М. И. Панасюк=Странники Вселенной или эхо Большого взрыва
advertisement
Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 1 С кан и р о ван и е и ф о р м ати р о ван и е: Я н ко С лава (Б и б ли о тека Fort/Da) || slavaaa@yandex.ru || yanko_slava@yahoo.com || http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Б и б ли о тека: http://yanko.lib.ru/gum.html || Н о м ер а стр ан и ц - вн и зу update 24.08.06 Н а ука д л я все х И зд а те л ьство « В е к 2» Н а ука д л я все х М . И . П ан асю к С тр ан н и к и В сел ен н ой и л и эхо Б ол ь ш ого в зр ы в а Ф р язи н о 2 0 0 5 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 2 У Д К 524 Б Б К 22.66 П 16 П ан асю к М и хаи л И го р еви ч - д о ктор ф и зи ко -м атем ати чески х н аук, п р о ф ессор . Д и р екто р И н сти тута яд ер н о й ф и зи ки М Г У , завед ую щ и й каф ед ро й ко см и ч ески х луч ей и ф и зи ки косм о са ф и зи ч еско го ф акультета М Г У . О б ласть н аучн ы х и н тер есов - ф и зи ка ко см и ч ески х лучей и ко см и ч еская ф и зи ка. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эх о Б о льш о го взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2 », 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). ISBN 5-85099-160-3 К н и га п о свящ ен а о д н о й и з актуальн ы х тем со вр ем ен н о й астр о ф и зи ки — ко см и чески м луч ам — ч асти ц ам , ко то р ы е ро ж д аю тся во В селен н о й и п р и о б р етаю т ги ган тски е эн ер ги и п о ср ед ство м ко см и ч ески х уско р и телей . С о д ер ж и тся о б зор как и стор и и и сслед о ван и й , так и н о вей ш и х д о сти ж ен и й и п р о екто в в этой о б ласти . В о сн ове кн и ги п о п уляр н о е и зло ж ен и е лекц и й автор а н а ф и зи ч еском ф акультете М Г У . Н а о б ло ж ке: ф о то гр аф и я в р ен тген е р азлетаю щ и х ся в п р о стр ан стве о статко в о т взр ы ва свер хн о во й звезд ы SN1987A, п олуч ен н ая н а ко см и ч еском ап п ар ате Chandra. Зд есь ж е п о казан а тр аектори я заряж ен н о й ч асти ц ы , ускор яю щ ей ся н а ф р о н те уд ар н о й во лн ы . ISBN 5-85099-160-3 © В е к 2, 2005 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 3 Э л ек тр он н ое огл авл ен и е Contents Э л ек тр он н ое огл ав л ен и е ............................................................................................................ 3 П Р Е Д И С Л О В И Е .......................................................................................................................... 9 Г л ав а 1. П О С Л Е Б О Л Ь Ш О Г О В З Р Ы В А ............................................................................. 11 1 .1 . У б егаю щ и е галакти ки .................................................................................................................................... 11 Р и с. 1.1. Д и агр ам м а Б о льш о го взр ы ва ............................................................................................. 12 Р и с. 1.2. Ч асти ц ы (п ро то н и электр о н ) и и х ан ти п од ы ................................................................... 12 1.2. С о твор ен и е вещ ества ..................................................................................................................................... 13 Р и с. 1.3. П ревр ащ ен и е кр асн о го ги ган та в н ей тр о н н ую звезд у. ................................................... 15 1 .3 . Г и б ель звезд .................................................................................................................................................... 15 Р и с. 1.4. М н о го сло й н ая стр уктур а «гор ящ ей » звезд ы .................................................................... 15 Т аб ли ц а 1 .1 . В р ем ен а го р ен и я звезд ы и и сп ускан и я ч асти ц . ........................................................ 16 Р и с. 1.5. Ц и кли ч ески й п р о ц есс эво лю ц и и звезд ............................................................................. 17 1.4. Н аш м и р — тем н ы й и светлы й и ли ж и зн ь в вакуум е ................................................................................. 18 Р и с. 1.6. Н аш а Г алакти ка. С ко п лен и е звезд в о сн о вн ом в сп и р альн ы х р укавах. В о д н о м и з н и х сей ч ас н ахо д и тся н аш а С о лн еч н ая си стем а. ................................................................................... 18 Р и с. 1.7. С тр уктур а н аш ей Г алакти ки — М леч н о го П ути с х ар актерн ы м и р азм ер ам и . ............. 18 Р и с. 1.8. С тр уктур а м атер и и во В селен н ой . .................................................................................... 20 1.5. «Б о льш о й взры в» н а Зем ле ............................................................................................................................ 21 Р и с. 1.9. С троящ и й ся в Е вро п ей ском ц ен тр е яд ер н ы х и сслед о ван и й (CERN) ги ган тски й ко ллай д ер - уско р и тель сталки ваю щ и х ся ч асти ц ........................................................................... 22 Г л ав а 2. С Т Р А Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й .................................................................................. 23 Р и с. 2.1. В и кто р Г есс в го н д о ле аэро стата п о сле п ро вед ен и я эксп ер и м ен то в п о и сслед о ван и ю и о н и зац и и газо в (191 2 г.).................................................................................................................. 24 Р и с. 2.2. П р и м ер н о так вы гляд ела кр и вая и зм ен ен и я и он и зац и и с вы со то й в эксп ери м ен тах В .Г есса................................................................................................................................................ 24 Р и с. 2.3. Р .М и лли кен . ........................................................................................................................ 25 Р и с. 2.4. Ф .Ц ви кки (слева) и В .Б аад е п ер вы м и об р ати ли вн и м ан и е н а сверх н о вы е звезд ы , как во зм о ж н ы е и сто ч н и ки ко см и ч ески х луч ей . .................................................................................... 25 Р и с. 2.5. Д .В .С ко б ельц ы н — од и н и з п ер вы х о теч ествен н ы х и сслед о вателей ко см и ч ески х луч ей ................................................................................................................................................... 25 Р и с. 2.6. В о тли ч и е о т электр о н о в, тр аекто р и и ко тор ы х и ск р и вляю тся м агн и тн ы м п о лем , тр ек ко см и ч еско й ч асти ц ы ви д ен в ви д е п р ям о й ли н и и . ....................................................................... 26 Г л ав а 3. К А К П О Й М А Т Ь К О С М И Ч Е С К И Е Л У Ч И ......................................................... 27 3.1. К о см и ч ески е луч и в атм о сф ер е ..................................................................................................................... 27 Р и с. 3.1. К аскад н ы й п р о ц есс взаи м о д ей стви я п ерви ч н ы х ко см и ч ески х луч ей с атм о сф еро й — р о ж д ен и е втор и ч н о й ком п он ен ты ко см и чески х луч ей (так н азы ваем ы е «ш и ро ки е атм о сф ер н ы е ли вн и »). .............................................................................................................................................. 27 3.2. Л о вуш ки д ля ч асти ц ....................................................................................................................................... 28 Р и с. 3.2. П ьер О ж е............................................................................................................................. 28 Р и с. 3.3. Г ео рги й З ац еп и н с со тр уд н и кам и со зд ал устан о вку д ля и зуч ен и я ш и р о ки х атм о сф ер н ы х ли вн ей в гор ах П ам и р а.............................................................................................. 29 Р и с. 3.4. К ач ествен н ая кар ти н а ф о рм и ро ван и я каскад ов втор и ч н ы х ч асти ц в атм о сф ер е......... 30 Р и с. 3.5. Р еги стр ац и я ч асти ц ко см и ч ески х луч ей н азем н ы м и устан о вкам и ................................ 30 Р и с. 3.6. П р и м ер ви зуали зац и и ли вн я ч асти ц ы п р и ее то рм о ж ен и и в ф о то эм ульси и ................. 31 Р и с. 3.7. Р еги стр ац и я ко см и ч ески х луч ей м ето д ом и зм ер ен и я ч ер ен ко вско го света. ................ 32 Р и с. 3.8. О д и н и з ви д о в и о н и зац и о н н о го кало р и м етр а.................................................................. 33 Р и с. 3.9. Л еген д ар н ы е «П рото н ы » - п ер вы е м н о го то н н ы е калор и м етры , зап ущ ен н ы е в ко см о с н а со ветски х б о евы х р акетах ............................................................................................................ 34 Р и с. 3.10. П р и б ор ATIC, летавш и й в А н тар кти д е. ......................................................................... 34 Р и с. 3.11. А эро статы м о гут летать в А н тар кти д е д о 3 -4-х н ед ель. ............................................... 35 Р и с. 3.12. К о см и ч ески е луч и и зуч аю тся во всех ср ед ах : п о д зем лей , н а зем ле, в атм о сф ер е и в ко см о се. .............................................................................................................................................. 36 Г л ав а 4. Ч Т О М Ы З Н А Е М О К О С М И Ч Е С К И Х Л У Ч А Х ................................................ 37 4.1. К р утая траектор и я п о зн ан и я со става ко см и ч еско го и злуч ен и я ................................................................. 37 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 4 Р и с. 4.1. М агн и тн о е п о ле З ем ли и м еет ф ор м у д и п о ля................................................................... 37 Р и с. 4.2. С . В ер н о в (слева) во вр ем я эксп ед и ц и и в И н д и й ско м о кеан е в 193 7 г. н а .................... 38 теп ло хо д е «С ер го »............................................................................................................................. 39 4.2. И з ч его со сто ят ко см и чески е луч и ................................................................................................................ 40 Т аб ли ц а 4 .1 . С о д ер ж ан и е н еко то р ы х элем ен тов в ко см и ч ески х луч ах н а С о лн ц е и в звезд ах , п р и вед ен о отн о си тельн о яд ер ки слоро д а (0). ................................................................................. 40 4.3. Э н ер гети ч ески е сп ектры яд ер ко см и ч ески х луч ей ...................................................................................... 41 Т аб ли ц а 4 .2 . Э н ер ги я р азли ч н ы х ви д о в и злуч ен и й ........................................................................ 41 Р и с. 4.3. Э н ергети ч ески й сп ектр «всех ч асти ц » ко см и ч ески х луч ей б ез р азд елен и я и х н а о тд ельн ы е ком п о н ен ты . .................................................................................................................... 42 Р и с. 4.4. Э н ергети ч ески е сп ектр ы о тд ельн ы х ко м п о н ен т ко см и ч ески х луч ей ............................ 42 Р и с. 4.5. Э н ергети ч ески й сп ектр «всех ч асти ц ». ............................................................................ 43 Р и с. 4.6. Г .Х ри сти ан сен , п ер во о ткр ы ватель и зло м а («ко лен а») в сп ектр е ко см и ч ески х луч ей . 44 Г л ав а 5. О Т К У Д А В Ы , С Т Р А Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й ? ..................................................... 45 5.1. П о и ск звезд н а н еб е ........................................................................................................................................ 45 5 .2 . С верх н овы е стар ы е звезд ы ............................................................................................................................ 46 Р и с.5 .1 . И стори ч еская свер хн о вая, ко тор ую н аб лю д ал д атски й астро н о м Т и хо Б р аге (1 546 1 601 гг.) в 1 572 г................................................................................................................................ 47 Т аб ли ц а 5 .1 . С верх н о вы е в н аш ей Г алакти ке за п о след н и е 1 000 лет........................................... 47 Г л ав а 6. П У Ш К И В С Е Л Е Н Н О Й ........................................................................................... 49 6.1. К о см и ч ески й уско р и тель — П эватрон ......................................................................................................... 49 Р и с. 6.1. О статки взры ва свер х н о во й звезд ы SN 1987. .................................................................. 49 Р и с. 6.2. Э ксп ер и м ен тальн ы е эн ер гети ч ески е сп ектр ы всех ч асти ц ............................................ 50 Р и с. 6.3. С талки ваю щ и еся галакти ки NGC 4038/9. ........................................................................ 51 6.2. П р евр ащ ен и я звезд н о го вещ ества и ли о во зр асте косм и ч ески х стр ан н и ко в ............................................ 52 6.3. О ч ем го во рят р езультаты эксп ер и м ен то в ................................................................................................... 53 Р и с. 6.4. Э н ергети ч еская зави си м о сть «ср ед н ей м ассы » ч асти ц ко см и ч ески х луч ей — х ар актер и сти ки м ассово го со става ч асти ц ...................................................................................... 54 Р и с. 6.5. Э ксп ер и м ен тальн ы е сп ектр ы п рото н ов (Н ) и ж елеза (F e) д о «ко лен а» н е вн о сят о п р ед елен н о сти в ф о рм у сп ектр а в р ай о н е «ко лен а» и з-за н ед о стато чн о й стати сти ки .............. 55 Р и с. 6.6. О д и н и з п ро екто в б о льш о й устан о вки д ля и зучен и я ко см и ч ески х луч ей в р ай о н е «ко лен а» н а б о рту М еж д ун ар од н о й ко см и ч еско й стан ц и и . Е ѐ вес — н еско лько то н н . ............. 56 Т аб ли ц а 6 .1 . К о ли ч ество ли вн ей с Е > 5 •1 0 19 эВ п о и зм ер ен и ям н а р азн ы х н азем н ы х устан овках Ш А Л . .................................................................................................................................................. 56 Р и с. 6.7. Э ксп ер и м ен тальн ы е д ан н ы е п о эн ер гети ч ески м сп ектр ам косм и ч ески х луч ей п р и ультр авы со ки х эн ер ги ях н е м о гут п о ка сви д етельствовать н и в п о льзу сущ ество ван и я «о б р езан и я» сп ектр а ко см и ч ески х луч ей , н и о его п ро д о лж ен и и в стор о н у б о льш и х эн ер ги й . 57 6.4. Э лектро н ы в ко см и ч ески х луч ах ................................................................................................................... 57 Р и с. 6.8. Э н ергети ч ески е сп ектр ы электрон о в в р азн ы х эксп ер и м ен тах ...................................... 57 Т аб ли ц а 6 .2 . Звезд ы — кан д и д аты в и сто чн и ки электрон о в ко см и ч ески х луч ей вы со ки х эн ер ги й ............................................................................................................................................... 58 Г л ав а 7. М И С Т Е Р И Я О Б Р Е З А Н И Я ...................................................................................... 59 7.1. Д и агр ам м а Х и лласа и ли в п о и сках З эватро н а ............................................................................................. 59 Р и с. 7.1. Д и агр ам м а Х и лласа, д ем о н стр и рую щ ая во зм ож н о сти р азли ч н ы х астро ф и зи ч ески х о б ъ екто в как уско р и телей части ц . ................................................................................................... 59 Р и с. 7.2. А кти вн ы е яд р а галакти к (AGN): слева н аб лю д аем ы е, а сп р ава — в м о д ельн о м п р ед ставлен и и .................................................................................................................................... 61 7.2. Р ели ктово е и злуч ен и е и «ко н ец » сп ектр а ко м и ч ески х луч ей .................................................................... 62 Р и с. 7.3. С п ектр ы эн ер ги и ф о н о во го р ен тген о вско го - и гам м а-и злучен и я (тем н ы е зн ач ки ), а такж е яд ер н ой ко м п о н ен ты ко см и ч ески х луч ей (светлы е зн ач ки )............................................... 62 7.3. С верх у — вн и з, и ли вп ер ед к экзо ти ке ......................................................................................................... 64 Т аб ли ц а 7 .1 . Ч асти ц ы и и х п ар тн ер ы ............................................................................................... 64 Р и с. 7.4. О д и н и з во зм о ж н ы х м ех ан и зм ов о б р азован и я ко см и ч ески х луч ей ультр авы со ки х эн ер ги й п р и взаи м о д ей стви и З эв'н ы х н ей тр и н о с рели кто вы м и н ей три н о в о кр естн о стях кластер а галакти к Virgo (м о д ель Z-всп ы ш ки ). ............................................................................... 67 7.4. Н о вая астр о н о м и я? ......................................................................................................................................... 67 Р и с. 7.5. Н а кар те галакти ч еско го н еб а п оказан ы н ап р авлен и я п р и ход а ч асти ц ко см и ч ески х луч ей с эн ер ги ей м еж д у 4 •10 19эв и 10 20эВ (точ ки ) и б о лее 10 20эВ (квад р аты ) п о д ан н ы м яп о н ско й устан о вки AGASA. ............................................................................................................. 68 Р и с. 7.6. В о зм о ж н о сти н ей тр и н н о й астр он о м и и д ля и зуч ен и я астро ф и зи ч ески х о б ъ екто в н а р ассто ян и ях ~ 1 00 М п к зн ачи тельн о вы ш е, ч ем с п р о то н н о й ........................................................ 69 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 5 Г л ав а 8. К О С М И Ч Е С К О Е О К О ............................................................................................ 70 8.1. У льтр аф и о летовы й след ко см и ч еской ч асти ц ы .......................................................................................... 70 Р и с. 8.1. А .Ч уд ако в............................................................................................................................ 70 Р и с. 8.2. Д ж .Л и н сли , автор п р о екта «Airwatch» .............................................................................. 72 8.2. З ер кало н а ор б и те ........................................................................................................................................... 73 Р и с. 8.3. П р и н ц и п ко см и ч еско го м ето д а и зм ер ен и я эн ерги и зар яж ен н ы х ч асти ц ультр авы со ко й эн ер ги и (эксп ер и м ен т «Т У С »). ........................................................................................................ 73 Р и с. 8.4. К о см и ч ески й п р о ект EUSO Е вроп ей ско го ко см и ч еско го аген тства п о зво ли т р еги стр и ро вать ко см и ч ески е луч и З эВ -н ы х эн ер ги й п о и х ультраф и олето вы м тр екам с п о м о щ ью о п ти ч еско го ко ллектор а света с ш и ро ко й ап ер туро й , р азм ещ ен н о го н а б о рту М еж д ун ар о д н о й ко см и ч еско й стан ц и и . .......................................................................................... 73 Р и с. 8.5. Д и агр ам м а, д ем о н стр и р ую щ ая во зм о ж н о сти н азем н ы х и ко см и ч ески х устан о вок д ля р еги стр ац и и части ц ультр авы со ки х эн ер ги й . ................................................................................. 75 Р и с. 8.6. К о см и ч ески й п р о ект OWL («С ова») п о зво ли т п о луч и ть стерео и зоб р аж ен и е ультр аф и о лето во го тр ека в атм о сф ер е и зн ач и тельн о увели ч и ть све тоси лу м ето д а.................. 75 Г л ав а 9. Г А М М А -И ЗО Б Р А Ж Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й ........................................................... 77 9.1. Г ам м а-свеч ен и е М леч н о го П ути ................................................................................................................... 77 Р и с. 9.1. К ар та всего н еб а в гам м а-луч ах — р езультат и зм ер ен и й н а ко см и ч еско й о б сер вато р и и CGRO. ................................................................................................................................................. 78 Р и с. 9.2. О сн овн ы е ф и зи ч ески е м ех ан и зм ы ген ер ац и и ко см и ч еско го гам м а-и злуч ен и я. .......... 78 9.2. З агад оч н ы е всп лески гам м а-и злуч ен и я ........................................................................................................ 82 Р и с. 9.3. Р асп р ед елен и е д и скр етн ы х и сточ н и ко в гам м акван то в - гам м а-всп леско в н а кар те звезд н о го н еб а п о д ан н ы м эксп ер и м ен та BATSE н а сп утн и ке CGRO........................................... 83 Р и с. 9.4. М о д ели р о ж д ен и я гам м а-всп леско в в р езультате ко ллап са звезд ы В о льф а-Р ай е........ 84 Г л ав а 10. Ч А С Т И Ц Ы И З З А ЗЕ Р К А Л Ь Я .............................................................................. 87 10.1. Д р уго е со сто ян и е вещ ества ......................................................................................................................... 87 10.2. П о го н я за ан ти вещ ество м ............................................................................................................................ 88 Р и с. 10 .1. Э н ер гети ч ески е сп ектр ы ан ти п р ото н о в п о д ан н ы м р азн ы х эксп ер и м ен тов (верх н яя п ан ель)................................................................................................................................................ 88 Р и с. 10 .2. Э м и сси я гам м а-и злуч ен и я в р ай о н е м асси вн ой ч ер н о й д ы ры в ц ен тре Г алакти ки п о д ан н ы м ко см и ч еско й гам м а-о б сер ватор и и CGRO.......................................................................... 90 Р и с. 10 .3. В б уд ущ и й эксп ер и м ен т AMS-02 н а М еж д ун ар од н о й ко см и ч еско й стан ц и и вхо д и т р яд сло ж н ей ш и х п р и б ор ов и сверх п р о во д ящ и й кр и о ген н ы й м агн и т........................................... 91 Г л ав а 11. Ч А С Т И Ц Ы П О Л Т Е Р Г Е Й С Т А ............................................................................. 93 11.1. П р и клю ч ен и я «н еуло ви м ы х » ...................................................................................................................... 93 11.2. Н ей тр и н н о е м ор е р ели кто в .......................................................................................................................... 94 11.3. Н ей тр и н о сверх н о вы х .................................................................................................................................. 95 11.4. Н ей тр и н н ая астро н о м и я свер х н о вой SN 1987А ........................................................................................ 96 11.5. К ап кан ы д ля н еуло ви м ы х ............................................................................................................................ 