Исходные данные для рассмотрения космических явлений
125
3.6. Космические излучения
3.6.1. Космические лучи
Космические лучи - поток частиц высокой энергии, преимущественно протонов, приходящих на Землю из мирового пространства первичное излучение, а также рожденное ими в атмосфере Земли в результате взаимодействия с атомными ядрами вторичное излучение, в котором встречаются практически все известные элементарные частицы (осколки атомных ядер, образующиеся при взаимодействии протонов космических лучей со сложными ядрами) [30]. Представляется необходимым определить основные параметры именно первичного излучения как основной исходной составляющей всего космического излучения.
Существование космических лучей было установлено в 1912 г. В.Гессом по производимой ими ионизации молекул воздуха: возрастание ионизации с высотой показывало их внеземное происхождение. Наблюдения следов частиц космических лучей в камере Вильсона, помещенной в поле лабораторного магнита (В.Д.Скобельцин, 1927) и отклонения их в магнитном поле Земли с помощью газоразрядных счетчиков, поднимаемых в стратосферу на баллонах.(С.Н.Вернов и Р.Милликен, 1935-1937) доказали, что первичные космические лучи представляют собой поток заряженных частиц, в основном, протонов (ядер водорода). При этом были измерены и энергии большей части частиц космических лучей (до 15 ГэВ). Однако с помощью ядерных фотографических эмульсий, поднятых на высоту порядка 30 км (Б.Питерс и др., 1948) в составе первичных космических лучей были обнаружены и следы ядер более тяжелых элементов, чем водород, вплоть до железа.
Большинство частиц первичного космического излучения имеет энергию более 109 эВ, а энергия отдельных частиц достигает 1020-1021 эВ. Плотность общего потока энергии, приносимой космическими лучами на Землю, составляет порядка 0,01 эрг/см2, чрезвычайно мала по сравнении с излучаемым на Землю потоком
126
Глава 3.
солнечной энергии и сравним с энергией видимого излучения звезд.
В масштабах всей Галактики средняя плотность энергии космических лучей относительно велика и составляет 1 эВ/см3, т.е. порядка всех других видов энергии тяготения, магнитных полей, кинетической энергии движения межзвездного газа, энергии электромагнитного излучения звезд.
В настоящее время установлено с высокой степенью точности (0,01%), что поток космических лучей изотропен, т.е. не зависит от направления. С ростом энергии частиц космических лучей их интенсивность сначала медленно, а затем все более резко уменьшается, при энергиях 1010 - 1015 эВ интенсивность косми-
-1,7
ческих лучей падает по экспоненциальному закону е .
92% частиц первичных космических лучей всех энергий составляют протоны, примерно 7% - а-частицы и лишь небольшая доля (~ 1%) приходится на ядра элементов более тяжелых, чем водород и гелий. Несмотря на это, ядра с Z > 1 несут около 50% всей энергии космических лучей. Особенно велико в космических лучах содержание ядер легких элементов Li, Be, B, естественная распространенность которых чрезвычайно мала (10-7 %). Имеется также избыток тяжелых ядер (Z > 6).Из этого следует, что в космических лучах преобладает ускорение тяжелых ядер. Предполагается, что легкие ядра возникают за счет расщепления тяжелых ядер при их взаимодействии с межзвездным веществом.
В период с 1966 по 1971 гг. в космических лучах обнаружены ядра, значительно тяжелее железа, вплоть до урана. Обнаружены также электроны и позитроны (~ 1%) и фотоны высоких энергий
- у-кванты (~ 0,01% при энергиях > 100 МэВ).
В настоящее время в соответствии с гипотезами В.Л.Гинзбурга и И.С.Шкловского (1955) основным источником космических лучей считаются взрывы сверхновых звезд. Не отрицая подобную возможность, следует, однако, указать на еще одно возможное направление, связанное с эфиродинамикой.
Всякий газовый тороидальный вихрь, предоставленный сам себе в окружающей его газовой среде, начинает самопроизвольно
