Kosmik nurlar va yer atmosferasining o'zbar ta'siri

KOSMIK NURLAR VA YER ATMOSFERASINING O'ZBAR TA'SIRI
Pilan
Kirish
1. Kosmik nurlar
2. Koinot nurlarining kashfiyoti va asosiy bosqichlari
3. Koinot nurlarining materiya bilan o'zaro ta'siri

Kirish

Yer doimiy ravishda yulduzlararo fazodan kelayotgan yuqori energiyali zaryadlangan zarralar - Kosmik nurlar bilan bombardimon qilinadi. Ba'zan Quyoshdagi chaqnashlar natijasida hosil bo'lgan zarralar oqimi tufayli kosmik nurlarning intensivligi keskin ortadi. Kosmik nurlar juda kam uchraydigan relyativistik gazga o'xshaydi, uning zarralari deyarli bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, lekin yulduzlararo va sayyoralararo muhitlar va kosmik magnit maydonlarning ta'siri bilan kamdan-kam to'qnashuvlarni boshdan kechiradi. Kosmik nurlarning tarkibida protonlar ustunlik qiladi, shuningdek, elektronlar, geliy yadrolari va og'irroq elementlar (30 dan elementlarning yadrolarigacha ) mavjud. K. l.dagi elektronlar. protonlardan yuzlab marta kamroq (bir xil energiya oralig'ida). Kosmik nurlar zarralari juda katta kinetik energiyaga ega (eV gacha ). Garchi K. l.ning umumiy oqimi. Yer kichik [faqat 1 zarracha/(sm2s)], ularning energiya zichligi (taxminan 1 eV/sm3) yulduzlarning umumiy elektromagnit nurlanishining energiya zichligi, issiqlik harakati energiyasi bilan solishtirish mumkin (bizning galaktikamiz ichida). yulduzlararo gaz va uning turbulent harakatlarining kinetik energiyasi, shuningdek, Galaktika magnit maydonining energiya zichligi bilan. Bundan kelib chiqadiki, kosmik nurlar yulduzlararo fazoda sodir bo'ladigan jarayonlarda muhim rol o'ynashi kerak.
Kosmik nurlarning yana bir muhim xususiyati ularning energiyasining termal bo'lmagan kelib chiqishidir. Haqiqatan ham, ~ 109 K haroratda ham, yulduzlarning ichki qismlari uchun maksimal darajaga yaqin bo'lsa ham, zarrachalarning issiqlik harakatining o'rtacha energiyasi eV ni tashkil qiladi. Zarrachalarning asosiy soni
Kosmik nurlarni o'rganish kosmosning turli mintaqalaridagi elektromagnit maydonlar haqida qimmatli ma'lumotlarni beradi. Koinot nurlari zarralari Yerga ketayotganda "yozilgan" va "tashilgan" ma'lumotlar kosmik nurlarning o'zgarishini o'rganishda shifrlangan - yulduzlararo va Yerga yaqin fazoda dinamik elektromagnit va plazma jarayonlari taʼsirida kosmik nurlar oqimining fazo-vaqt oʻzgarishi.



Guruch. 1. Koinot nurlarining Yer atmosferasi bilan o'zaro ta'siri sxemasi. Yuqori energiyali birlamchi yadro p (odatda proton) atmosfera azoti yoki kislorod yadrolarini yo'q qiladi va ikkilamchi zarrachalar kaskadini hosil qiladi, ularning oqimi shartli ravishda uchta komponentga bo'linadi: elektron-foton (1), mu-mezon ( 2) va nuklon (3)

Koinot nurlari - bu dunyo fazosidan Yerga kelayotgan yuqori energiyali zarralar, asosan protonlar oqimi (birlamchi nurlanish), shuningdek ular tomonidan atom yadrolari bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida Yer atmosferasida hosil bo'lgan ikkilamchi nurlanish, ularda deyarli barcha ma'lum elementar zarralar topilgan.