96 Р и с. 11 .1. Э н ер гети ч ески е сп ектр ы р азли ч н ы х ко м п о н ен т н ей тр и н н ого и злуч ен и я — атм о сф ер н о го, галакти ч еского (о т взр ы вов свер х н о вы х звезд и и з Г алакти ч еско го д и ска) и астро ф и зи ч еско го (о т вн егалакти ч ески х и сто ч н и ков, н ап р и м ер : AGN и гам м а-всп леско в). .... 97 Р и с. 11 .2. Super Kamiokande — кр уп н ей ш ая н ей тр и н н ая устан о вка. О н а п р ед ставляет со б о й о гро м н ы й б ак, н ап о лн ен н ы й во д о й , о кр уж ен н ы й ты сяч ам и д етекторо в и о п ущ ен н ы й глуб о ко п о д зем лю ........................................................................................................................................... 98 Р и с. 11 .3. П р и н ц и п р аб о ты п о д во д н о го д етектор а н ей тр и н о . Ч ер ен ковски й свет в ви д е ко н уса, ген ер и р ован н ы й р еляти ви стски м и м ю о н ам и (п р ям ая ли н и я), р еги стр и р уется «б аш н ей » в н еско лько этаж ей и з д етекто ро в — гер м ети ч ески уп акован н ы х ф о то ум н о ж и телей .................. 99 Р и с. 11 .4. Э ксп ер и м ен т п о реги стр ац и и н ей тр и н о н а Б ай кале. З и м о й , со льд а н а глуб и н у о ко ло 1 ,5 км о п ускаю тся д ли н н ы е стр и н ги с д етектор ам и д ля р еги стр ац и и чер ен ковско го света.... 100 11.6. О н ей три н о п р ед ельн о вы со ки х эн ер ги й .................................................................................................. 101 Р и с. 11 .5. А кусти ч ески й м ето д р еги стр ац и и вы со ко эн ерги ч н ы х (1 0 П эв) н ей тр и н о . .............. 101 Р и с. 11 .6. Р еги стр ац и я н ей тр и н о п о ч ер ен ко вско м у и злуч ен и ю , во зн и каю щ ем у в результате взаи м о д ей стви я ко см и ч еско й ч асти ц ы (н ап р и м ер , н ей тр и н о ) с лун н ы м гр ун то м — р его ли том . ........................................................................................................................................................... 103 Г л ав а 12. Д В У Л И К И Й Я Н У С ............................................................................................... 104 12.7. Н аш а звезд а н а звезд н о й ш кале ................................................................................................................ 104 Т аб ли ц а 12 .1 . Ф и зи ч ески е п ар ам етр ы С о лн ц а.............................................................................. 104 Р и с. 12 .1 Н а д и агр ам м е Г ерц ш п р ун га-Р есселя п о казан а зави си м о сть м еж д у свети м о стью звезд (п о о тн о ш ен и ю к свети м о сти С о лн ц а) и п о вер х н о стн о й тем п ер атурой . С о лн ц е — ж елты й кар ли к — н ахо д и тся п р и б ли зи тельн о в сер ед и н е главн о й п о след о вательн о сти ....................... 104 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 6 Р и с. 12 .2 С тр уктур а о сн о вн ы х о б ластей С о лн ц а.......................................................................... 106 12.2. С п р и н клер С о лн еч н о й си стем ы ................................................................................................................ 108 Р и с. 12 .3 П о сто ян н о вы текаю щ и й со лн ечн ы й ветер «вы тяги вает» м агн и тн о е п о ле С о лн ц а в м еж п лан етн о е п р остр ан ство, созд авая м еж п лан етн о е м агн и тн о е п о ле. .................................... 109 12.3. А кти вн ая ж и зн ь н аш ей звезд ы .................................................................................................................. 109 Р и с.12 .4 . П ери о д и ч н о сть акти вн о сти С о лн ц а п о и зм ер ен и ям ч и сла солн еч н ы х п ятен (зако н о м ер н ость Ш ваб е-В ольф а)................................................................................................... 110 Р и с. 12 .5 Р асп р ед елен и е ч и сла со лн еч н ы х п ятен п о д и ску С о лн ц а, н ап о м и н аю щ ее кр ы лья п о рх аю щ ей б аб о ч ки (З ако н Ш п ер ер а)........................................................................................... 111 12.4. С о лн еч н ы е б ур и .......................................................................................................................................... 111 Р и с. 12 .6. Д ве акти вн ы е о б ласти н а С о лн ц е связан ы д р уг с д р угом п етлеви д н ы м и стр уктур ам и , б ли зки м и к д и п о льн о м у м агн и тн о м у п о лю ................................................................................... 111 Р и с. 12 .7 С р ед н яя р асп ро стр ан ен н о сть элем ен тов (атом н ы х яд ер) в галакти ч ески х и со лн еч н ы х ко см и ч ески х луч ах . ......................................................................................................................... 113 Р и с. 12 .8. К оро н альн ая и н ж екц и я со лн ечн о го вещ ества п р ед ставляет со б о й м агн и тн о п лазм ен н о е об лако , р асп р остр ан яю щ ееся в м еж п лан етн о м п ро стр ан стве................................ 114 12.5. П лазм ен н ая б уты ль солн еч н о й си стем ы .................................................................................................. 115 Р и с. 12 .9 С тр уктур а гели о сф ер ы .................................................................................................... 115 Г л ав а 13. П О С Л Е Д Н Е Е П Р И С Т А Н И Щ Е С Т Р А Н Н И К О В ............................................ 118 13.1. С о лн еч н ая м етла ......................................................................................................................................... 118 Р и с. 13 .1. М од уляц и я ко см и ч ески х луч ей (н и ж н яя п ан ель) п о н аб лю д ен и ям н а стан ц и ях , р асп о ло ж ен н ы х в экватор и альн о й и в п оляр н о й (гд е п о ро говая ж естко сть ч асти ц м ен ьш е) о б ластях ............................................................................................................................................ 119 Р и с. 13 .2. С труктур а м агн и тн о го п о ля С о лн ц а п о д ан н ы м ко см и ч еского ап п ар ата «U lysses», о б летевш его С о лн ц е ч ер ез Ю ж н ы й и С евер н ы й п о лю са. ........................................................... 119 Р и с. 13 .3. П р и м ер н ая ф орм а эн ер гети ч ески х сп ектр ов со лн еч н ы х и галакти ч ески х ко см и ч ески х луч ей (д ля всех ч асти ц ) и ан о м альн о й ком п о н ен ты (д ля ки с лор од а).................. 121 13.2. А н ом альн ы е ч асти ц ы в гели о сф ер е .......................................................................................................... 121 Р и с. 13 .4. М ехан и зм об р азо ван и я ан о м альн ы х ко см и ч ески х луч ей п о Л . Ф и ску. .................... 123 13.3. М агн и тн ая «б ро н я» З ем ли ......................................................................................................................... 124 Р и с. 13 .5. П рон и кн о вен и е ко см и ч ески х луч ей в д и п о льн о е м агн и тн ое п о ле З ем ли ................. 124 Р и с. 13 .6. М агн и то сф ер а З ем ли — п о ло сть в ко см и ч еско м п ро стр ан стве, ф ор м и р уем ая во зд ей стви ем со лн еч н о го ветр а н а м агн и тн о е п о ле З ем ли .......................................................... 126 13.4. З ем н ая ло вуш ка д ля косм и ч ески х стр ан н и ко в ........................................................................................ 126 Р и с. 13 .7. Р еальн ы е тр аектор и и п ро то н о в в м агн и тн ом п о ле З ем ли . ......................................... 128 Р и с. 13 .8. П ростр ан ствен н ая стр уктур а кольц ево го то ка - п лазм ен н о го тор а, сф ор м и р о ван н о го во вр ем я м агн и тн о й б ур и . Т ако й п лазм ен н ы й то р со зд ает п о н и ж ен и е н ап р яж ен н о сти м агн и тн о го п о ля З ем ли (н и ж н яя п ан ель)...................................................................................... 129 Р и с. 13 .9. И зм ен ен и е гр ан и ц п р о н и кн овен и я со лн еч н ы х ч асти ц : в усло ви ях м агн и тн о й б ур и (возм ущ ен н ая м агн и то сф ера) гр ан и ц ы см ещ аю тся к экватор у................................................... 130 Г л ав а 14. С Л Е Д Ы С Т Р А Н Н И К О В ...................................................................................... 131 14.1. А тм о сф ер н ы й след стран н и ко в — кли м ат сего д н я ................................................................................. 131 Т аб ли ц а 14 .1 . О сн о вн ы е ви д ы со лн еч н о й р ад и ац и и и косм и ч ески х луч ей ............................... 132 Р и с. 14 .1. И зм ен ен и е п о то ко в р еляти ви стски х электро н о в, вы сы п аю щ и х ся и з р ад и ац и о н н ы х п о ясо в, и со лн еч н ы х ко см и ч ески х луч ей с и зм ен ен и ем со лн еч н о й акти вн о сти . ...................... 133 Р и с. 14 .2. Д о лго вр ем ен н ы е и зм ен ен и я солн еч н о й , геом агн и тн о й акти вн о сти и глоб альн о й тем п ер атур ы н а З ем ле..................................................................................................................... 133 Р и с. 14 .3. П о тер и эн ер ги и в атм о сф ер е р азли ч н ы х ком п о н ен т ко см и ческо го и злуч ен и я: Г К Л , р еляти ви стски х электро н о в и ультр аф и о лета............................................................................... 134 14.2. Г ром и м о лн и и стр ан н и ко в ........................................................................................................................ 134 Р и с. 14 .4. И зм ен ен и я п о токо в ко см и ч ески х луч ей и кон ц ен тр ац и и и о н о в в атм о сф ер е в зави си м о сти от вы со ты д о казы ваю т, ч то и о н и зац и я н а м алы х вы со тах со зд ается ч асти ц ам и Г К Л . .................................................................................................................................................. 136 Р и с. 14 .5. И зм ен ен и я п о тока ко см и ч ески х луч ей и о б лачн о го п о кро ва З ем ли .......................... 136 Р и с. 14 .6. И зм ен ен и е и о н и зац и и во зд ух а и ч астоты м о лн и й ....................................................... 138 14.3. К ли м ат д о н аш ей эр ы и сп и р альн ы е р укава Г алакти ки .......................................................................... 138 Р и с. 14 .7. С х ем а, и ллю стр и р ую щ ая взаи м о связь и зм ен ен и я п о то ка ко см и ч ески х луч ей , связан н о го с п о п ад ан и ем Зем ли в сп и р альн ы е р укава Г алакти ки , с и зм ен ен и ем глоб альн о й тем п ер атур ы н аш ей п лан еты .......................................................................................................... 138 14.4. С о лн еч н ая б о м б ар д и ро вка атм о сф ер ы ..................................................................................................... 140 Р и с. 14 .8. И зм ен ен и е ко н ц ен тр ац и и о зо н а п о сле всп ы ш ки 1 4 и ю ля 2 000 г. — н аи б о лее П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 7 о б ш и р н ы е и зн ач и тельн ы е и зм ен ен и я кон ц ен тр ац и и (ф о рм и ро ван и е о зо н н о й д ы ры ) п р о и зо ш ли ч ер ез н еско лько ч асов п о сле втор ж ен и я со лн еч н ы х ч асти ц .................................... 141 14.5. С алю т ко см и ч ески м луч ам ........................................................................................................................ 143 Р и с. 14 .9. М ехан и зм ф орм и ро ван и я тр ан зи ен тн ы х атм о сф ер н ы х явлен и й п р и м о лн и евом р азр яд е.............................................................................................................................................. 143 Р и с. 14 .10 . П ро стр ан ствен н о е р асп р ед елен и е всп леско в ультр аф и о лето во го свеч ен и я п о н аб лю д ен и ям н а сп утн и ке «У н и вер си тетски й -Т атьян а» и о б лач н ы й п о кро в в ф евр але 20 05 г. ........................................................................................................................................................... 144 Г л ав а 15. Р А Д И О А К Т И В Н Ы Й К О С М О С ......................................................................... 145 15.1. К о см и ч ески й «Т О К А М А К » . ..................................................................................................................... 145 Р и с. 15 .1. С кор о сть сч ета газор азряд н о го д етектор а, устан о влен н о го н а 2 -м со ветско м сп утн и ке (сп рава вверх у)................................................................................................................ 146 Р и с. 15 .2. С отр уд н и ки Д ж .В ан -А ллен а, уви д евш и е п ер вы е д ан н ы е п ри б о р а, устан ов лен н о го н а сп утн и ке «Э ксп ло р ер -1 » и «зах леб ы вавш его ся» от о гром н ы х п о то ков р ад и ац и и .................... 147 Р и с. 15 .3. С труктур а вн утр ен н его и вн еш н его электр о н н о го р ад и ац и о н н о го п о яса З ем ли . .... 147 Р и с. 15 .4. О сн о вн ы е ви д ы д ви ж ен и й зар яж ен н ы х ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в: лар м ор ов ско е (вращ ательн ое) — во кр уг м агн и тн о й си ло во й ли н и и ; ко леб ательн о е — вд о ль п о ля с о тр аж ен и ем н а м алы х вы сотах и ази м утальн ы й д р ей ф ч асти ц во кр уг З ем ли (п ро тон ы и электро н ы д рей ф ую т в п р оти во п о ло ж н ы е сторо н ы ). .................................................................. 149 15.2. Р о д и тели п лен н и ко в м агн и тн о й ловуш ки ................................................................................................ 149 Р и с. 15 .5 М ехан и зм ы об р азо ван и я п р отон ам и Г К Л электро н о в с эн ер ги ям и д о со тен кэВ и п р о то н ов в сотн и М эВ в р ад и ац и о н н ы х п о ясах (1) и вы со коэн ер ги ч н ы х электро н ов в со тн и М эВ п о д р ад и ац и о н н ы м и п о ясам и (2 )........................................................................................... 149 Р и с. 15 .6. И о н о сф ер н ая п лазм а — и сто ч н и к р ад и ац и о н н ы х п о ясо в. ......................................... 151 Р и с. 15 .7. М ехан и зм ф орм и ро ван и я зах вачен н ы х ч асти ц ан о м альн ы х ко см и ч ески х луч ей п р ед ставляет со б о й п ро н и кн о вен и я о д н окр атн о зар яж ен н ы х и о н о в А К Л вн утр ь м агн и тн о го п о ля, и х п ер езар яд ку н а атом ах атм о сф еры - и п о след ую щ и й зах ват в м агн и тн о е п о ле.......... 153 15.3. Н ей тро н н ы й о р ео л З ем ли .......................................................................................................................... 153 Р и с. 15 .8. Н ей тро н н ы е п о токи в б ли ж н ем ко см о се со стоят и з тр ех ко м п о н ен т: н ей тро н о в от со лн еч н ы х всп ы ш ек, а такж е ло кальн ы х и альб ед н ы х н ей тр о н о в, рож д аю щ и х ся в р езультате взаи м о д ей стви й Г К Л соо тветствен н о с м атер и алом ко см и ч еско го кор аб ля и атом ам и азо та и ки сло ро д а атм о сф ер ы ...................................................................................................................... 154 Г л ав а 16. Р А Д И А Ц И О Н Н Ы Е Б У Р И В К О С М О С Е ......................................................... 156 16.1. Р ад и ац и я н а б ли ж н и х п о д ступ ах к Зем ле ................................................................................................. 156 Р и с. 16 .1. П ростр ан ствен н ы е р асп р ед елен и я р ад и ац и и в р ай о н е Ю ж н о -А тлан ти ч еско й м агн и тн о й ан о м али и . Д озы р ад и ац и и увели ч и ваю тся в м и н и м ум е ц и кла со лн еч н ой акти вн о сти ........................................................................................................................................ 156 Т аб ли ц а 16 .1 . Т аб ли ц а р ад и ац и о н н ы х р и ско в .............................................................................. 158 16.2. Р ад и ац и о н н ы е б ур и н а о кр аи н е о коло зем н о го п ро стр ан ства ................................................................ 158 Р и с. 16 .2. И зм ен ен и я п о токо в электр о н о в с эн ер ги ей > 40 0 кэВ в р ад и ац и о н н ы х п оясах в теч ен и е 1 го д а. ................................................................................................................................. 158 Р и с. 16 .3. Р ад и ац и о н н ы й эф ф ект во зд ей стви я р еляти ви стски х электр о н о в — вн утр ен н и й электр и ч ески й п р об о й в п ласти ке.................................................................................................. 160 Р и с. 16 .4. И зм ен ен и я п о токо в р еляти ви стски х электро н о в (> 5 М эВ ) в р ад и ац и о н н ы х п оясах , ч асто та н аб лю д аем ы х ан ом али й в р аб о те сп утн и ка и и зм ен ен и я солн еч н о й акти вн о сти . А н ом али и в раб о те ко см и ч еско го ап п ар ата увели ч и ваю тся с ро стом п о то ков р еляти ви стски х электро н ов........................................................................................................................................ 161 16.3. В сп ы ш ки в глазах и в электро н н ы х ч и п ах ............................................................................................... 162 Р и с. 16 .5. Н и л А р м стро н г — п ер вы й ч ело век н а Л ун е. ............................................................... 162 Р и с. 16 .6. М ехан и зм ф орм и ро ван и я о д и н оч н о го сб оя в м и кро сх ем е: тяж елая зар яж ен н ая ч асти ц а ко см и ч ески х луч ей , п ро н и кая вн утр ь ч увстви тельн о й об ласти , созд ает локальн ы е н ар уш ен и я электро п ро во д н о сти , ч то п р и во д и т к сб о ю в р аб о те. ............................................... 163 Р и с. 16 .7. Д о казательство связи м еж д у и зм ен ен и ем п ото ка Г К Л и о д и н о ч н ы м и сб о ям и в ко м п ью тер н ы х си стем ах сп утн и ка: м о д уляц и я Г К Л в теч ен и е ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти п р и во д и т к ан ало ги ч н ы м и зм ен ен и ям ч асто ты сб о ев.................................................................. 163 Р и с. 16 .8. Т ак вы гляд и т п ростр ан ствен н ое р асп р ед елен и е о д и н оч н ы х сб о ев в м и кро сх ем ах п о и зм ер ен и ям н а вы соте ~ 500 км . ..................................................................................................... 165 Р и с. 16 .9 Э н ер ги ч н ы е со лн еч н ы е ч асти ц ы то ж е возд ей ствую т н а ф ун кц и о н и р о ван и е сп утн и ко в н а о рб и те........................................................................................................................ 166 Р и с. 16 .10 . В заи м о д ей стви е тяж елы х ч асти ц Г К Л с м о лекуло й Д Н К в п р ед елах ее ли н ей н ы х р азм еро в (~ 20 ан гстр ем ) м ож ет п р и во д и ть к н ар уш ен и ям в ее стр уктур е д вум я п утям и : ли б о П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 8 ч ер ез о б р азо ван и е сво б о д н ы х р ад и калов, ли б о н ап р ям ую — п утем п о вр еж д ен и я сам о й м о лекулы .......................................................................................................................................... 167 Р и с. 16 .11 . А льф а-ч асти ц ы и д р уги е тяж елы е ч асти ц ы во зд ей ствую т н а клетки б о лее эф ф екти вн о, чем легки е электро н ы . Т яж елы е ч асти ц ы тер яю т в вещ естве гор азд о б ол ьш е эн ер ги и н а ед и н и ц у п ути , н еж ели б о лее легки е. .......................................................................... 168 1 6.4. «Ч ело веч ество н е о стан ется веч н о н а З ем ле...» ....................................................................................... 169 Т аб ли ц а 16 .2 . Т о лщ и н ы защ и т ко см и ч ески х ап п ар ато в и скаф ан д р а ко см о н авта. ................... 170 Р и с. 16 .12 . Е сли б ы н а С о лн ц е п р о и зо ш ла такая ж е гр ан д и о зн ая всп ы ш ка, как это б ы ло в августе 19 72 г., то ко см о н авты , н ахо д ящ и еся в это вр ем я в о ткр ы то м ко см о се и ли н а п о верх н о сти Л ун ы , м о гли б ы п о луч и ть летальн ы е д о зы р ад и ац и и ............................................ 170 Р и с. 16 .13 . К осм и ч ески й кор аб ль с м агн и тн о й защ и то й д ля п о лета н а М ар с............................ 171 16.5. Т р ан скон ти н ен тальн ы е ави ар ей сы вб ли зи п о лю са ................................................................................. 172 Р и с. 16 .14 . С увели ч ен и ем вы со ты д озы р ад и ац и и р астут: н а вы со те о рб и тальн о й стан ц и и М К С о н и в 2 00 р аз п р евы ш аю т ти п и ч н ы е д о зы н а п овер х н о сти З ем ли . ................................... 172 П О С Л Е С Л О В И Е ..................................................................................................................... 173 Д оп ол н и тел ь н ая л и тер атур а ................................................................................................. 174 С Л О В А Р Ь .................................................................................................................................. 175 С О Д Е Р Ж А Н И Е ........................................................................................................................ 181 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 9 П РЕ Д И С Л О ВИ Е Н ет б о лее у м и р о тво р яю щ ей кар ти н ы , ч ем н о ч н о е звезд н о е н еб о . Т ы сяч и звезд со зд аю т вп еч атл ен и е аб со лю тн о го п о ко я. Н агр о м о ж д ен и я, н азван н ы е ч ело веко м со звезд и ям и , п р е вр ащ аю т м естам и х ао с в п о р яд о к и заставляю т д у м ать о ед и н о м н ач ал е это го тво р ен и я п р и р о д ы . С лаб ы е м ер ц ан и я звезд ли ш ь д о п о лн яю т кар ти н у сп о ко й стви я. А б ли ж ай ш ая к н ам звезд а — С о лн ц е, с его закатам и и во сх о д ам и , м ягки м и р о вн ы м свето м , ласкаю щ и м глаз ч ело в ека, вселяет ещ е б о льш у ю у вер ен н о сть в стаб и л ьн о сти н аш его м и р а. Н авер н о е н е слу ч ай н о ч ело век, о б лад ая о р ган ам и ч у вств, ко то р ы е д ан ы ем у о т п р и р о д ы , о гр аж д ен о т то го , ч то н ахо д и тся за п р ед ел ам и ви д и м о й кар ти н ы ко см о са. Р еал ьн ая ж е кар ти н а, как у ч ен ы е ее сей ч ас п р ед ставляю т, м ало п о х о ж а н а ту , ч то н ар и со ван а вы ш е. В сел ен н ая б у р ли т... В зр ы ваю тся звезд ы , сталки ваю тся гал акти ки , ч ер н ы е д ы р ы п о гло щ аю т вещ ество , м н о ги е звезд ы вр ащ аю тся с су м асш ед ш ей ско р о стью и ф о н тан и р у ю т гр о м ад н ы е п о то ки эн ер ги и в о кр естн о е п р о стр ан ство . Э то , вер о ятн о , ещ е н е п о лн ая кар ти н а н аш ей н есп о ко й н о й В сел ен н о й . И д аж е н и ч ем н е вы д ел яю щ ееся ср ед и п р о ч и х звезд н аш е С о л н ц е — ср ед н яя п о р азм ер у звезд а — и звер гает в б ли ж ай ш и й к н ам ко см о с, С о лн еч н у ю си стем у , о гр о м н ы е м ассы вещ ества, вы зы вая ги ган тски е п о м асш таб ам взр ы вы , экви вален тн ы е п о м о щ н о сти м и лли о н ам ато м н ы х б о м б . 