Просмотров: 2257

Космические лучи

Космические лучи – заряженные частицы высоких энергий из космического пространства. Почти 90% от общего количества частиц составляют протоны, 9% – ядра гелия (альфа-частицы) и около 1% – электроны (бета-минус частицы). Слово "лучи" в названии явления не следует воспринимать буквально, поскольку частицы попадают в атмосферу Земли отдельно, а не в виде направленного пучка частиц или луча. Название происходит со времен открытия явления и есть больше данью истории, а чем описанием сути явления.
Наличие частиц с различными энергиями отражает разнообразие источников этих частиц. Происхождение частиц варьируется от энергетических процессов в недрах Солнца к еще достаточно не выясненных механизмов в самых отдаленных уголках видимой Вселенной. Космические лучи могут достигать энергий выше 20 октября эВ, что значительно превышает возможности нынешних земных ускорителей частиц, в которых можно придать частице кинетическую энергию лишь порядка 12 октября -10 13 эВ (см. Космические лучи сверхвысоких энергий для описания регистрации частицы с энергией около 50 Дж, что эквивалентно теннисному мячу разогнанном до скорости 42 м / с). Планируется исследовать частицы даже с большими энергиями.
Энергетический спектр космических лучей. Космические лучи можно поидлиты на две большие категории, первичные и вторичные. Космические лучи от внесолнечных астрофизических источников являются первичными космическими лучами и могут взаимодействовать с материей межзвездной среды и образовывать вторичные космические лучи. Солнце также производит космические лучи невысоких энергий преимущественно во время солнечных вспышек. Точный состав первичных космических лучей, вне атмосферы Земли, зависит от диапазона наблюдаемого энергетического спектра. В общем, почти 90% всех космичнимх лучей, поступающих составляют протоны, около 9% ядра гелия (альфа-частицы) и почти 1% – электроны. Остаток составляют другие тяжелые ядра, которые являются продуктами звездных реакций ядерного синтеза. Вторичные космические лучи состоят из легких ядер, которые не являются продуктами жизнедеятельности зрение, но является результатом Большого Взрыва, это преимущественно литий, бериллий и бор. Этих легких ядер значительно большее содержание в космических лучах (соотношение примерно 1:100 частиц), а чем в солнечной атмосфере, где их содержание составляет около 10 -7 содержания ядер гелия.
Эти различия в содержании является следствием процессов формирования вторичных космических лучей. При взаимодействии тяжелых ядер первичных космических лучей, например, ядер углерода и кислорода, с материей межзвездной среды, они распадаются на более легкие ядра (в так называемом процессе распада космических лучей), литий, бериллий и бор. Наблюдения показывают, что энергетические спектры лития, бериллия и бора приходят несколько круче, а чем спектры карбона и кислорода, что указывает на то, что распад ядер с большей энергией случается реже, вероятно вследствие их выхода из-под действия галактического магнитного поля. Распад влияет также и на содержание Sc, Ti, V и Mn в космических лучах, продуцируемых столкновениями ядер железа и никеля с материей межзвездной среды.
В прошлом, важалось что космические лучи сохраняют свой поток постоянным. Недавние же исследования предоставили доказательства 1,5-2 тысячелетних изменений в потоке космических лучей в течение последних сорока тысяч лет.
Космические лучи отклоняются в магнитном поле Земли. Их интенсивность зависит от широты. Особенно этот эффект проявляется в экваториальных областях, где магнитное поле препятствует проникновению космических лучей гораздо больше, чем у полюсов. Кроме того, положительно заряженные частицы отклоняются на восток, а отрицательно заряженные частицы отклоняются на запад.
Интенсивность космических лучей возрастает с увеличением высоты, достигая максимума примерно на высоте 20-25 км. За пределами земной атмосферы существуют области с повышенной интенсивностью космических лучей, называемые радиационными поясами Ван Аллена.
Существование космических лучей доказал в 1912 Виктор Франц Гесс, подняв три электрометра на воздушном шаре на высоту 5300 м. Четырехкратное увеличение скорости разрядки электрометров показало источник излучения. Поскольку опыт проводился во время затмения Солнца, оно не могло быть источником излучения, а, следовательно, Гесс сделал вывод о существовании в космосе лучей, имеющих большую ионизационную способность. За эти исследования Виктор Гесс получил в 1936 Нобелевскую премию по физике.