K. l. - elementar zarrachalar va ularning tuzilishini o'zgartirish jarayonlarini o'rganish imkonini beruvchi yuqori va o'ta yuqori energiyali zarrachalarning noyob tabiiy manbai. U bilan birga To. l. sayyoralararo, yulduzlararo va ehtimol, galaktikalararo muhitda kosmik nurlanish zarralarining tezlashishi va tarqalishi bilan bog'liq keng ko'lamli astrofizik jarayonlarni aniqlash va o'rganish imkonini beradi .
Birlamchi kosmik nurlanishning aksariyat zarralari 109 eV (1 GeV) dan katta energiyaga ega va alohida zarrachalarning energiyasi 1020-1021 eV ga etadi (va ehtimol undan ham yuqori). Kuchli zarracha tezlatgichlari yaratilgunga qadar kosmik nurlar yuqori energiyali zarrachalarning yagona manbai edi. K. l.da. ko'plab ilgari noma'lum bo'lgan elementar zarralar birinchi marta topildi va ularning parchalanishi va atom yadrolari bilan o'zaro ta'siri haqida birinchi ma'lumotlar olindi. Garchi zamonaviy tezlatgichlar (ayniqsa, to'qnashuvchi nurli tezlatgichlar) 1011-1012 eV energiyagacha bo'lgan zarrachalarning o'zaro ta'sir qilish jarayonlarini, kosmik nurlarni chuqur o'rganishga imkon beradi. zarrachalarning o'zaro ta'siri to'g'risida hanuzgacha yagona ma'lumot manbai bo'lib qolmoqda.
Boshlangʻich To. l.ning mutlaq koʻpchiligi. Yerga quyosh sistemasidan tashqaridan - atrofdagi galaktika fazosidan (Galaxy D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8>) keladi. galaktik kosmik nurlar va ularning faqat kichik bir qismi, asosan o'rtacha energiya (<1 GeV) Quyoshning faolligi bilan bog'liq. quyosh K. l. Biroq, quyosh faolligi yuqori bo'lgan davrda quyosh kosmik nurlari oqimining qisqa muddatli kuchli o'sishi sodir bo'lishi mumkin. sayyoralararo fazoda. Eng yuqori energiyali zarralar (>1017 eV) ehtimol ekstragalaktik kelib chiqishi (ular Metagalaktikadan keladi).
K. l tomonidan olib kelingan energiyaning umumiy oqimi. Yerga (1 sekundda 1 sm2 ga kosmik nurlar 0,01 erg), Yerga tarqaladigan quyosh energiyasi oqimi bilan solishtirganda juda kichik va yulduzlarning ko'rinadigan nurlanishining energiyasi bilan solishtirish mumkin. Biroq, ehtimol, uzoq o'tmishda K. l. Yerdagi hayot evolyutsiyasini tezlashtirishda rol o'ynadi.
Butun Galaktika miqyosida kosmik nurlarning o'rtacha energiya zichligi. katta (kosmik nurlar 1 eV/sm3) - energiyaning boshqa barcha turlarining zichlik tartibida: tortishish energiyasi (tortishish kuchi), magnit maydonlar, yulduzlararo gaz harakatining kinetik energiyasi, elektromagnit nurlanish energiyasi. yulduzlar. Shuning uchun K. l. butun Galaxy evolyutsiyasiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin.
Fizikada K. l. Tadqiqotning ikkita asosiy yo'nalishi aniq ajratilgan: yadro fizikasi (kosmik nurlarning materiya bilan o'zaro ta'siri; elementar zarrachalarning paydo bo'lishi, xossalari va o'zaro ta'siri) va kosmofizik (birlamchi kosmik nurlarning tarkibi va energiya spektri; quyosh va galaktik kosmik nurlarning paydo bo'lishi va tarqalishi. .vaqt bo'yicha kosmik nurlar intensivligining o'zgarishi va kosmik nurlarning Yer magnitosferasi bilan o'zaro ta'siri), sayyoralararo fazodagi quyosh shamoli va zarba to'lqinlari bilan va boshqalar). Tezlatgichlar texnologiyasi rivojlanishi bilan birinchi yo'nalishdagi tadqiqot sohasi asta-sekin yuqori energiyaga o'tmoqda. Sun'iy yo'ldoshlar va kosmik raketalar yordamida yaqin koinotni to'g'ridan-to'g'ri usullar bilan tobora chuqurroq o'rganish ikkinchi yo'nalishning og'irlik markazini uzoqroq kosmik ob'ektlarga siljitadi. Shuning uchun kosmik nurlar yordamida olingan ilmiy natijalar, qoida tariqasida, kashfiyotchi, kashshof xususiyatga ega va mikrokosmos fizikasini rivojlantirish uchun ham fundamental ahamiyatga ega (xarakterli o'lchamlar hududida ≤10-13) . sm) va kosmik fizikani rivojlantirish uchun (108-1028 sm).