5 А вед ь и м ен н о тако й п р ед ставлял себ е В селен н у ю М и х ай ло Л о м о н о со в: К о гд а б ы см ер тн ы м сто л ь вы со ко В о зм о ж н о б ы ло во зл ететь, Ч то б к С о лн ц у б р ен н о н аш е о ко М о гло п р и б ли зи вш и сь во зр еть; Т о гд а б со всех о ткр ы лся стр ан К и п ящ и й веч н о О кеан . Т ам о гн ен н ы валы стр ем ятся И н е н ах о д ят б ер его в; Т ам ви х р и п лам ен н ы кр у тятся Б о р ю щ и сь м н о ж ество веко в; Т ам кам н и как во д а ки п ят, Г о р ящ и там д о ж д и ш у м ят. Г лаз ч ело века н а З ем л е это го н е ви д и т. Н о ч ело век м о ж ет все это и зу ч ать с п о м о щ ью р азли ч н ы х п р и б о р о в, со зд ан н ы х и м сам и м . Д л я и ссл ед о ван и я В сел ен н о й и х р азм ещ аю т н а зем ле и п о д зем л ей , п о д во д о й и н ад о б лакам и , зап у скаю т и х в ко см о с. А как эти б у р н ы е п роц ессы во В сел ен н о й сказы ваю тся н а о кру ж аю щ ем н ас ко см и ч еско м п р о стр ан стве, ко то р о е ч ело век о сваи вает; н а атм о сф ер е, ко то р о й о н д ы ш и т; н а то й тех н и ке, ко то ру ю о н со зд ает и , н ако н ец , н а н ем сам о м ? О д н и м и з «п р о д у кто в» б у рь во В селен н о й являю тся ко см и ч ески е лу ч и , ко торы е б ы ли о ткр ы ты п о ч ти 1 0 0 лет н азад . З а это вр ем я ф и зи ки р азгад ал и м н о ги е загад ки , касаю щ и еся п р и р о д ы это го ф ен о м ен а В сел ен н о й . С ей ч ас ясн о , ч то и х п р о и сх о ж д ен и ю м ы о б язан ы п р о ц ессам в ко см о се, связан н ы м , в п ер ву ю о ч ер ед ь, с б о льш и м вы д елен и ем эн ер ги и . К о см и ч ески е лу ч и ро ж д аю тся и п р и о б р етаю т ги ган тски е эн ер ги и , п о р ой н ед о сту п н ы е и м ею щ и м ся н а З ем ле у ско р и телям , п р и взр ы вах во В селен н о й . И сто ч н и кам и ко см и ч ески х лу ч ей м огу т б ы ть звезд ы вд али о т н аш ей С о лн еч н о й си стем ы , как в Г алакти ке, так и за ее п р ед ел ам и . Н о , п о м и м о д альн и х астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в, н аш е С о лн ц е, б ли ж ай ш ая к н ам звезд а, явл яется м о щ н ей ш и м и сто ч н и ко м косм и ч ески х л у ч ей . 6 К о см и ч ески е лу ч и зап о лн яю т всю н аш у Г алакти ку и , ко н еч н о, о ко ло со лн еч н о е п р о стр ан ство . П у теш еству я в п р о стр ан стве, ч асть и з н и х д о сти гает З ем ли . Э ти ч асти ц ы , о б лад ая зн ач и тельн о й эн ер ги ей , м о гу т п р ед ставл ять о п р ед елен н у ю оп асн о сть д л я сп у тн и ко в,' эки п аж ей ко см и ч ески х ко р аб лей , п ассаж и р о в вы со тн ы х сам о лето в, д л я б о р то во й электр о н и ки . Н о это т п ер еч ен ь д алеко н е п о ло н . У ж е есть д о казател ьства, ч то ко см и ч ески е лу ч и , п р о н и кая в гл у б ь зем н о й атм о сф ер ы , о казы ваю т сам о е н еп о ср ед ствен н о е вли ян и е н а п о го д у . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 10 К ак р аз о б это м н ап и сан а кн и га. О н а п р и зван а д ать ч и тателю п р ед ставлен и е о взаи м о связи м н о ги х п р оц ессо в, п р о и сх о д ящ и х и п р о и сх о д и вш и х во В сел ен н о й , и н еко то р ы х п р и р о д н ы х , тех н о ген н ы х и б и о ло ги ч ески х явл ен и ях в ср ед е о б и тан и я ч ело века - н а З ем ле и о ко ло н ее. В о сн о ве кн и ги п о п у ляр н о е и зло ж ен и е л екц и й авто р а н а ф и зи ч еско м ф аку льтете М Г У как д л я сту д ен то в у ж е вы б р авш и х д ля себ я сп ец и ал ьн о сть в о б л асти астр о ф и зи ки ко см и ч ески х лу ч ей и ф и зи ки ко см о са, так и сту д ен то в м лад ш и х ку р со в. А вто р вы р аж ает сво ю глу б о ку ю б лаго д ар н о сть со тр у д н и кам Н И И Я Ф М Г У К . И . С тр ати л ато во й и А . С . К о втю х у , ч ья п о м о щ ь и со веты о казал и н ео ц ен и м у ю у слу гу п ри п о д го то вке ру ко п и си это й кн и ги . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 11 Гл ав а 1. П О С Л Е Б О Л Ь Ш О Г О В ЗР Ы В А В о д н о м м гн овен и и ви д еть веч н о сть... У ильям Б лей к О то м , как устр о ен а В селен н ая, м ы м о ж ем суд и ть б лаго д аря со зд ан н ы м ч ело веко м п р и б ор ам , п о зво ляю щ и м заглян уть н а н евоо б рази м о д алеки е р ассто ян и я, ко то ры е труд н о п р ед стави ть. Е сли во сп о льзо ваться п р и н ято й в астр о н о м и и ед и н и ц ей д ли н ы - световы м го д ом (1 cв. го д = 9,5 10 12 км и ли ~ 0 ,3 п ар сека), то рассто ян и я д о ви д и м ы х п р и б ор ам и и сточн и ко в м о ж н о о ц ен и ть в 5 м и лли ар д о в п ар сек, и ли 1 5 м и лли ар д ов свето вы х лет! Н аб лю д аем ая сего д н я В селен н ая - это о гр ом н ы е о б ъ ед и н ен и я звезд - галакти ки , м елки м и вкр ап лен и ям и зап о лн яю щ и е н а п ер вы й взгляд п усто е п р о стр ан ство . Н о , н а сам ом д еле, все п р о стр ан ство В селен н о й зап о лн ен о тем , что м ы н азы ваем вещ еством и и злуч ен и ем . В н ач але о вещ естве. В ещ ество со сто и т и з атом н ы х яд ер - н укли д о в. В яд р е н ах о д ятся п ро то н ы и н ей тр о н ы (N). И х н азы ваю т н укло н ам и . Ч и сло п р о то н ов о п р ед еляет зар яд яд р а (2), а о б щ ее ч и сло п р о то н о в и н ей тр о н о в - м ассо вое ч и сло , и ли м ассу яд р а (А ), т.е. Z+N=A. Ф акти ч ески эти д ва п ар ам етр а яд р а (Z и А ) о п р ед еляю т х ар актер и сти ки н укли д а и сам о го вещ ества. Т ак, во д ор од , н аи б о лее р асп р о стр ан ен н ы й и легки й эл ем ен т во В селен н о й , и м еет Z=\ (его о б о зн ач ен и е 1 Н ), а ср ед и н аи б о лее тяж елы х и р ед ки х - ур ан и м еет Z=92 (92U). О д н о й и з зад ач астро ф и зи ки как р аз и является вы ясн ен и е 8 п р о и сх о ж д ен и я и р асп ро стр ан ен н о сти о тд ельн ы х н укли д о в во В селен н о й , а и х п ри м ер н о 3 00 . И сто р и я В селен н о й н асч и ты вает б о лее чем 1 0 м и лли ар д о в лет. К ак о н а во зн и кла? 1.1. У бегаю щ и е гал ак ти к и К о см о с п рох од и т б еско н ечн ы е ц и клы Б ольш и х взр ы вов и р асш и р ен и й . В о зм о ж н о, Б о льш о й взры в — н е н ач ало вр ем ен и , а ли ш ь н ач ало п о след н его ц и кла и з б еско н еч н о й сер и и н агр еван и й , р асш и р ен и я, засто ев, о п устош ен и я и вн о вь р асш и р ен и я. П . С т ейнха р д И сто р и я ко см о ло ги и — это и стор и я н аш и х заб луж д ен и й ... М ы н ах о д и м ся н а м ален ько й п лан ете во В селен н о й , н е м о ж ем н и куд а вы й ти и п о стави ть эксп ери м ен т. В се, что м ы м о ж ем сд елать, это взять н ем н о го света, ко то р ы й д о сти г н ас и п о н ять, ч то и з себ я п р ед ставляет В селен н ая. М . Ч аун В ели ки м ф и зи кам п ро ш ло го И .Н ью тон у и А .Э й н ш тей н у В селен н ая п р ед ставлялась стати ч н о й . «О п асаясь» н ем и н уем о го ее гр ави тац и о н н о го схло п ы ван и я, И .Н ью то н п р ед п о ло ж и л, ч то галакти к б еско н еч н о м н о го . А . Э й н ш тей н в сво ей теор и и о тн о си тельн о сти и скусствен н о ввел «ко см о ло ги ч ески й ч лен », о б есп еч и ваю щ и й си лы о тталки ван и я н еб есн ы х тел с б о льш и м и м ассам и . Э то б ы ло в 1 917 г. Н о в том ж е п ерело м н о м 19 17 г. ам ер и кан ец В .С лай ф ер о п уб ли ко вал р аб о ту о р азб еган и и ко см и ч ески х тум ан н о стей и вслед за н и м со ветски й ф и зи к А . Ф р и д м ан в 1 924 г. вы ступ и л с теор и ей «р азб егаю щ и х ся» галакти к — р асш и ряю щ ей ся В селен н о й . Э то б ы ло р еволю ц и о н н ы м п ер ево ро то м в ф и зи ч еском п р ед ставлен и и о н аш ем м и р е. П рош ло ещ е н еско лько лет, и в 192 9 г. ам ер и кан ец Э .Х аб б л о б н ар уж и л р азб еган и е галакти к. Г и п о теза А . Ф р и д м ан а п олуч и ла эксп ер и м ен тальн о е п о д твер ж д ен и е п о н аб лю д ен и ям кр асн о го см ещ ен и я в сп ектр ах галакти к. О казало сь, ч то ско ро сть разб еган и я галакти к п р о п о р ц и о н альн а р асстоян и ю д о н и х . И з эксп ер и м ен тальн о го ф акта р азб еган и я галакти к б ы л о ц ен ен во зр аст В селен н о й . О н о казался р авн ы м , н и м н о го н и м ало , о ко ло 15 м и лли ар д о в лет! Т ак н ач алась эп ох а со вр ем ен н о й ко см оло ги и . Е стествен н о во зн и кает во п р о с: а что б ы ло в н ач але? В сего о ко ло 2 0 лет п о н ад о б и ло сь уч ен ы м , ч то б ы вн о вь п о лн о стью п ер евер н уть п р ед ставлен и я о В селен н о й . О твет п р ед лож и л н аш со о теч ествен н и к - вы д аю щ и й ся ф и зи к Г .Г ам о в в 40 -е го д ы . И стор и я н аш его м и р а н ач алась с Б ольш о го взр ы ва (р и с. 1 .1 ). И м ен н о так д ум ает б о льш и н ство астро ф и зи ко в и сего д н я. Б о льш о й взры в - это стрем и тельн о е ум ен ьш ен и е и зн ач альн о о гр ом н о й п лотн о сти , тем п ер атур ы и д авлен и я вещ ества, ско н ц ен тр и ро ван н о го в о ч ен ь м ало м о б ъ ем е В селен н о й . В н ач альн ы й м о м ен т В селен н ая и м ела ги ган тскую п ло тн о сть и тем п ер атур у. Н а п ер во й секун д е сво его сущ ествован и я м и р и м ел п ло тн о сть ~105г/см 3 и тем п ер атур у ~ 10 10К . С о вр ем ен н ая тем п ер атур а С о лн ц а в ты сяч у р аз м ен ьш е. В теч ен и е кор отко го п ром еж утка вр ем ен и п о сле Б ольш о го взр ы ва — всего 1 0 -36 сек - кр охо тн ая В селен н ая б ы ла зап о лн ен а ф ун д ам ен тальн ы м и ч асти ц ам и . Э ти ч асти ц ы , в о тли ч и е о т н укли д о в, п р о то н ов и н ей тр о н о в — н ед ели м ы . И з н и х и со сто ят, со б ствен н о, п р о то н ы и н ей тр о н ы — о сн о ва яд ер н о й м атер и и . Э то ф ун д ам ен тальн ы е ф ер м и о н ы , взаи м о д ей ствую щ и е д руг с д р уго м п о ср ед ство м ед и н о го , н а то т п ер и о д П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 12 р азви ти я В селен н о й , ф ун д ам ен тальн о го взаи м о д ей стви я. К ак п р ои сх о д и ло тако е взаи м од ей стви е? Ч ер ез ч асти ц ы . О н и н азы ваю тся б о зо н ам и . И х четы р е: ф о то н (гам м акван т), глю о н и д ва б о зо н а — W и Z. А сам и ф ун д ам ен тальн ы е ч асти ц ы , т.е. ф ерм и о н ы — это ш есть ви д о в квар ко в и ш есть ви д ов леп то н ов. И м ен н о эта гр уп п а ч асти ц и з 12 ф ерм и о н ов, взаи м о д ей ствую щ и х д р уг с д руго м п о ср ед ством 4 -х б о зо н ов, п о сути 10 Р и с. 1.1. Д и агр ам м а Б ол ь ш ого в зр ы в а Р и с. 1 .1 . Д и агр ам м а Б о льш о го взр ы ва — со твор ен и я м и р а с о сн о вн ы м и м ом ен там и и х ар актери сти кам и р асш и р яю щ ей ся В селен н о й . Д о 1 0 -6 сек го сп о д ство вала эп ох а В ели ко го о б ъ ед и н ен и я всех трех ф ун д ам ен тальн ы х взаи м од ей стви й , зако н ч и вш аяся сли ян и ем квар ков в ад ро н ы . Н а 10 секун д е н аступ и ла эр а д о м и н и р о ван и я и злуч ен и я н ад вещ ество м (р ад и ац и он н ая эр а). Л и ш ь ч ер ез 400 00 лет вещ ество н ач ало п р ео б лад ать н ад и злуч ен и ем , ч то п р и вело к о б р азован и ю ато м ов (ч ер ез 4 000 00 лет). Э ра вещ ества п р о д о лж ается д о н аш и х д н ей , сп устя 1 5 м и лли ар д о в лет п о сле Н ач ала. и есть зар о д ы ш В селен н о й . Н о это ещ е н еп о лн ая кар ти н а. С р ед и квар ков и леп то н о в б ы ли и х ан ти п о д ы — ан ти ч асти ц ы , о тли ч авш и еся о т о б ы чн ы х ч асти ц зн ако м н ек о тор ы х х ар актери сти к взаи м од ей стви я. В п р о стей ш ем случ ае - это электр и ч ески й зар яд (см . р и с. 1 .2 ). Н ап р и м ер , о д и н и з леп то н о в - электро н м о ж ет б ы ть как о тр и ц ательн о зар яж ен н ы м (е -), так и п о ло ж и тельн о (е +), в этом случ ае его н азы ваю т п о зи тро н ом . А н ти ч асти ц ы сущ ествую т п р акти ч ески у всех ч асти ц , за и склю ч ен и ем ф о то н а (γ). С верх вы со ки е н ач альн ы е тем п ер атур ы В селен н о й п р и во д и ли к сто лкн о вен и ям ч асти ц и и х взаи м н ом у п р евращ ен и ю . 11 Р и с. 1.2. Ч асти ц ы (п р отон и эл ек тр он ) и и х ан ти п оды - ан ти п р о то н и п о зи тр о н . Е сли электр он и п о зи тр о н о тли ч аю тся д р уг о т д р уга то лько электр и ч ески м зар яд ом , то п р ото н и ан ти п р ото н - р азн ой вн утр ен н ей стр уктуро й - квар кам и и ан ти квар кам и . С п и н (ф и зи ч еская вели ч и н а, о п и сы ваю щ ая вр ащ ательн о е д ви ж ен и е) у эти х ч асти ц и ан ти ч асти ц о д и н ако в. Т ак, и з п ар ы ф о то н о в м о гли о б р азо ваться электр о н и п о зи тр о н , а сто лкн о вен и е п о след н и х П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 13 (п р о ц есс взаи м о д ей стви я ч асти ц ы и ан ти ч асти ц ы н азы вается ан н и ги ляц и ей ) п р и вести к р о ж д ен и ю вн о вь п ар ы ф о то н о в: (2γ )->(е +, е -), + - (е , е )->(2γ). Б ы ло во зм о ж н ы м и п о явлен и е н о вы х ч асти ц - н ей тр и н о (ν) и ан ти н ей тр и н о ( ): (е +,е) ->(ν, ). А взаи м о д ей стви е н ей тр и н о со сво ей ан ти ч асти ц ей п р и во д и л о вн о вь к п о явл ен и ю эл ектр о н а и п о зи тр о н а. В заи м н ы е п р евр ащ ен и я ч асти ц в у сло ви ях свер х вы со ки х тем п ер ату р н ап о м и н али « ки п ящ и й су п », в ко то р о м ч и сло ч асти ц и ан ти ч асти ц б ы ло р авн ы м . Э то о зн ач ает, ч то н ар яд у с В селен н о й су щ ество вал а и А н ти вселен н ая. С ей ч ас, ч ер ез м н о ги е м и лл и ар д ы лет, д елаю тся п о п ы тки н ай ти ее и ли то , ч то от н ее о стало сь. 12 В ер н ем ся к р асш и р яю щ ей ся В селен н ой п ер вы х м гн о вен и й ее сущ ество ван и я. С овр ем ен н ая ф и зи ка п о лагает, ч то ч асти ц ы — ф ерм и о н ы и б о зо н ы , п ояви вш и еся ср азу п о сле Б о льш о го взр ы ва, н ед ели м ы . «П о лагает» — озн ач ает, ч то н ет п о ка н и каки х свед ен и й о б и х вн утр ен н ем стр оен и и . Ф ер м и он ы и б о зо н ы б ы ли б езм ассо вы м и гд е-то вп ло ть д о 1 0 -10 сек р азви ти я В селен н о й , и со ставляли так н азы ваем ы й «ки п ящ и й су п » кр о хо тн о й В селен н о й . О н и взаи м о д ей ство вали д р уг с д р угом п о ед и н о м у закон у В ели ко го об ъ ед и н ен и я. Н а 1 0 -36сек эп о х а В ели ко го о б ъ ед и н ен и я р ух н ула. Х ар актер взаи м о д ей стви я части ц н ач ал м ен яться. С ли ян и е ч асти ц и о б р азо ван и е б о лее тяж елы х б ы ло н евозм ож н ы м , п о ка В селен н ая и м ела вы со кую тем п ер атур у. О х лаж д ен и е В селен н о й п р о д о лж ало сь в теч ен и е 1 м и кр о секун д ы . З а это вр ем я ч асти ц ы , н ап о лн яю щ и е кр охо тн ую , разм ером н е б о лее 1 0 -14см , В селен н ую , п р и о б р етаю т м ассу, и х эн ер ги я увели ч и вается, и п о являю тся н о вы е ч асти ц ы — «н асто ящ и е» квар ки , с м ассо й , - ки р п и ч и ки то й м атер и и , и з ко тор о й и со сто и т совр ем ен н ая В селен н ая. С тало во зм о ж н ы м сли ян и е квар ков в б о лее м асси вн ы е ч асти ц ы — ад р он ы и ан ти ад ро н ы . Н о В селен н ая п р од о лж ала о сты вать, и это п р и вело к ум ен ьш ен и ю чи сла ад ро н о в п о сравн ен и ю с ч и слом леп то н о в. С ред и леп то н ов и м ею тся н ей тр и н о . В это т п ер и о д ж и зн и В селен н о й (н а это т м о м ен т ей и сп о лн и ло сь п р и м ер н о 10 сек ) н ей тр и н о , п р акти ч ески н е о б лад аю щ и е м ассо й , о казали сь н а сво б о д е: и х р асш и р ен и е п р о и схо д и ло н езави си м о о т всех о стальн ы х ч асти ц . Э то — р ели ктовы е н ей тр и н о . О ж и д ается, ч то о н и со хр ан и ли сь д о си х п о р (б о лее п од ро б н о о н и х б уд ет р ассказан о в главе 11 ). Т ем вр ем ен ем , ан н и ги ляц и я ч асти ц п ро д о лж алась, ч то вы звало увели ч ен и е ч и сла ф о то н о в. В селен н ая стала со сто ять п р акти ч ески и з о д н о го и злуч ен и я — ф о то н о в и н ей тр и н о . Э то б ы ла р ад и ац и он н ая эр а в ее р азви ти и . Д альн ей ш ее ум ен ьш ен и е тем п ер атур ы за сч ет р асш и рен и я В селен н о й и ум ен ьш ен и е эн ер ги и и злуч ен и я п р и вело к том у, ч то ч ер ез д есятки ты сяч лет п о сле Б о льш ого взр ы ва вещ ество н ач ало 13 п р ео б лад ать н ад и зу ч ен и ем , и п р акти ч ески п ер естало с н и м взаи м о д ей ство вать. А ч ер ез со тн и ты сяч л ет п о сле Б о л ьш о го взр ы ва В селен н ая как б у д то «заб ы л а» о сво ем и сх о д н о м со сто ян и и . Н о н ам о стали сь « сви д етели » то й эп о х и . Э то р ели кто вы е н ей тр и н о и р ели кто вы е ф о то н ы . Е сл и вто р ы е у ж е «п о й м ан ы » (о н и х п о й д ет р еч ь н и ж е), то зад ач а эксп ер и м ен тал ьн о го о б н ар у ж ен и я р ели кто вы х н ей тр и н о — ч р езвы ч ай н о сло ж н а, и ее н е у д ается п о ка р еш и ть. 1.2. С отв ор ен и е в ещ еств а К о гд а я б ы л м о ло ж е, я д у м ал, ч то н ау ка и ко см о ло ги я м о гу т о б ъ ясн и ть стр о ен и е В селен н о й . С ей ч ас я так н е д у м аю . Я ков Зельд о ви ч Р ад и ац и о н н ая эр а р азви ти я В селен н о й — ч р езвы ч ай н о важ н ы й п ер и о д . И м ен н о в это вр ем я н ач али во зн и кать тяж ел ы е яд р а — о сн о ва х и м и ч ески х эл ем ен то в, зап о л н яю щ и х п ер и о д и ч еску ю таб ли ц у Д .М ен д елеева. Э то т п р о ц есс н о си т н азван и е н у клео си н теза. П р о то н , сам о е легко е яд р о , п о яви ло сь ч ер ез д есятки секу н д п о сле р о ж д ен и я В селен н о й . В это вр ем я тем п ер ату р а и п ло тн о сть В селен н о й б ы ли д о стато ч н о вы со ки м и д ля о су щ ествлен и я си н теза д ей тер и я — яд р а, со сто ящ его и з д ву х п р о то н о в, о б р азо вавш его ся п р и со у д ар ен и и п р о то н а и н ей тр о н а. Э та р еакц и я си н теза со п р о во ж д ал ась ген ер ац и ей ф о то н о в и вы д елен и ем эн ер ги и : ρ + п ->21H + γ + Q З д есь Q = 2 ,2 М эВ (1 М эВ = 1 0 6эВ - ед и н и ц а и зм ер ен и я эн ер ги и ) — эн ер ги я, вы д ел яем ая в это й р еакц и и си н теза. З атем в теч ен и е о ч ен ь ко р о тко го п р о м еж у тка вр ем ен и (о ко ло 1 0 -15 м и н у т) П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 14 п р о и зо ш ла ц еп о ч ка р еакц и й п р евр ащ ен и я д ей тер и я в тр и ти й и , н ако н ец , д ей тер и й и тр и ти й о б р азо вал и гели й 42Н е - вто р о й 14 п о сво ей р асп р о стр ан ен н о сти элем ен т во В селен н о й . Р асч еты п о казы ваю т, ч то в это т м о м ен т его о б р азо вало сь п р и б л и зи тельн о 2 4 % о т всех н у кли д о в В сел ен н о й . И м ен н о тако е ср ед н ее со д ер ж ан и е гели я м ы н аб лю д аем и в н аш и д н и , в у сло ви ях со вр ем ен н о й В сел ен н о й . З ам ети м , ч то ц еп о ч ка р еакц и й си н теза легки х яд ер п р о и сх о д и т с б о льш и м вы д елен и ем эн ер ги и . П р и со зд ан и и м о щ н ей ш и х ген ер ато р о в эн ер ги и — тер м о яд ер н ы х р еакто р о в и во д о р о д н ы х б о м б и м ен н о эти р еакц и и б ы л и взяты за о сн о ву . Н о вер н ем ся к м о д ели р асш и р яю щ ей ся В селен н о й . К о гд а во зн и кли звезд ы ? П р ед п о лагается, ч то п р о ц есс звезд о о б р азо ван и я н ач ал ся ч ер ез 1 м и лли ар д л ет п о сле Б о льш о го взр ы ва в р езу льтате о б р азо ван и я н ео д н о р о д н о стей в р асп р ед елен и и вещ ества во В сел ен н о й и гр ави тац и о н н о го взаи м о д ей стви я м еж д у о тд ел ьн ы м и его сгу сткам и . П о сл ед н и е и ссл ед о ван и я н а ко см и ч ески х телеско п ах д ей стви тельн о о б н ар у ж и ваю т в д ал еки х о б ластях В сел ен н о й п о вы ш ен н ы е ко н ц ен тр ац и и вещ ества - и х н азы ваю т «газо вы м и » и ли «м о леку ляр н ы м и о б лакам и ». И м ен н о зд есь н аб лю д ается п о вы ш ен н о е ко ли ч ество звезд . Б езу сло вн о , п ро ц есс о б р азован и я звезд — о ч ен ь м ед л ен н ы й (п о ч ело веч ески м м ер кам ) — со тн и ты сяч и м и л ли о н ы лет. М о д ели о б р азо ван и я звезд сво д ятся к п ер ви ч н о м у ф о р м и р о ван и ю , так н азы ваем о й , п р о то звезд ы — си льн о р азо гр ето м у д о 1 0 6К сгу стку вещ еств, со сто ящ ем у и з ато м ов, ли ш ен н ы х сво и х электр о н н ы х о б оло ч ек, и сво б о д н ы х электр о н о в. В ещ ество п р о то звезд ы сж и м ается — ко ллап си р у ет, тем п ер ату р а ее п о вы ш ается. П р о и сх о д и т о саж д ен и е вещ ества и з о кру ж аю щ его п р о стр ан ства - аккр ец и я. З атем вн у три звезд ы н ач и н аю тся р еакц и и тер м о яд ер н о го си н теза. Э ти р еакц и и р азви ваю тся, ко гд а м асса п р о то звезд ы стан о ви тся в 1 0 р аз м ен ьш е м ассы С о лн ц а. Э то т п ер и о д ж и зн и звезд ы х ар актер и зу ется « вы го р ан и ем » в тер м о яд ер н о м ко тле легки х элем ен то в и о б р азо ван и ем тяж елы х . В это м п л ан е ф о р м и р о ван и е звезд - важ н ы й этап си н теза элем ен то в во В сел ен н о й . П р и тем п ер ату р е п ро тозвезд ы ~ 1 0 6К п р о и сх о д ят р еакц и и го р ен и я д ей тер и я 21Н + 21Н с о б р азо ван и ем тр и ти я 31Н . 15 О б р азо ван и е тр и ти я п р и во д и т к у вели ч ен и ю р азм ер а п р о то звезд ы . Т ем п ер ату р а ее н ач и н ает р асти и з-за гр ави тац и о н н о го сж ати я, и во зн и каю т у сло ви я д л я п о след о вательн о го сго р ан и я вещ ества, н ач и н ая о т во д о р о д а и ко н чая кр ем н и ем и ж елезо м . В о д о р о д в это й то п ке го р и т д о льш е всех д р у ги х элем ен то в. З везд а р асх о д у ет эн ер ги ю в теч ен и е это й ф азы , н о о н а н е ту скн еет, а сж и м ается, т.к. эн ер ги и го р ен и я н е х ватает н а п р ео д о лен и е гр ави тац и о н н о го сж ати я. З атем во вн еш н ей о б о л о ч ке звезд ы гели й п ер ех о д и т в у глер о д , ки сло р о д и азо т. Э то т п ер и о д вр ем ен и зан и м ает н еско лько м и лли о н о в лет, п о степ ен н о со кр ащ аясь п о м ер е вы го р ан и я л егки х элем ен то в. Н е б о лее 1 % о б щ ей м ассы звезд ы п р евр ащ ается в эн ер ги ю . Ч и сло ф аз го р ен и я зави си т о т п ер во н ач альн о й м ассы звезд ы . Е сли о н а б о льш е 8 м асс С о лн ц а, то п р о и зо й д у т все ф азы го р ен и я вп л о ть д о ж елеза. С и н тез н о вы х элем ен то в в тер м о яд ер н о м ко тле закан ч и вается н а ж елезе - о н о н е всту п ает в д ал ьн ей ш и е п р евр ащ ен и я. Т ер м о яд ер н ы й си н тез и го р ен и е звезд ы п р о д о лж аю тся м и лли ар д ы л ет, п о ка н е вы го р и т о сн о вн ая м асса во д о р о д а. П о сле это го п р о и сх о д и т си льн о е р азб у х ан и е н ару ж н о й о б о ло ч ки звезд ы , и о н а п ер ех о д и т в со сто ян и е кр асн о го ги ган та, П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 15 Р и с. 1.3. П р ев р ащ ен и е к р асн ого ги ган та в н ей тр он н ую зв езду. 16 сп ектр и злу ч ен и я ко то р о го см ещ ен в сто р о н у д ли н н ы х во лн (в связи с о х лаж д ен и ем о б о ло ч ки ). В это м со сто ян и и п р еи м у щ ествен н о вы го р аю т б о лее тяж елы е элем ен ты . С теч ен и ем вр ем ен и кр асн ы й ги ган т тер яет у сто й ч и во сть, сб р асы вает о б о ло ч ку и у п ло тн яет сво ю вн у тр ен н ю ю ч асть. В о зн и кает п лан етар н ая ту м ан н о сть с р ассеян н о й д и ф ф у зн ой о б о ло ч ко й б о льш о го р ад и у са и п ло тн ы м яд р о м в ц ен тр е (р и с. 1 .3 ). 1.3. Г и бел ь зв езд Т о лько п еп ел зн ает, ч то зн ач и т сгор еть д о тла... И осиф Б р о д ски й Н у а д алее м о ж ет п р о и зо й ти , п о ж алу й , о д н о и з н аи б о л ее и н тер есн ы х и вели ч ествен н ы х со б ы ти й во В сел ен н о й . П о м ер е и сто щ ен и я тер м о яд ер н ы х ц и кло в в звезд е н ач и н аю т п р ео б лад ать гр ави тац и о н н ы е си лы , ко то р ы е заставляю т сж и м аться, ко ллап си р о вать звезд у . П р о ц есс вн о вь со п р о во ж д ается п о вы ш ен и ем тем п ер ату р ы . С тан о ви тся во зм о ж н ы м р азвал яд ер ж елеза в ц ен тр ал ьн о й ч асти звезд ы н а н ей тр о н ы , п р о то н ы и б о лее тяж елы е яд р а — гели я (ал ьф а-ч асти ц ы ). К р о м е то го , п р о и сх о д и т п р евр ащ ен и е п ар ы (р , е -) в п ар у н ей тр и н о -ан ти н ей тр и н о . Н ей тр и н о слаб о взаи м о д ей ству ет с вещ ество м и п о ки д ает р азвали ваю щ у ю ся звезд у . П о то ки н ей тр и н о у н о сят льви н у ю д о лю эн ер ги и сго р аю щ ей звезд ы . В ы х о д н ей тр и н н о го п о то ка со кр ащ ает вр ем я ж и зн и звезд ы — ц и клы го р ен и я элем ен то в со кр ащ аю тся. С о зд ается сво ео б р азн ы й н ей тр и н н ы й и м п у льс сви д етельство взр ы ва звезд ы . В р езу льтате о б р азу ется «лу ко о б р азн ая» стр у кту ра звезд ы с о ч ен ь м ал ы м п о р азм ер у ж елезн ы м яд р о м и вн еш н ей о б о ло ч ки и з б о лее легки х элем ен то в (р и с. 1 .4 ). Е сли м асса ж елезн о го яд р а п р евы ш ает н еко то р ы й п р ед ел, звезд а ко л лап си р у ет и п р евр ащ ается в н ей тр о н н у ю звезд у и ли п у льсар с ги ган тско й п ло тн о стью вещ ества. Н а р азн ы х стад и ях тем п ер ату р а и вр ем я го р ен и я вещ ества р азли ч аю тся (см . таб ли ц у 1 .1 ). 