1. Vvedenie

Eksperimental'naya paleoastrofizika – eto oblast' nauki, ohvatyvayushaya sovokupnost' astrofizicheskih yavlenii, signaly ot kotoryh dostigli Solnechnoi sistemy do vozniknoveniya instrumental'noi astronomii, nachavsheisya s momenta sozdaniya Galileem zritel'noi truby; vozrast instrumental'noi astronomii ne prevyshaet 400 let, chto znachitel'no men'she prodolzhitel'nosti sushestvovaniya zemnoi civilizacii i, konechno zhe, men'she millionov i milliardov let – vozrasta nashei Galaktiki i Vselennoi v celom.

Izvestno, chto na Zemle sushestvuyut estestvennye arhivy kosmicheskih chastic i izluchenii, imeyushih horoshuyu pamyat' ob astronomicheskih yavleniyah na bol'shoi shkale vremeni v proshlom. Eto kol'ca derev'ev, korally, polyarnyi led, donnye otlozheniya morei i okeanov, stalaktity i t. d. Kosmicheskie luchi, generiruemye estestvennymi uskoritelyami chastic v kosmose, nepreryvno bombardiruyut zemnuyu atmosferu, iniciiruya razlichnye yadernye reakcii. V nih obrazuyutsya radioaktivnye yadra, takie, kak ¹⁴C i ¹⁰Be. ¹⁴C – odin iz radioaktivnyh izotopov ugleroda, s periodom poluraspada 5730 let. ¹⁰Be tozhe radioaktivnyi izotop s periodom 1,5 mln let. Generiruemyi kosmicheskimi luchami radiouglerod okislyaetsya do ¹⁴CO₂ 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).

Svoistva ¹⁰Be otlichayutsya ot svoistv ¹⁴CO₂ tem, chto v atmosfere ¹⁰Be prilipaet k pylinkam i osedaet vmeste s nimi v donnyh otlozheniyah morei i okeanov, v polyarnom l'du. Po izotopu ¹⁰Be udaetsya poluchit' neobhodimoe dlya issledovanii kolichestvo datirovannogo l'da za interval vremeni vplot' do 200-300 tys. let nazad.

Kosmicheskie luchi, rentgenovskoe i gamma-izlucheniya, popadaya v atmosferu Zemli, takzhe vyzyvayut ionizaciyu chastic vozduha, generiruya elektrony. 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 horosho sohranyayutsya, tak zhe kak i yadra ¹⁰Be. 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 pozvolyaet ohvatit' poslednie neskol'ko desyatkov tysyach let.

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

2. Princip raboty prirodnyh detektorov kosmicheskogo izlucheniya

Na ris. 1 pokazan princip raboty prirodnyh detektorov kosmicheskogo izlucheniya. Pri popadanii v Solnechnuyu sistemu galakticheskie 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.

Ris. 1. Princip raboty estestvennyh detektorov kosmicheskih luchei

Takim obrazom, chasticy, pronikshie v Solnechnuyu sistemu, nesut informaciyu kak ob istochnike, gde oni rodilis', tak i o sostoyanii solnechnoi aktivnosti. Pohozhee yavlenie imeet mesto i pri ih proniknovenii cherez magnitnyi ekran Zemli. V yadernyh reakciyah v atmosfere Zemli generiruyutsya raznye izotopy i sredi nih ¹⁰Be i ¹⁴C – glavnye ob'ekty rassmotreniya. V atomnyh stolknoveniyah v atmosfere generiruyutsya elektrony, kotorye v konechnom itoge uvelichivayut koncentraciyu nitratov. Drugimi slovami, govorya yazykom yadernoi fiziki, atmosfera Zemli – detektor 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 vremeni, proshedshego s momenta "zapominaniya". Kol'ca derev'ev predstavlyayutsya naibolee naglyadnymi s tochki zreniya datirovki. Sushestvuyut zhivye derev'ya vozrastom 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 ¹⁴C mala i sostavlyaet primerno 10^-12 ot koncentracii osnovnogo izotopa ¹²C. Vo vsem mire est' neskol'ko laboratorii, v kotoryh provodyatsya vysokotochnye pogodichnye izmereniya koncentracii radiougleroda.