Kosmik nurlarning mavjudligi 1912 yilda V. Hess tomonidan asos solingan. havo molekulalarining ionlanishi; balandlik bilan ionlanishning ortishi ularning erdan tashqarida kelib chiqishini isbotladi. Kosmik nurlar zarralari izlarini kuzatish. laboratoriya magnit maydoniga joylashtirilgan bulut kamerasida (D.V. Skobeltsyn , 1927), va stratosferaga koʻtarilgan gaz razryad hisoblagichlari yordamida Yer magnit maydonida ularning ogʻishi. sharlar (S. N. Vernov va R Milliken < http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/166181/%D0%9C%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B5% D0%BD >, 1935—37), birlamchi K. l. zaryadlangan zarralar oqimi, asosan protonlar (vodorod atomlarining yadrolari). Shu bilan birga, kosmik nurlarning ko'pchiligining energiyalari ham o'lchandi. (15 GeV gacha). Birlamchi kosmik nurlarning bir qismi sifatida 30 km (B. Peters va boshq., 1948) kosmik nurlar balandligiga ko'tarilgan yadro fotografik emulsiyalari yordamida. vodoroddan og'irroq elementlarning temir yadrolarigacha bo'lgan yadrolari izlari topildi (1-rasm).

Ikkilamchi kosmik nurlarning zarrachalarining zaryadlari va massalarini batafsil o'rganish. ko'plab yangi elementar zarralar, xususan, pozitron a, muon, pi-mezon, K-mezon ( , L - giperon (1932-49). 1932 yilda P. Blekket va J.Occhialini birinchi marta kashf etdilar. kosmik nurlanishning genetik jihatdan bog'liq zarralari yo'nalishi bo'yicha o'xshash guruhlar - yomg'ir deb ataladi. nsf/bse/158753/ % D0% 92% D0% B5% D0% BA% D1% 81% D0% BB% D0% B5% D1% 80>, N. A. Dobrotin va boshqalar) va stratosferada (S. N. Vernov va boshqalar) .) ikkilamchi kosmik nurlanish birlamchi kosmik nurlarning havo atomlari yadrolari bilan oʻzaro taʼsiri natijasida hosil boʻlishi aniqlandi.%97%D0%B0%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%B8 %D0%BD> shuni ko'rsatdiki, xuddi shu mexanizm, lekin yuqori energiyalarda (≥1014 eV) ) ilgari kashf etilgan K. l.ning rivojlanishini tushuntiradi. (P. Auger , 1938) keng havo yomg'irlari - ko'p millionlab zarrachalardan iborat oqimlarni qoplagan. dengiz sathida, maydoni taxminan 1 km2 yoki undan ko'p.
K.ning kelib chiqishi muammosiga toʻgʻri yondashish uchun l. radioastronomiya taraqqiyoti katta rol o'ynadi. K. l bilan bogʻliq. termal bo'lmagan kosmik radio emissiyasi

Guruch. 1. Yadro fotografik emulsiyasidagi birlamchi kosmik nurlar yadrolarining izlari (Z - kimyoviy elementning atom raqami).

.2 Quyoshning kosmik nurlari

K. l intensivligida eng kuchli kuchayadi. tartibsiz qisqa muddatli portlashlar shaklida Quyoshdagi xromosfera chaqnashlari bilan bog'liq. Bunday chaqnashlarda zaryadlangan zarralar tezlashadi. elektromagnit maydonlar tomonidan quyosh plazmasi (ko'rinishidan, quyosh dog'lari chegaralarida), ya'ni quyosh kosmik nurlarining paydo bo'lishi. Xususan, qarama-qarshi yo'naltirilgan magnit maydonlari bo'lgan quyosh plazmasi mintaqalarining tez yaqinlashishi natijasida yuzaga keladigan elektr maydonlari tomonidan zarrachalarni tezlashtirishning juda ehtimoliy mexanizmi taklif qilingan (sovet fizigi S. I. Syrovatskiy, 1965).