17 Р и с. 1.4. М н огосл ой н ая стр ук тур а «гор я щ ей » зв езды Р и с. 1 .4 . М н о го сло й н ая стр у кту р а «го р ящ ей » звезд ы — яд р а кр асн о го ги ган та, и п р евр ащ ен и е еѐ в н ей тр о н н у ю . Г о р ен и е н ач и н ается с легки х элем ен то в и закан ч и вается н а кр ем н и и , сер е и ж елезе. Ф о р м и ру ется «ж ел езн ая» звезд а, ко то р ая взр ы вается вслед стви е гр ави тац и о н н о го ко ллап са. Э то м о м ен т всп ы ш ки свер х н о во й . Б о лее 9 0 % м ассы звезд ы у н о си тся в п р о стр ан ство . О т кр асн о го ги ган та о стается н ей тр о н н ая звезд а. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 16 Т р еб у ется всего н еско л ьк о секу н д , ч то б ы звезд а п ер еш ла в со вер ш ен н о н о во е со сто ян и е, н о вы й о б ъ ект. П р о ц есс м о ж ет п о й ти д ал ьш е — к о б р азо ван и ю ч ер н о й д ы р ы . К о ллап с связан с вы сво б о ж д ен и ем эн ер ги и , п ер ед аю щ ей ся н ар у ж у , к вн еш н и м о б о ло ч кам , и со п р о во ж д аю щ ей ся р езки м п о вы ш ен и ем тем п ер ату р ы д о м и лли ар д о в гр ад у со в. Э то и есть взры в свер х н о во й — д ля н аб лю д ателя яр кая всп ы ш ка звезд ы н а н еб о скло н е. Т абл и ц а 1.1. В р ем ен а гор ен и я зв езды и и сп уск ан и я ч асти ц . Э лем ен т Т ем п ер атур а 1 0 9К В о д оро д У глер о д К р ем н и й 0,02 0,8 3.5 В р ем я го р ен и я 7•106 лет 600 лет 1 сутки И сп ускаем ы е ч асти ц ы Ф о то н ы , н ей тр и н о Н ей тр и н о Н ей тр и н о В зр ы вн ая во лн а, р асп р о стр ан яю щ аяся о т о статко в свер х н о во й , лети т ч ер ез звезд н о е п р о стр ан ство , со зд авая ло кал ьн ы е н ео д н о р о д н о сти в р асп р ед елен и и п ло тн о сти вещ ества — м естам и р азряж ен и я, а м естам и у п ло тн ен и я. В ещ ество , ко то р о е 18 о б р азу ется п р и взр ы ве сам о й свер х н о во й , р ассеи вается в ги ган тско м о б ъ ем е п р о стр ан ства галакти к и п ер ем еш и вается с б о лее р ан н и м и о статкам и о т взр ы во в д р у ги х свер х н о вы х с тем , ч то б ы вн о вь, в р езу льтате д ли тел ьн о й эво лю ц и и , п р евр ати ться в звезд ы , ч асть ко то р ы х вн о вь д о лж н а взо р ваться. З атем м о гу т о б р азо ваться н о вы е звезд ы , и п р о ц есс н ач н ется сн ач ала. В се элем ен ты тяж елее гели я н а З ем ле п о яви ли сь в это т п ер и о д вр ем ен и как п р о д у кты яд ер н ы х р еакц и й и о н и р азлетаю тся п о В селен н о й в р езу льтате эн ер ги и взр ы ва свер х н о вы х - у м и р аю щ и х звезд . Е сть ещ е о д и н вар и ан т п о след о вательн о сти со б ы ти й . К р асн ы й ги ган т, и сп ы ты вая п ер и о д и ч ески е о сц и л ляц и и и з-за п о тер и вещ ества, м о ж ет н е п ер ей ти н а стад и ю взр ы ва свер х н о во й , и то гд а о н а п р евр ати тся в б ело го кар ли ка - стац и о н ар н у ю , п остеп ен н о о сты ваю щ у ю звезд у . Э то м о ж ет п р о и зо й ти , есл и п о м ер е п р екр ащ ен и я тер м о яд ер н ы х р еакц и й н а стад и и кр асн о го ги ган та, м асса звезд ы стан ет м ен ьш е м ассы С о лн ц а. Н ап р о ти в, если ж е м асса звезд ы д о сти гн ет н еско льки х м асс С о лн ц а, то п р о ц есс п о й д ет п о сц ен ар и ю взр ы ва свер х н о во й . Н а р и с. 1 .5 п о казан а д и агр ам м а эво лю ц и и ти п и ч н о й звезд ы , и л лю стр и р у ю щ ая сказан н о е вы ш е. В о т тако й « взр ы во о б р азн ы й » кр у го во р о т п р о и схо д и т с н аш ей В селен н о й ... Т ру д н о п р ед стави ть, н о все, ч то есть н а З ем ле и ж и вая п р и р о д а, и н еж и вая - со сто и т и з « п ы ли », о статко в вещ ества, взр ы ваю щ и х ся звезд . В зр ы в свер х н о во й - это п о и сти н е зам еч ател ьн о е со б ы ти е, н е ср авн и м о е п о сво ей эн ер гети ке н и с о д н и м д о сто вер н о н аб лю д аем ы м и «п о д д аю щ и м ся» ф и зи ч ески м о ц ен кам п р о ц ессо м в о кру ж аю щ ем н ас м и р е. Д о стато ч н о сказать, ч то взр ы в свер х н о во й со п р о во ж д ается вы д елен и ем эн ер ги и , о ц ен и ваем о й в 1 0 52— 1054 эр г. Э то п о ка р еко р д н о е эн ер го вы д елен и е астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в, р еальн о н аб лю д аем ы х и д о стато ч н о х о ро ш о и зу ч ен н ы х . А н аш е С о л н ц е, б л и ж ай ш ая к н ам звезд а? Е й то ж е гр о зи т такая ж е у ч асть - п р евр ати ться в п еп ел? В ед ь д аж е в Б и б л и и (К н и га п р о р о ка И сай и , 6 0 :19 ) сказан о : 19 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 17 Р и с. 1.5. Ц и к л и ч еск и й п р оц есс эв ол ю ц и и зв езд. Р и с. 1 .5 . Ц и кли ч ески й п р о ц есс эво л ю ц и и звезд . В след за н ач альн ы м сж ати ем о б о ло ч ки звезд ы п р о и сх о д и т еѐ р асш и р ен и е и о б р азо ван и е кр асн о го ги ган та, в ко то р о м сго р аю т легки е элем ен ты . М асси вн ая «м н о го сло й н ая» звезд а с ж ел езн ы м яд р о м м ож ет взо р ваться как свер х н о вая и ли п р евр ати ться в б ело го кар ли ка. С вер х н о вая п р евр ащ ается в н ей тр о н н у ю звезд у и л и п о п о лн яет вещ ество м м еж звезд н о е п р о стр ан ство . К о см и ч ески е лу ч и - ч асть это го вещ ества. «Н е буд ет уж е С о лнц е служ и т ь т еб е свет о м д невны м , и си яни е Л уны — свет и т ь т еб е». И там ж е: « И свет Л уны б уд ет ка к свет С о лнц а , а свет С о лнц а б уд ет свет лее всем ер о , как свет сем и д ней, в т о т д ень» . П р евр ащ ен и е С о лн ц а в кр асн ы й ги ган т (см . р и с. 1 .5 ) - н ем и н у ем о . О д н ако это слу ч и тся н е ско р о . В р ем я го р ен и я вн еш н и х о б о ло ч ек звезд ы (ко гд а вы го р аю т легки е элем ен ты ) н а м н о ги е п о р яд ки п р евы ш ает вр ем я вы го р ан и я б о лее тяж ел ы х . С ей ч ас н а С о лн ц е сго р ает во д о р о д и п р о й д ет о ч ен ь м н о го вр ем ен и , п р еж д е ч ем тем п ер ату р а в ц ен тр е н аш ей звезд ы д о сти гн ет вели ч и н ы , п р и ко то р о й стан ет во зм о ж н ы м го р ен и е б о лее тяж елы х элем ен то в. О ц ен ки п о казы ваю т, ч то гр ави тац и о н н о го 20 ко ллап са С о лн ц а след у ет о ж и д ать н е р ан ее, ч ем ч ер ез 5 м и лли ар д о в л ет. М ы ещ е вер н ем ся к п р о б лем е свер х н о вы х в п о след у ю щ и х р азд елах кн и ги , т.к. и м ен н о о н и ответствен н ы за м н о ги е ф и зи ч ески е явл ен и я во В сел ен н о й , о казы ваю щ и е вли ян и е, в то м ч и сле, и н а ж и зн ь н а н аш ей п лан ете. Т аки м о б р азом , ср азу п о сле Б о л ьш о го взр ы ва, а затем в п р о ц ессе ф о р м и р о ван и я звезд и п р и взр ы вах свер х н о вы х , во В сел ен н о й п р о и сх о д и т п р евр ащ ен и е вещ ества - ф о р м и р о ван и е его яд ер н о го со става. М о ж н о о тм ети ть, ч то и м ен н о м о д ель Б о льш о го взр ы ва, кр атки й н аб р о со к ко то р о й б ы л д ан вы ш е, сп о со б н а о п и сать эво лю ц и ю элем ен то в во В сел ен н о й и ко л и ч ествен н о п р о д ем о н стр и р о вать и х р асп р о стр ан ен н о сть н а сего д н яш н и й д ен ь. Н аи б о л ее р асп р о стр ан ен н ы м элем ен то м во В селен н о й , как у ж е б ы ло сказан о , явл яется в о д о р о д . Н а вто р о м м есте н ах о д и тся гели й - его н е б о л ее 1 0 % о т ко ли ч ества во д о р о д а. М н о ги е д ан н ы е о со д ер ж ан и и гели я в р азли ч н ы х о б ъ ектах В селен н о й сви д етельству ю т в п о л ьзу м о д ели его п р о и сх о ж д ен и я в п ер вы е м и н у ты п о сле Б о л ьш о го взр ы ва. В след за гел и ем в п ер и о д и ч еско й си стем е элем ен то в н ах о д ятся б о лее тяж елы е элем ен ты : ли ти й (Li), б ер и л л и й (Be) и б о р (В ). Э ти элем ен ты , в о тли ч и е о т во д о р о д а и гел и я, д о лж н ы ско р ее р азр у ш аться, ч ем о б р азовы ваться, п р и п ер во н ач ал ьн ы х ги ган тски х тем п ер ату р ах В сел ен н о й . И д ей стви тельн о , п о ср авн ен и ю с во д о р о д о м и гели ем , и х ч р езвы ч ай н о м ало в м еж звезд н о м п р о стр ан стве и в со ставе звезд . Е щ е б о лее тяж елы е яд р а — вп ло ть д о ж елеза (Fe) о б р азу ю тся в р езу льтате сли ян и я (р еакц и й си н теза) в н ед р ах го р ящ и х звезд . И х о тн о си тельн ая р асп р о стр ан ен н о сть д и кту ется зако н ам и яд ер н ы х р еакц и й и сво й ствам и сам и х ато м н ы х яд ер . С и н тез эл ем ен то в тяж елее ж елеза такж е п р о и сх о д и т в р езу льтате яд ер н ы х р еакц и й , н о о тли ч аю щ и х ся о т р еакц и й , х ар актер н ы х д ля б о лее легки х элем ен то в. О п р ед елен и е р асп р о стр ан ен н о сти элем ен то в во В селен н о й — о д и н и з п у тей и зу ч ен и я тех П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 18 ф и зи ч ески х п р о ц ессо в, ко то р ы е п р о и сх о д ят н а р азн ы х стад и ях ее р азви ти я. Э то о д н а и з важ н ей ш и х зад ач астр о ф и зи ки . 21 1.4. Н аш м и р — тем н ы й и св етл ы й и л и ж и зн ь в в ак уум е Д аж е то п ро стр ан ство , гд е н егд е сесть, как звезд а в эф и р е, п р и хо д и т в ветх ость. И . Б род ски й П рош ло о ко ло 14 м и лли ард о в лет п о сле Б о льш о го взр ы ва и м ы н аб лю д аем со врем ен н ую В селен н ую . И з ч его о н а со сто и т? В селен н ая со д ер ж и т 1 0 11 галакти к и ее р азм ер ~ 1 0 23 км . С р ед н яя п ло тн о сть вещ ества и эн ер ги и во В селен н о й о п ред еляется в п ер вую о ч ер ед ь и з р ад и о астр о н о м и ч ески х н аб лю д ен и й и с д о во льн о х оро ш ей то чн о стью р ~ 10 -29 г/см 3. С р авн и те это с п ер во н ач альн о й п ло тн о стью В селен н о й ср азу п о сле Б о льш о го В зры ва — 105 г/см 3! Р ассм о тр и м вкр атц е стр уктур у б ли ж ай ш ей к н ам о б ласти В селен н о й - Г алакти ки (с б о льш о й б уквы !) ср ед ы н аш его о б и тан и я. Р и с. 1.6. Н аш а Г ал ак ти к а. С к оп л ен и е зв езд в осн ов н ом в сп и р ал ь н ы х р ук ав ах. В одн ом и з н и х сей ч ас н аходи тся н аш а С ол н еч н ая си стем а. 22 Н аш а Г алакти ка — М леч н ы й П уть — п р и н ад леж и т к так н азы ваем ы м галакти кам сп и р альн о го ти п а (S — галакти ки ), п р ед ставляю щ и х со б о й вращ аю щ и й ся д и ск и з во д о ро д н о го газа, п ы ли и звезд с яр ко вы р аж ен н ы м и сп и р альн ы м и р укавам и (р и с. 1 .6 ). Э то — сло ж н ы й астро н ом и ч ески й о б ъ ект, со сто ящ и й и з яд р а, уто лщ ен и я в ц ен тр альн о й ч асти , — б алд ж а (о т ан гли й ско го сло ва « buldge» ), гало и со б ствен н о сам о го д и ска (р и с. 1 .7 ). В п ло тн о м яд р е в ц ен тре д и ска н ах о д ятся, в о сн овн о м , стар ы е звезд ы , и в н ем н ет газа и п ы ли . В ц ен тр е н аш ей Г алакти ки н ах од и тся ч ер н ая д ы р а (о б эти х зам еч ательн ы х астро ф и зи ч ески х о б ъ ектах п р екр асн о р ассказан о в кн и ге А .М .Ч ер еп ащ ука «Ч ер н ы е д ы р ы во В селен н о й » ). Н ед авн о о р б и тальн ая р ен тген о вская об сер ватор и я Chandra заф и кси р о вала м о щ н ую р ен тген о вскую всп ы ш ку в ц ен тр е Г алакти ки , ч то п о зво ли ло о п р ед ели ть р азм ер ч ерн о й д ы р ы - н е б о лее р ассто ян и я о т З ем ли д о С о лн ц а. Д и ск Г алакти ки зап о лн ен газо м , п ы лью и , в о сн о вн ом , м о лод ы м и звезд ам и . П оп ер еч н и к д и ска и м еет р азм ер о ко ло Р и с. 1.7. С тр ук тур а н аш ей Г ал ак ти к и — М л еч н ого П ути с хар ак тер н ы м и р азм ер ам и . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 19 23 300 00 п ар сек (п к), б алд ж а - 8 0 0 0 п к. В сп и р ал ьн ы х р у кавах д и ска со ср ед о то ч ен ы п о ч ти все звезд ы и б о л ьш ая ч асть газо во п ы л ево й м атер и и . Д и ск о кр у ж ен сф ер и ч ески м гало . Е го р азм ер н а п о р яд о к п р евы ш ает п о п ер еч н ы й р азм ер д и ска. В гало н ах о д ятся р ед ки е звезд ы и ско п лен и я звезд - кластер ы , н асч и ты ваю щ и е м н о ги е со тн и ты сяч звезд . К р о м е это го , в гало есть тем н ая м атер и я (dark matter), ко то р ая б ы ла и д ен ти ф и ц и р о ван а п о грави тац и о н н ы м эф ф ектам . Т ем н ая м атер и я у вел и ч и вает м ассу Г алакти ки , п о кр ай н ей м ер е, в н еско лько р аз. С о лн ц е н ах о д и тся в сп и р али О р и о н а н а р ассто ян и и ~2 5 0 00 п к о т ц ен тр а н аш ей галакти ки . С о лн ц е — о тн о си тел ьн о м о ло д ая звезд а — ем у 5 м и лли ар д о в лет. М леч н ы й п у ть, п о кр ай н ей м ер е, вд во е стар ш е, ч ем С о лн ц е, — во зр аст звезд н ы х кластер о в м о ж ет н асч и ты вать 1 0 м и л ли ар д о в лет. О б щ ее ч и сл о звезд в д и ске Г алакти ке — 1011 (сто м и лли ар д о в). П о м и м о звезд Г алакти ка вклю ч ает и м еж звезд н у ю ср ед у . О сн о вн ы м ко м п о н ен то м м еж звезд н о й ср ед ы является м еж звезд н ы й газ, со сто ящ и й в о сн о вн о м (~90%) и з во д о р о д а и м еж звезд н о й п ы ли (~1%). В со ставе м еж звезд н о й ср ед ы — м агн и тн ы е п о ля, электр о м агн и тн ы е и злу ч ен и я. Г ал акти ка вр ащ ается д и ф ф ер ен ц и альн о : н а п ер и ф ер и и ско р о сть ее вр ащ ен и я м ен ьш е, ч ем в ц ен тр ал ьн ы х о б ластях . П ер и о д о б р ащ ен и я н аш ей С о лн еч н о й си стем ы во кр у г ц ен тр а Г алакти ки со ставля ет п р и б ли зи тел ьн о 2 0 0 м и лли о н о в лет. З ап о м н и м эту ц и ф ру . М ы к н ей ещ е вер н ем ся в ко н ц е кн и ги . С р ед н яя п л о тн о сть вещ ества в д и ске ~1024 г/см 3 (~ 1 ато м во д о р о д а н а см 3). С у щ еству ю т б о льш и е о ткло н ен и я о т это й вели ч и н ы — п ло тн ы е о б л ака, п р о тяж ен н о стью д о д есятко в п ар сек с п ло тн о стям и о т 1 00 д о 100 0 ато м о в/см 3. В ещ ество , н ах о д ящ ееся в Г алакти ке в ато м ар н о м со сто ян и и , п о д д ей стви ем у льтр аф и о лето во го и злу ч ен и я звезд и о н и зи ру ется (н ей тр альн ы е ато м ы «тер яю т» сво и электр о н н ы е о б оло ч ки ). Т ак, н ап р и м ер , д о 9 0 % во д о ро д а со ставляю т его и о н ы — п р о то н ы . М асса всей В сел ен н о й , а это — звезд ы , м еж звезд н ая п ы ль и газ, м о леку ляр н ы е о б лака, п лан еты со ср ед о то ч ен а п о ч ти 24 ц ели ко м в п р о то н ах и н ей тр о н ах (8 5% п р и х о д и тся н а п р о то н ы , а 1 5 % н а н ей тр о н ы ). Н ей тр о н ы , б у д у ч и н естаб и л ьн ы м и ч асти ц ам и , су щ еству ю т то лько вн у тр и яд ер . В се это со ставл яет так н азы ваем у ю б ар и о н н у ю м атер и ю . О б р ати м ся теп ер ь к во п р о су о ко ли ч ествен н ы х со о тн о ш ен и ях м еж д у р азли ч н ы м и ф о р м ам и м атер и и в со вр ем ен н о й В сел ен н о й . Н а р и с. 1 .8 д ан о твет н а это т во п р о с, со гласн о у ро вн ю н аш и х зн ан и й н а сего д н я. И з д и агр ам м ы , п р и вед ен н о й н а это м р и су н ке, ви д н о , ч то ли ш ь н еско лько п р о ц ен то в (о ко ло 4 % ) со става В сел ен н о й о тн о си тся к то м у , и з ч его , как м ы п о л агаем , о б р азо ван н аш м и р . Э то — б ар и о н н ая м атер и я. В се о стал ьн о е, а это п р акти ч ески 9 6 % , тем н ая м атер и я и тем н ая эн ер ги я - п о ка м ало п о н ятн ы е д ля н ас м атер и альн ы е су б стан ц и и В селен н о й . М ы зн аем , ч то о н и о п р ед ел ен н о су щ еству ю т. Н о м ы н е зн аем , ч то это тако е. М ы то лько стр о и м ги п о тезы и п ы таем ся о су щ естви ть эксп ер и м ен ты , в н ад еж д е д о казать и х сп р авед ли во сть. Н о ф акт о стается — у н ас п о ка н ет ар гу м ен тов в п о л ьзу о ко н ч ател ьн о го вы б о р а ги п о тезы , П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 20 Р и с. 1.8. С тр ук тур а м атер и и в о В сел ен н ой . Р и с. 1 .8 . С тру кту р а м атер и и во В сел ен н о й . В клад б ар и о н н о й м атер и и — н е б о лее 5 % . О стальн о е п р и х о д и тся н а н еб ар и о н н у ю «тем н у ю м атер и ю » и «тем н у ю эн ер ги ю », п р и р о д а ко то р ы х н еи звестн а. 25 о б ъ ясн яю щ ей со став тем н о го вещ ества и тем н о й эн ер ги и во В сел ен н о й . Т ем н ая эн ер ги я, со гласн о со вр ем ен н ы м во ззр ен и ям , - это как р аз та си л а, ко то р ая заставл яет В сел ен н у ю р асш и р яться. Е сли п р и вы ч н ая н ам гр ави тац и я заставл яет тела п р и тяги ваться д р у г к д р у гу , то тем н ая эн ер ги я — ско р ее ан ти гр ави тац и я, сп о со б ству ю щ ая р азлету тел во В сел ен н о й . П о -ви д и м о м у , ср азу п о сле Б о л ьш о го взр ы ва р асш и р ен и е В селен н о й п р о и сх о д и ло с зам ед лен и ем , н о п о сле это го «тем н ая эн ер ги я» п р ео д о лела гр ави тац и ю и н ач ало сь у ско рен и е. Э то н е ги п о теза, а эксп ер и м ен тальн ы й ф акт, об н ару ж ен н ы й п о кр асн о м у см ещ ен и ю и и зм ен ен и ю яр ко сти д алеки х свер х н о вы х звезд : о н и яр ч е, ч ем и м след о вало б ы б ы ть п р и зам ед лен и и р асш и р ен и я В сел ен н о й . Э ф ф ект «кр асн о го см ещ ен и я» — р еги стр и р у ем о е н аб лю д ателем у вели ч ен и е д ли н ы во л н ы сп ектр а н аб лю д аем о го и сто ч н и ка — о д и н и з зам еч ател ьн ы х эксп ер и м ен тал ьн ы х астр о н о м и ч ески х ф акто в. К о см о ло ги ч еско е «кр асн о е см ещ ен и е» н аб лю д аем ы х гал акти к б ы ло п р ед сказан о А .Э й н ш тей н о м и явл яется п о сей д ен ь о д н и м и з у б ед и тельн ы х д о казательств р асш и р яю щ ей ся В селен н о й . О ку н аясь в эп о ху р ан н ей ко см о ло ги и , м о ж н о всп о м н и ть, ч то и м ен н о вели ки й А . Э й н ш тей н , стар аясь со х р ан и ть стати ч н о сть В сел ен н о й , ввел ставш ей и сто р и ч еско й ко см о ло ги ч еску ю ко н стан ту Л , у р авн о веш и ваю щ у ю си лы п р и тяж ен и я н еб есн ы х тел. Н о всл ед за о ткр ы ти ем «кр асн о го см ещ ен и я» о н вы ч ер кн у л ко н стан ту Л и з сво и х у р авн ен и й . В и д и м о , А .Э й н ш тей н б ы л н еп р ав, о тказавш и сь о т н ее: вед ь Л это и есть та тем н ая эн ер ги я, к о то р ая и н тр и гу ет со вр ем ен н ы х астр о ф и зи ко в. Н е ясн о , п о везло и ли н ет ч ело веч еству , н о о н о ж и вет в п ер и о д р азви ти я В селен н о й , ко гд а тем н ая эн ер ги я п р ео б лад ает, сп о со б ству я р асш и р ен и ю . Н о это т п р о ц есс, вер о ятн о , н е веч ен и ч ер ез вр ем я, со п о стави м о е с во зр асто м В сел ен н о й (10-20 м и лли ар д о в лет), и сто р и я м о ж ет п о вер н у ть всп ять — н аш м и р н ач н ет сж и м аться. Н асту п и т и ли н ет м о м ен т «Б о льш о го сх ло п ы ван и я» — ал ьтер н ати вы Б о льш о го взр ы ва, б езу сло вн о , б о льш о й во п р о с со вр ем ен н о й ко см о ло ги и . 26 У ч ен ы е су м ели д о казать су щ ество ван и е р асш и р яю щ ей ся В селен н о й — это кр асн о е см ещ ен и е о п ти ч еско го и злу ч ен и я Г алакти ки и р ели кто во е электр о м агн и тн о е и злу ч ен и е — р ели кто вы е ф о то н ы , о ко то р ы е п о й д ет р еч ь н и ж е. В о зм о ж н о , у ч ен ы м у д астся в б у д у щ ем у стан о ви ть и су щ ество ван и е «п р ед вестн и ко в» н ад ви гаю щ его ся сж ати я В сел ен н о й . Д ру го й эксп ер и м ен тальн ы й ф акт — о ткло н ен и е света о т д ал еки х гал акти к в гр ави тац и о н н ы х п о лях В селен н о й п р и вел астр о ф и зи ко в к вы во д у о су щ ество ван и и скр ы то й — тем н о й м атер и и — гд е-то вб л и зи н ас. И м ен н о тем н ая м атер и я и зм ен яет тр аекто р и и свето вы х лу ч ей н а б о л ьш у ю вел и ч и н у , ч ем это го след о вало о ж и д ать в п р и су тстви и ли ш ь ви д и м ы х б л и злеж ащ и х галакти к. В п о п ы тке п о стр о и ть п р о стр ан ствен н у ю м о д ел ь стр у кту ры тем н о й м атер и и б ы ло и зу ч ен о р асп р ед елен и е н а звезд н о м н еб е б о л ее 5 0 0 0 0 галакти к. В се п о лу ч ен н ы е р езу льтаты н еу м о ли м о сви д етельству ю т в п о льзу ее су щ ество ван и я, п р и ч ем В селен н ая — это в о сн о вн о м и есть тем н ая м атер и я. С о вр ем ен н ы е о ц ен ки го во р ят о то м , ч то ее о ко ло 80 % . З д есь м ы вн о вь п о вто р и м - н ам П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 21 н еи звестн о , и з каки х ч асти ц со сто и т тем н ая м атер и я. У ч ен ы е ли ш ь п р ед п о лагаю т, ч то о н а со сто и т и з д ву х ч астей : п о ка н еи звестн ы х каки х -то экзо ти ч ески х м асси вн ы х ч асти ц и ф и зи ч еско го ваку у м а. М ы ещ е вер н ем ся к это й п р о б лем е в п о сл ед у ю щ ей главе кн и ги , а п о ка о б р ати м ся вн о вь к п р и вы ч н о й д ля н ас ф о р м е вещ ества, со сто ящ ей и з б ар и о н о в (п р о то н о в и н ей тр о н о в) и электр о н о в - «б ар и о н н о й м атер и и ». О н ей м ы зн аем го р азд о б о льш е. Б о лее ч ем за сто летн и й п ер и о д и сто р и и р азви ти я ф и зи ки — о т о ткр ы ти я элем ен тар н ы х ч асти ц и стр о ен и я ато м а д о р езу льтато в и ссл ед о ван и й в это й о б ласти , а такж е и в астр о ф и зи ке, н ау ка п о лу ч и ла в сво е р асп о р яж ен и е м н о ж ество н о вы х р езу льтато в о стр о ен и и п р и вы ч н о го н ам вещ ества. 