Вариации космических лучей. Продолжение.
Наиболее сильные изменения интенсивности космических лучей происходят под действием изменения солнечной активности, причем с ростом числа солнечных пятен наблюдается существенное уменьшение интенсивности космических лучей: за время возрастания солнечной активности от минимума к максимуму поток малоэнергичных частиц с энергией в несколько сотен миллионов электроновольт уменьшается почти в 10 раз, поток частиц с энергией около одного миллиарда электроновольт — вдвое, а изменение интенсивности потока частиц с энергией в несколько десятков и сотен миллиардов электроновольт измеряется уже процентами и долями процента. Причина этих вариаций — в движении магнитных полей, «вмороженных» в выбрасываемые из Солнца сгустки плазмы. Эти магнитные поля стремятся рассеять космические частицы, приходящие из Галактики в Солнечную систему, вытолкнуть их обратно в Галактику и уменьшить энергию тех частиц, которым все же удается прорваться к нашей планете.
Активные области на Солнце, являющиеся источником плазменных сгустков, расположены неравномерно по гелио долготе. Поэтому потоки магнитных полей неодинаковы: в одних направлениях они больше, в других — меньше. Соответственно в первой области интенсивность космических лучей будет несколько меньше, чем во второй. Это различие в интенсивности может сохраняться в течение длительного времени. При своем движении вокруг Солнца Земля будет попадать в области пространства то с пониженной, то с повышенной интенсивностью космических лучей (относительно некоторой средней), и при длительном существовании асимметрии в активности Солнца будут наблюдаться вариации космических лучей с периодом, близким к периоду вращения Солнца,— так называемые 27-дневные вариации. Амплитуда их в десятки раз меньше, чем амплитуда 11-летних вариаций.
Солнечные космические лучи отличаются от галактических меньшей энергией составляющих их частиц. Но не только этим. Есть еще одно существенное отличие. Дело в том, что регистрируемые на Земле галактические космические лучи были образованы в среднем десятки и сотни миллионов лет назад. Прежде чем попасть к нам на Землю, они долго блуждали по Вселенной и сталкивались с атомами межзвездной среды. В результате этих взаимодействий тяжелые ядра превращались в более легкие. В космических лучах появлялись ядра лития, бериллия, бора, которых раньше там не было.
Солнечные космические лучи приходят к нам всего лишь через несколько минут, часов или суток (это зависит от энергии частиц и электромагнитной обстановки в межпланетном пространстве) после своего рождения. За это время они встречают настолько мало атомов в межпланетной среде, что ядерные взаимодействия практически не происходят. Поэтому состав солнечных космических лучей близок к химическому составу солнечной атмосферы: в них, в частности, отсутствуют ядра лития, бериллия и бора.
Доля космических лучей, рождающихся на звездах типа Солнца, ничтожна в общем потоке галактических космических лучей. Последние возникают в более мощных процессах: при вспышках сверхновых звезд, возможно, при взрывах ядер галактик и т. п. Тем не менее, в непосредственной близости от Солнца (или в окрестностях других звезд) роль местных космических лучей может быть весьма значительна. В частности, поток солнечных космических лучей в районе земной орбиты может во время отдельных мощных вспышек в тысячи раз превышать поток галактических частиц. Поэтому солнечные космические лучи могут представить серьезную радиационную опасность для здоровья и жизни космонавтов.
Эта опасность резко возрастет с увеличением длительности полетов. Детальное изучение энергетических и пространственно-временных характеристик солнечных космических лучей позволяет разрабатывать необходимые меры по предотвращению этой опасности (экранировка кабины космонавтов, прогнозирование «солнечной погоды», выбор времени полета и т. д.). Это одна из причин, почему исследованиям солнечных космических лучей уделяется столь большое внимание. Другая причина состоит в том, что солнечные космические лучи в комплексе с данными оптической астрономии и радиоастрономии дают ценную информацию о процессах, протекающих в глубине солнечной атмосферы и короны (в частности, о механизме выброса потоков плазмы; о механизме ускорения заряженных частиц, о механизме возникновения солнечного радиоизлучения и т. п.).
Изучение характера распространения солнечных космических лучей дает дополнительную информацию о сверхкороне Солнца.
Расскажем теперь о последнем, но очень важном типе вариаций космических лучей — вариациях галактического и метагалактического происхождения. Их изучать особенно трудно, так как в области сравнительно небольших энергий (до нескольких десятков и сотен миллиардов электроновольт) на эти вариации накладываются модуляционные эффекты значительно большей амплитуды, которые могут создавать кажущиеся, ложные галактические вариации. Необходим весьма тонкий анализ с детальным учетом эффектов атмосферного и межпланетного происхождения, чтобы избавиться от этих ложных вариаций. Кроме того, наличие магнитных полей в межпланетном пространстве производит дополнительное перемешивание частиц, что приводит к потере информации о характере движения космических лучей за пределами Солнечной системы.
Казалось бы, единственная возможность преодоления этой трудности — проведение измерений при помощи космических ракет на больших расстояниях от Солнца (за пределами межпланетных магнитных полей). Однако существуют периоды особенно глубоких минимумов солнечной активности, когда на Солнце в течение длительного времени не появляются пятна и вспышки и когда межпланетное пространство становится свободным от рассеивающих магнитных полей. В эти периоды резко ослабляются как модуляционные эффекты, так и перемешивающее действие магнитных полей.
Еще сложнее исследовать вариации третьего класса в области сверхвысоких энергий. Благоприятным обстоятельством здесь является то, что на частицы с энергией больше многих тысяч миллиардов электроновольт межпланетные магнитные поля практически не действуют. Однако поток частиц столь больших энергий настолько мал, что для его регистрации с достаточной точностью необходимы грандиозные дорогостоящие установки. Полученные к настоящему времени результаты пока незначительно выходят за пределы экспериментальных ошибок и не могут считаться надежными. Вместе с тем исследование галактических и метагалактических вариаций в широком интервале энергий исключительно важно для изучения структуры магнитных полей в Галактике, распределения и мощности источников космических лучей в Галактике и Метагалактике и т. п. Можно надеяться, что большие усилия, прилагаемые учеными в этом направлении, приведут к важным открытиям в дальнейшем.
Автор: Л. Дорман.