Варіації космічних променів. Продовження.
Найбільш сильні зміни інтенсивності космічних променів відбуваються під дією зміни сонячної активності, причому зі зростанням числа сонячних плям спостерігається істотне зменшення інтенсивності космічних променів: за час зростання сонячної активності від мінімуму до максимуму потік малоенергичних частинок з енергією в декілька сотень мільйонів електроновольт зменшується майже в 10 разів, потік частинок з енергією близько одного мільярда електроновольт — вдвічі, а зміна інтенсивності потоку частинок з енергією в декілька десятків і сотень мільярдів електроновольт вимірюється вже відсотками і частками відсотка. Причина цих варіацій — в русі магнітних полів, «вмороженістю» у згустки плазми, що викидаються з Сонця. Ці магнітні поля прагнуть розвіяти космічні частинки, що приходять з Галактики в Сонячну систему, виштовхнути їх назад в Галактику і зменшити енергію тих частинок, яким все ж таки вдається прорватися до нашої планеті.
Активні області на Сонці, що є джерелом плазмових згустків, розташовані нерівномірно по геліо довготі. Тому потоки магнітних полів неоднакові: в одних напрямках вони більше, в інших — менше. Відповідно у першій області інтенсивність космічних променів буде дещо менше, ніж у другій. Це розходження в інтенсивності може зберігатися протягом тривалого часу. При своєму русі навколо Сонця Земля буде потрапляти в області простору то із зниженою, то з підвищеною інтенсивністю космічних променів (відносно деякої середньої), при тривалому існуванні асиметрії в активності Сонця будуть спостерігатися варіації космічних променів з періодом, близьким до періоду обертання Сонця, — так звані 27-денні варіації. Амплітуда їх в десятки разів менше, ніж амплітуда 11-річних варіацій.
Сонячні космічні промені відрізняються від галактичних меншою енергією складових частинок. Але не тільки цим. Є ще одна істотна відмінність. Справа в тому, що реєструються на Землі галактичні космічні промені були утворені в середньому десятки і сотні мільйонів років тому. Перш ніж потрапити до нас на Землю, вони довго блукали по Всесвіту і стикалися з атомами міжзоряного середовища. У результаті цих взаємодій важкі ядра перетворювалися в більш легкі. У космічних променях з’являлися ядра літію, берилію, бору, яких раніше там не було.
Сонячні космічні промені приходять до нас лише через кілька хвилин, годин або діб (це залежить від енергії частинок і електромагнітної обстановки в міжпланетному просторі) після свого народження. За цей час вони зустрічають настільки мало атомів у міжпланетному середовищі, що ядерні взаємодії практично не відбуваються. Тому склад сонячних космічних променів близький до хімічного складу сонячної атмосфери: у них, зокрема, відсутні ядра літію, берилію і бору.
Частка космічних променів, що народжуються на зірках типу Сонця, незначна в загальному потоці галактичних космічних променів. Останні виникають у більш потужних процесах: при спалахах наднових зірок, можливо, при вибухах ядер галактик і т. п. Тим не менш, в безпосередній близькості від Сонця (або поблизу інших зірок) роль місцевих космічних променів може бути дуже значна. Зокрема, потік сонячних космічних променів в районі земної орбіти може під час окремих потужних спалахів в тисячі разів перевищувати потік галактичних частинок. Тому сонячні космічні промені можуть представляти серйозну радіаційну небезпеку для здоров’я і життя космонавтів.
Ця небезпека різко зросте із збільшенням тривалості польотів. Детальне вивчення енергетичних і просторово-часових характеристик сонячних космічних променів дозволяє розробляти необхідні заходи щодо запобігання цієї небезпеки (екранування кабіни космонавтів, прогнозування «сонячної погоди», вибір часу польоту і т. д.). Це одна з причин, чому дослідженням сонячних космічних променів приділяється така велика увага. Інша причина полягає в тому, що сонячні космічні промені в комплексі з даними оптичної астрономії та радіоастрономії дають цінну інформацію про процеси, що протікають в глибині сонячної атмосфери і корони (зокрема, про механізм викиду потоків плазми; про механізм прискорення заряджених частинок, про механізм виникнення сонячного радіовипромінювання тощо).
Вивчення характеру поширення сонячних космічних променів дає додаткову інформацію про надкорону Сонця.
Розповімо тепер про останній, але дуже важливий тип варіацій космічних променів — варіації галактичного і метагалактичного походження. Їх вивчати особливо важко, так як в області порівняно невеликих енергій (до декількох десятків і сотень мільярдів електроновольт) на ці варіації накладаються модуляційні ефекти значно більшої амплітуди, які можуть створювати уявні, помилкові галактичні варіації. Необхідний досить тонкий аналіз з детальним урахуванням ефектів атмосферного і міжпланетного походження, щоб позбутися від цих помилкових варіацій. Крім того, наявність магнітних полів в міжпланетному просторі виробляє додаткове перемішування частинок, що призводить до втрати інформації про характер руху космічних променів за межами Сонячної системи.
Здавалося б, єдина можливість подолання цієї труднощі — проведення вимірювань за допомогою космічних ракет на великих відстанях від Сонця (за межами міжпланетних магнітних полів). Однак існують періоди особливо глибоких мінімумів сонячної активності, коли на Сонці протягом тривалого часу не з’являються плями і спалахи і коли міжпланетний простір стає вільним від розсіюючих магнітних полів. У ці періоди різко послаблюються як модуляційні ефекти, так і дія магнітних полів.
Ще складніше дослідити варіації третього класу в області надвисоких енергій. Сприятливою обставиною тут є те, що на частинки з енергією більше багатьох тисяч мільярдів електроновольт міжпланетні магнітні поля практично не діють. Однак потік частинок настільки великих енергій настільки малий, що для його реєстрації з достатньою точністю необхідні грандіозні дорогі установки. Отримані до теперішнього часу результати поки незначно виходять за межі експериментальних помилок і не можуть вважатися надійними. Разом з тим дослідження галактичних та метагалактичних варіацій у широкому інтервалі енергій виключно важливо для вивчення структури магнітних полів у Галактиці, розподілу і потужності джерел космічних променів у Галактиці і Метагалактиці і т. п. Можна сподіватися, що великі зусилля, прикладені вченими в цьому напрямку, призведуть до важливих відкриттів у подальшому.
Автор: Л. Дорман.