Kosmicheskie luchi
1. Vvedenie
2. Metody izucheniya kosmicheskih luchei
3. Kosmicheskie luchi u Zemli
4. Proishozhdenie kosmicheskih luchei
5. Mehanizmy uskoreniya kosmicheskih
luchei
1. Vvedenie
Zemlya postoyanno bombardiruetsya zaryazhennymi chasticami vysokoi energii, prihodyashimi iz mezhzvezdnogo prostranstva - K. l. Inogda intensivnost' K. l. rezko vozrastaet za schet potokov chastic, porozhdaemyh vspyshkami na Solnce (t.n. solnechnyh kosmicheskih luchei).
K. l. napominayut sil'no razrezhennyi relyativistskii gaz, chasticy k-rogo prakticheski
ne vzaimodeistvuyut drug s drugom, no ispytyvayut redkie stolknoveniya s veshestvom mezhzvezdnoi
i mezhplanetnoi sred i vozdeistvie kosmich. magn. polei. V sostave K. l. preobladayut
protony, imeyutsya takzhe elektrony, yadra geliya i bolee tyazhelyh elementov (vplot' do
yader elementov
s 30). Elektronov v K. l. v sotni raz men'she, chem protonov (v
odnom i tom zhe diapazone energii). Chasticy K. l. obladayut ogromnymi kinetich. energiyami
(vplot'
do
eV). Hotya summarnyi potok K. l. u Zemli
nevelik [vsego
1 chastica/(sm2s)], plotnost'
ih energii (ok. 1 eV/sm3) sravnima (v predelah nashei Galaktiki)
s plotnost'yu energii summarnogo el.-magn. izlucheniya zvezd, energii teplovogo dvizheniya
mezhzvezdnogo gaza i kinetich. energii ego turbulentnyh dvizhenii, a takzhe s plotnost'yu
energii magnitnogo polya Galaktiki. Otsyuda sleduet, chto K. l. dolzhny igrat' bol'shuyu
rol'
v processah, idushih v mezhzvezdnom prostranstve.
Dr. vazhnaya osobennost' K. l. - neteplovoe proishozhdenie ih energii. Deistvitel'no,
dazhe pri temp-re ~ 109 K, po-vidimomu, blizkoi k maksimal'noi
dlya zvezdnyh nedr, srednyaya energiya teplovogo dvizheniya chastic eV. Osn. zhe kolichestvo chastic K. l., nablyudaemyh u Zemli, imeet energii
ot 108
eV i vyshe. Eto oznachaet, chto K. l. priobretayut energiyu v specificheskih astrofizich.
processah el.-magn. i plazmennoi prirody.
Izuchenie K. l. daet cennye svedeniya ob el.-magn. polyah v razlichnyh oblastyah kosmicheskogo prostranstva. Informaciya, "zapisannaya" i "perenosimaya" chasticami K. l. na ih puti k Zemle, rasshifrovyvaetsya pri issledovanii variacii kosmicheskih luchei - prostranstvenno-vremennyh izmenenii potoka K. l. pod vliyaniem dinamicheskih el.-magn. i plazmennyh processov v mezhzvezdnom i okolozemnom prostranstve.
S drugoi storony, v kachestve estestvennogo istochnika chastic vysokoi energii K. l. igrayut nezamenimuyu rol' pri izuchenii stroeniya veshestva i vzaimodeistvii mezhdu elementarnymi chasticami. Energii otdel'nyh chastic K. l. stol' veliki, chto oni eshe dolgo budut ostavat'sya vne konkurencii po sravneniyu s chasticami, uskorennymi (do energii ~ 1012 eV) samymi moshnymi laboratornymi uskoritelyami.
2. Metody izucheniya kosmicheskih luchei
![]() |
Ris. 1. Shema vzaimodeistviya kosmicheskih luchei s atmosferoi Zemli. Pervichnoe yadro vysokoi energii r (obychno proton) razrushaet yadra atmosfernogo azota ili kisloroda i porozhdaet kaskad vtorichnyh chastic, potok kotoryh uslovno razdelyayut na tri komponenta: elektronno-fotonnyi (1), myu-mezonnyi (2) i nuklonnyi (3). |
![$I=I_0e^{-x/\lambda}$](https://images.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202007/tex/formula4.gif)
![$\lambda$](https://images.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202007/tex/formula5.gif)
![$\lambda$](https://images.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202007/tex/formula5.gif)
![$\lambda\approx$](https://images.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202007/tex/formula6.gif)
![$x\approx$](https://images.astronet.ru/pubd/2005/01/15/0001202007/tex/formula7.gif)
V nachale 20 v. v opytah s elektroskopami i ionizac. kamerami byla obnaruzhena postoyannaya ostatochnaya ionizaciya gazov, vyzyvaemaya kakim-to ochen' pronikayushim izlucheniem. V otlichie ot izlucheniya radioaktivnyh veshestv okruzhayushei sredy, pronikayushee izluchenie ne mogli zaderzhat' dazhe tolstye sloi svinca. Vnezemnaya priroda obnaruzhennogo pronikayushego izlucheniya byla ustanovlena v 1912-14 gg. avstr. fizikom V. Gessom, nem. uchenym V. Kol'hersterom i dr. fizikami, podnimavshimisya s ionizac. kamerami na vozdushnyh sharah. Bylo naideno, chto s uvelicheniem rasstoyaniya ot poverhnosti Zemli ionizaciya, vyzyvaemaya K. l., rastet, napr. na vysote 4800 m - vchetvero, na vysote 8400 m - v 10 raz. Vnezemnoe proishozhdenie K. l. okonchatel'no dokazal R. Milliken (SShA), osushestvivshii v 1923-26 gg. seriyu opytov po issledovaniyu poglosheniya K. l. atmosferoi (imenno on vvel termin "K. l.").