1.5. «Б ол ь ш ой в зр ы в » н а З ем л е В р ем я б о л ьш е п р о стр ан ства. П р о стр ан ство — вещ ь. И . Б ро д ски й Р еали сти ч н а ли эта кар ти н а п ер вы х м гн о вен и й ж и зн и В селен н о й ? Ч то м о гу т п р ед стави ть ф и зи ки в кач естве д о казател ьств? З д есь н ад о о твлеч ься о т эп о х и Б о льш о го взр ы ва и всп о м н и ть д р у гу ю эп оху — сер ед и н у п р о ш ло го века. К о н ец В то р о й м и р о во й во й н ы о зн ам ен о вался д р у ги м взры во м - ато м н о й б о м б ы , ко то р ы й вы звал в н ау ч н о м со о б щ естве то ж е сво его р о д а « Б о льш о й взр ы в» и н тер еса к п р о б лем ам стр о ен и я вещ ества. Н е затр аги вая во ен н о го зн ач ен и я это го и сто р и ч еско го м о м ен та, м о ж н о сказать, ч то это яви ло сь н ач ало м акти вн о го р азви ти я м о щ н о го н ау ч н о го н ап р авлен и я — ф и зи ки м и кр о м и р а. В есь п о слево ен н ы й п ер и о д р азви ти я ф и зи ки — это б у р н ы й н ати ск н а и зу ч ен и е стру кту р ы вещ ества. И н ем алу ю ро ль зд есь сы гр али ато м н ы е п р о екты С С С Р и С Ш А . И м ен н о б л аго д ар я и м яд ер н ая ф и зи ка, а затем и ф и зи ка вы со ки х эн ер ги й , и зу ч аю щ ая элем ен тар н ы е ч асти ц ы , п о лу ч и ли м о щ н ы й и м п у льс сво его р азви ти я. Ф и зи ка вы со ки х эн ер ги й и зу ч ает п р и р о д у вб ли зи н у лево й гр ан и ц ы п р о стр ан ствен н о -вр ем ен н о й ш калы , п р и б ли ж аясь к эп о х е Б о льш о го взр ы ва и , как это н и п ар ад о ксальн о , тесн ей ш и м о б р азо м связан а с к о см о ло ги ей и астр о ф и зи ко й - н ау кам и , и зу ч аю щ и м и п р и р о д у у вер х н и х гр ан и ц это й ш калы . Т акая взаи м о связь о б ъ ясн яется тем , ч то м н о ги е важ н ей ш и е о б ъ екты во В сел ен н о й (таки е как п у льсар ы , ч ер н ы е д ы р ы ) и В сел ен н ая в ц ело м н а р ан н и х стад и ях эво лю ц и и — это кван то вы е о б ъ екты . О сн о вн ы е п ар ам етр ы и вр ем ен а эво лю ц и и таки х о б ъ екто в тесн о связан ы с х ар актер и сти кам и ф у н д ам ен тал ьн ы х ч асти ц и взаи м о д ей стви й . Ч ем п о лн ее м ы зн аем сво й ства ч асти ц , тем то ч н ее м о ж ем п р о сч и тать сво й ства о б ъ екто в ко см и ч ески х м асш таб о в. К ван то вая м ех ан и ка — о ч ен ь то ч н ая н ау ка. О н а осн о ван а н а со о тн о ш ен и и н ео п р ед ел ен н о сти и вы ч и слен и ях вер о ятн о сти со б ы ти й , н о д ля б о льш о го ч и сла ч асти ц (б о л ьш и х м асс 28 вещ ества) и зм ер яем ы е вели ч и н ы вы ч и сляю тся н ам н о го то ч н ее, ч ем в кл асси ч еско й ф и зи ке. Ч то б ы п р о н и кн у ть в гл у б и н у м атер и и и и зу ч и ть ее вн у тр ен н ее стр о ен и е, н у ж н о со зд ать б о льш и е ко н ц ен тр ац и и эн ер ги и . Ч ем м ен ьш е о б ъ ект и зу ч ен и я, тем б о льш е тр еб у ется эн ер ги и , ч то б ы и зу ч и ть его х ар актер и сти ки . Э то след у ет и з кван то во й м ех ан и ки , со гласн о ко то р о й все ч асти ц ы м и кр о м и р а и м ею т, п о д о б н о ф о то н ам , ко р п у ску ляр н о -во лн о ву ю п р и р о д у и о п и сы ваю тся со о тн о ш ен и ям и д е Б р о й ля. Д ля р еляти ви стки х п р о то н о в и ан ти п р о то н о в, ко то р ы е и сп о льзу ю тся д ля «п р о свеч и ван и я» яд ер и д р у ги х су б ато м н ы х ч асти ц в со вр ем ен н ы х эксп ер и м ен тах , д ли н а во лн ы д е Б р о й ля λ = hc/E, гд е Ε — эн ер ги я ч асти ц ы , h — п о сто ян н ая П лан ка и с — ско р о сть света в ваку у м е. К вар ки и л еп то н ы и м ею т р азм ер м ен ее 1 0 -16 см . С о гласн о П лан ку д ля «вн ед р ен и я» в таки е р азм ер ы н ео б х о д и м ы ги ган тски е эн ер ги и , ко то р ы е тр еб у ю т со зд ан и я ц и кл о п и ч ески х п о р азм ер ам у стан о во к н а З ем ле. Э то у ско р и тели , ко то р ы е р азго н яю т ч асти ц ы д о н ео б х о д и м ы х эн ер ги й . О н и стали о сн о вн ы м и н стр у м ен то м и сслед о ван и я вн у тр ен н ей стр у кту р ы яд р а и ч асти ц , и и х ф у н д ам ен тальн ы х взаи м о д ей стви й . И м ен н о с р азви ти я ато м н ы х п р о екто в в д ву х кр у п н ей ш и х стр ан ах м и р а и н ач ало сь стр о и тельство ги ган тски х у ско р и телей д ля и зу ч ен и я стр у кту ры м атер и и . Н аи б о л ее м о щ н ы й н а сего д н я у ско р и тель — Tevatron в Fermilab, С Ш А , — ко л лай д ер , в ко то р о м сталки ваю тся встр еч н ы е п у ч ки п р о то н о в и ан ти п р о то н о в с эн ер ги ей 1 Т эВ (1 Т эВ = 1 0 14 эВ ) вн у тр и ко льц ево го ту н н еля д и ам етр о м о ко ло 6 км . П р и это м вы д еляется эн ер ги я ~ 2 П эВ (2•1015 эВ ). А всту п аю щ и й в стр о й в 2 0 0 6 г. у ско р и тель LHC (Linear Hadron Collider) в Е вр о п ей ско м П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 22 ц ен тр е ко см и ч ески х и сслед о ван и й (CERN), в Ш вей ц ар и и (р и с. 1 .9 ), д о сти гн ет м акси м ал ьн ы х эн ер ги й стал ки ваю щ и х ся ч асти ц в 1 4 Т эВ , ч то п ри во д и т к вы д елен и ю эн ер ги я 1 0 0 П эВ . Д и ам етр ко льц а это го у ско р и теля со п о стави м с р азм ер о м М о сквы - о ко ло 2 7 км . Э н ер ги и , д о сти ж и м о й н а 29 тако м совр ем ен н о м ускор и теле, как LHC, б уд ет д о стато ч н о, ч то б ы и зуч ать ч асти ц ы с р азм ер ам и , х ар актер н ы м и д ля ф ер м и он о в и б о зо н ов, — 10-16 см и м ен ее. Т аки м об р азом , ф и зи ка м и кро м и р а - это ф и зи ка вы со ки х эн ер ги й . К о н еч н о , во зм о ж н о сти н азем н о й ф и зи ки вы со ки х эн ер ги й н е б езгр ан и ч н ы . В р яд ли в б ли ж ай ш ем б уд ущ ем в уско р и тельн ы х эксп ер и м ен тах д о сти ж и м ы зн ач и тельн о б о лее вы соки е эн ер ги и , ч ем те, ко тор ы е п р ед п о лагается п о луч и ть н а LHC (1 00 П эВ ). Р и с. 1.9. С тр оя щ и й ся в Е в р оп ей ск ом ц ен тр е я дер н ы х и ссл едов ан и й (CERN) ги ган тск и й к ол л ай дер - уск ор и тел ь стал к и в аю щ и хся ч асти ц . Е го п о д зем н ы й тун н ель зан и м ает ги ган тскую п ло щ ад ь: о н б уд ет и м еть д и ам етр о ко ло 27 км (слева вн и зу — Ж ен евски й аэро п ор т). В верх у слева п о казан о д и н и з д етектор ов - ATLAS. Н а ф о н е ч ело века и д и н о завр а ч и татель легч е м о ж ет п р ед стави ть его ги ган тски е р азм ер ы . К о ллай д ер б уд ет р еги стр и ро вать н о вы е ч асти ц ы , п р о и сх о ж д ен и е ко то р ы х м о ж ет б ы ть связан о с р ан н ей ф азо й р азви ти я В селен н о й . 30 А м о гут ли в п р и ро д е сущ ествовать ч асти ц ы с эн ер ги ям и , п р евы ш аю щ и м и «уско р и тельн ы е»? — Д а. С ам а п р и ро д а н ам п р ед о стави ла во зм о ж н о сть и м еть д ело с ч асти ц ам и п о и сти н е ф ан тасти ч ески х эн ер ги й . О казало сь, ч то во В селен н о й сущ ествую т п р и ро д н ы е уско р и тели , р азго н яю щ и е ч асти ц ы д о эн ер ги й в д есятки ты сяч, а во зм о ж н о , в м и лли о н ы раз п р евы ш аю щ и е во зм о ж н о сти со вр ем ен н ы х н азем н ы х устан о во к. Э ти ч асти ц ы - ко см и ч ески е луч и . О н и х и п о й д ет д алее р еч ь. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 23 Гл ав а 2. С Т РА Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й В ко см о се н и ч его н е п р о п ад ает. С .Л е м В н ач але Х Х века ф р ан ц у зски й ф и зи к Г .Б еккер ель о б н ар у ж и л, ч то н еко то р ы е х и м и ч ески е элем ен ты н естаб и л ьн ы — о н и м о гу т п р евр ащ аться в д ру ги е элем ен ты . Т ако е п р евр ащ ен и е со п р о во ж д ается и сп у скан и ем ч асти ц . П о то к эти х ч асти ц п о лу ч и л н азван и е р ад и ац и я, а сам п р о ц есс — р ад и о акти вн ы й р асп ад . О б н ар у ж и ть эти ч асти ц ы м о ж н о б ы ло с п о м о щ ью ед и н ствен н о го в то вр ем я п р и б о р а — электр о ско п а, ко то ры й п о зво л ял о п р ед ели ть п р и су тстви е электр и ч ески зар яж ен н ы х ч асти ц , н ах о д ящ и х ся вб ли зи н его . П р и б о р р азр яж ался в п р и су тстви и р ад и о акти вн ы х вещ еств, и злу ч авш и х зар яж ен н ы е ч асти ц ы . П о ско р о сти р азр яд а электр о ско п а о п р ед еляли у р о вен ь м о щ н о сти р ад и ац и и . О ткр ы ти е ко см и ч ески х лу ч ей связан о с и сслед о ван и ям и и о н и зац и и атм о сф ер н о го во зд у х а и газо в. П ер вы е сви д етельства во зм о ж н о сти су щ ество ван и я ко см и ч еско го и злу ч ен и я б ы ли п о лу ч ен ы ан гли й ски м ф и зи ко м Ч .В и льсо н о м (Н о б ел евски м лау р еато м 1 9 2 7 г.) в 1 9 0 0 г. в его и ссл ед о ван и ях с п р о во д и м о стью газо в. В о зн и каю щ и й п о д д ей стви ем электр и ч еско го п о ля о стато ч н ы й то к в электр о ско п е, о б н ару ж ен н ы й и м , м о г б ы ть о б ъ ясн ен и о н и зац и ей газа о т гам м а и злу ч ен и я, связан н о го с естествен н о й р ад и о акти вн о стью п о ч вы и п р и су тстви ем в во зд у хе эм ан ац и и р ад и я — р ад и о акти вн о го элем ен та. О д н ако , су щ ество ван и е это го то ка в у сло ви ях си л ьн о й экр ан и р о вки эксп ер и м ен тал ьн о й у стан о вки о т гам м а32 кван то в п о зво ли ло Ч .В и льсо н у вы сказать п р ед п о ло ж ен и е о вн езем н о й п р и р о д е и злу ч ен и я, о тветствен н о го за и о н и зац и ю газа и , как след стви е, ген ер ац и ю о стато ч н о го то ка. Ч .В и льсо н п о лагал, ч то и сто ч н и ко м это го и злу чен и я м о гу т б ы ть ч асти ц ы вы со ко й эн ер ги и , во зн и каю щ и е в вер х н и х сло ях атм о сф ер ы за сч ет у ско р ен и я электр о н о в в электр и ч еско м п о ле гр о зо вы х о б лако в. Н али ч и е вн езем н о го и зл у ч ен и я б ы ло п о зд н ее п о д твер ж д ен о в эксп ер и м ен тах н ад п о вер х н о стью З ем ли . С р ед и н и х : эксп ер и м ен ты Г .В у льф а н а Э й ф елево й б аш н е (1910-1 9 1 4 гг.) и Д .Г о ккеля (1909-1 9 10 гг.) н а во зд у ш н о м ш ар е н а вы со тах д о 4 00 0 м . Н аи б о л ее р езу льтати вн ы м о казался эксп ер и м ен т В .Г есса (1911-19 1 2 гг.) п о п о д ъ ем у электр о ско п о в д ля и ссл ед о ван и я и о н и зац и и н а вы со тах д о 5 00 0 м (р и с. 2.1 ). И м ен н о в эти х эксп ер и м ен тах , р и ску я ж и зн ью , В . Г есс о б н ар у ж и л, ч то и о н и зац и о н н ы й то к в электр о ско п е сн ач ала п ад ает (вслед стви е о слаб лен и я вли ян и я р ад и о акти вн о сти З ем ли ), а затем н ач и н ает р асти за сч ет у вели ч ен и я д о ли ко см и ч еско го и зл у ч ен и я (р и с 2 .2 ). В .Г есс н азвал это и злу ч ен и е « D u rch d rin g en d e п о H ö n stra h lu n g» — «п р о н и каю щ ее вы со тн о е и злу ч ен и е». О н п о лагал, ч то это так н азы ваем ы е «у льтр а-гам м а-лу ч и ». В н ач але Х Х века гам м а-и злу ч ен и ем н азы вал и ко м п о н ен ту р ад и о акти вн о го и злу ч ен и я яд ер , ко то р ая н е и сп ы ты вала о ткло н ен и я п р и д ви ж ен и и в м агн и тн о м п о ле, в о тли ч и е о т ал ьф а-и злу ч ен и я и б ета-и злу ч ен и я. В о вр ем я о д н о го и з п о лето в В . Г есса п р о и зо ш ло П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 24 Р и с. 2.1. В и к тор Г есс в гон дол е аэр остата п осл е п р ов еден и я эк сп ер и м ен тов п о и ссл едов ан и ю и он и зац и и газов (1912 г.). 33 Р и с. 2.2. П р и м ер н о так в ы гл я дел а к р и в ая и зм ен ен и я и он и зац и и с в ы сотой в эк сп ер и м ен тах В .Г есса. В н ач але ско ро сть и о н и зац и и п ад ала вслед стви е ум ен ьш ен и я вли ян и я р ад и о акти вн о сти сам ой З ем ли , а затем , п о н еи звестн о й п р и чи н е, н ач и н ала р асти . со лн еч н о е затм ен и е, н о он н е уви д ел ум ен ьш ен и я и о н и зац и и . О н сд елал п р ави льн ы й вы во д , ч то и сто ч н и ком и злуч ен и я н е м о ж ет б ы ть С ол н ц е. Э ти эксп ер и м ен ты п о служ и ли н ач ало м н о во го н ап р авлен и я в ф и зи ке — ф и зи ки ко см и ч ески х луч ей . Л и ш ь м н о го лет сп устя, в 1 936 г., за о ткр ы ти е ко см и ч ески х луч ей В .Г ессу б ы ла п р и суж д ен а Н об елевская п р ем и я. Т ер м и н «ко см и ч ески е лучи » б ы л д ан это м у н о во м у ви д у и злуч ен и й ф и зи ко м Р .М и лли кен о м (р и с.2 .3 ), ко то р ы й п ро д о лж ал р аб о ты в это й о б ласти в 1 922 -19 26 гг., д о сти гн ув н а ш ар ах -зо н д ах вы соты и зм ер ен и й 1 5,5 км . О н п о казал, ч то и н тен си вн о сть ко см и чески х луч ей м ен яется с вы со то й , след уя вп о лн е о п р ед елен н о й зако н о м ер н ости , связан н ой с эф ф екти вн о стью и х п о гло щ ен и я в атм о сф ер е. Р .М и лли кен у п р и н ад - П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 25 Р и с. 2.3. Р .М и л л и к ен . 34 леж и т и д ея зар о ж д ен и я косм и ч ески х луч ей в м еж звезд н о м п ро стран стве, н о н е в сам и х звезд ах . О н а б ы ла о сн ован а н а н аб лю д ен и ях н езави си м о сти «ультр а-р ад и ац и и » — ко см и ч ески х луч ей , н аб лю д аем ы х в о п р ед елен н о м м есте, — о т п о ло ж ен и я н а н еб е С о лн ц а и М леч н о го П ути . Э то б ы ло вп о лн е сп р авед ли во , со гласн о со врем ен н ы м п р ед ставлен и ям , н о ... ли ш ь о тч асти ... Д р уги е ф и зи ки — Ф .Ц ви кки вм есте с В .Б аад е (р и с. 2 .4 ) в 1934 г. вы сказали и д ею о «н о вы х » и «свер х н о вы х » звезд ах - и сто ч н и ках ко см и ч ески х лучей . О н и о п уб ли ко вали свою ги п о тезу в 19 34 г. в ж ур н але Physical Review. Н аско лько п лод о твор н о й о казалась эта и д ея м о ж н о суд и ть о п ро д о лж аю щ ем ся д о си х п ор п отоке н ауч н ы х п уб л и кац и й , связан н ы х как с теор и ей ускор ен и я ч асти ц п р и взр ы вах сверх н о вы х звезд , так и с эксп ер и м ен там и , н ап р авлен н ы м и н а п о и ски п о д твер ж д ен и й это й ги п о тезы . Р .М и лли кен вслед за В .Г ессо м такж е п о лагал, ч то ко см и ч еско е и злуч ен и е — это гам м а-кван ты и ли гам м а-луч и . П оэто м у о н п о ан ало ги и и н азвал н еи звестн ы й ви д п ро н и каю щ его и злуч ен и я «ко см и ч ески м и луч ам и ». Э то б ы ло в 19 32 г. Т ер м и н п р и ж и лся, о д н ако ко см и ч ески е луч и н е и м ею т н и ч его о б щ его с луч о м света, а скор ее н ап о м и н аю т р азр еж ен н ы й Р и с. 2.4. Ф .Ц в и к к и (сл ев а) и В .Б ааде п ер в ы м и обр ати л и в н и м ан и е н а св ер хн ов ы е зв езды , к ак в озм ож н ы е и сточ н и к и к осм и ч еск и х л уч ей . 35 Р и с. 2.5. Д .В .С к обел ь ц ы н — оди н и з п ер в ы х отеч еств ен н ы х и ссл едов ател ей к осм и ч еск и х л уч ей . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 26 Р и с. 2.6. В отл и ч и е от эл ек тр он ов , тр аек тор и и к отор ы х и ск р и в л я ю тся м агн и тн ы м п ол ем , тр ек к осм и ч еск ой ч асти ц ы в и ден в в и де п р я м ой л и н и и . газ, со сто ящ и й и з ч асти ц , ред ко взаи м о д ей ствую щ и х д р уг с д р уго м . В п ер вы х о п ы тах и сслед ователи и м ели д ело с р езультато м взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х луч ей с во зд ух ом и , как след стви е, н аб лю д али о стато ч н ы й и о н и зац и о н н ы й то к в п р и б ор ах . Р усски е ф и зи ки Л .М ы со вски й и Л .Т уви м , и зуч и в п о глощ ен и е ч асти ц в во д е, ко тор о е б ы ло зн ач и тельн о м ен ьш е, ч ем д ля гам м а-кван тов, п р и ш ли к вы во д у о б о льш ей п ро н и каю щ ей сп о со б н о сти ко см и ческо го и злуч ен и я. Д . С ко б ельц ы н (р и с. 2 .5 ) б ы л п ервы м , кто см о г «уви д еть» сам и ч асти ц ы . Д ля это го о н и сп о льзо вал кам ер у В и льсо н а, п озво лявш ую р еги стр и р овать тр еки — след ы отд ельн ы х ч асти ц . П ом ести в ее в м агн и тн о е п о ле, о н о б н ар уж и л след ы слаб о о ткло н яю щ и х ся в м агн и тн о м п о ле ч асти ц (р и с. 2.6 ). Э то б ы ли ко см и ч ески е луч и — ч асти ц ы и з д алеки х о б ластей В селен н о й . Т ако во вкр атц е н ач ало и стор и и о ткр ы ти я ко см и ч ески х луч ей . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 27 Гл ав а 3. К А К П О Й М А Т Ь К О С М И Ч Е С К И Е Л У Ч И И сто р и я н ауч н ы х и сслед ован и й , п о д о б н о и сто р и и гео гр аф и ч ески х о ткр ы ти й , зн ает н ем ало п р и м ер ов, ко гд а н ео ж и д ан н о е откр ы ти е со верш ен н о засло н яло п ер во н ач альн ую ц ель. Б . Р осси И сслед ователи н ач али и зу ч ать ко см и ч ески е луч и с п о м о щ ью п ри б о ро в н а З ем ле и ли вб ли зи н ее, н а во зд уш н ы х ш ар ах. О д н ако, н ад н и м и р асп о ло ж ен а н ем алая то лщ а атм о сф ер ы ... 3.1. К осм и ч еск и е л уч и в атм осф ер е С во й ство атм о сф ер ы п о гло щ ать косм и ч ески е луч и б ы ло о б н ар уж ен о ещ е в п ер вы х эксп ер и м ен тах В .Г есса. П о п ад ая в атм о сф ер у З ем ли , косм и ч ески е ч асти ц ы (а это в о сн о вн о м п р ото н ы и яд ра элем ен тов б о лее тяж елы х , ч ем во д о ро д ) и сп ы ты ваю т сто лкн о вен и я с ее ато м ам и и м о лекулам и . В р езультате п р о и сх од и т расщ еп лен и е яд ер и о б р азован и е м н о го чи слен н ы х втор и ч н ы х ч асти ц . С р ед н ее р ассто ян и е, ко то ро е усп евает п ро й ти п ро то н в атм о сф ер е, соо тветствует п р и м ер н о 1 /1 3 ч асти ее то лщ и . Э т о о зн ач ает, ч то о н м о ж ет н ео д н о кр атн о вступ ать в п р о ц ессы взаи м о д ей стви я с яд р ам и во зд ух а, п р еж д е ч ем о ко н ч ательн о п о ги б н уть. О тсю д а след ует, ч то н а м ен ьш и х вы со тах вб ли зи З ем ли , и ли в тер м и н ах ф и зи ко в, и зуч аю щ и х ко см и ч ески е луч и , — н а « б о льш и х глуб и н ах », в атм о сф ер е сущ ествует ли ш ь втор и ч н ая ко м п о н ен та ко см и ч ески х луч ей . С о став втор и ч н о й ком п о н ен ты о б усло влен ф и зи ч ески м и п ро ц ессам и взаи м од ей стви я п ер ви ч н ой ч асти ц ы с яд р ам и 37 атм о сф ер ы . Э то т п р о ц есс н азы вается каскад н ы м . С х ем а взаи м о д ей стви я п р о то н о в ко см и ч ески х лу ч ей с атм о сф ер о й п о казан а н а р и с. 3 .1 . В актах взаи м о д ей стви я п ер ви ч н о й ч асти ц ы ко см и ч ески х лу ч ей р о ж д аю тся п р акти ч ески все и звестн ы е элем ен тар н ы е ч асти ц ы . В п ер во н ач альн о м акте взаи м о д ей стви я о сн о вн у ю р о ль и гр аю т элем ен тар н ы е ч асти ц ы — р о ж д аю тся п и о н ы и ли π -м езо н ы , ср ед и ко то р ы х есть н ей тр ал ьн ы е π 0 и зар яж ен н ы е π ± . В заи м о д ей ству я с яд р ам и во зд у х а, зар яж ен н ы е π ± м езо н ы ген ер и р у ю т н о вы е ли вн и д о тех п ор , п о ка и х эн ер ги я н е сн и зи тся д о ~ 1 0 9 электр о н во льт. В п ер во м акте взаи м о д ей стви я о б ы ч н о р о ж д ается б о лее 5 0 н о вы х ч асти ц . В р езу льтате р асп ад а π ± -м езо н о в о б р азу ю тся м ю о н ы (μ -м езо н ы ) и н ей тр и н о (ν). В со ставе вто р и ч н о го и злу ч ен и я п р и су тству ю т н ей тр о н ы . Э та ч асть каскад а н о си т н азван и е ад р о н н о го ли вн я. Н ей тр альн ы е м езо н ы (π °) — и х п р и м ер н о о д н а тр еть — р асп ад аю тся н а гам м а-кван ты , ко то р ы е в ку ло н о вско м п о ле яд ер р о ж д аю т эл ектр о н ы и п о зи тр о н ы . Т о р м о зн о е и злу ч ен и е элек - Р и с. 3.1. К аск адн ы й п р оц есс в заи м одей ств и я п ер в и ч н ы х к осм и ч еск и х л уч ей с атм осф ер ой — р ож ден и е в тор и ч н ой к ом п он ен ты к осм и ч еск и х л уч ей (так н азы в аем ы е «ш и р ок и е атм осф ер н ы е л и в н и »). 38 тр о н -п о зи тр о н н о и п ар ы п р и во д и т к п о явлен и ю н и зко эн ер ги ч н ы х ф ото н о в. Э то т ли вен ь н азы вается электр о м агн и тн ы м . А д р о н н ы й ли вен ь сам п р о и зво д и т н ей тр ал ьн ы е п и о н ы , тем сам ы м о б есп еч и вая д о п о лн и тел ьн ы й вклад в электр о м агн и тн ы й каскад . Н а у р о вн е м о р я о стается н е б о лее П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 28 1 % о т п о то ка п ер ви ч н ы х ч асти ц . Н ар яд у с зар яж ен н ы м и п ер ви ч н ы м и ч асти ц ам и в атм о сф еру м о гу т п о п ад ать ко см и ч ески е гам м а-кван ты вы со ки х эн ер ги й . В это м слу ч ае ли вен ь ч асти ц б у д ет ч и сто электр о м агн и тн ы м . В то р и ч н ы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы — электр о н ы и п о зи тр о н ы , р о ж д ен н ы е в каскад н о м п р о ц ессе, м о гу т со зд авать ч ер ен ко вско е и ф лю о р есц ен тн о е свеч ен и е атм о сф ер ы . П р о ц есс о б р азо ван и я н о вы х ч асти ц н о си т лави н о о б р азн ы й х ар актер д о тех п о р , п о ка ко н ку р и ру ю щ и е п о тер и эн ер ги и н е стан у т д о м и н и р о вать. Н а н еко то р о й вы со те н ад З ем лей ф о р м и ру ется м акси м у м ч и сл а ч асти ц ли вн я. Ч и сло ч асти ц в ли вн е — о гр о м н о : в м акси м у м е о н о п р о п о р ц и о н альн о эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы и м о ж ет д о сти гать м и лли ар д а. 3.2. Л ов уш к и дл я ч асти ц О ткр ы ти е каскад н о го п р о ц есса — р о ж д ен и е вто р и ч н ы х ч асти ц , п о явл яю щ и х ся ген ети ч ески связан н ы м и гру п п ам и , - связан о с и м ен ем Д .С ко б ельц ы н а. О н вп ер вы е «у ви д ел» л и вн и ко см и ч ески х лу ч ей в о п ы тах с кам ер о й В и льсо н а, о б н ар у ж и в след ы о д н о вр ем ен н о р о ж д ен н ы х д ву х и ли тр ех ч асти ц вн у тр и кам ер ы В и л ьсо н а (см . р и с. 2 .4 ). П о су ти , это б ы ли п ер вы е н аб лю д ен и я м н о ж ествен н ы х п р о ц ессо в в яд ер н о й ф и зи ке вы со ки х эн ер ги й . З атем , в 1 9 3 8 г. ф р ан ц у зски й ф и зи к П ьер О ж е, (р и с. 3 .2 ) р азм ести л п ар у д етекто р о в в А льп ах и зар еги стр и р о вал и х о д н о вр ем ен н о е ср аб аты ван и е. Э то б ы ло п ер вы м у казан и ем н а су щ ество ван и е каскад н о го п р о ц есса — ген ер ац и ю ли вн ей вто р и ч н ы х ч асти ц (и х н азы ваю т «ш и р о ки м и атм о сф ер н ы м и ли вн ям и » — Ш А Л ), р о ж д аю щ и х ся в атм о сф ер е п о д д ей стви ем ко см и ч ески х лу ч ей . О ж е у д ало сь о п р ед ели ть эн ер ги ю ч асти ц ы , 39 Р и с. 3.2. П ь ер О ж е. вы звавш ей Ш А Л : о н а о казал ась р авн о й 1 0 15эВ (1 П эВ ). Е е вели ч и н а б ы ла н а 7 п о р яд ко в вел и ч и н ы б о льш е и зм ер ен н о й д о это го вр ем ен и эн ер ги и ч асти ц . В д ал ьн ей ш ем и ссл ед о ван и я б ы ли п р о д о лж ен ы и тал ьян ски м у ч ен ы м Б .Р о сси , ко то ры й и зу ч ал «каскад н у ю кр и ву ю » — зави си м о сть м еж д у ч и сло м р о ж д ен н ы х вто р и ч н ы х ч асти ц и то лщ и н о й вещ ества, п р о й д ен н о й п ер ви ч н о й ч асти ц ей . Э ти эксп ер и м ен ты стали о сн о во й н о во го н ап р авл ен и я в эксп ер и м ен тальн о й ф и зи ке ко см и ч ески х лу ч ей — м ето д а ш и р о ки х атм о сф ер н ы х ли вн ей . Р ассм о тр и м его б о лее п о д р о б н о . В ф и зи ке ко см и ч ески х лу ч ей эксп ер и м ен тальн ая зад ач а сво д и тся к о п р ед елен и ю р яд а важ н ей ш и х ф и зи ч ески х п ар ам етр о в ч асти ц , ср ед и ко то р ы х — эн ер ги я, м асса (зар яд о во е ч и сло ) и зар яд о во е со сто ян и е. П о м ассе м ы и д ен ти ф и ц и р у ем сам у ч асти ц у , н ап р и м ер , д ля яд ер о п р ед еляем и х м есто в п ер и о д и ч еско й таб ли ц е элем ен то в, а, о п р ед ели в эн ер ги ю , м о ж н о п о стр о и ть эн ер гети ч еско е р асп р ед елен и е п о то ко в ч асти ц д ан н о го ти п а — эн ер гети ч ески й сп ектр . З н ан и е зар яд о во го со сто ян и я важ н о д ля и о н о в — ато м о в с н е п о лн о стью зап о л н ен н ы м и эл ектр о н н ы м и о б о ло ч кам и . О д н ако ко см и ч ески е л у ч и вы со ки х эн ер ги й — это п о лн о стью и о н и зи р о ван н ы е ато м ы , о сво б о д н ы е о т электр о н н ы х о б о ло ч ек. И склю ч ен и е со ставляет так н азы ваем ая «ан о м альн ая» ко м п о н ен та ко см и ч ески х лу ч ей . О б эти х ч асти ц ах р еч ь п о й д ет н и ж е. П о м и м о это го , и ссл ед о вател ям б ы вает н ео б х о д и м о зн ать и н ап р авлен и е п р и х о д а ч асти ц и ли П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 29 п р о стр ан ствен н о е расп р ед ел ен и е и х тр аекто р и й д ви ж ен и я. Э то н ад о н е то лько д ля оп р ед елен и я м есто п о ло ж ен и я и сто ч н и ко в ко см и ч ески х лу ч ей н а н еб есн о й сф ер е н о , в р яд е слу ч аев, д л я и зу ч ен и я и х д ви ж ен и я в м агн и тн ы х п о лях . П о след н ее важ н о д л я зар яж ен н ы х ч асти ц , 40 тр аекто р и и ко то р ы х м о гу т су щ ествен н о о ткло н яться о т п р ям о й ли н и и п р и р асп р о стр ан ен и и в м еж звезд н о й ср ед е. К р о м е это го, д ля З ем л и , и м ею щ ей со б ствен н о е м агн и тн о е п о ле, п р о стр ан ствен н о е р асп р ед ел ен и е ч асти ц и м еет о со б о е зн ач ен и е д ля и н тер п р етац и и д ан н ы х н азем н ы х эксп ер и м ен то в. Н а зар е и сслед о ван и й ко см и ч ески х лу ч ей п р и м ен явш и еся д етекто р ы б ы ли д о стато ч н о п р о сты м и и и сп о льзо вали п р и н ц и п и о н и зац и и газо в п р и п р о х о ж д ен и и ч ер ез н и х зар яж ен н ы х ч асти ц . П ер вы е д етекто р ы - и о н и зац и о н н ы е кам ер ы и сч етч и ки Г ей гер а р еги стр и р о вали электр и ч ески й и м п у льс, со зд аваем ы й ч асти ц ей , т.е. сам ф акт п р охо ж д ен и я ч асти ц ы ч ер ез д етекто р , н о н е м о гли о п р ед ели ть ее п р и р о д у . В ы ш е о тм еч ало сь, ч то в р езу льтате взаи м о д ей стви я ко см и ч еско го и злу ч ен и я с яд р ам и ато м о в атм о сф ер ы р о ж д аю тся н о вы е ч асти ц ы — вто р и ч н ы е п р о то н ы , яд р а б о лее тяж елы х элем ен то в, н ей тр о н ы , электр о н ы , гам м а-кван ты , м ю о н ы и н ей тр и н о . В клад эти х ко м п о н ен т в су м м ар н ы й п о то к и злу ч ен и я н а разн ы х вы со тах зави си т как от со става п ер ви ч н о го и злу ч ен и я, так и от его эн ер гети ч еско го расп р ед елен и я. Ф и зи ч ески е хар актер и сти ки каскад н о го п р о ц есса вп ер вы е б ы ли п о д р о б н о и ссл ед о ван ы р о сси й ски м и ф и зи кам и — Д .