Варіації космічних променів

космічні промені

Все що приходить до нас на Землю з неосяжних просторів Всесвіту, що оточує нас, — це посланці космосу. До них, зокрема, відносяться і космічні промені — потоки швидких заряджених частинок з енергіями від декількох мільйонів до багатьох мільярдів электроновольт. Від їхнього смертоносного впливу все живе на нашій планеті надійно захищає товща земної атмосфери.

Фізики успішно використовують космічні промені для вивчення елементарних частинок і їх взаємодій, тобто для дослідження мікросвіту. Але цим далеко не вичерпується їх значення. Космічні промені приносять нам цінну інформацію про фізичні умови в тих областях простору, де вони зародилися, і про ті райони космосу, через які вони пройшли на шляху до нас.

На нашій планеті в даний час працює широка мережа більш ніж з сотні лабораторій, які безперервно, вдень і вночі, з допомогою різних приладів реєструють інтенсивність космічних променів, що падають на Землю. Ця реєстрація проводиться за допомогою стаціонарних приладів, встановлених на різних висотах від рівня моря до 5000 м, так і з допомогою приладів, які несуть на собі морські кораблі, літаки, повітряні кулі, штучні супутники Землі і космічні ракети.

Про що ж розповідають космічні промені? Всі спостережувані зміни інтенсивності космічних променів за своєю природою можуть бути розділені на три класи. Перший клас — це варіації, обумовлені змінами у земній атмосфері над пунктом спостереження. Ці варіації носять місцевий характер і відображають, по суті, зміну умов виникнення і розповсюдження вторинних частинок в атмосфері. Наприклад, збільшення барометричного тиску на 1 мм ртутного стовпа, призводить до зменшення інтенсивності космічних променів майже на 1%, а підвищення температури атмосфери веде до зменшення мезонної компоненти (складової) космічних променів, так як при підвищенні температури більше число мезонів розпадається на шляху крізь атмосферу, і прилади відзначають зменшення мезонної компоненти космічних променів.

Щоб знайти, яка частина спостережуваних варіацій викликана метеорологічними умовами, необхідно, крім барометричного тиску, знати також розподіл температури залежно від висоти. Для цього поблизу кожної лабораторії космічних променів регулярно, по кілька разів в добу, проводяться запуски метеорологічних куль-зондів. Дослідження варіацій атмосферного походження дає інформацію про те, які метеорологічні умови у верхніх шарах земної атмосфери, недоступних для куль-зондів.

Другий клас — це варіації, обумовлені змінами магнітного поля Землі. Як відомо, магнітне поле Землі в першому наближенні можна розглядати як поле магнітного диполя. Заряджені частинки в цьому полі під дією сили Лоренца відхиляються від первісного напрямку руху, і частина їх може взагалі не потрапити на Землю. В район екватора можуть проникнути тільки частинки з енергією більше 15 мільярдів электроновольт. Частинки з меншою енергією магнітне поле Землі «відкине» назад, у космос. Тому на екваторі спостерігається найменша інтенсивність космічних променів. З наближенням до полюсів енергія, якою повинні володіти космічні частинки, щоб дійти до поверхні Землі, стає менше, тому із збільшенням широти місця збільшується інтенсивність падаючих на Землю космічних променів. Таким чином, геомагнітне поле істотно впливає на розподіл інтенсивності космічних променів по планеті.

Коли величезні потоки плазми, що викидаються Сонцем, підходять до Землі зі швидкістю близько 1000 км/сек, відбуваються великі збурення магнітного поля Землі. Вони викликають магнітні бурі і полярні сяйва. У ці періоди зменшується дія геомагнітного поля на космічні промені, так як утворюється струмове кільце, що ослаблює напруженість магнітного поля Землі, і тому послаблюється розсіяння частинок геомагнітним полем.

Отже, в ці періоди до поверхні Землі будуть прориватися частинки, що володіють меншою енергією, і інтенсивність космічних променів буде підвищуватися відповідно. Ретельні дослідження варіацій цього роду дозволяють вивчати структуру магнітосфери Землі. Зокрема, було показано, що магнітосфера Землі під час магнітних бур «видувається» швидко рухомою сонячною плазмою в нічну сторону. Це веде до того, що інтенсивність космічних променів на денній стороні Землі зростає сильніше, ніж на нічній.

Третій клас — варіації неземного походження. Щоб визначити варіації цього класу, треба з даних, отриманих під час спостережень, виключити варіації першого і другого класів, а потім за допомогою спеціальних формул, виходячи з характеристик потоків вторинних частинок, які реєструються приладами, обчислити енергію й напрямок руху первинних космічних променів, відповідальних за варіації неземного походження.

Варіації позаземного походження — найбільш складний і цікавий клас варіацій, який, у свою чергу, може бути розбитий на три підкласи: а) модуляційні ефекти (зміна інтенсивності) галактичних космічних променів під дією сонячної активності, б) виникнення на Сонці і поширення в міжпланетному просторі сонячних космічних променів і, нарешті, в) варіації галактичного і метагалактичного походження, пов’язані з особливістю розподілу джерел космічних променів, магнітних полів в просторі.

Модуляційні ефекти космічних променів, які приходять з Галактики в нашу Сонячну систему, дозволяють безпосередньо «промацувати» магнітну структуру міжпланетного простору і зміну цієї структури з часом. Особливістю цього виду варіацій є те, що вони найбільш сильно проявляються на частинках малих енергій, і амплітуда варіацій зменшується з ростом енергії первинних частинок. Для часток з дуже великою енергією (більше декількох сотень мільярдів электроновольт) модуляційні ефекти практично відсутні.

Слід зазначити, що протягом багатьох років «промацування» міжпланетного простору шляхом спостереження за космічними променями було майже єдиним надійним способом отримання інформації про існуючі там магнітні поля. Зокрема, таким способом вдалося показати наявність магнітних полів у потоках плазми, що викидаються із Сонця. Ці магнітні поля як би «вморожені» в потоки сонячної плазми і рухаються разом з ними з величезною швидкістю (близько 300-1000 км/сек). Напруженість «вмороженності» полів опинилася в тисячі разів менше напруженості магнітного поля біля поверхні Землі. Крім цих нерегулярних полів, було виявлено ще більш слабке Міжпланетне поле, силові лінії якого майже радіальні по відношенню до Сонця, яке пов’язане із сонячним вітром.

Всі ці дані були отримані при аналізі спостережень космічних променів, падаючих на нашу планету. Останнім часом висновки вчених були блискуче підтверджені прямими вимірами магнітних полів, проведеними за допомогою американських космічних ракет. (Як після цього не захоплюватися міццю науки, якщо за мікрочастинками, падаючими на нашу планету, роблять вірні висновки про процеси, що відбуваються в мільйонах кілометрів від планети!)

Далі буде.

Автор: Л. Дорман.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *