Физическая энциклопедия - космические лучи

ч-цы. Среди первичных К. л. различают высоко-энергичные (вплоть до 1021 эВ) галактические К. л. (ГКЛ), приходящие к Земле извне Солн. системы; и солнечные К. л. (СКЛ) умеренных энергий (?1010 эВ), связанные с активностью Солнца. Существование К. л. было установлено в 1912 австр. физиком В. Ф. Гессом по производимой ими ионизации воздуха; возрастание ионизации с высотой доказывало их внеземное происхождение; отклонение их в магн.

центр тяжести науч. исследований постепенно перемещается в сторону изучения первичных К. л. В 80-е гг. регистрация разл. компонент К. л. в широком диапазоне энергий проводится наземной мировой сетью станций (на уровне моря, в горах, шахтах), в стратосфере, на ИСЗ, на межпланетных автоматич. станциях. В исследовании К. л. чётко выделяются два осн.

аспекта космофизический и ядерно-физический. В первом занимаются изучением природы К. л., их происхождения, состава, энергетич. спектров, временных вариаций, связи разл. явлений в К. л. с хар-ками среды, в к-рой происходит их движение; исследуются возможные источники К. л., механизмы ускорения ч-ц и т. п. Во втором направлении изучаются вз-ствия К.

В интервале энергий от 1010 до 1015 эВ (рис. ) интегр. спектр всех ч-ц ГКЛ описывается степенной ф-цией ?-g с пост. показателем степени g»1,7 (? полная энергия). Как видно из этого выражения и рис., интенсивность тем больше, чем меньше энергия ч-цы. Однако при энергиях ? Энергетич. спектр косм. лучей: а дифф. спектр протонов и ос-частиц умеренных энергий; б, в интегр.

спектры всех ч-ц в области высокой и сверхвысокой энергий. Точки данные наблюдений. Состав ГКЛ. Поток К. л. у Земли равен =1 частице (см2•с). Более 90% ч-ц первичных К. л. всех энергий составляют протоны, 7% a-частицы и лишь небольшая доля (1%) приходится на ядра более тяжёлых элементов. Такой состав прибл. соответствует ср. распространённости элементов во Вселенной с двумя существ.

отклонениями: в К. л. значительно больше лёгких (Li, Be, В) и тяжёлых ядер с Z?20. Согласно совр. представлениям, «обогащение» К. л. тяжёлыми ядрами явл. следствием более эффективного их ускорения в источнике по сравнению с лёгкими ядрами. А большое кол-во ядер Li, Be, В по сравнению со ср. распространённостью связано с расщеплением тяжёлых ядер при столкновениях с ядрами атомов межзвёздной среды.

Из наблюдаемого кол-ва ядер лёгкой группы и изотопного состава ядер Be получены оценки расстояния, проходимого К. л. в межзвёздной среде (=3 г/см2), и времени жизни К. л. в Галактике (=3•107 лет). В составе К. л. имеются также эл-ны (1%), обнаружение к-рых (1961) в необходимом кол-ве экспериментально подтвердило гипотезу о синхротронной природе косм.

л. в пр-ве. Плотность энергии ГКЛ составляет прибл. 10-12 эрг/см3=0,6 эВ/см3, что сравнимо по порядку величины с плотностью всех др. видов энергии: гравитац., магн., кинетич. энергии движения межзвёздного газа. Для решения вопроса об источнике К. л. привлекаются данные астрофизики и радиоастрономии. Как показывают оценки, наблюдаемую величину плотности энергии К.

Проникая в Солн. систему, ГКЛ вступают во вз-ствие с межпланетным магн. полем, к-рое формируется намагнич. плазмой, движущейся радиально от Солнца (солнечный ветер). В Солн. системе устанавливается равновесие между конвективным потоком К. л., выносимым солнечным ветром наружу, и потоком, направленным внутрь системы. Влияние межпланетного поля «чувствуют» ч-цы сравнительно небольших энергий (? 1014 эВ, содержат 106 109 ч-ц; они наз.

В СКЛ наблюдаются ч-цы с более низкими (по сравнению с ГКЛ) энергиями; энергии протонов обычно ограничиваются долями ГэВ, иногда достигают неск. ГэВ. Интенсивность СКЛ падает с уменьшением энергии ч-ц резче, чем интенсивность ГКЛ, причём показатель степени интегр. спектра изменяется от события к событию в пределах от 2 до 7. Верх.

предел энергии СКЛ точно не установлен. Ниж. граница регистрируемых ч-ц СКЛ составляет десятки кэВ. В большинстве случаев состав СКЛ в интервале ?=(1-3) •107 эВ/нуклон соответствует распространённости элементов на Солнце. Часто наблюдаются вариации в 2-3 раза относит. содержания ядер Не и Fe. Из данных по составу «легких» ядер, как и в случае ГКЛ, получена оценка толщи в-ва, проходимого СКЛ в атмосфере Солнца, составляющая ?0,2 г/см2.