С ко б ел ьц ы н ы м , Н .Д о б р о ти н ы м и Г .З ац еп и н ы м в 1 9 4 9 г. в го р ах П ам и р а, гд е н а б о льш о й вы со те р асп о лагали сь д етекто р ы ко см и ч еско го и злу ч ен и я, п о зво лявш и е р еги стр и р о вать вто р и ч н ы е ч асти ц ы каскад а — ли вн я ч асти ц (р и с. 3 .3 ). Т ео р и я каскад н о го п р о ц есса, вп ер вы е р азр аб о тан н ая Г .З ац еп и н ы м , п о зво ли ла у ч ен ы м р азви ть м ето д ы о п р ед ел ен и я п ар ам етр о в п ер ви ч н о й ч асти ц ы , вто р гаю щ ей ся в атм о сф ер у , п о ан ал и зу со б ы ти й в д етекто р ах , вы зван н ы х вто р и ч н ы м и ч асти ц ам и . О казало сь, ч то м акси м у м и н тен си вн о сти ч асти ц в ли вн е («м акси м у м ли вн я» ) зави си т как о т эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы , так и о т ее ти п а (р и с. 3 .4 ). О п р ед елен и е п о ло ж ен и я м акси м у м а ли вн я ч асти ц и гр ает б о льш у ю р оль в эксп ер и м ен тах с Ш А Л . М акси м у м ли вн я со д ер ж и т в ср ед н ем ~1-1 ,6 ч асти ц ы н а каж д ы е 1 0 9эВ эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы . Э то о зн ач ает, ч то с р о сто м эн ер ги и ч и сло ч асти ц в м акси м у м е у вели ч и вается. В ы со та о б р азо ван и я 41 Р и с. 3.3. Г еор ги й З ац еп и н с сотр удн и к ам и создал устан ов к у дл я и зуч ен и я ш и р ок и х атм осф ер н ы х л и в н ей в гор ах П ам и р а. м акси м ум а н ад п о вер х н о стью З ем ли и ли , то ч н ее, глуб и н а t, о тсч и ты ваем ая о т вер х н ей гр ан и ц ы атм о сф ер ы - Х mах , и зм ен яется п о ло гар и ф м и ч еском у зако н у с и зм ен ен и ем эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы (т.е. п р о п о р ц и о н альн а lgE) В ели ч и н у Х mах м ож н о вы ч и сли ть, и н тегр и р уя п ло тн о сть во зд ух а о т то чки вхо д а в атм о сф ер у и вд о ль тр аектор и и ч асти ц ы . С лед о вательн о , Х mах и зм еряется в ед и н и ц ах г/см 2 — п р о и звед ен и е п ло тн о сти вещ ества (г/см 3) н а д ли н у п ути ч асти ц ы . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 30 П р и вер ти кальн о м п р о лете ч асти ц ы , ее тр аектор и я п ер есекает -1 000 г/см 2 вещ ества от гр ан и ц ы атм о сф ер ы д о ур о вн я м ор я. Ч асти ц а с эн ер ги ей 1015эВ д о сти гн ет гл уб и н ы п р и м ер н о в 500 г/см 2. Г луб и н а м акси м ум а ли вн я увели ч и вается н а 6 0 -70 г/см 2 с увели ч ен и ем эн ер ги и ч асти ц ы н а п о р яд о к. О д н ако , глуб и н а м акси м ум а зави си т и о т ти п а влетаю щ ей ч асти ц ы . Д ля б о лее м асси вн о й ч асти ц ы , н о с то й ж е эн ер ги ей в ед и н и ц ах М эВ /н укло н , т.е. с то й ж е ско ро стью (E/A=const), Xmax, о б р азо ван н ы й ею , б уд ет н аб лю д аться вы ш е н ад зем лей . П ер во е ад ро н н о е взаи м о д ей стви е д ля п ро то н о в п р о и схо д и т н а 42 Р и с. 3.4. К ач еств ен н ая к ар ти н а ф ор м и р ов ан и я к аск адов в тор и ч н ы х ч асти ц в атм осф ер е. В и д н о , ч то б о лее эн ер ги чн ы е, а такж е б о лее легки е ч асти ц ы ф о рм и р ую т м акси м ум Ш А Л (м акси м ум втор и ч н ы х ч асти ц — Nmax) н а б о льш и х глуб и н ах атм осф ер ы , т.е. б ли ж е к зем н о й п о верх н о сти . глуб и н е атм о сф ер ы ~70 г/см 2 и н а м ен ьш и х глуб и н ах (б о льш и х вы со тах ) д ля б олее тяж елы х яд ер с той ж е эн ер ги ей E /A . Э то р азли ч и е кач ествен н о д ем о н стр и р уется н а р и с. 3 .4 , гд е п р и вед ен ы р асп р ед елен и я ч и сла ч асти ц в ли вн е д ля ч асти ц с Z1 и Ζ 2 (Ζ 1< Ζ 2), н о с о д и н ако вы м и эн ер ги ям и и д ля ч асти ц с Ζ =const, н о с р азн ы м и эн ерги ям и . Д ля р азли ч н ы х ком п о н ен т каскад н о го п ро ц есса х ар актер п ро хо ж д ен и я ч асти ц ч ерез атм о сф ер у о б лад ает сво и м и о со б ен н о стям и . К ом б и н и р уя м ето д ы эксп ер и м ен тальн ы х и зм ер ен и й , ч увстви тельн ы е к то й и ли и н о й ко м п о н ен те втор и ч н о го и злуч ен и я, с о д н о й стор о н ы , и , п р и м ен яя р асч етн ы е м од ели п р ох о ж д ен и я ч асти ц ч ер ез атм о сф ер у - с д р угой , и сслед о вателям уд ается п р и б ли зи ться к о п р ед елен и ю ф и зи ч ески х п ар ам етров п ер ви ч н о й ч асти ц ы . П р и б ли зи ться п о то м у, ч то о стается все-таки н еко тор ая н ео п р ед елен н о сть, и н о гд а зн ач и тельн ая, в ц еп о ч к е и зм ер ен и й и м о д ели ро ван и я, связан н ая с н ео п р ед елен н о стью н еко тор ы х п ар ам етро в, зало ж ен н ы х в м о д елях. 43 В ы ш е о тм еч ало сь, ч то ли вн и , вы зван н ы е п ер ви ч н ой ч асти ц ей с эн ер ги ей ~ 1 0 15 эВ , п ро н и каю т н а глуб и н у, р авн ую п р и м ер н о п о ло ви н е то лщ и н ы атм о сф ер ы . О ч еви д н о , ч то п о ро г п о эн ер ги и р еги стр и р уем ы х п ер ви ч н ы х ч асти ц б уд ет зави сеть о т вы со ты , н а которо й р азм ещ ен ы д етектор ы : чем вы ш е о н и р асп о ло ж ен ы , тем н и ж е п оро г. О д н ако, м етод Ш А Л н е «р аб о тает» в об ласти эн ер ги й м ен ее ~ 10 14 эВ . Ч асти ц ы эти х эн ер ги й о ч ен ь б ы стро п о глощ аю тся в атм о сф ер е и н е п о зво ляю т р азви ться вто р и ч н о й ко м п о н ен те. Н а р и с. 3 .5 д ем о н стр и р уется п р и н ц и п р еги стр ац и и Ш А Л н азем н ы м и устан о вкам и . О б ы ч н о д етектор ы р асп о ло ж ен ы н а н еко то ром р ассто ян и и д р уг о т д руга и р еги стр и р ую т втори ч н ы е ч асти ц ы ли вн я п о со вп ад ен и ям . Р асп р ед елен и е п ло тн о сти ч асти ц в л и вн е п о х о ж е н а б ли н , ко то р ы й р асп ро стр ан яется со ско ро стью , очен ь б ли зко й к ско ро сти света. И зм еряя вр ем я п р и хо д а ф р о н та ч асти ц ли вн я, м о ж н о вы ч и сли ть н ап р авлен и е п р и хо д а п ерви ч н ы х ч асти ц . Э н ер ги я ли вн я о п р ед еляется п о сум м арн о й п ло тн о сти втор и ч н ы х ч асти ц н а р ассто ян и ях д о 60 0 м о т о си ли вн я. Р и с. 3.5. Р еги стр ац и я ч асти ц к осм и ч еск и х л уч ей н азем н ы м и устан ов к ам и . Д етектор ы р азм ещ аю тся н а б о льш о й п ло щ ад и с тем , ч то б ы зар еги стр и ро вать м акси м альн о во зм о ж н о е ч и сло втор и чн ы х ч асти ц каскад а Ш А Л . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 31 44 И зм ер яя то лько , н ап р и м ер , ад ро н н ую ком п о н ен ту ли вн я, н евозм о ж н о о п р ед ели ть вели ч и н у м акси м ум а ли вн я — Х mах . М о ж н о и зм ер и ть д р угую ко м п о н ен ту - м ю о н н ую , каскад ко тор о й р азви вается н а отли ч н ы х от ад ро н н о й ком п о н ен ты глуб и н ах . П о р азн и ц е п о казан и й м ю о н н ы х д етектор ов и д етектор ов, р еги стр и р ую щ и х ад ро н н ую ком п о н ен ту, а такж е п р и влекая каскад н ы е м од ели , м о ж н о оп р ед ели ть Х mах . К ак м о ж н о «уви д еть» р о ж д ен и е и ги б ель ли вн я? Е щ е д о п оявлен и я м етод а Ш А Л , в тех н и ке и сслед о ван и я ко см и ч ески х луч ей ш и ро ко и сп о льзовался м ето д р ен тген о -эм ульси о н н ы х кам ер (Р Э К ). Ч асти ц ы , п о п ад ая в вещ ество п лен ки , н а п о вер х н о сть ко тор о й н ан есен ч увстви тельн ы й к р ен тген у и зар яж ен н ы м ч асти ц ам слой ф о то эм ульси и , вы зы ваю т каскад втор и ч н ы х ч асти ц (р и с. 3.6 ) — р езультат взаи м о д ей стви я п ер ви ч н о й ч асти ц ы с яд р ам и ф о тоэм ульси и . П о сле п р о явлен и я в х и м и ч ески х р аствор ах тр еки ч асти ц стан о вятся ви д и м ы м и . А н али зи р уя то лщ и н у, р азм ер ы и п р о стр ан ствен н о е п о ло ж ен и е тр еков п о д м и кро ско п ом , м о ж н о о п р ед ели ть и ти п ы ч асти ц , и и х эн ер ги и . М етод Р Э К п о луч и л ш и ро ко е р асп ро стр ан ен и е Р и с. 3.6. П р и м ер в и зуал и зац и и л и в н я ч асти ц ы п р и ее тор м ож ен и и в ф отоэм ул ь си и . С лед ы п ер ви ч н о й и втор и ч н ы х ч асти ц стан о вятся ви д и м ы м и п о сле п ро явлен и я п лен ки в х и м и ч ески х р аствор ах. 45 в ф и зи ке ко см и ч ески х л у ч ей . И м ен н о б лаго д ар я его п р и м ен ен и ю в 4 0 -х го д ах п р о ш ло го века у д ало сь о б н ар у ж и ть м н о ги е яд р а — вп ло ть д о ж елеза — в со ставе п ер ви ч н о го ко см и ч еско го и злу ч ен и я. А льтер н ати вн ы м м ето д о м и зм ер ен и я эн ер ги и ч асти ц в Ш А Л явл яется и зм ер ен и е ч ер ен ко вско го свеч ен и я. И звестн о , ч то ско р о сть р асп р о стр ан ен и я ч асти ц в ср ед е с п о казателем п р ело м лен и я б о льш е, ч ем ед и н и ц а, м о ж ет п р евы ш ать ско р о сть света. Э то сп р авед ли во д ля ч асти ц Ш А Л п р и и х р асп р о стр ан ен и и в во зд у х е. В р езу льтате п р о и сх о д и т и злу ч ен и е ч ер ен ко вско го свеч ен и я (р и с. 3 .7 ). С веч ен и е ви д н о в у зко м ко н у се в н ап р авл ен и и р асп р о стр ан ен и я ли вн я и м о ж ет б ы ть зар еги стр и р о ван о н азем н ы м и о п ти ч ески м и д етекто р ам и . Э то т м ето д п о зво ляет и зм ер и ть Х mах н еп о ср ед ствен н о . П о д о б н ы е д етекто р н ы е н азем н ы е у стан о вки у ж е со зд ан ы , н ап р и м ер CASA-MIA в С Ш А и « Т у н ка» у н ас, в Р о сси и . Д ан н ы е таки х д етекто р о в н е то л ько д о п о лн яю т р езу льтаты «кл асси ч ески х » у стан о во к - Ш А Л , н о и слу ж ат н езави си м о й п р о вер ко й и х р езу льтато в. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 32 Р и с. 3.7. Р еги стр ац и я к осм и ч еск и х л уч ей м етодом и зм ер ен и я ч ер ен к ов ск ого св ета. З ар яж ен н ы е ч асти ц ы , летящ и е со ско р о стью , п р евы ш аю щ ей ско р о сть света (п о ср авн ен и ю с ваку у м о м ), и злу ч аю т ф о то н ы — свет, ко то р ы й м о ж ет б ы ть зар еги стр и р о ван н азем н ы м и у стан о вкам и — п ар аб о ли ч ески м и зер калам и — ко ллекто р ам и света. 46 И з п р и вед ен н о го вы ш е р ассм о тр ен и я во зм о ж н о стей р еги стр ац и и ко см и ч ески х лу ч ей вы со ко й эн ер ги и о ч еви д н о , ч то и м ен н о каскад н ы й п р о ц есс о б р азо ван и я вто р и ч н ы х ч асти ц л еж и т в о сн о ве м ето д а о п р ед елен и я п р и р о д ы п ер ви ч н о й ч асти ц ы . А тм о сф ер а слу ж и т и м ен н о тем «р аб о ч и м тело м » ги ган тско го д етекто р а, ко то ры й п о зво л яет р еги стр и р о вать ко см и ч ески е лу ч и свер х вы со ки х эн ер ги й . О д н ако , это т м ето д эф ф екти вен в о б ласти эн ер ги й б о лее ~ 1 0 15 эВ . А в о б ласти м ен ьш и х эн ер ги й ? З д есь атм о сф ер а у ж е н е м о ж ет слу ж и ть «ген ер ато р о м » вто р и ч н ы х ч асти ц : о н и в б о льш и н стве сво ем п о ги б аю т в вер х н и х сло ях атм о сф ер ы . К ак ж е и зм ер и ть эн ер ги ю ч асти ц ы в это й о б ласти эн ер ги й ? О м ето д е Р Э К б ы ло р ассказан о вы ш е. О н д ей стви тел ьн о п р и м ен яется п р и н еб о л ьш и х эн ер ги ях : у стан о вки д о стато ч н о б о льш о й п ло щ ад и с и сп о льзо ван и ем Р Э К м о гу т б ы ть у стан о влен ы н а аэр о статах , сам о летах и сп у тн и ках с тем , ч то б ы «п р и б л и зи ться» к п ер ви ч н ы м ч асти ц ам . Н о и это т м ето д и м еет сво и о гр ан и ч ен и я, в п ер ву ю о ч ер ед ь п о вр ем ен и эксп о зи ц и и Р Э К : в теч ен и е д ли тел ьн о го вр ем ен и д етекто р Р Э К зар еги стр и р у ет сто ль м н о го ч асти ц (т.е. «засвети тся» ), ч то р азли ч и ть о тд ельн ы е тр еки в н ем стан ет н ево зм о ж н ы м - п о сле п р о явлен и я ф о то эм у льси я б у д ет ч ер н о й . В 5 0 -х го д ах б ы л и зо б р етен и о н и зац и о н н ы й кало р и м етр , п о зво ли вш и й сд ел ать н асто ящ и й р ы во к в и сслед о ван и ях н е то л ько ко см и ч ески х лу ч ей , н о и элем ен тар н ы х ч асти ц в н азем н ы х эксп ер и м ен тах н а у скор и телях . И д ея и зо б р етен и я и со зд ан и я кало р и м етр а д л я и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу ч ей п р и н ад леж и т р о сси й ски м у ч ен ы м - Н .Г р и го р о ву , В .М у р зи н у и И .Р ап п о п о р ту и з М о ско вско го го су д ар ствен н о го у н и вер си тета. П р и н ц и п д ей стви я п р и б о р а д о стато ч н о п р о ст. К ало р и м етр со сто и т и з м и ш ен и , вн у три ко то р ой н е то лько п о гло щ ается вся эн ер ги я п ер ви ч н о й ч асти ц ы , н о и все вто р и ч н ы е ч асти ц ы (р и с. 3 .8 ). П о су ти , м и ш ен ь - это « м и н и -атм о сф ер а» д ля п ер ви ч н о й ч асти ц ы , ко то р ая ген ер и ру ет каскад вто р и ч н ы х ч асти ц . М и ш ен ь — м н о го сл о й н ая. В зазо р ах м еж д у вещ ество м м и ш ен и у стан авли ваю тся д етекто р ы р азли ч н о го ти п а, ко то 47 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 33 Р и с. 3.8. О ди н и з в и дов и он и зац и он н ого к ал ор и м етр а. П р и б о р со сто и т и з у глер о д н о й м и ш ен и , в ко то р ой п р о и сх о д и т ген ер ац и я вто р и ч н ы х ч асти ц — н ей тр ал ьн ы х п и о н о в, ко то р ы е, р асп ад аясь, ф о р м и ру ю т п о то к ф о то н о в. О н и р еги стр и ру ю тся сло ям и д етекто р о в. И зм ер яя ко ли ч ество вто р и ч н ы х ч асти ц , м о ж н о о п р ед ели ть эн ер ги ю п ер ви ч н о й . Ч ем б о льш е сло ев д етекто р о в, тем точ н ее и зм ер яем ая эн ер ги я. р ы е р еги стр и ру ю т вто р и ч н ы е ч асти ц ы . О б р аб аты вая си гн ал ы с р азли ч н ы х сло ев у стан о вки , во сстан авли вается весь ли вен ь вто р и ч н ы х ч асти ц и , тем сам ы м , п ар ам етр ы п ер ви ч н о й ч асти ц ы . И о н и зац и о н н ы й кало р и м етр в д ан н о м ви д е — это д етекто р п о лн о го п о гло щ ен и я, п о зво ляю щ и й п р о след и ть всю и сто р и ю ген ер ац и и л и вн я. К ак м ы ви д и м , и о н и зац и о н н ы й кало р и м етр , п о су щ еству , — это п р и б о р д ля и зм ер ен и я эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы п о то м у ж е п р и н ц и п у , ч то и в м ето д е Ш А Л , н о с су щ ествен н ы м о тли ч и ем : д етекто р ы кало р и м етр а «ви д ят» вто р и ч н ы е ч асти ц ы , р еги стр и ру ю т и х , оп р ед ел яю т и х п ар ам етр ы и п ар ам етр ы п ер ви ч н о й ч асти ц ы . В м ето д е Ш А Л д ал еко н е все ч асти ц ы р еги стр и р у ю тся н азем н ы м и у стан о вкам и . З д есь п ар ам етр ы п ер ви ч н о й ч асти ц ы п р и х о д и тся во сстан авли вать, и сп о льзу я разли ч н ы е м о д ели п р о х о ж д ен и я ч асти ц ч ер ез вещ ество . П о это м у , в о тли ч и е о т м ето д а Ш А Л , и зм ер ен и я ко см и ч ески х лу ч ей кало р и м етр ам и н о сят н азван и я «п р ям ы х » эксп ер и м ен то в. 48 В п ер вы е и о н и зац и о н н ы е кало р и м етр ы д ля и зм ер ен и й ко см и ч ески х лу ч ей б ы ли со зд ан ы д л я вы со ко го р н ы х и сслед о ван и й , а затем зап у щ ен ы в ко см о с. И сто р и я п ер вы х ко см и ч ески х эксп ер и м ен то в с кало р и м етр ам и зн ам ен ательн а и у н и кальн а. У ж е го во р и л о сь, ч то п р и эн ер ги ях м ен ее ~ 1 0 15 эВ м ето д Ш А Л н е р аб о тает и то л ько « п р ям ы е» эксп ер и м ен ты н а аэр о статах и сп у тн и ках с п р и б о р ам и ти п а кало р и м етр о в м о гу т о б есп еч и ть и зу ч ен и е сп ектр о в ч асти ц в это й о б ласти эн ер ги й . А эр о статы и м ею т о гр ан и ч ен н ы й ср о к п о лето в, а зн ач и т о гр ан и ч ен н у ю стати сти ку зар еги стр и р о ван н ы х со б ы ти й , и , след о вател ьн о , о гр ан и ч ен и я п о м акси м альн о й эн ер ги и ч асти ц . С п у тн и ки с б о л ее д ли тел ьн ы м ср о ко м п р о вед ен и я эксп ер и м ен то в м о гли б ы зап о лн и ть эту б р еш ь. Р о сси й ски м у ч ен ы м в 6 0 -е го д ы н ео ж и д ан н о п р ед стави л ась такая во зм о ж н о сть - и сп о льзо вать сп у тн и ки д ля и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу ч ей . Э то б ы ло вр ем я, ко гд а о со б ен н о вы со ки м и тем п ам и н ар ащ и вал ся р акетн о -яд ер н ы й п о тен ц и ал кр у п н ей ш и х д ер ж ав - С С С Р и С Ш А . И сп ы тан и я б ал ли сти ч ески х р акет сл ед о вали о д н и за д р у ги м и . И в это т п ер и о д «х о ло д н о й во й н ы » у ч ен ы м и з М Г У — С .В ер н о ву и Н .Г р и го р о ву — у д ало сь у б ед и ть во ен н ы х п р и и сп ы тательн ы х п у сках б ал ли сти ч ески х р акет р азм ести ть н ау ч н у ю ап п ар ату ру — и о н и зац и о н н ы е кало р и м етр ы — вм есто габ ар и тн о -весо вы х м акето в яд ер н ы х б о его ло во к. И х п р ед ло ж ен и е б ы ло п р и н ято , и п ер ед у ч ен ы м и о ткр ы лась д ей стви тел ьн о у н и кал ьн ая, д о си х п о р н е и м ею щ ая ан ало го в, во зм о ж н о сть — зап у сти ть в ко см и ч еско е п р о стр ан ство м н о го то н н у ю ап п ар ату ру д ля и ссл ед о ван и й ч асти ц вы со ко й эн ер ги и . В о зм о ж н о сть б ы ла м акси м альн о и сп о льзо ван а — б ы ло зап у щ ен о ч еты р е эксп ер и м ен тальн ы е у стан о вки «П р о то н » р азн ы х м о д и ф и кац и й (р и с. 3 .9 ). В п ло ть д о 6 0 -х го д о в в эн ер гети ч еско м сп ектр е ко см и ч ески х лу ч ей о ставало сь «б ел о е п ятн о » — н езап о л н ен н ая эксп ер и м ен тальн ы м и д ан н ы м и о б ласть п р и эн ер ги ях м ен ее 1 0 15эВ . В эксп ер и м ен тах н а «П р о то н ах » вп ер вы е б ы л п ер екр ы т сп ектр всех ч асти ц в ш и р о ч ай ш ем д и ап азо н е: о т 1 0 12эВ д о 10 15 эВ . П р ям о й эксп ер и м ен т, вы п о лн ен н ы й н а сп у тн и ках , со м кн у лся П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 34 49 Р и с. 3.9. Л еген дар н ы е «П р отон ы » - п ер в ы е м н оготон н ы е к ал ор и м етр ы , зап ущ ен н ы е в к осм ос н а сов етск и х боев ы х р ак етах. с р езультатам и н азем н ы х эксп ер и м ен то в Ш А Л . Э то б ы л о гро м н ы й усп ех н аш ей н ауки ! С о врем ен н ы е п р и б ор ы д ля и зуч ен и я ко см и ч ески х луч ей — д о во льн о сло ж н ы е си стем ы , сп о соб н ы е с б о льш о й то ч н о стью во сстан авли вать п ар ам етр ы п ерви чн о й ч асти ц ы . К ало р и м етр ы — и х со ставн ая ч асть. Н а р и с. 3.10 п о казан о д и н и з со вр ем ен н ы х п р и б оро в д ля и сслед о ван и я ко см и ч ески х луч ей . Э то т п р и б ор и сп о льзо вался в д вух аэр остатн ы х эксп ер и м ен тах ATIC в А н тар кти д е в 200 0 и 2 002 го д ах . О н со сто и т и з н аб о р а р азли чн ы х д етекторо в и м и ш ен ей и п о зво ляет и д ен ти ф и ц и р овать эн ер ги ю , зар яд , м ассу ч асти ц ы и ее тр аекто р и ю . Э н ер ги я о п р ед елялась и о н и зац и о н н ы м кало р и м етром , сд елан н ы м и з тяж ело го м атер и ала - BGO (герм ан ата ви см ута), котор ы й является сц и н ти ллято ром - д етектор ом яд ер н ы х и злуч ен и й . Н а вхо д е устан овки р асп о лож ен д етектор зар яд а, со сто ящ и й и з м атр и ц ы п о лу п р овод н и ко вы х д етектор ов, п р ед н азн ач ен н ы х д ля о п р ед еле50 Р и с. 3.10. П р и бор ATIC, л етав ш и й в А н тар к ти де. Н а вр езках «а» и «б » п о казан ы о б щ и й ви д и со став этого п р и б ор а, со сто ящ его и з н еско льки х д етектор ов, а н а «в» д ем он стр и р уется м о д ельн ы й каскад ч асти ц , во зн и каю щ и й п р и взаи м о д ей стви и п ер ви ч н о го п р о то н а с о д н и м и з д етектор ов. Б лаго д аря точ н ом у о п р ед елен и ю п ар ам етров вто р и ч н ы х ч асти ц каскад а, это т п р и б ор «ум еет» н е только и зм ер ять эн ер гети ч ески е сп ектр ы косм и ч ески х луч ей , н о и о п р ед елять м ассу ч асти ц . н и я зар яд а (м ассы ) п ер ви ч н о й ч асти ц ы и м еста ее п о п ад ан и я в устан овку. Т р аектор и я ч асти ц во сстан авли вается в п ро ц ессе о б р аб о тки си гн ало в о т ч асти ц , о д н овр ем ен н о п о п авш и х в верх н и й и н и ж н и й П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 35 сло и д етектор н ы х си стем . Т ако й п р и б о р н асч и ты вает ты сяч и о тд ельн ы х д етектор ов и , соо тветствен н о, ты сяч и электр о н н ы х кан ало в о б р аб отки и н ф о рм ац и и . О н п о зво ляет р еги стр и р овать ко см и ч ески е луч и д о эн ер ги й в ~ 10 14 эВ /н укл с разд елен и ем п о м ассам отд ельн ы х элем ен то в о т п ро то н о в д о ж елеза. О гр ан и ч ен и е п о м акси м альн о й эн ер ги и в это й устан о вке связан о с разм ер ам и д етектор ов (вер х н и й д етекто р и м еет р азм ер ~ 1 м 2) и вр ем ен ем эксп о зи ц и и - д ли тельн о стью п о лета сам о го аэро стата. 51 Р и с. 3.11. А эр остаты м огут л етать в А н тар к ти де до 3 -4-х н едел ь . П р и б ор А Т 1С д важ д ы соверш и л п утеш естви я вд о ль п о б ер еж ья А н тар кти д ы , со б и р ая и н ф ор м ац и ю о ко см и ч ески х луч ах . В А н тар кти д е в летн и й п ер и о д (п о ю ж н о м у п о луш ар и ю ) н аб лю д аю тся п о сто ян н о д ую щ и е ветр а в теч ен и е д овольн о д ли тельн о го вр ем ен и . Э ти м и во сп о льзо вали сь уч ен ы е, зап уская аэро статы н а д алеком ко н ти н ен те. А эр о статы с п о лезн о й н агр узко й — н ауч н ы м и п р и б о р ам и о ги б аю т ю ж н ы й ко н ти н ен т за 2 -3 н ед ели . В о м н о ги х случ аях это го д о стато ч н о , ч тоб ы н аб р ать стати стку д ля п о луч ен и я д о сто вер н ы х р езультатов п о ч асти ц ам косм и ч ески х луч ей . И м ен н о так б ы ло п р овед ен о 2 п о лета аэр остато в в А н тар кти д е с п р и б о ро м ATIC в го н д о ле (р и с. 3 .1 1 ). В это й главе ли ш ь кр атко и зло ж ен ы эксп ер и м ен тальн ы е м ето д ы и зуч ен и я ко см и ч ески х луч ей . В д ей стви тельн о сти м ето д о в о ч ен ь м н о го, и ч и татель м о ж ет п о ч ер п н уть свед ен и я о н и х в сп ец и альн о й ли тер атур е. В аж н о о тм ети ть, ч то о н и п р и м ен яю тся в р азли ч н ы х сред ах (р и с. 3.12 ): в ко см о се, в атм о сф ер е, н а зем ле и п од зем лей . К аж д ы й и з м ето д о в и м еет 52 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 36 Р и с. 3.12. К осм и ч еск и е л уч и и зуч аю тся в о в сех ср едах: п од зем л ей , н а зем л е, в атм осф ер е и в к осм осе. П ерви ч н ы е ч асти ц ы , н е и сп ы тавш и е взаи м о д ей стви й с яд р ам и во зд ух а м о гут р еги стр и ро ваться то лько н а сп утн и ках ; ш и р о ки е атм о сф ер н ы е ли вн и - н а ур овн е м ор я (н а зем ле) и в го р ах , а «п р о н и каю щ ая» ко м п о н ен та ли вн ей — м ю он ы и гам м а-кван ты — п о д зем лей . сво и п р еи м ущ ества и н ед о статки , н о и м ен н о и х со во куп н о сть п озво ляет уч ен ы м п о стро и ть н аи б о лее п о лн ую карти н у ф и зи ч ески х х ар актер и сти к ко см и ч ески х луч ей . М ы ещ е вер н ем ся к эксп ери м ен тальн ы м м ето д ам и зм ер ен и й ко см и ч ески х луч ей , а п о ка п о см отр и м , ч то ж е п р ед ставляю т со б о й косм и ч ески е луч и ? К ако вы и х о сн о вн ы е ф и зи ч ески е хар актер и сти ки ? П о ч ти за сто летн ю ю и стор и ю и сслед о ван и й эти х стр ан н и ко в В селен н ой н ако п лен д ей стви тельн о о гро м н ы й эксп ер и м ен тальн ы й м атер и ал, п о зво ляю щ и й суд и ть н е то лько об и х п р и р од е, н о и о п р и ро д е ко см и ч ески х о б ъ екто в, о тветствен н ы х за и х р о ж д ен и е. О б это м и п ой д ет р ассказ д алее... П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 37 Гл ав а 4. Ч Т О М Ы ЗН А Е М О К О С М И Ч Е С К И Х Л У Ч А Х Е сли эксп ер и м ен т п од тверж д ает теор и ю , это п р и ятн о . Е сли н е п о д твер ж д ает - это и н тер есн о . Я ков Зельдо вич 4.1. К р утая тр аек тор и я п озн ан и я состав а к осм и ч еск ого и зл уч ен и я В о п ро с о со ставе ко см и ч ески х луч ей и есть, п о сути , во п р о с о б и х п р и ро д е. П ервы е и сслед о ватели ко см и ч ески х ч асти ц п о лагали , ч то это гам м а-и злуч ен и е - н ей тр альн ы е ф о то н ы , п ад аю щ и е н а атм о сф ер у и з ко см о са. Э та ги п о теза п рео б лад ала сред и м н о ги х уч ен ы х д овольн о п р од о лж и тельн о е врем я. О д н ако, и сслед о ван и е каскад о в вто ри ч н ы х ч асти ц , н аб лю д аю щ и х ся в атм о сф ер е, н е п о д твер д и ли эту ги п о тезу. В п ер вы е п р ед п о ло ж и ли , ч то ко см и ч ески е луч и — это п о то к зар яж ен н ы х ч асти ц , В . Б о те и В . К о льх ер стер . О н и п ро д елали р яд о п ы то в с д етекто р ам и р ад и о акти вн ы х и злуч ен и й н а зем ле и о б н ар уж и ли , ч то ч асти ц ы , р еги стр и р ую щ и еся и х п р и б ор ом , о б лад аю т б о льш ей п р о н и каю щ ей сп о соб н о стью и н е м о гут б ы ть ро ж д ен н ы м и п р и взаи м о д ей стви и ф о то н о в со стен кам и д етек то ро в. О д н ако и х вы во д ы и з р езультато в эксп ер и м ен тов о ко н ч ательн о н е во сп р и н и м али сь, т.