Наши космические пути

Коллектив авторов

Изучение космических лучей

Исследование космического излучения позволяет получить сведения о процессах возникновения в глубинах мирового пространства частиц, обладающих очень большой энергией. Двигаясь во Вселенной, эти частицы испытывают воздействие среды, сквозь которую они пролетают. Влияние на космическое излучение оказывают процессы, происходящие на Солнце, и, в частности, выбрасываемые из его недр потоки корпускул. Под действием электрических и магнитных полей, имеющихся в этих потоках, интенсивность космического излучения меняется. Изменение состояния межпланетной среды, окружающей Землю, также приводит

к изменению характера движения частиц космических лучей, зародившихся в более удаленных частях Вселенной и двигающихся по направлению к Земле. Иногда на Солнце происходят мощные взрывные процессы, приводящие к возникновению космических лучей. Эти процессы еще мало изучены, и их исследование представляет большой интерес.

В результате отклонения космических лучей в магнитном поле Земли экваториальных районов Земли могут достигать лишь частицы с энергией больше 14 миллиардов электроновольт. Больших широт могут достигать частицы очень малой энергии. Перемещаясь по своей орбите, спутник дает возможность раздельно регистрировать космическое излучение различных энергий.

Установленный на спутнике счетчик космических лучей позволит получить новые сведения об изменениях интенсивности и об энергетическом спектре космического излучения.

Особое значение имеют поиски в составе космических лучей мельчайших частиц света — фотонов. Фотоны, обладающие значительной энергией, так называемые гамма-лучи, могут лучше, чем любая другая компонента космического излучения, указать нам, где происходит возникновение этого излучения. Гамма-лучи должны распространяться в мировом пространстве практически прямолинейно. Поэтому, обнаружив, в каком направлении двигаются гамма-лучи, можно указать, где расположен их источник. В противоположность этому частицы космических лучей, обладающие электрическим зарядом, сильно отклоняются в магнитных полях, существующих в космосе, и теряют первоначальное направление своего движения.

Обнаружение гамма-лучей в составе космического излучения связано с большими трудностями, тем более, что в настоящее время нельзя предсказать, какова их интенсивность. Существующий длительное время вне земной атмосферы спутник дает исключительные возможности для обнаружения этой новой компоненты космических лучей.

Прибор, установленный на спутнике, дает возможность впервые осуществить экспериментальную попытку обнаружить в составе первичного космического излучения гамма-лучи. Если эта попытка увенчается успехом, то можно будет говорить о новом методе исследования Вселенной.

Известно, что около 70 процентов приходящего в верхние слои атмосферы первичного потока космических лучей составляют протоны — ядра самого легкого элемента — водорода. Кроме протонов, в первичном потоке космических лучей имеются ядра и других элементов. Ядра гелия (альфа-частицы) присутствуют в количестве меньшем 20 процентов, а ядра более тяжелых элементов составляют все вместе примерно 1 процент. Хотя число таких частиц невелико, но энергия, которую они приносят, составляет около 16 процентов энергии всего потока космических лучей.

Важно знать более подробно состав первичного потока. Сведения о составе космических лучей, в частности, имеют существенное значение для ответа на вопрос, где и как создаются частицы со столь большими энергиями.

Довольно много сведений о составе первичных космических лучей было получено в результате подъема приборов в стратосферу на шарах-зондах.

Однако целый ряд данных о первичном составе невозможно получить, проводя измерения в стратосфере, так как даже небольшой слой вещества, который всегда имеется над прибором, изменяет состав космических лучей. До сих пор неизвестно, есть ли в космических лучах заметное число ядер более тяжелых элементов, чем ядра железа.

Постановка на искусственном спутнике прибора для регистрации ядер тяжелых элементов дает возможность ответить на этот важный для науки вопрос. Основным элементом этого прибора является так называемый черенковский счетчик частиц. Действие счетчика основано на использовании излучения Черенкова, возникающего в том случае, если заряженная частица движется в веществе со скоростью, превышающей скорость распространения света в этой среде.

Важным свойством черенковского излучения является то, что интенсивность световой вспышки, возникающей в веществе при прохождении через него частицы, пропорциональна квадрату заряда частицы. При этом частицы, движущиеся со скоростью, меньшей скорости света в веществе, не издучают свет. Это свойство черенковского излучения позволяет использовать его для регистрации заряженных частиц, определения их заряда и выделения из всего потока частиц лишь тех из них, которые обладают достаточно большой скоростью.

Черенковский счетчик состоит из плексигласового цилиндра-детектора, к торцу которого присоединен фотоэлектронный умножитель. При пролете через детектор частица космических лучей, скорость которой близка к 300 тыс. километров в секунду, создает в нем черенковское свечение. Скорость распространения света в плексигласе равна примерно 200 тыс. километров в секунду, и поэтому имеются условия для возникновения черенковского излучения.

Свет, возникший в детекторе, воспринимается фотоумножителем, который преобразует его в электрический сигнал и усиливает его до такой величины, которая необходима для срабатывания прибора. Прибор сортирует все сигналы на две группы, соответствующие пролету через детектор частиц с зарядом больше 30 и частиц с зарядом больше 17. При каждом пролете частицы через черенковский счетчик дается сигнал о том, ядро какой группы попало в прибор.

Исследование корпускулярного излучения Солнца

Солнечное электромагнитное излучение охватывает инфракрасную, видимую, ультрафиолетовую и рентгеновскую области спектра. Иногда из Солнца в межпланетное пространство извергается ионизированный газ, состоящий из электронов и ионов. По мере удаления от Солнца часть ионов нейтрализуется, то есть превращается в обычные атомы. Извергающиеся из Солнца частицы принято называть корпускулярным излучением Солнца. Вместе с корпускулярными потоками распространяются связанные с ними магнитные поля. По различным оценкам корпускулы имеют вблизи Земли скорость порядка нескольких тысяч километров в секунду.

Во время прохождения корпускулярных потоков вблизи Земли возникают магнитные возмущения, наиболее интенсивные из которых называются магнитными бурями. Одновременно возникают полярные сияния. При проникновении корпускул в атмосферу увеличивается ее ионизация как в верхних, так и нижних слоях. Увеличение ионизации в нижних более плотных областях приводит к нарушениям радиосвязи, поскольку возникает интенсивное поглощение радиоволн. Корпускулярные вторжения сопровождаются нарушением термического режима верхней атмосферы.