Космические лучи


Космические лучи являются важной составляющей Галактики не только потому, что, распространяясь в межзвездном пространстве, они служат зондами, при помощи которых можно изучать его структуру и свойства, но и потому, что они играют важную динамическую роль, оказывая заметное давление на межзвездный газ.

Космические лучи, достигающие земной поверхности, впервые были зарегистрированы в 1912 г., однако лишь недавно ученые оценили их значение для астрофизики. Поток космических лучей состоит главным образом из протонов высоких энергий, хотя, как мы увидим, в них представлены также и другие виды частиц.

Большинство протонов являются релятивистскими, т. е. их скорость v близка к скорости света.

Кроме протонов и а-частиц в их состав входят более тяжелые ядра с атомным номером вплоть до 26 (железо). К тому же недавно получены указания на присутствие в них гораздо более тяжелых частиц с атомным номером больше 92 (трансурановые элементы)

Эти свойства означают следующее:

Космические лучи почти несомненно заполняют вселенную, и соответствующая им плотность энергии в межзвездном пространстве равна около 1 эВ/см3. Это значение сравнимо с плотностью энергии света звезд, с плотностью кинетической энергии турбулентных движений межзвездного газа и с плотностью энергии межзвездного магнитного поля. Этот факт и является основанием для нашего утверждения о важной динамической роли космических лучей. Они представляют собой релятивистский газ, давлением которого нельзя пренебрегать. Приблизительное равенство плотностей различных видов энергий, по-видимому, не случайно, однако объяснения ему пока не найдено, несмотря на многочисленные попытки.

Из изотропности потока космических лучей следует, что они движутся от своих источников не по прямым линиям. Это привело к предположению, что межзвездный газ пронизан магнитными полями, которые отклоняют траектории заряженных частиц от первоначального направления движения. Мы увидим, что, как теперь известно, такое предположение оказалось правильным.

Читать ещё:  Внутреннее строение Солнца

Энергетический спектр космических лучей дает некоторую информацию о механизме их первичного ускорения, однако сам механизм пока еще не ясен. Неизвестно также, где находятся источники космических лучей, хотя весьма правдоподобно доказывалось, что их источниками могут быть взрывы- сверхновых и, возможно, имеется связь с пульсарами. Как мы знаем из лабораторных экспериментов и изучения процессов, происходящих в межпланетном пространстве и в солнечных вспышках, неустойчивости, возникающие в ионизованном газе (плазме), пронизанном магнитными полями, приводят к ускорению отдельных протонов до высоких энергий. Такие же процессы с успехом могут идти в более грандиозных масштабах во время взрыва сверхновой, хотя мы еще не знаем, насколько важна в этом случае роль магнитного поля. Правда, если за происхождение космических лучей ответственны пульсары, механизм ускорения может сильно отличаться от механизма, действующего в солнечных вспышках.

Химический состав космических лучей также может кое-что сказать о механизме ускорения, однако этот источник информации используется еще не очень эффективно. Но все же уже сделан вывод о том, что космические лучи, прежде чем достичь нас, на пути от источника прошли сквозь некоторую толщу вещества. Об этом можно судить по содержанию лития, бериллия и бора, которое по отношению к водороду в миллионы раз больше, чем в любых небесных телах. Предполагается, что эти легкие элементы имеются в потоке космических лучей, потому что некоторые более тяжелые частицы сталкиваются с атомами межзвездного газа (или газа в самом источнике) и распадаются на более легкие частицы.

К космическим лучам также относятся и другие виды высокоэнергичных частиц и излучений: электроны, рентгеновские лучи, нейтрино.


Оставить комментарий

avatar