Priroda K. l. vplot' do 40-h gg. ostavalas' neyasnoi. V techenie etogo vremeni intensivno razvivalos' yadernoe napravlenie - izuchenie vzaimodeistviya K. l. s veshestvom, obrazovaniya vtorichnyh chastic i ih poglosheniya v atmosfere. Eti issledovaniya, provodivshiesya pri pomoshi schetchikovyh teleskopov, kamer Vil'sona i yadernyh fotoemul'sii (podnimaemyh na sharah-zondah v stratosferu), priveli, v chastnosti, k otkrytiyu novyh elementarnyh chastic - pozitrona (1932 g.), myuona (1937 g.), pi-mezonov (1947 g.).
Sistematich. issledovaniya vliyaniya geomagn. polya na intensivnost' i napravlenie prihoda pervichnyh K. l. pokazali, chto podavlyayushee bol'shinstvo chastic K. l. imeet polozhit. zaryad. S etim svyazana vostochno-zapadnaya asimmetriya K. l.: iz-za otkloneniya zaryazhennyh chastic v magn. pole Zemli s zapada prihodit bol'she chastic, chem s vostoka.
Primenenie fotoemul'sii pozvolilo v 1948 g. ustanovit' yadernyi sostav pervichnyh K. l.: byli obnaruzheny sledy yader tyazhelyh elementov vplot' do zheleza (pervichnye elektrony v sostave K. l. byli vpervye zaregistrirovany v stratosfernyh izmereniyah lish' v 1961 g.). S konca 40-h gg. na perednii plan postepenno vydvinulis' problemy proishozhdeniya i vremennyh variacii K. l. (kosmofizich. aspekt).
Yaderno-fizich. issledovaniya K. l. osushestvlyayutsya v osnovnom pri pomoshi schetchikovyh
ustanovok bol'shoi ploshadi, prednaznachennyh dlya registracii t.n. shirokih atmosfernyh
livnei
iz vtorichnyh chastic, k-rye obrazuyutsya pri vtorzhenii odnoi pervichnoi chasticy s energiei
eV. Osn. cel' takih nablyudenii - izuchenie harakteristik
elementarnogo akta yadernogo vzaimodeistviya pri vysokih energiyah. Naryadu s etim oni
dayut informaciyu ob energetich. spektre K. l. pri
eV, chto ochen' vazhno dlya poiska istochnikov i mehanizmov uskoreniya K. l.
Nablyudeniya K. l. v kosmofizich. aspekte provodyatsya ves'ma raznoobraznymi metodami
- v zavisimosti ot energii chastic. Variacii K. l. s
eV izuchayutsya po dannym mirovoi seti neitronnyh monitorov (neitronnyi komponent K.
l.), schetchikovyh teleskopov (myuonnyi komponent K. l.) i dr. detektorov. Odnako nazemnye
ustanovki
iz-za atmosfernogo poglosheniya nechuvstvitel'ny k chasticam s
MeV. Poetomu pribory dlya registracii takih chastic podnimayut na sharah-zondah
v stratosferu
do vysot 30-35 km.
Vneatmosfernye izmereniya potoka K. l. 1-500 MeV osushestvlyayutsya
pri pomoshi geofizich. raket, ISZ i dr. KA. Pryamye nablyudeniya K. l. v mezhplanetnom
prostranstve osushestvleny poka lish' vblizi ploskosti ekliptiki do rasstoyaniya ~ 10
a. e. ot Solnca.
Ryad cennyh rezul'tatov dal metod kosmogennyh izotopov. Oni obrazuyutsya pri vzaimodeistvii K. l. s meteoritami i kosmich. pyl'yu, s poverhnost'yu Luny i dr. planet, s atmosferoi ili veshestvom Zemli. Kosmogennye izotopy nesut informaciyu o variaciyah K. l. v proshlom i o