Izotop ¹⁰Be tozhe radioaktivnyi. Odnako izmerit' kolichestvo atomov po radioaktivnosti ne udaetsya iz-za ee nizkogo urovnya. Krome togo, iz-za bol'shogo perioda poluraspada i maloi koncentracii ¹⁰Be vo l'du (vsego 10 mln atomov na 1 kg l'da) nevozmozhno poluchit' statisticheski nadezhnyi rezul'tat. Koncentraciya etogo izotopa izmeryaetsya novym metodom, razrabotannym v nachale 80-h godov. Putem sochetaniya principov mass-spektrometrii i uskoritelya chastic (uskoritel'naya mass-spektrometriya) udaetsya osushestvit' podschet atomov ¹⁰Be, ³⁶Cl, ¹⁴C i dr. 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. K nastoyashemu vremeni eksperimental'no ohvacheny sleduyushie intervaly vremeni: po ¹⁰Be – poslednie 200 tys. let (etot interval sootvetstvuet glubine 2 km l'da); po ¹⁴C – 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 vopros, kakaya mozhet byt' maksimal'no vozmozhnaya energiya solnechnoi vspyshki;

7) daty i masshtaby katastroficheskih sobytii v proshlom.

Vot nekotorye rezul'taty.

3. Modulyaciya 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 stol' vazhny 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.

Pervaya seriya izmerenii byla proizvedena v 70-e gody v Fiziko-tehnicheskom institute AN SSSR; vtoroi cikl izmerenii byl vypolnen v Tbilisskom gosudarstvennom universitete 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. 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 – naibolee vazhnyi rezul'tat, tak kak teoriya ne predskazyvala modulyacii galakticheskih kosmicheskih luchei vo vremya prakticheski polnogo otsutstviya pyaten na Solnce.

Analiz poluchennyh eksperimental'nyh dannyh pozvolil sdelat' sleduyushie vyvody:

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

2) harakter 11-letnih variacii do maunderovskogo minimuma i posle nego takoi zhe, chto i za poslednie 50 let.

Na ris. 2 privedeny samye pervye detal'nye dannye po soderzhaniyu radiougleroda v epohu maunderovskogo minimuma. Naglyadno predstavleno sushestvovanie 11-letnih variacii do minimuma, povyshenie srednego urovnya i nalichie variacii vo vremya maunderovskogo minimuma. V epohu maunderovskogo minimuma (malyi lednikovyi period) prirost drevesnyh kolec byl podavlen, kak i vo vremya drugih glubokih minimumov, poluchivshih imena R. Vol'fa i G. Shperera.

Na osnove imeyushihsya eksperimental'nyh dannyh postroen 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). Vidno, chto vo vremya maunderovskogo minimuma pyaten na Solnce bylo malo. V to zhe vremya imela mesto 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.

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

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

Detal'nyi analiz poluchennyh eksperimental'nyh dannyh pokazal, chto naibolee sil'no vyrazhen v epohu maunderovskogo minimuma period 22 goda, chto sootvetstvuet periodu perepolyusovki obshego magnitnogo polya Solnca. 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) ne predskazannaya teoriei modulyaciya intensivnosti galakticheskih kosmicheskih luchei vo vremya glubokogo minimuma. Poslednyaya osobennost' podtverzhdena v eksperimentah drugih avtorov po variacii soderzhaniya ¹⁴C v kol'cah derev'ev, izotopa ¹⁰Be v polyarnom l'du i diametra Solnca vo vremya maunderovskogo minimuma. Chrezvychaino vazhno izmerit' soderzhanie kosmogennyh izotopov ¹⁴C i ¹⁰Be v datirovannyh kol'cah derev'ev i v polyarnom l'du, sootvetstvenno dlya bolee drevnego minimuma solnechnoi aktivnosti – minimuma Shperera, dlitel'nost' kotorogo bol'she maunderovskogo (1450-1550 gody). On sootvetstvuet pyati periodam 22-letnego cikla, i poetomu harakteristiki variacii mogut byt' opredeleny bolee nadezhno.