Ba'zi xromosfera chaqnashlari paytida quyosh kosmik nurlarining oqimlari galaktik kosmik nurlar oqimidan yuzlab marta kattaroqdir. Shunday qilib, 1956 yil 23 fevraldagi rekord portlash paytida kosmik nurlar oqimining 300 barobar ortishi kuzatildi. energiya > 3 GeV bilan, bu kosmik parvozlar xavfsizligiga jiddiy tahdid solishi mumkin. Shuning uchun xromosfera chaqnashlarini, radio va rentgen nurlanishining portlashlarini va quyosh faolligining boshqa ko'rinishlarini tizimli kuzatish juda muhimdir. kosmik parvozlar marshrutlarida radiatsiyaviy vaziyatni bashorat qilish.
O'rtacha, quyosh kosmik nurlarining hissasi. kosmik nurlanishning umumiy intensivligida bir necha foizni tashkil qiladi.
Quyosh kosmik nurlarining kimyoviy tarkibi. quyosh atmosferasi tarkibiga juda yaqin. Galaktik kosmik nurlardan farqli o'laroq, ularda Li, Be va B yadrolari yo'q.Bu quyosh kosmik nurlari orqali o'tadigan materiya miqdori nihoyatda kichik (<0,1 g/sm2) va ularning hosil bo'lishi mumkin emasligini ko'rsatadi. materiyaning zichligi juda yuqori bo'lgan quyosh atmosferasi (ehtimol, tezlashuv Quyoshning yuqori xromosferasi va pastki tojida sodir bo'ladi).
Quyosh zarralari K. l. galaktiklarga nisbatan ular kamroq energiyaga ega (ularning energiya spektri yumshoqroq). Protonlarning energiyalari odatda GeV fraktsiyalari bilan chegaralanadi va faqat juda kam uchraydigan kuchli xromosfera chaqnashlari 100 GeV gacha energiyaga ega protonlarni hosil qiladi; quyosh kosmik nurlarining qayd etilgan elektronlari energiyasining pastki chegarasi. o'nlab keV (ya'ni, quyosh shamoli zarralari energiyasiga yaqin). Quyosh K. l. past energiya yuqori kengliklarda Yer ionosferasi holatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi va uning pastki qatlamlarining qo'shimcha ionlanishiga olib keladi. Bu radioto'lqinlarning zaiflashishiga va ba'zi hollarda qisqa to'lqinlarda radioaloqaning to'liq to'xtashiga olib keladi. Quyosh kosmik nurlarining tarqalishi, ularning energiya spektri va burchak anizotropiyasi haqidagi ma'lumotlar sayyoralararo fazoda magnit maydonning tuzilishi haqida ma'lumot olish imkonini beradi. Quyosh kosmik nurlari oqimining fazoviy va vaqtinchalik o'zgarishlarini (o'zgarishlarini) o'rganish . geomagnit bo'ronlar , auroralar va boshqalar kabi geofizik hodisalarni yaxshiroq tushunishga yordam beradi.
Quyoshning Yerga koinot nurlari oqimining kuchayishi tabiati shuni ko'rsatadiki, chaqnashdan keyingi dastlabki davrda oqim sezilarli darajada anizotropik bo'lib, uning maksimali Quyoshga yo'nalishdan g'arbga taxminan 45 ° burchak ostida yo'naltirilgan. . Bu Arximed spirallari ko'rinishidagi sayyoralararo magnit maydonning egri kuch chiziqlarining birinchi bevosita dalili edi (4-rasmga qarang).
Quyosh shamoli bilan galaktik kosmik nurlarning modulyatsiyasi. Galaktik kosmik nurlar intensivligining davriy vaqtinchalik o'zgarishlari orasida quyosh faolligining 11 yillik tsikliga to'g'ri keladigan intensivlik modulyatsiyalari asosiy rol o'ynaydi. Bu modulyatsiyalar Quyoshdan 300-500 km/sek tezlikda chiqariladigan bir jinsli magnitlangan muntazam plazma oqimlari orqali galaktik kelib chiqishi kosmik nurlarining tarqalishi va "supurishi" bilan bog'liq. Quyosh shamoli deb ataladigan bunday oqimlar Yer orbitasidan ancha uzoqqa cho'ziladi [o'nlab astronomik birliklar (AU); 1 a. e.≈ 150 million km], buzilmagan galaktik magnit maydon bilan chegaradosh qatlamda asta-sekin turbulent plazma harakatiga aylanadi (4-rasm).


