Довідник астронома-любителя космічні промені
Мал. космічні промені
Космічні промені - це потік заряджених частинок, що рухаються в Галактиці з жахливими швидкостями. Це головним чином ядра звичайних хімічних елементів, мабуть, виникають в результаті вибухів наднових зірок, рух яких по галактичним маршрутами регулюється слабкими магнітними полями, що пронизують нашу Галактику. Космічні промені - це невід'ємна частина міжзоряного середовища, і в них укладена значна частка загальної її енергії. Коли ми простежуємо шляхи космічних променів, реєструючи їх за допомогою спеціальних товстошарових фотографічних емульсій, ми дійсно реєструємо захоплення частки, яка дійшла до нас з міжзоряного простору. В наші дні космічні промені - це єдині відомі частинки, які прийшли з-за меж Сонячної системи, з якими ми можемо мати прямий контакт. За однією лише цієї причини вони заслуговують ретельного дослідження.
Відкриття космічних променів
Космічні промені, яким вдалося досягти Землі, пройшовши крізь товщу атмосфери, зазнали впливу магнітного поля Землі і можливих міжпланетних полів. Вони також зазнали дії сонячного вітру - потоку частинок, що викидаються в простір сонячної атмосферою. Космічні промені були вперше зареєстровані близько 60 років тому завдяки іонізаційним ефектів, які вони викликають в іонізаційних камерах. Інформацію про напрямки, за якими приходять космічні промені, можна отримати, простеживши вплив однієї єдиної зарядженої частинки на ланцюжок відповідним чином встановлених іонізаційних камер. Вченими встановлено, що земна атмосфера сильно впливає на всі частинки, крім тих, які мають найбільшу енергією, і що на Землі реєструються потоки вторинних космічних променів - «атмосферні зливи», - виникають в результаті взаємодії космічних часток високих енергій з атомами верхніх шарів атмосфери.
фото: наземна гамма обсерваторія VERITAS для реєстрації космічного випромінювання
Всебічні наукові дослідження дозволили вивчати властивості заряджених частинок, що входять до складу космічних променів. Легко були ототожнені найпоширеніші їх компоненти: ядра атомів водню, протони, і ядра атомів гелію, альфа частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Але незабаром стало ясно, що присутні також ядра більш важких елементів, зокрема ядра атомів заліза з атомним номером Z = 26. Не так давно за допомогою сучасних методів «прояви слідів» вдалося простежити шляхи частинок в метеоритах, що дозволило виявити в космічних променях елементи важче заліза. Найважчим ядром з нині виявлених є ядро з атомним номером Z = 106, т. Е. Трансуранових ядро.
Вплив магнітного поля Землі на заряджені частинки з космосу
Магнітне поле Землі впливає на частки космічних променів в такій мірі, що стає дуже важко простежити початковий напрямок до входу в магнітосферу Землі всіх частинок, крім тих, які мають найбільші енергіями. Крім того, взаємодія частинок космічних променів і газів верхніх шарів атмосфери створює вторинні ефекти у вигляді злив іонізованих частинок. Магнітне поле Землі і її атмосфера - це надійний щит, який захищає нас від космічних променів! Величезну допомогу в вивченні космічних променів до їх вторгнення в атмосферу Землі і до впливу на них земного магнітного поля надають штучні супутники. Надзвичайно важливе завдання майбутнього - проводити дослідження на космічних апаратах за межами внутрішньої області Сонячної системи.
Природа космічного випромінювання
Вчені з'ясували, що найбільша частина космічних променів, причому з найменшими енергіями, має сонячне походження, але головний внесок вносять космічні промені, що приходять з нашої Галактики і володіють високими енергіями. Можливо, що деяка частка космічних променів - це посланці інших галактик. Зараз вважають, що найбільш імовірним джерелом космічних променів в Галактиці є вибухи наднових.
фото: Спалах наднової - джерело галактичного випромінювання
Як ми зазначали, головними компонентами космічних променів є протони і альфа-частинки. За ними йдуть елементи з атомними номерами Z = 30 і більше, особливо група заліза. Цікаво також, що серед частинок космічних променів зустрічаються і електрони. Нелегко відокремити справжні космічні електрони від електронів, що утворилися в сонячному вітрі і в результаті вторинних ефектів в земній атмосфері. Спостереження з штучних супутників в періоди мінімуму сонячної активності дозволяють отримати найкращі дані про вільних електронах в міжзоряному та міжпланетному просторі. Результати дослідження космічних променів дозволили нам дізнатися багато нового і цікавого про відносне розподіл хімічних елементів і їх поширеності в міжзоряному просторі.
В останні роки фахівці з космічних променів багато сперечалися про те, чи виникають космічні промені в нашій Галактиці або за її межами. В цілому слід розуміти, що беруть гору прихильники галактичного походження космічних променів. Найбільшу увагу привернула гіпотеза, висунута радянськими вченими В. Л. Гінзбургом, В. Н. Сироватський і підтримана І. С. Шкловским, згідно з якою космічні промені виникають при вибухах наднових зірок у нашій Галактиці. В галактиках подібних нашій. відбувається 2 3 вибухи наднових в століття. Енергія, що звільняється при кожному такому вибуху, колосальна, і той факт, що відомі залишки спалахів наднових, наприклад Крабовидная туманність, є джерелами синхротронного радіовипромінювання, вказує на присутність навколо них великомасштабних магнітних полів. Ядра атомів, що викидаються в космічний простір в якості побічних продуктів вибуху наднових зірок, прискорюються цими магнітними полями, що дозволяє зрозуміти високі енергії частинок космічних променів.
Можна не сумніватися в тому, що космічні промені у великих кількостях не можуть приходити до нас від далеких галактик, що знаходяться на відстанях декількох мільярдів парсек. Гіпотеза наднових забезпечує постійний приплив частинок з приблизно необхідної енергією. Саме тому видається цілком розумним шукати джерело космічних променів в найграндіозніших явища, що відбуваються в нашій Галактиці - вибухах наднових.