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

4. Nitraty v polyarnom l'du – novoe okno v issledovaniyah astrofizicheskih yavlenii v real'nom masshtabe vremeni i v dalekom proshlom

Na osnove mnogoletnih sistematicheskih izmerenii koncentracii nitratov v snegah Antarktidy, sdelannyh G. Dreshhoff i E. Cellerom, razrabotana unikal'naya vozmozhnost' 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 svyazano c tem, chto izmerennye v eksperimentah velichina napryazhennosti magnitnogo polya Solnca i geometricheskii razmer oblasti energeticheski sposobny obespechit' vspyshechnuyu energiyu. Po mere rasshireniya eksperimental'nyh vozmozhnostei udaetsya bolee tochno 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 rezul'tatov v ramkah gipotezy o magnitnoi prirode istochnika energii. Poskol'ku napryazhennost' magnitnogo polya konechna, dolzhen byt' verhnii predel polnoi energii E_max, peredannoi chasticam. Zadacha ustanovleniya E_max ochen' slozhnaya, poskol'ku chem bol'she polnaya energiya uskorennyh chastic, tem men'she veroyatnost' takogo sobytiya. Poetomu nuzhen dlinnyi ryad issledovanii.

Nitratnym metodom nadezhno zaregistrirovany protony ot solnechnyh vspyshek 1859, 1946, 1972 godov i pr. Eto delaet vpolne real'nym obnaruzhenie samoi krupnoi vspyshki na osnove izucheniya soderzhaniya nitratov v polyarnyh l'dah.

V nastoyashee vremya aktivno obsuzhdaetsya problema vozmozhnyh zemnyh proyavleniyai 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 – ¹⁰Be – budet prenebrezhimo mala, tak kak osnovnoi diapazon energii gamma-kvantov vo vspleskah sostavlyaet 30 keV-2 MeV, chto men'she, chem porog generacii ¹⁰Be na yadre azota. Takim obrazom, principial'no vozmozhna 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 ¹⁰Be (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 10⁵² erg i rasstoyanii 10 kpk polnoe chislo nitratnyh molekul budet 10³⁴ i vpolne real'na registraciya gamma-vspleska.

5. Proishozhdenie kosmicheskih luchei

Proishozhdenie kosmicheskih luchei yavlyaetsya odnoi iz klyuchevyh problem astrofiziki vysokih energii v techenie neskol'kih desyatiletii. Central'nye voprosy:

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 sovetskii fizik-teoretik V.L. Ginzburg sformuliroval chetkuyu eksperimental'nuyu vozmozhnost' otveta na pervyi vopros: sleduet sravnit' intensivnost' kosmicheskih luchei v nashei Galaktike s ih intensivnost'yu v blizhaishih k nam vnegalakticheskih ob'ektah – Magellanovyh Oblakah. On predlozhil detektirovat' gamma-izluchenie, generiruemoe v Magellanovyh Oblakah, po vzaimodeistviyu s nimi kosmicheskih luchei. Intensivnost' gamma-kvantov neset informaciyu o vnegalakticheskih kosmicheskih luchah. Ideya byla 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 voznikli vnutri nashei Galaktiki). Podgotovka i realizaciya takogo sputnikovogo eksperimenta potrebovala primerno 20 let. V 1993 godu eksperimental'no polucheno, chto potok gamma-izlucheniya na bolee chem 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 nemeckimi astronomami V. Baade i F. 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.

Dlya togo chtoby srednyaya plotnost' energii kosmicheskih luchei (1 eV/sm³) izmenilas' tak, chto eto izmenenie mozhno bylo by 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 s radiusom v 100 pk vzryv v srednem dolzhen proishodit' 1 raz v kazhdye 100 tys. let, to est' 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. Metod kosmogennyh izotopov, rassmotrennyi vyshe, pozvolyaet registrirovat' kosmicheskie luchi ot vzryva sverhnovoi v dalekom proshlom.

Pervye eksperimental'nye rezul'taty po soderzhaniyu ¹⁰Be 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 nazad. Poluchennyi vremennoi hod kolichestvenno i kachestvenno svidetel'stvuet o vzryve sverhnovoi zvezdy vblizi Solnechnoi sistemy (na rasstoyanii ne bolee 50 pk ot Solnca) s obshim energovydeleniem 10⁵⁰ erg v kosmicheskih luchah. Vposledstvii novye eksperimental'nye dannye po ¹⁴C, ¹⁰Be i ³⁶Cl polnost'yu podtverdili (ris. 4, 5) vyvod o vzryve v okrestnostyah Solnca sverhnovoi 35 tys. let tomu nazad.

