi istorii. Meteority nepreryvno obluchayutsya kosmicheskimi luchami, i neizbezhno v nih generiruyutsya kosmogennye izotopy. Ustanovlenie kosmogennogo sleda ot Sverhnovoi 35 tys. let tomu nazad chrezvychaino vazhno, tak kak vsya imeyushayasya informaciya poluchena tol'ko iz zemnyh arhivov. Dlya issledovanii nuzhen meteorit, kosmicheskii vozrast kotorogo ne ochen' bol'shoi. V protivnom sluchae fon nakoplennogo interesuyushego nas izotopa budet bol'shim i ne udastsya obnaruzhit' effekt vzryva sverhnovoi. Analiz pokazyvaet, chto nailuchshim ob'ektom yavlyaetsya meteorit Fargmington. Kosmicheskii vozrast priemlemyi (~ 40 tys. let). Dlya obnaruzheniya effekta neobhodimo izmerit' soderzhanie kosmogennogo izotopa ⁸¹Kr v obrazcah meteorita. K sozhaleniyu, chuvstvitel'nost' registracii etogo izotopa nedostatochna. Trebuetsya ee uvelichenie primerno v desyat' raz.

V zaklyuchenie hotelos' by otmetit', chto vozmozhnosti eksperimental'noi paleoastrofiziki ochen' shirokie kak v plane izucheniya unikal'nyh moshnyh yavlenii, tak i radiacionnoi istorii Solnechnoi sistemy i Galaktiki v celom.

Literatura

[1].	Konstantinov B.P., Kocharov G.E. // Dokl. AN SSSR. 1965. T. 165. No 1. S. 63.
[2].	Vasil'ev V.A., Kocharov G.E. // Tr. XIII Mezhdunar. Leningr. seminara po kosmofizike. L.: LIYaF AN SSSR, 1983. S. 75.
[3].	Stuiver M., Braziunas T.F. // Holocene. 1993. V. 3. P. 289.
[4].	Kocharov G.E. i dr. // Pis'ma v "Astron. zhurn.". 1990. T. 16. S. 723.
[5].	Stuiver M., Braziunas T.F. // Holocene. 1993. V. 3. P. 289.
[6].	Ginzburg V.L. // Uspehi fiz. nauk. 1996. T. 166(2). S. 169.

Publikacii s klyuchevymi slovami: solnechnye kosmicheskie luchi - galakticheskie kosmicheskie luchi - uglerodnaya datirovka - radioaktivnye elementy - kosmicheskie luchi Publikacii so slovami: solnechnye kosmicheskie luchi - galakticheskie kosmicheskie luchi - uglerodnaya datirovka - radioaktivnye elementy - kosmicheskie luchi
Sm. takzhe: Chastica s vysokoi energiei stalkivaetsya s Zemlei Kosmicheskie luchi iz Minnesoty Kosmicheskie luchi na Voyadzhere-1 Teleskop H.E.S.S. II PAMELA: slishkom mnogo pozitiva Ne temnaya li eto materiya nasledila? Kosmicheskie luchi iz yader galaktik Vse publikacii na tu zhe temu >>