к. в то вр ем я ф и зи ка п р о ц ессов взаи м о д ей стви я ч асти ц с вещ еством н е б ы ла в д о стато ч н о й м ер е ясн а. Б о льш ую р о ль в вы ясн ен и и п р и ро д ы ко см и ч ески х луч ей сы гр али кам ер ы В и льс о н а, п о зволи вш и е ви зуали зи р о вать тр еки ч асти ц (см . р и с. 2 .4 ). Э ксп ери м ен ты Д .С ко б ельц ы н а с п р и м ен ен и ем кам ер ы (см . главу 2 ) и п о след ую щ и е о п ы ты , п р ед п р и н яты е Б .Р о сси , п о казали , ч то таи н ствен н ое ко см и ч ес 54 ко е и злуч ен и е о б лад ает д о стато ч н о вы со ко й эн ер ги ей , ч то б ы п р о н и кн уть скво зь б о льш и е то лщ и вещ ества и п ри этом и сп ы ты вает сло ж н ы е взаи м о д ей стви я как в атм о сф ер е (ш и роки е атм о сф ерн ы е ли вн и ), так и в м атери але сам и х д етектор ов. П о это м у в теч ен и е д ли тельн о го вр ем ен и о ставался о ткр ы ты м во п р о с о п р и ро д е п ер ви ч н о го и злуч ен и я, т.е. о п р и р од е тех ч асти ц , ко то ры е п ад аю т н еп о сред ствен н о н а атм о сф ер у. Д авай те всп ом н и м о то м , ч то н аш а п лан ета З ем ля — м агн и т. И м ен н о сущ ествован и е м агн и тн о го п о ля З ем ли сы гр ало р еш аю щ ую р о ль в о п р ед елен и и со става то го п ер ви ч н о го и злуч ен и я, ко тор о е и и н тер есо вало уч ен ы х -ко см и ко в. В зглян и те н а р и с. 4.1. М агн и тн о е п о ле З ем ли и м еет так н азы ваем ую д и п о льн ую ф ор м у: у н его есть север н ы й и ю ж н ы й п о лю са, и о н о и зм ен яется в зави си м о сти о т р ассто ян и я: ч ем д альш е о т З ем ли , тем п о ле слаб ее, а п р и зад ан н о м р ассто ян и и о н о уси ли вается п о м ер е п р и б ли ж ен и я к п о лю сам . Р и с. 4.1. М агн и тн ое п ол е З ем л и и м еет ф ор м у ди п ол я . О сь д и п о ля см ещ ен а о тн о си тельн о о си вр ащ ен и я З ем ли н а ~ 11 °. П оэто м у гео гр аф и ч ески й экватор н е со вп ад ает с гео м агн и тн ы м . В м агн и тн ом п о ле п ер в и ч н ы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы , (н ап р и м ер , п р о то н ы ) и н ей тр альн ы е (н ап р и м ер , гам м а-кван ты ) вед ут себ я п о -р азн о м у: п ервы е и м о тклон яю тся, а втор ы е д ви ж утся п о п рям ы м траектор и ям . 55 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 38 Н ей тр альн ы е ч асти ц ы (н ап р и м ер , ф ото н ы ) п ер есекаю т м агн и тн о е п о ле, н е зам еч ая его . Д ру го е д ело — зар яж ен н ы е ч асти ц ы — и х тр аекто р и и б у д у т и скр и вляться. П р и ч ем р ад и у с кр и ви зн ы тр аекто р и и в м агн и тн о м п о ле б у д ет зави сеть о т и х эн ер ги и , а то ч н ее — и м п у льса (п р о и звед ен и я м ассы ч асти ц ы н а ско р о сть - mv). И з тео р и и и звестн о со о тн о ш ен и е: Е (эВ )/Z = 300BR(гау сс · см ), н азы ваем о е м агн и тн о й ж естко стью . И м ен н о о н о и о п р ед ел яет п ар ам етр ы тр аекто р и и ч асти ц ы в м агн и тн о м п о ле. И з ф о рм у лы д ля м агн и тн о й ж естко сти ви д н о , ч то тр аекто р и я зави си т и о т зар яд а ч асти ц ы Z: д ля о д н о кр атн о зар яж ен н о й ч асти ц ы , н ап р и м ер , п р о то н а р ад и у с кри ви зн ы R в м агн и тн о м п о ле В б у д ет б о льш е, ч ем д ля д ву кр атн о зар яж ен н о го и о н а гели я — ал ьф а-ч асти ц ы с то й ж е эн ер ги ей . О тсю д а ясн о , ч то н аш е м агн и тн о е п о ле м о ж ет сл у ж и ть п р и б о р о м , со зд ан н ы м сам о й п р и р о д ой д ля о п р ед ел ен и я со става п ад аю щ и х н а З ем лю ч асти ц (см . р и с. 4 .1 ). П ер вы м и , п р ед ло ж и вш и м и и сп о льзовать м агн и тн о е п о ле З ем ли в кач естве естествен н о го сеп ар ато р а зар яж ен н ы х и н ей тр ал ьн ы х ч асти ц , б ы ли те ж е В . Б о те и В . К о льх ер стер (и м ен н о о н и н а о сн о ве сво и х эксп ер и м ен то в п о вер и ли , ч то п ер ви ч н ая ко м п о н ен та ко см и ч еско го и злу ч ен и я зар яж ен а, а н е н ей тр альн а). Г о ллан д ски й ф и зи к Д ж . К лей , п у теш еству я в 1 9 2 7 г. о т Л ей д ен а д о С у эц ко го кан ал а о б н ар у ж и л у м ен ьш ен и е и н тен си вн о сти ко см и ч еско го и злу ч ен и я. Э то б ы ло п ер вы м у казан и ем н а су щ ество ван и е ш и р о тн о го эф ф екта косм и ч ески х л у ч ей — и зм ен ен и я и х и н тен си вн о сти в зави си м о сти о т гео гр аф и ч еско й ш и р о ты : н а эквато р, всл ед стви е д и п о льн о го х ар актер а м агн и тн о го п о ля З ем ли п р о н и кает го р азд о м ен ьш е ч асти ц , ч ем н а вы со ки е ш и р о ты . Н е все это м у п о вер и ли . Р .М и лли кен (и м ен н о о н н азвал н еи звестн о е ко см и ч еско е и злу ч ен и е ко см и ч ески м и лу ч ам и ), н е о б н ар у ж и в зам етн о го эф ф екта и зм ен ен и я и н тен си вн о сти ч асти ц м еж д у Б о ли ви ей и П асад ен о й в К али ф о р н и и (в 1 9 2 8 г.), 56 п р о д о лж ал н астаи вать н а ф о то н н о й ги п о тезе п р о и сх о ж д ен и я ко см и ч ески х лу ч ей . Н о о р ган и зо ван н ы е в 1 9 3 2 г. м н о го ч и слен н ы е эксп ер и м ен ты А .К о м п то н а д али у б ед и тел ьн ы е ар гу м ен ты в п о льзу альтер н ати вн о й ги п о тезы со става ко см и ч ески х лу ч ей . П о зд н ее, в 1 9 3 6 -38 го д ах , С . В ер н о е о су щ естви л и зм ер ен и я ш и р о тн о го эф ф екта ко см и ч ески х л у ч ей , п р о вед я стр ато сф ер н ы е эксп ер и м ен ты н а ш ар ах -зо н д ах в И н д и й ско м о кеан е н а теп ло х о д е «С ер го » (р и с. 4.2). О н п о д твер д и л р езу льтаты , п о лу ч ен н ы е А .К о м п то н о м п о и сслед о ван и ю ш и р о тн о го эф ф екта и вы во д ы о то м , ч то ко см и ч ески е ч асти ц ы зар яж ен ы . О казало сь, ч то н а эквато р е п о то к ко см и ч ески х лу ч ей в 4 раза м ен ьш е п о то ка, н аб л ю д авш его ся н а вы со ки х ш и р о тах . Б о лее то го , о н п р и ш ел к вы во д у , ч то б о льш ая ч асть п ер ви ч н о й ко см и ч еско й р ад и ац и и со сто и т и з электр о н о в и п о зи тр о н о в. О н п и сал: « П р ед ставляется н аи б о л ее вер о ятн ы м , ч то п ер ви ч н о е ко см и ч еско е и злу ч ен и е п о ч ти и склю ч и тел ьн о со сто и т и з электр о н о в и п о зи тр о н о в». Р и с. 4.2. С . В ер н ов (сл ев а) в о в р ем я эк сп еди ц и и в И н ди й ск ом ок еан е в 1937 г. н а П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 39 теп л оходе «С ер го». 57 (О тм ети м , ч то н езад о лго п ер ед эти м , в 1 9 3 2 г., К . А н д ер со н о ткр ы л п о ло ж и тельн ы й электр о н п о зи тр о н (об это м б у д ет р ассказан о в главе 1 0 ). Э то т вы во д б ы л н евер н ы м . У ж е в 1 9 46 году С .В ер н о в о тказы вается о т н его , тщ ательн о и ссл ед о вав эф ф екты п р о х о ж д ен и я ч асти ц ч ер ез атм о сф ер у н а б о льш и х вы со тах . Ш и р о тн ая аси м м етр и я ко см и ч еско го и злу ч ен и я н е ед и н ствен н ая в п р о стр ан ствен н о м р асп р ед елен и и ч асти ц , н аб лю д аем ы х н а З ем ле. С лед у ет о ж и д ать аси м м етр и и во сто к -зап ад , если п ер ви ч н ы е ч асти ц ы н е н ей тр альн ы , а зар яж ен ы . П о ло ж и тел ьн о зар яж ен н ы е ч асти ц ы д о лж н ы о ткло н яться к во сто ку , а о тр и ц ател ьн ы е — к зап ад у . Б .Р о сси п р о вел п ер вы е эксп ер и м ен ты д л я п р о вер ки это й ги п о тезы (1 9 3 1 г.) и н е о б н ар у ж и л зам етн о го эф ф екта. Т .Д ж о н со н , о су щ ествляя п о д о б н ы е эксп ер и м ен ты в М екси ке в 1 9 3 3 г., о б н ару ж и л во сто ч н о -зап ад н у ю аси м м етр и ю п р и х о д а п ер ви ч н ы х ч асти ц . Э то яви ло сь у казан и ем н а то , ч то п ер ви ч н о е и злу ч ен и е со сто и т и з п о ло ж и тельн о зар яж ен н ы х ч асти ц . Н ео ж и д ан н ы й р езу льтат! В ед ь б о л ьш и н ство ф и зи ко в д о этого п о лагало , ч то если п ер ви ч н о е и злу ч ен и е и явл яется зар яж ен н ы м и ч асти ц ам и , то это — о тр и ц ател ьн о зар яж ен н ы е ч асти ц ы — электр о н ы (и п о зи тр о н ы ). С у щ ество ван и е в ко см и ч ески х лу ч ах п о зи тр о н о в б ы ло о б н ар у ж ен о М .Ш ай н о м в 1 9 4 0 г. в стр ато сф ер н ы х эксп ер и м ен тах . Б о л ее то го , ан али зи р у я р езу льтаты п р о х о ж д ен и я ко см и ч еско го и злу ч ен и я ч ер ез р азн ы е то лщ и сви н ц о во й защ и ты , М .Ш ай н п р и ш ел к вы во д у , ч то о н о со сто и т «ско р ее всего , и з п р о то н о в». Э то т вы во д б ы л п р ави л ьн ы м и п о лу ч и л п о д твер ж д ен и е в р аб о тах п о и ссл ед о ван и ю п р о ц ессо в взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с атм о сф ер о й и в в эксп ер и м ен тах С .В ер н о ва, ко то р ы й н и ч его н е зн ал о р аб о тах М .Ш ай н а, п р и и сслед о ван и и в 1 9 4 9 г. во сто ч н о зап ад н о й аси м м етр и и в стр ато сф ер е в р ай о н е И н д и й ско го о кеан а. С лед у ю щ и й ш аг в п о зн ан и и п р и р о д ы ко см и ч еско го и злу ч ен и я б ы л сд ел ан с п о м о щ ью д етекто р о в, п о зво лявш и х о ц ен и ть м ассу ч асти ц ы и ее эн ер ги ю . Э то Р Э К - яд ер н ы е эм у льси и (см . р и с. 3 .6 ). О д н о вр ем ен н о д ве гр у п п ы и ссл ед о вателей и з 58 С Ш А п о д р у ко во д ство м Э .Н ея, Г .Б р ад та и Б .П и тер са п р о вел и н а вы со те 2 9 км и сслед о ван и я с п о м о щ ью эм у льси й и о б н ар у ж и ли тр еки тяж елы х ч асти ц , п р и н ад леж ащ и х к п ер ви ч н о м у ко см и ч еско м у и злу ч ен и ю . Т ак б ы ли о б н ар у ж ен ы в ко см и ч ески х лу ч ах ч асти ц ы тяж елее п р о то н о в. Н о и х б ы ло зн ач и тел ьн о м ен ьш е. И сей ч ас это п о н ятн о : вед ь н аш а В селен н ая п о ч ти п о лн о стью со сто и т и з во д о р о д а. Н у , а как б ы ть с электр о н ам и , п о зи тр о н ам и и ф о то н ам и в п ер ви ч н о м и злу ч ен и и , со ставл явш и х о сн о ву ги п о тезы о п р о и сх о ж д ен и и ко см и ч ески х лу ч ей вп ло ть д о 1 9 4 0 г.? И х то ж е н аш ли в п ер ви ч н о м и злу ч ен и и . Н о в ко ли ч ествах , н еср авн ен н о м ен ьш и х п о ср авн ен и ю с п р о тон ам и . Т ак, п о р о й о ч ен ь зам ы сл о вато и д р ам ати ч н о , п р о л егал а тр аекто р и я д ви ж ен и я н ау ки к то м у , ч то сей ч ас каж ется о ч еви д н ы м ... О то м , как м ы сего д н я п р ед ставл яем со став ко см и ч ески х лу ч ей , п о й д ет р еч ь в д альн ей ш и х р азд елах кн и ги . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 40 4.2. И з ч его состоя т к осм и ч еск и е л уч и К ко см и ч ески м лу ч ам о тн о сятся как зар яж ен н ы е, так и н ей тр альн ы е ч асти ц ы : ато м ы р азли ч н ы х элем ен то в о т во д о р о д а д о сам ы х «тяж елы х » п р ед стави телей п ер и о д и ч еско й си стем ы М ен д елеева, а такж е таки е элем ен тар н ы е ч асти ц ы , как н ей тр о н ы , электр о н ы , м езо н ы и д р у ги е. Д и ап азо н и х эн ер ги й кр ай н е вели к — д о стато ч н о сказать, ч то о н п р о сти р ается б о лее ч ем н а 1 4 -1 5 п о р яд ко в. П о то ки ко см и ч ески х лу ч ей си л ьн о м ен яю тся в зави си м о сти о т эн ер ги и — п р и м алы х эн ер ги ях и х зн ач и тел ьн о б о льш е, ч ем п р и вы со ки х и свер х вы со ки х эн ер ги ях . Б о лее 9 0 % ч асти ц ко см и ч ески х лу ч ей со ставляю т ато м ы во д о р о д а, н а гели й п р и х о д и тся о ко ло 7% и м ен ее 1 % — н а б о лее тяж елы е элем ен ты . А то м ы ко см и ч ески х лу ч ей ли ш ен ы электр о н н ы х о б о ло ч ек, п о су ти , это п о лн о стью и о н и зо ван н ы е ато м ы , и ли «го лы е яд р а». П р и ч и н а это го — взаи м о д ей стви е с вещ ество м в п р о ц ессе и х п ер ен о са во В селен н о й . В заи м о д ей ству я с н ей тр ал ьн ы м и ч асти ц ам и , о н и тер яю т сво и электр о н н ы е о б о ло ч ки (так н азы ваем ы й п р о ц есс п ер езар яд ки ). 59 К ак п о казы ваю т р асч еты , ср ед н и й п у ть, ко тор ы й п р о хо д ят ч асти ц ы о т м еста ген ер ац и и , д о стато ч ен , ч то б ы п о тер ять все о р б и тал ьн ы е эл ектр о н ы за сч ет взаи м о д ей стви й с ко см и ч еско й ср ед о й . Е стествен н о зад аться во п р о со м : как х и м и ч ески й со став ко см и ч ески х лу ч ей со о тн о си тся с со ставо м звезд во В селен н о й , с со ставо м б ли ж ай ш ей к н ам звезд ы - С о л н ц а? О твет д ан в таб ли ц е 4.1, гд е п р и во д и тся о тн о си тел ьн о е со д ер ж ан и е р азли ч н ы х элем ен то в в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей , н а С о лн ц е и в звезд ах . Т абл и ц а 4.1. С одер ж ан и е н ек отор ы х эл ем ен тов в к осм и ч еск и х л уч ах н а С ол н ц е и в зв ездах, п р и в еден о отн оси тел ь н о я дер к и сл ор ода (0). Э лем ен т КЛ С о лн ц е З везд ы Η 685 1445 925 Не Li В е-В С N 0 Mg Si Fe 48 0,3 0,8 1,8 <0,8 1,0 0,32 0,12 0,14 91 <10-5 <10-5 0,6 0,1 1,0 0,05 0,06 0,05 150 <10-5 <10-5 0,3 0,2 1,0 0,04 0,04 0,06 М ож н о ви д еть, ч то со став ко см и ч ески х лу ч ей п р и б ли зи тел ьн о со о тветств у ет р асп р о стр ан ен н о сти эл ем ен то в во В сел ен н о й за и склю ч ен и ем д ву х слу ч аев: во -п ер вы х , в ко см и ч ески х лу ч ах н аб лю д ается зн ач и тел ьн о б о льш е легки х яд ер (Li, Be, В ) и , во -вто р ы х , тяж елы х яд ер — вб ли зи ж елеза. К ак сф о р м и р о вался и м ен н о тако й со став ко см и ч ески х лу ч ей ? П о ч ем у су щ еству ю т р азли ч и я в со ставе звезд и ч асти ц , п р и х о д ящ и х к н ам и з В сел ен н о й ? О б это м п о й д ет р еч ь д ал ее, а п о ка п р о д о лж и м р ассм о тр ен и е и х со става. 60 П о м и м о яд ер р азли ч н ы х элем ен то в в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей и м ею тся эл ектр о н ы . П р и р авн ы х эн ер ги ях и н тен си вн о сть электр о н о в в = 1 0 0 р аз м ен ьш е, ч ем п р о то н о в. В отли ч и е о т п р о то н о в и б о лее тяж ел ы х яд ер , м акси м ал ьн ая эн ер ги я электр о н о в н ах од и тся, вер о ятн о , гд е -то в р ай о н е ~ 1 0 14 эВ , т.к. о ж и д ается, ч то п р и б о льш и х эн ер ги ях и х п о то к д о лж ен р езко у м ен ь ш аться и з-за так н азы ваем ы х си н х р о тр о н н ы х п о тер ь. С у щ еству ю т ли ан ти ч асти ц ы в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей ? И х п р и су тстви е м о гло б ы сви д етельство вать о н али ч и и во В сел ен н о й зн ач и тельн о го ко ли ч ества ан ти вещ ества. С ей ч ас и м ею тся ли ш ь н ад еж н ы е эксп ер и м ен тал ьн ы е д ан н ы е о су щ ество ван и и в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей ан ти п р о то н о в в о гр ан и ч ен н о м д и ап азо н е эн ер ги й . П о и ск ан ти ч асти ц тяж ел ее ан ти п р о то н о в — зад ач а б у д у щ и х эксп ер и м ен то в. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 41 4.3. Э н ер гети ч еск и е сп ек тр ы я дер к осм и ч еск и х л уч ей К о см и ч ески е лу ч и и м ею т гр о м ад н ы й д и ап азо н эн ер ги й : о т 1 0 6 д о , п о кр ай н ей м ер е, 1 0 21эВ . О б ы ч н о и сп о льзу ю т след у ю щ и е со кр ащ ен и я д ля ед и н и ц эн ер ги и : 1 0 3 эВ (кэВ ) — ки ло электр о н во льт, 1 0 6 эВ (М эВ ) — м егаэлектр о н во льт, 1 0 9 эВ (Г эВ ) — ги гаэлектр о н во льт, 1 0 12 эВ (Т эВ ) — тер р аэл ектр о н во льт, 1 0 15 эВ (П эВ ) — п етаэлектр о н во льт, 1 0 18 эВ (Е эВ ) — экзаэлектр о н во льт, 1 0 21 эВ (З эВ ) — зи таэлектр о н во льт. Д ля яд ер , тяж елее п р о то н о в, о б ы ч н о и сп о льзу ю т ед и н и ц ы эВ /н у кло н , это п о лн ая эн ер ги я ч асти ц ы , д елен н ая н а ч и сло н у кло н о в в яд р е. Д ля то го , ч то б ы п р ед стави ть м асш таб вели ч и н эн ер ги й ко см и ч ески х лу ч ей , д о стато ч н о взглян у ть н а таб ли ц у 4 .2 . М акси м альн ая и зм ер ен н ая эн ер ги я ко см и ч ески х лу ч ей п р евы ш ает д о сту п н у ю в н азем н ы х эксп ер и м ен тах н а 9 п о р яд ко в — в м и лли ар д р аз! Н аско л ько вели ка эн ер ги я ч асти ц ы вели ч и н о й в 1 3 эВ ? Э н ер ги я тако й су б ато м н о й ч асти ц ы 61 п р и б ли ж ается к эн ер ги ям м акр о м и р а: о н а м о ж ет р азо гн ать ш ай б у м ассо й 2 0 0 г д о ско р о сти 80 км /ч ! Т абл и ц а 4.2. Э н ер ги я р азл и ч н ы х в и дов и зл уч ен и й В и д и злуч ен и я Э н ер ги я, эВ У льтр аф и о лет о т С о лн ц а ~1 Э лектр о н ы в телеви зи о н н о м ки н еско п е ~ 103 М акси м альн ая эн ер ги я п рото н ов, п о луч ен н ая в ~ 2•1015 н азем н ы х уско р и телях М акси м альн ая и зм ер ен н ая эн ер ги я ко см и ч ески х ~ 3•1020 луч ей З д есь у м естн о со п о стави ть эн ер ги и ко см и ч ески х ч асти ц с эн ер ги ям и ч асти ц , «сд ел ан н ы х » н а З ем ле ч ело веко м . Н аи б о л ее м о щ н ы й у ско р и тель ч асти ц , р асп о ло ж ен н ы й в лаб о р ато р и и и м ен и Ф ер м и («Ф ер м и л аб » ) в Ч и каго , С Ш А , м о ж ет р азго н ять ч асти ц ы д о эн ер ги й то лько 1 ,8 Т эВ — 1,8 тр и лли о н а электр о н во л ьт. Д аж е стр о ящ и й ся в н асто ящ ее вр ем я ги ган тски й у скор и тель в Ж ен еве, в Е вр о п ей ско м ц ен тр е яд ер н ы х и ссл ед о ван и й (CERN) — LHC (Б о льш о й ад р о н н ы й ко ллай д ер ), н е см о ж ет п р и б ли зи ться к эн ер ги ям ко см и ч ески х лу ч ей , д о сти ж и м ы х в п р и р о д е, — о н б у д ет у скор ять ч асти ц ы д о 1 4 Т эВ . В аж н ей ш ей х ар актер и сти ко й ко см и ч ески х лу ч ей явл яется эн ер гети ч ески й сп ектр - зави си м о сть м еж д у п о то ко м ч асти ц (F) и и х ки н ети ч еско й эн ер ги ей (E). Н ап р авлен н ы й д и ф ф ер ен ц и альн ы й п о то к о п р ед еляется ко л и ч ество м ч асти ц N с эн ер ги ей в д и ап азо н е о т Ε д о Ε + Γ Ε , п ад аю щ и х н а ед и н и ц у п ло щ ад и в ед и н и ц у вр ем ен и t и в ед и н и ц е тел есн о го у гла Ω : 62 гд е dS, dΩ ., dt и dE — эл ем ен ты п ло щ ад и , телесн о го у гла, вр ем ен и и эн ер ги и . В д ан н о м слу ч ае F(E) - д и ф ф ер ен ц и ал ьн ы й эн ер гети ч ески й сп ектр , в о тли ч и е о т и н тегр ал ьн о го П о то к ч асти ц , п р о и н тегр и р о ван н ы й п о телесн о м у у глу , н о си т н азван и е в сен ап р авлен н о го . В ви д у б о льш о го д и ап азон а и зм ен ен и я п о то ка и эн ер ги и косм и ч ески х лу ч ей эн ер гети ч ески е сп ектр ы ч асти ц п р и н ято и зо б р аж ать в д во й н о м л о гар и ф м и ч еско м м асш таб е, т.е. ig F(E) = f(lg E) . Н аи б о л ее ч асто д ля ап п р о кси м ац и й и сп о льзу ется степ ен н ая ф у н кц и я, т.е. lg F(E)∞ lg Ε -γ, гд е γ — п о казател ь сп ектр а. В д во й н о м ло гар и ф м и ч еско м м асш таб е это п р ям ая ли н и я с н акло н о м γ. Р ассм о тр и м н еко то р ы е о б о б щ аю щ и е свед ен и я о б эн ер гети ч ески х сп ектр ах ко см и ч ески х лу ч ей . Е сли п р о су м м и р о вать д и ф ф ер ен ц и альн ы е п о то ки F всех ч асти ц ко см и ч ески х лу ч ей (б ез р азд елен и я п о Ζ ), и зм ерен н ы х в р азли ч н ы х эксп ер и м ен тах (р и с. 4 .3 ), то м ы п о лу ч и м в д во й н о м ло гар и ф м и ч еско м м асш таб е п р акти ч ески п р ям у ю ли н и ю д л я сп ектр а в ви д е т.е. п о казатель γ п р акти ч ески п о сто ян ен в ш и р о ко м (10 п о р яд ко в вели ч и н ы !) д и ап азо н е эн ер ги й . Н а сам о м д ел е это н е так. И вско р е м ы это у ви д и м . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 42 И н тер есн о о тм ети ть, како вы п о то ки ч асти ц п р и р азли ч н ы х эн ер ги ях . Т ак, п р и эн ер ги и ~1 0 Г эВ и х п о то к со ставляет 1 ч асти ц у н а 1 м 2 в 1 сек, в П эВ -о й о б ласти — 1 ч асти ц а н а 1 м 2 в 1 го д , а п р и б ли зки х к м акси м ал ьн ы м эн ер ги ям , п р и н еско льки х Е эВ , — 1 ч асти ц а н а 1 км 2 в 1 го д . И з тео р и и вер о ятн о сти и звестн о , ч то д ля п о л у ч ен и я д о сто вер н о го р езу льтата н ео б х о д и м о н аб р ать д о стато ч н у ю стати сти ку со б ы ти й , ч то б ы зар еги стр и р о вать со б ы ти я с о ш и б ко й , 63 Р и с. 4.3. Э н ер гети ч еск и й сп ек тр «в сех ч асти ц » к осм и ч еск и х л уч ей без р аздел ен и я и х н а отдел ь н ы е к ом п он ен ты . П р и эн ер ги ях б о лее 1 0 10 эВ о н и м еет н акло н Е -2,7, и сп ы ты вая укр учен и е в р ай о н е ко лен а (~1015 эВ ). П р и эти х эн ер ги ях п о то ки ч асти ц о ч ен ь стаб и льн ы , а в о б ласти эн ер ги й м ен ее ~ 1 0 10 эВ и сп ы ты ваю т зн ач и тельн ы е вар и ац и и п о д д ей стви ем со лн еч н о й акти вн о сти . (см . главу 1 2 ). П р ед ельн ая зар еги стр и р ован н ая эн ер ги я ко см и ч ески х ч асти ц в р ай он е «ступ н и » со ставляет 3 •1020 эВ . зн ач и тельн о м ен ьш ей и зм ер яем о й вели ч и н ы . И звестн о , ч то о ш и б ка ∆ n и зм ер ен и й ч и сла n со б ы ти й м о ж ет б ы ть вы р аж ен а ф ор м уло й ∆ n = √ n. · Н ап р и м ер, п р и 100 и зм ер ен и ях о д н о й и то й ж е случ ай н о м ен яю щ ей ся ф и зи ч еско й вели ч и н ы о ш и б ка со стави т 1 0% . М о ж н о себ е п р ед стави ть, како го р азм ер а д о лж н а б ы ть устан о вка и ско лько вр ем ен и д о лж ен п р о д о лж аться эксп ер и м ен т, если н а вер х н ей гр ан и ц е сп ектр а п о то ки ч асти ц К Л сто ль м алы ! О ч еви д н о , ч то это д о лж н ы б ы ть устан о вки с эф ф екти вн ой п ло щ ад ью р еги стр ац и и ч асти ц в ты сяч и квад р атн ы х ки ло м етр ов. И д аж е п р и таки х м асш таб ах ф и зи кам п ри д ется ж д ать м н о ги е м есяц ы и , во зм о ж н о , го д ы д ля р еги стр ац и и о д н о й ч асти ц ы в З эВ -н о й о б ласти эн ер ги и . 64 В ы ш е м ы р ассм о тр ели сп ектр «всех ч асти ц » ко см и ч ески х луч ей , б ез его д и ф ф ерен ц и ац и и н а р азли ч н ы е ко м п о н ен ты . Н а р и с. 4.4 п о казан ы эн ергети ч ески е сп ектр ы р яд а элем ен тов (Н , Н е, С и F e) — о тд ельн ы х ко м п о н ен т К Л . З д есь п р ед ставлен и е сп ектр а о гр ан и чен о П эВ -о й об ластью эн ер ги й : д ля б о лее вы со ки х эн ерги й п о ка н ет д ан н ы х о со ставе ко см и ч ески х луч ей . О б р ащ ает вн и м ан и е н али ч и е м акси м ум а в сп е ктр е р азли ч н ы х яд ер п р и эн ер ги ях в 300 -5 00 М эВ . Э то так н азы ваем ы й м о д уляц и о н н ы й п и к. О н ем б уд ет р ассказан о в главах 12 и 13. О б р ати те вн и м ан и е такж е н а то , ч то н акло н γ п р акти чески о д и н аков д ля всех ч асти ц со зн ач ен и ем γ~ 2 ,7 д о эн ер ги й ~ 1 П эВ . П р и эти х эн ер ги ях , а то ч н ее п р и ~ 3 П эВ , в сп ектр е н аб лю д ается и зло м — «ко лен о », п о тер м и н о ло ги и ф и зи ко в-ко см и ко в. Э то т и зло м о б н ар уж и вается (см . ри с. 4 .3 ), п р еж д е всего , в сп ектр е «всех ч асти ц » (т.