Guruch. 4. Quyosh shamolining tabiati va modulyatsiya mintaqasidagi muntazam sayyoralararo magnit maydon (spiral) tuzilishini tasvirlovchi sxema.

Xulosa

Bir necha o'n yillar davomida olib borilayotgan galaktik kosmik nurlarni o'rganish ko'plab masalalar muvaffaqiyatli hal qilingan bo'lsa-da, ushbu qiziqarli sohadagi "bo'sh joylar" ni yopishga olib kelmadi. Aytish mumkinki, masalan, to'plangan ma'lumotlar kosmik kemalar orbitalarida fon nurlanishiga GCR hissasini baholash uchun etarli. Biroq, zarrachalarning energiyasi ortib borishi bilan, axborot sifati yomonlashadi. Yuqori balandliklarda va kosmosda ishlatiladigan qurilmalarning yorug'ligi etarli emasligi 1014-1015 eV mintaqasini to'g'ridan-to'g'ri usullar bilan etarli statistik ma'lumotlar bilan o'rganishga imkon bermaydi, GCR spektri buziladigan energiya mintaqasiga o'tishni nazarda tutmaydi. Ushbu holatning natijasi eksperimental ma'lumotlarning ba'zi bir beqarorligi bo'lib, yangi tajribalar amalga oshirilgandan so'ng 1012 eV dan yuqori mintaqada intensivlik bahosini 20-30% ga o'zgartiradi. Shu sababli, sinish hududini to'g'ridan-to'g'ri usullar bilan o'rganish imkonini beradigan katta geometrik omillarga ega asbob-uskunalarni yaratish bevosita va dolzarb vazifa bo'lib qolmoqda.

Adabiyot

1. V. L. Ginzburg va S. I. Syrovatskiy, Kosmik nurlarning kelib chiqishi, Moskva, 1963; Miroshnichenko L.I., Sayyoralararo fazodagi kosmik nurlar, M., 1973;
2. L. I. Dorman, Kosmik nurlar astrofizikasining eksperimental va nazariy asoslari, Moskva, 1975; Toptygin I. N., Kosmik nurlar sayyoralararo magnit maydonlarda, M., 1983. Miroshnichenko L. I., Petrov V. M., Dynamics Kosmosdagi radiatsiya sharoitlari, M., 1985. LI Miroshnichenko.
. Kosmik nurlar va ularning oʻzaro taʼsiri, M., 1968; Bugaev E. V., Kotov Yu. D., Rosenthal I. L., Kosmik muonlar va neytrinolar, Moskva, 1970; Bondarenko V. M., Geologiyada kosmik nurlardan foydalanish, M., 1965. Ommabop adabiyotlar: B. Rossi, Kosmik nurlar, trans. ingliz tilidan, M., 1966;
. Dobrotin N. A., Kosmik nurlar, Moskva, 1963; Jdanov G. B., Yuqori energiyali zarralar, M., 1965; Ginzburg V. L., Kosmik nurlarning kelib chiqishi, M., 1968 yil.
. Greisen K., keng havo dushlari. In: "Kosmik nurlar fizikasi". Ed. J. Uilson. M.: IL. 1958. V.3. № 7-141.
. Zatsepin G.T., Kuzmin V.A., Kosmik nurlar spektrining yuqori chegarasida, JETP Letters, V.4, P.114-116, 1966 yil.