Takim obrazom, net somneniya v sushestvovanii maksimuma generacii kosmogennogo ¹⁰Be v kernah l'da 35 tys. let tomu nazad; soglasno eksperimental'nym dannym imeetsya sinhronnoe vozrastanie soderzhaniya ¹⁰Be v yuzhnom i severnom polushariyah; 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 do 40 tys. let tomu nazad bylo v dva raza bol'she, chem v nastoyashee vremya; kosmogennye izotopy ¹⁰Be i ¹⁴C sil'no razlichayutsya kak mehanizmom ih generacii v atmosfere Zemli, tak i geofizicheskim i geohimicheskim povedeniem. Vse tri izotopa ¹⁰Be, ¹⁴C i ³⁶Cl imeyut odin istochnik – kosmicheskie luchi. Poetomu est' vse osnovaniya utverzhdat', chto osnovnym istochnikom galakticheskih kosmicheskih luchei yavlyayutsya vzryvy sverhnovyh zvezd.

Ris. 4. Eksperimental'nye dannye po soderzhaniyu radiougleroda za poslednie 50 tys. let

Ris. 5. Kosmogennyi sled vzryva cverhnovoi zvezdy v atmosfernom radiouglerode i 10Be

Nadezhnost' maksimuma 35 tys. let tomu nazad ne vyzyvaet somneniya. Neskol'ko ran'she (okolo 40 tys. let tomu nazad) takzhe nablyudalos' vozrastanie intensivnosti kosmicheskih luchei. V kachestve rabochei gipotezy mozhno schitat', chto v intervale vremeni ot 35 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 toi zhe srede, kotoraya 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. V svyazi s etim nel'zya isklyuchit', chto predympul's vyzvan gamma-kvantami. V to zhe vremya v ramkah mehanizma uskoreniya na udarnyh volnah mozhet byt' poluchena dvuhpikovaya struktura intensivnosti kosmicheskih luchei ot vzryva sverhnovoi. Poetomu stol' vazhnym yavlyaetsya poluchenie bolee detal'nyh eksperimental'nyh dannyh dlya intervala vremeni ot 50 do 35 tys. let tomu nazad.

6. Osnovnye itogi i perspektivnye zadachi

Naibolee vazhnym itogom sleduet schitat' to, chto blagodarya usiliyam uchenyh mnogih stran sozdano novoe perspektivnoe nauchnoe napravlenie – eksperimental'naya paleoastrofizika. Sredi poluchennyh rezul'tatov naibolee fundamental'nye sleduyushie:

1) eksperimental'noe obnaruzhenie ne predskazannogo teoriei yavleniya – modulyacii kosmicheskih luchei Solncem vo vremya glubokogo minimuma ego aktivnosti;

2) vpervye zaregistrirovany kosmicheskie luchi ot vzryva sverhnovoi i postroen vremennoi profil' etogo yavleniya.

Naibolee vazhnymi predstavlyayutsya sleduyushie zadachi.

1) Dlya sverhnovoi, vspyhnuvshei 35 tys. let tomu nazad, neobhodimo detal'no izmerit' vremennoi profil' predympul'sa i putem izmereniya koncentracii izotopov ¹⁴C, ¹⁰Be, ³⁶Cl v obrazcah l'da ustanovit' energeticheskii spektr kosmicheskih luchei.

2) Principial'no vazhno obnaruzhit' na opyte hotya by odnu sverhnovuyu dlya ustanovleniya chastoty vspyshki sverhnovyh v nashei Galaktike.

3) Poluchit' pogodichnye dannye po kosmogennym izotopam dlya eshe hotya by odnogo glubokogo minimuma Solnca – shpererovskogo minimuma. Esli i v etom sluchae budet ustanovlena modulyaciya kosmicheskih luchei s periodom 22 goda, problema modulyacii stanet odnoi iz central'nyh v astrofizike kosmicheskih luchei i v 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) V stat'e 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.

Takim obrazom, vozmozhnosti eksperimental'noi paleoastrofiziki ochen' shirokie kak dlya izucheniya unikal'nyh moshnyh yavlenii, tak i radiacionnoi istorii Solnechnoi sistemy i Galaktiki v celom.

Literatura

1. Konstantinov B.P., Kocharov G.E. Doklady Akademii nauk SSSR. 1965. T. 165. 63.
2. Biologicheskie osnovy dendrohronologii . Vil'nyus, Leningrad, 1975.
3. Ginzburg V.L. Uspehi fizich. nauk. 1996. T. 166. 2. S. 169.