е. сум м ар н о м сп ектр е всех ком п о н ен то в ко см и ч ески х лучей ). Н а р и с. 4 .5 п о казан сум м ар н ы й сп ектр «всех части ц » ко см и ч ески х луч ей (б ез р азд елен и я н а ко м п о н ен ты ), в которо м «колен о » о тч етли во ви д н о п р и эн ер ги и ~ 3 П эВ . Д ан н о е п р ед ставлен и е сп ектр а о тли ч ается о т п р и вед ен н о го н а р и с. 4 .3 то лько тем , ч то д ля н агляд н о сти ш кала ор д и н ат — п о то к, ум н о ж ен а н а ко эф ф и ц и ен т Е 2·75. Э то п о зво ли ло и скусствен н о п р ед стави ть сп ектр всех ч асти ц б о лее п ло ски м и , тем сам ы м , б о лее д етальн о п о казать и м ею щ ую ся о соб ен н о сть в сп ектр е — «ко лен о » п р и Е = 3П эВ и Р и с. 4.4. Э н ер гети ч еск и е сп ек тр ы отдел ь н ы х к ом п о н ен т к осм и ч еск и х л уч ей . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 43 65 Р и с. 4.5. Э н ер гети ч еск и й сп ек тр «в сех ч асти ц ». Х оро ш о ви д н о «ко лен о » п р и ~ 3 •1915 эВ и «ступ н я». П о то ки ч асти ц р езко ум ен ьш аю тся с увели ч ен и ем эн ер ги и : п р и Е ~ 1 0 19 эВ н аб лю д ается ли ш ь ~ 1 ч асти ц а, п ад аю щ ая н а п ло щ ад ку в 1 км 2 в го д . П р и вед ен а ш кала ги р ор ад и усо в (ларм о ро вски х р ад и усо в) п ро тон о в в м агн и тн о м п о ле н ап р яж ѐн н о стью в 3 м кГ с. П р и ультр а-вы со ки х эн ер ги ях > 1 0 19 эВ р ад и усы тр аектор и й п ро то н ов д о лж н ы п ревы ш ать р азм ер ы н аш ей Г алакти ки . «ступ н ю » п р и Е > 1 Е эВ . М ы вер н ем ся к тем е «ко лен а» и «ступ н и » в сп ектр е К Л в п о след ую щ и х р азд елах , гд е б уд ем р ассм атр и вать м етод ы и зм ерен и й К Л и во п ро сы и х п ро и схо ж д ен и я. П о ка ли ш ь о тм ети м , что о б ласть «ко лен а» зам еч ательн а во м н о ги х о тн о ш ен и ях . 1 . Э та об ласть эн ер ги й , п о -ви д и м ом у, соо тветствует п р ед ельн ы м возм о ж н о стям од н о го и з д ей ствую щ и х во В селен н о й уско р и телей К Л (об этом п о д р о б н ее д алее). 2 . «К о лен о » в П эВ -о й о б ласти эн ер ги й б ли зко , как н и уд и ви тельн о это совп ад ен и е, к п р ед ельн ы м во зм о ж н о стям и м ею щ и х ся н а З ем ле уско р и телей ч асти ц . 3 . Э н ер ги я в П эВ -о й о б ласти - «гр ан и ц а» м еж д у д вум я м ето д ам и и сслед о ван и й К Л : в о б ласти эн ер ги й м ен ьш и х 66 «ко лен а» и сслед о ван и я косм и ч ески х луч ей д о ступ н ы ли ш ь с п о м ощ ью п р и б ор ов, устан авли ваем ы х н а аэро статах и сп утн и ках , т.е. в вер х н ей атм о сф ер е и в ко см и ч еско м п р о стр ан стве, а п р и эн ер ги ях б о льш и х ко лен а — с п ом ощ ью н азем н ы х м ето д о в и зм ер ен и й (Ш А Л ). С лед ует такж е о тм ети ть, что о ткр ы ти е и зло м а — «ко лен а» в сп ектр е всех ч асти ц ко см и ч ески х луч ей в 1 956 г. п р и н ад леж и т н аш и м соо теч ествен н и кам — ро сси й ски м ф и зи кам и з М о сковско го го суд ар ствен н о го ун и вер си тета, р аб о тавш и м п о д р уко во д ством Г .Х р и сти ан сен а (р и с. 4 .6 ). П р и эн ер ги ях за П эВ -о й об ластью сп ектр стан о ви тся б о лее кр уты м (γ≈ 3,2) вп ло ть д о эн ер ги й ~ 1 Е эВ . П р и ещ е б ольш и х эн ер ги ях в о б ласти «ступ н и » ф ор м а сп ектр а стан о в и тся н ео п р ед елен н о й . Е сть эксп ер и м ен тальн ы е д ан н ы е, сви д етельствую щ и е о б о лее п о ло го м н акло н е (ч ем γ ≈ 3,2) сп ектр а, а есть П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 44 д ан н ы е, сви д етельствую щ и е о п ро ти во п о ло ж н ом — о р езко м увели ч ен и и кр ути зн ы сп ектр а, т.е. и сч езн о вен и и ч асти ц . М огут ли ч асти ц ы и м еть эн ер ги ю б о льш ую , ч ем ~ 1 3 эВ ? Э ту п ро б лем у м ы р ассм о тр и м в п о след ую щ и х главах кн и ги , а п о ка вер н ем ся к и зм ер и тельн ы м во зм ож н о стям устан о во к. У ж е о тм еч ало сь, ч то в об ласти эн ер ги й б о лее ~ 1 П эВ м етод н азем н ы х и зм ер ен и й Ш А Л н аи б о лее эф ф екти вен д ля и зуч ен и я ко см и ч ески х луч ей . В о б ласти м ен ьш и х эн ер ги й «раб о таю т» п р ям ы е м ето д ы . В зглян и те н а р и с. 4.5, квад р аты слева о т «ко лен а» — ко см и ч ески е эксп ер и м ен тальн ы е д ан н ы е со ветски х «П ро то н о в» (см . р и с. 3 .9 ), п ер екр ы вш и е б о льш о й д и ап азо н эн ер ги й вп ло ть д о «колен а». Р и с. 4.6. Г .Х р и сти ан сен , п ер в оотк р ы в ател ь и зл ом а («к ол ен а») в сп ек тр е к осм и ч еск и х л уч ей . 67 О д н ако и з тех ж е о ц ен о к вел и ч и н п о то ко в ко см и ч ески х лу ч ей , п р и вед ен н ы х н а р и с. 4 .5 , м о ж н о ви д еть, ч то н а «кр аю » сп ектр а, в р ай о н е « сту п н и », п о то к ко см и ч ески х лу ч ей стан о ви тся н асто л ько м ал (1 ч асти ц а/км 2стер го д ), так ч то д ля и х н ад еж н о й р еги стр ац и и н ео б х о д и м ы н е п р о сто д етекто р ы б о льш о й п ло щ ад и , а д етекто р ы ги ган тски х р азм ер о в. Н азем н ы е и зм ер ен и я п о зво ляю т это сд елать — н а п о вер х н о сти З ем ли д о стато ч н о м н о го м еста. И таки е д етекто р ы — ги ган тски е у стан о вки — со зд аю тся. Е сли д ля р еги стр ац и и ч асти ц в р ай о н е «ко лен а» р азм ер н азем н ы х у стан о во к ко леб л ется о т со тен квад р атн ы х м етр о в д о н еско льки х квад р атн ы х ки ло м етр о в, то д ля то го , ч то б ы «п о й м ать» ч асти ц ы в р ай о н е «ло д ы ж ки », со зд аю тся н азем н ы е у стан о вки в ты сяч и квад р атн ы х ки ло м етр о в. Н аи б о л ее кр у п н ая н азем н ая у стан о вка, со зд аваем ая сего д н я д ля и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу чей н а «кр аю » сп ектр а — это м еж д у н ар од н ы й п р о ект « P ierre Auger» в А р ген ти н е. О н а б у д ет р азм ер о м о ко ло 3 00 0 км 2. П о -ви д и м о м у , разм ер у стан о вки « Pierre Auger» б ли зо к к естествен н о м у о гр ан и ч ен и ю н азем н ы х д етекто р о в ко см и ч ески х лу ч ей (зд есь и п р о б л ем ы вы б о р а п ло щ ад о к с п ло ски м р ел ьеф о м , и кли м ати ч ески е о гр ан и ч ен и я, и п р о б лем ы ко м м у н и кац и й и д р .). П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 45 Гл ав а 5. О Т К У Д А В Ы , С Т РА Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й ? К аж д ы й д у рак зн ает, ч то д о звезд н е д о стать, а у м н ы е, н е о б р ащ ая вн и м ан и я н а д у р ако в, п ы таю тся. Г .Х . А нд ер сен В о п р о с о б и сто ч н и ках ко см и ч ески х лу ч ей , б езу сло вн о , во л н о вал и п ер вы х и ссл ед о вателей , п р о д о лж ает во лн о вать и со вр ем ен н ы х у ч ен ы х . М о ж н о ср азу сказать, ч то сего д н я и сч ер п ы ваю щ его о б ъ ясн ен и я п р о и сх о ж д ен и я ко см и ч ески х лу ч ей н ет. И сслед о ван и я п р о д о л ж аю тся... 5.1. П ои ск зв езд н а н ебе В ы д ели м о сн о вн ы е во п р о сы , н а ко то р ы е след у ет п о лу ч и ть о тветы д л я вы ясн ен и я п р и р о д ы ко см и ч ески х лу ч ей : 1) каки е астр о ф и зи ч ески е о б ъ екты о тветствен н ы за ген ер ац и ю ко см и ч ески х лу ч ей ; гд е о н и р асп о ло ж ен ы : в н аш ей Г алакти ке и л и за ее п р ед елам и ? 2) как м о ж н о у ско р и ть ч асти ц ы д о м акси м ал ьн о н аб лю д аем ы х , т.е. д о З эВ -н ы х , эн ер ги й ; су щ еству ю т ли ч асти ц ы б о льш и х эн ер ги й и како в и х со став? И д ея гал акти ч еско го п р о и сх о ж д ен и я ко см и ч ески х лу ч ей д о м и н и р о вала н а всем п р о тяж ен и и и х и ссл ед о ван и й . В о гл аву у гла зд есь стави ли сь, п р еж д е всего , эн ер гети ч ески е со о б р аж ен и я. В н аш ей Г алакти ке и в д р у ги х галакти ках со ср ед о то ч ен ы м о щ н ей ш и е астр о ф и зи ч ески е о б ъ екты , сп о со б н ы е о б есп еч и ть н ео б х о д и м о й эн ер ги ей те ч асти ц ы , ко тор ы е, п у теш еству я в ко см и ч еско м п р о стр ан стве, д о сти гаю т З ем ли . В ы ш е у ж е о тм еч ало сь, ч то вещ ество н ах о д и тся в Г алакти ке в ато м ар н о м со сто ян и и и п о д д ей стви ем у льтр аф и о л ето во го 69 и злу ч ен и я звезд о н о и он и зи р у ется (это п р о ц есс «о тр ы ва» о р б и тал ьн ы х электр о н о в с о б о ло ч ек н ей тр ал ьн ы х ато м о в п р и взаи м о д ей стви и с д р у ги м и ч асти ц ам и ср ед ы ). Т ак, н ап р и м ер , п о 9 0 % во д о р о д а со ставляю т его и о н ы - п р о то н ы . Ч асть эн ер ги и это го и о н и зи р о ван н о го газа ко н вер ти р у ется в м агн и тн у ю эн ер ги ю — так во зн и кает м агн и тн о е п о ле м еж звезд н о й ср ед ы . Э лектр и ч еская п р о во д и м о сть это й ср ед ы сто л ь вели ка, ч то м агн и тн о е п о л е «след у ет» за п о то кам и п лазм ы : ф и зи ки в это м слу ч ае го во р ят о « вм о р о ж ен н о сти » м агн и тн ы х си ло вы х ли н и й в м еж звезд н у ю п лазм у . Д ви ж ен и е эти х п о то ко в п лазм ы с м агн и тн ы м п о лем д алеко от од н о р о д н о го , лам и н ар н о го — о н о в б о льш ей степ ен и х ао ти ч н о е, т.е. ту р б у лен тн о е. О д н ако есть д о казател ьства су щ ество ван и я п о ч ти о д н о ро д н о го кру п н о м асш таб н о го п о ля вд о л ь м агн и тн о го п о ля сп и р альн о й д у ги . К ако ва ср ед н яя вели ч и н а н ап р яж ен н о сти м еж звезд н о го м агн и тн о го п о ля В ? О тм ети м , ч то вел и ч и н а В и м еет п р и н ц и п и ал ьн о е зн ач ен и е д л я п р о б лем ы ген ер ац и и ко см и ч ески х лу ч ей : о н а связан а с п р ед ел ьн о й эн ер ги ей у ско рен и я ч асти ц (о б это м м ы п о го во р и м в след у ю щ ем р азд еле). В 1 9 5 3 г. С .Ч ан д р асекар и Э .Ф ер м и о ц ен и ли н ап р яж ен н о сть его как 6 •10-6 Г ау сс = 6 м кГ с н а о сн о ве и ссл ед о ван и я б алан са м еж д у м агн и тн ы м и и гр ави тац и о н н ы м и эф ф ектам и в сп и р ал ьн о м р у каве Г алакти ке. С о гласн о со вр ем ен н ы м о ц ен кам , 5 ≈ 3 м кГ с. С ч и тается, ч то в гало м агн и тн о е п о ле зн ач и тел ьн о м ен ьш е. О д н ако , су щ еству ю т и д ру ги е то ч ки зр ен и я. Т ак, н ап р и м ер , у твер ж д ается, ч то в н аш ей Г алакти ке, вб ли зи С о лн еч н о й си стем ы В ≈ 6-7 м кГ с, а в д р у ги х галакти ках м еж д у 1 и 10 м кГ с. Е сли ко см и ч ески е лу ч и ро ж д аю тся в Г алакти ке, зап о лн яю т ее и у д ер ж и ваю тся в н ей , то м о ж н о о ц ен и ть со о тн о ш ен и е п ло тн о сти ки н ети ч еско й эн ер ги и (т.е. эн ер ги и , п р и х о д ящ ей ся н а ед и н и ц у о б ъ ем а) сам и х ко см и ч ески х лу ч ей , м агн и тн о го п о ля и р асп р ед ел ен н о го в Г алакти ке вещ ест ва. П ло тн о сть эн ер ги и м агн и тн о го п о ля о ц ен и вается п о ф о р м у ле B2/8π , гд е В — н ап р яж ен н о сть м еж звезд н о го м агн и тн о го п о ля Г алакти ки . О ц ен ки п о казы ваю т, ч то о н и б ли зки п о вел и ч и н е и со став70 ляю т ≈ 1 эВ /см 3 (и ли ~ 1 0 12 эр г/см 3).О тсю д а след у ет п ер вы й вы во д , ч то ко см и ч ески е лу ч и су щ ествен н ая ч асть м атер и и Г алакти ки . М о ж н о о ц ен и ть м о щ н о сть и сто ч н и ко в, н ео б х о д и м у ю д ля п о лу ч ен и я тако й п ло тн о сти эн ер ги и ко см и ч ески х лу ч ей в о б ъ ем е Г алакти ки . О казал о сь, ч то п ри р азм ер ах н аш ей Г алакти ки с ее то лщ и н о й , р авн о й 3 0 0 п к и р ад и у со м 1 5 кп к, вели ч и н а м о щ н о сти со ставл яет ~ 1 0 41 эр г/сек. С П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 46 каки м и астр о ф и зи ч ески м и о б ъ ектам и со п о стави м а эта ги ган тская м о щ н о сть эн ер ги и ? М о ж ет л и С о лн ц е п р о и зво д и ть сто л ько эн ер ги и ? Д ей стви тельн о , С о лн ц е ген ер и р у ет ко см и ч ески е лу ч и во врем я со лн еч н ы х всп ы ш ек, н о и х п р ед ел ьн ая эн ер ги я о ко л о 1 Г эВ . П р и это м в ср ед н ем о н о и сп у скает н е б о лее 1 0 26 таки х ч асти ц в секу н д у (в осн о вн о м п р о то н о в). О тсю д а о ц ен ка м о щ н о сти С о лн ц а, н е п р евы ш аю щ ая 1 0 23 эр г/сек. В Г алакти ке о ко ло 10 11 звезд ти п а С о лн ц а, т.е. п р ед ел ьн ая м о щ н о сть всего ко н гло м ер ата звезд н е д о лж н а б ы ть б о льш е 1 0 34 эр г/сек. И все ж е в н аш ей Г алакти ке есть н ео б х о д и м ы е и сто ч н и ки эн ер ги и , это — свер х н о вы е звезд ы . 5.2. С в ер хн ов ы е стар ы е зв езды Э то у д и ви тельн о , н о зад о лго д о вы ясн ен и я со става сам о го ко см и ч еско го и злу ч ен и я п о яви л ась и д ея о свер х н о вы х , как его и сто ч н и ках . У ж е у п о м и н ало сь, ч то в 1 9 3 4 г., в п р ести ж н о м н ау ч н ом ж у р н але Physical Review п о яви л ась статья В .Б аад е и Ф .Ц ви кки , вп ер вы е п о п ы тавш и х ся д ать о твет н а р еш ен и е п р о б лем ы и сто ч н и ка ч асти ц ко см и ч ески х лу ч ей . Т ак ч то и д ее о свер х н о вы х , как о звезд ах , п о р о ж д аю щ и х ко см и ч ески е лу ч и , у ж е «сту кн у ло » б олее п о л века... К о гд а ч ело век вп ер вы е у ви д ел свер х н о ву ю ? 4 и ю ля 1 0 54 г. в со звезд и и Т ельц а всп ы х н у ла звезд а п о сво ей яр ко сти ср авн и м ая с В ен ер о й . О н а б ы ла ви д н а д аж е д н ем и о ставалась ви д и м о й б о лее го д а. Э то т ф акт о тм еч ен в ки тай ски х х р о н и ках . П о ч ти н а 9 0 0 лет п о зд н ее б ы ло зам еч ен о , ч то К р аб о ви д н ая ту м ан н о сть зан и м ает н а н еб е то ж е сам о е п о ло ж ен и е, ч то и звезд а, п о яви вш аяся в 1 0 5 4 г. Э то 71 м о гло о зн ач ать, ч то газово е о б л ако , о б р азо вавш ееся п о сле взр ы ва звезд ы , р асп р о стр ан яясь в р ад и ал ьн о м н ап р авлен и и , с теч ен и ем вр ем ен и сф о р м и р овало о б ъ ект, ко то р ы й со вр ем ен н ы е астр о н о м ы н аб лю д аю т как К р аб о ви д н у ю ту м ан н о сть. С о вр ем ен н ы е р ад и о астр о н о м и ч ески е д ан н ы е о д и скр етн ы х си гн ал ах и з это й о б ласти п о д твер ж д аю т эту ги п о тезу : в ц ен тр е ту м ан н о сти н ах о д и тся п у льсар — б ы стр о вр ащ аю щ аяся звезд а (ее п ер и о д вр ащ ен и я всего тр и со ты х д о ли секу н д ы ), электр о м агн и тн о е и злу ч ен и е ко то р о й — о т р ад и о - д о гам м а-д и ап азо н а. Р ассто ян и е д о К р аб о ви д н о й ту м ан н о сти — н е м ен ее 6 5 0 0 свето вы х лет. В н у тр и н аш ей Г алакти ки за п о след н и е со тн и л ет всп ы х н у ли , п о кр ай н ей м ер е, ещ е д ве д р у ги е свер х н о вы е — звезд а Т и х о Б р аге в со звезд и и К асси о п ея в 1 5 7 2 г. (р и с. 5 .1 ) и звезд а К еп лер а в 1 6 0 4 г. Н аи б о лее м асш таб н о е явлен и е н аб лю д ало сь в 1 9 3 7 г., ко гд а в галакти ке 1 С 4 1 82 п о яви лась свер х н о вая с яр ко стью и злу ч ен и я, во м н о го р аз п р евы ш аю щ ей яр ко сть сам о й гал акти ки . П о след н яя всп ы ш ка свер х н о во й б ы ла зар еги стр и р о ван а н ед авн о : 2 3 ф евр аля 1 9 8 7 г. в Б о л ьш о м М агел лан о во м о б лаке (С вер х н о вая 1 9 8 7 А ) - н а р ассто ян и и ~5 0 0 00 п к (~1 5 0 00 0 свето вы х лет). Д о н асто ящ его вр ем ен и астр о н о м ы н асч и тали б о лее 9 0 0 свер х н о вы х и п р акти ч ески все о н и н аб лю д али сь в д р у ги х галакти ках ! Н о эта ц и ф р а п о д вер гается со м н ен и ю вви д у то го , ч то о н а н е о тр аж ает р езу льтаты си стем ати ч еско го п о и ска. С ей ч ас о б сер вато р и и м и р а, след ящ и е за «п о д о зр и тел ьн ы м и » галакти кам и , о б н ар у ж и ваю т в го д о т 2 0 д о 6 0 свер х н овы х . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 47 Р и с.5.1. И стор и ч еск ая св ер хн ов ая , к отор ую н абл ю дал датск и й астр он ом Т и хо Б р аге (1546-1601 гг.) в 1572 г. О казало сь, ч то это свер х н о вая I ти п а. 72 А в н аш ей Г алакти ке? Н еу ж ели б ы ло то лько 3 слу ч ая взр ы во в свер х н о вы х ? Т щ ател ьн о е и ссл ед о ван и е ки тай ски х астр о н о м и ч ески х зап и сей сви д етел ьству ет, ч то д о С вер х н ово й 1 0 5 4 г. б ы ли ещ е, п о кр ай н ей м ер е, 3 взр ы ва свер х н о в ы х звезд : в 1 8 5 , 3 6 9 и 1 0 06 гг. И з это го след у ет, ч то в н аш ей Г ал акти ке взр ы вы свер х н о вы х п р о и сх од ят 1 р аз в 3 -4 сто лети я. Н о н а сам о м д еле о н и п р о и сх о д ят ч ащ е. В о зм о ж н о , н еко то р ы е взр ы вы свер х н о вы х п р о и сх од ят в у д ален н ы х ч астях Г алакти ки , о ставаясь н езам еч ен н ы м и н аб лю д ател ям и с З ем ли . В сего за п о след н и е 1 0 0 0 лет в н аш ей Г алакти ке н аб лю д али сь 6 свер х н о вы х . В се о н и п р и вед ен ы в таб ли ц е 5 .1 . Т абл и ц а 5.1. С в ер хн ов ы е в н аш ей Г ал ак ти к е за п осл едн и е 1000 л ет. Н азван и е Lupus Г о д н аб лю д ен и я 1006 Р ассто ян и е о т З ем ли , 1,4 КПК ЗС 58 ~1181 2,6 Kepler 1604 4,2 Crab 1054 2,0 Tycho 1572 2,5 Cas F ~1658 2,8 Д ан н ы е р ад и о астр о н о м и и сви д етел ьству ю т о су щ ество ван и и 4 6 о статко в свер х н о вы х в н аш ей Г алакти ке. П о лагая, ч то вер о ятн о сть взр ы во в о д и н ако ва во всей Г алакти ке, п о лу ч ается о т 1 д о 5 п о явл ен и й свер х н о вы х за сто лети е. А стр о н о м ы у твер ж д аю т, ч то и н тер есн ы м кан д и д ато м в свер х н о вы е в Г алакти ке м о ж ет б ы ть кр асн ы й ги ган т Bete Lgeuse в со звезд и и О р и о н . Ч то ж , если стати сти ка вер н а, о стало сь ж д ать н ед о лго . С у щ еству ю т 2 ти п а свер х н о вы х . С вер х н о вы е ти п а II всп ы х и ваю т в н еско лько р аз ч ащ е, ч ем свер х н о вы е ти п а I, о б лад аю т б о льш ей яр ко стью и м ассо й п о ср авн ен и ю со свер х н о вы м и ти п а I. С ко р о сть р асш и р ен и я газо во й о б о ло ч ки , во зн и каю щ ей п р и взр ы ве свер х н о во й ти п а II, д о сти гает ~5000 км /сек, а д ля 73 свер х н о вы х I ти п а — 1000-20 0 0 км /сек. Е сли м асса свер х н о вы х I ти п а б ли зка к со лн еч н о й м ассе, то д л я свер х н о вы х II о н а о ц ен и вается в 3 0 со лн еч н ы х м асс. С вер х н о вы е I р асп о лагаю тся в п о п у ляц и ях стар ы х звезд , в то вр ем я как свер х н о вы е II ти п а - ср ед и м о ло д ы х , в р у кавах сп и р ал ьн ы х галакти к. П о лагаю т, ч то д ля о б о и х ти п о в свер х н о вы х эн ер ги я взр ы ва о б есп еч и вается гр ави тац и о н н ы м ко ллап со м у м и р аю щ ей , стар о й звезд ы . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 48 В сп ы ш ка свер х н о во й — это ги б ель стар о й звезд ы в п р о ц ессе ее эво лю ц и и . П о это м у , п о -су ти , свер х н о вая во все и н е звезд а, а газо -п ы лево е о б лако , р асш и р яю щ ееся в п р о стр ан стве. В главе 1 у ж е р ассказы вало сь, ч то тео р и я эво лю ц и и звезд п р ед п о лагает след у ю щ и й сц ен ар и й : п о м ер е вы го р ан и я во д о р о д а и д ру ги х легки х элем ен то в в п р о ц ессе тер м о яд ер н о й р еакц и и вн у тр и звезд ы — кр асн о го кар ли ка — п р о и сх од и т си н тез б о лее тяж ел ы х элем ен то в, а затем , вслед стви е и сто щ ен и я м о щ н о сти тер м о яд ер н ы х р еакц и й , н ач и н аю т п р ео б лад ать гр ави тац и о н н ы е си лы . П р о и сх о д и т ко ллап с звезд ы - ее ги б ель (р и с. 1 .5 ). З везд а сб р асы вает сво ю о б о ло ч ку и з легки х элем ен то в, а вн у тр ен н яя ч асть, б о л ее тяж ел ая, п р евр ащ ается в н ей тр о н н у ю звезд у , со сто ящ у ю и з н ей тр о н о в с ж елезн о й вн еш н ей о б о ло ч ко й . В р езу льтате взр ы ва свер х н о во й вы сво б о ж д ается ~ 1 0 51 эр г в ви д е ки н ети ч еско й и электр о м агн и тн о й эн ер ги и . В зр ы в п о след н ей свер х н о во й , SN 1 9 8 7 , о ц ен и вается в ~ 1 0 52 эр г. Е сли свер х н о вы е в Г ал акти ке взр ы ваю тся о д и н р аз в 3 0 -4 0 лет, то вы д ел яем ая п р и это м ср ед н яя м о щ н о сть со ставляет ~ 1 0 42 эр г/сек. С о п о стави м это с п о лу ч ен н о й вы ш е о ц ен ко й ~1041 эр г/сек м о щ н о сти , н ео б х о д и м о й д ля п о д д ер ж ан и я н аб лю д аем о й п ло тн о сти эн ер ги и ко см и ч ески х лу ч ей . О казы вается, ч то д о стато ч н о всего 1 0 % м о щ н о сти взр ы ва свер х н о во й , ч то б ы ко см и ч ески е лу чи м о гли «су щ ество вать» в Г алакти ке. И м ен н о эти эн ер гети ч ески е со о б р аж ен и я являю тся о тп р авн о й то ч ко й п р и р ассм о тр ен и и н аи б о лее явн ы х кан д и д ато в н а р о ль и сто ч н и ко в ко см и ч ески х лу ч ей во В селен н о й . 74 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 49 Гл ав а 6. П У Ш К И В С Е Л Е Н Н О Й Н и ч то н е п р о и сх о д и т б ез д о стато ч н о го о сн о ван и я. М .В .Л о м о носо в П о м и м о вы сво б о ж д ен и я о гр о м н о го ко ли ч ества эн ер ги и , взр ы в свер х н о во й звезд ы со п р о во ж д ается ген ер ац и ей кр у п н ом асш таб н ы х м агн и тн ы х п о лей — сво ео б р азн ы х м агн и тн ы х о б лако в в о кр естн о сти м еста взр ы ва и у д ар н о й во лн о й , р асш и р яю щ ей ся с вы со ко й ско р о стью в м еж звезд н о м п р о стр ан стве п л азм ен н о й о б о ло чко й (см . р и с. 6 .2 ). И м ен н о с эти м явлен и ем , в п ер ву ю о ч еред ь, и связан п р о ц есс у ско р ен и я ч асти ц во В селен н о й . 6.1. К осм и ч еск и й уск ор и тел ь — П эв атр он В п ер вы е и д ею у ско р ен и я ко см и ч ески х лу ч ей в р езу льтате м н о ж ествен н ы х о тр аж ен и й о т д ви ж у щ и х ся м агн и тн ы х о б лако в вы д ви н у л Э .Ф ер м и в 1 9 4 9 г. В кр атц е это т м ех ан и зм у ско р ен и я м о ж н о п р ед стави ть себ е след у ю щ и м о б р азо м . К о см и ч ески е ч асти ц ы , б лу ж д ая во В селен н о й , сталки ваю тся с м агн и тн ы м и о б лакам и в м еж звезд н о й ср ед е. М о ж н о п о казать, ч то п р и м н о го кр атн ы х слу ч ай н ы х сто лкн о вен и ях эн ер ги я ч асти ц б у д ет у вели ч и ваться. П р и ч ем эн ер гети ч ески й сп ектр ч асти ц б у д ет степ ен н ы м , ч то со гласу ется с р езу льтатам и эксп ер и м ен тал ьн ы х и ссл ед о ван и й ко см и ч ески х лу ч ей . Э то м ех ан и зм у скор ен и я Ф ер м и п ер во го п о р яд ка. Н аи б о л ее эф ф екти вн о у скор ен и е ко см и ч ески х лу ч ей п р о и сх о д и т н е н а р ан н ей ф азе взр ы ва свер х н о во й , а н а 75 п о след у ю щ и х , б о лее п о зд н и х , п о м ере р асш и р ен и я газо во й о б о ло ч ки . Т ако й п р о ц есс у ско р ен и я в зам кн у то м о б ъ ем е р асш и р яю щ ей ся о б о ло ч ки п р о д о лж ается д о тех п о р , п о ка м агн и тн о е п о ле вн у тр и н е сравн яется с вн еш н и м , м еж звезд н ы м м агн и тн ы м п о лем . П о сле это го н ач и н ается п р о ц есс «у теч ки » ко см и ч ески х лу ч ей и з зам кн у то го о б ъ ем а о б о ло ч ки свер х н о во й в галакти ч еско е п р о стр ан ство . В о зн и кает д и ф ф у зи я ч асти ц н а м агн и тн ы х н ео д н о р о д н о стях м еж звезд н о й ср ед ы , о б у сло влен н о й су щ ество ван и е м зд есь д р ей ф у ю щ и х п лазм ен н ы х о б лако в. Ч асти ц ы « заб ы ваю т» о сво ем п р о и сх о ж д ен и и , и р асп р ед ел ен и е н ап р авлен и й и х ско р о стей в п р о стр ан стве стан о ви тся и зо тр о п н ы м . Э лектр о н ы , п р еи м у щ ествен н о вы со ко эн ер ги ч н ы е, в п р о ц ессе р асп р о стр ан ен и я тер яю т эн ер ги ю всл ед стви е ген ер ац и и си н х р о тр о н н о го и злу ч ен и я, а яд р а — в р езу льтате яд ер н ы х сто лкн о вен и й . Э то о зн ач ает, ч то с теч ен и ем вр ем ен и , п о м ер е расп р о стр ан ен и я ч асти ц в м еж звезд н о й ср ед е, и х х и м и ч ески й со став и эн ер гети ч ески е р асп р ед елен и я и зм ен яю тся. С лед о вател ьн о , со ста в и эн ер гети ч ески е сп ектр ы ко см и ч ески х лу ч ей , н аб лю д аем ы е н ам и в р ай о н е З ем ли , д о лж н ы о тли ч аться о т сп ектр о в, х ар актер н ы х д ля и сто ч н и ка - свер х н о во й , н а р ан н ей ф азе ее р азви ти я. А тем вр ем ен ем все н о вы е и н о вы е свер х н о вы е звезд ы взр ы ваю тся во В сел ен н о й , п о п о лн яя «свеж и м и » ч асти ц ам и м еж звезд н о е п р о стр ан ство . Т ак кач ествен н о вы гл яд и т п р о ц есс ген ер ац и и ко см и ч ески х лу ч ей в галакти ках . О д н ако это т м ех ан и зм сли ш ко м м ед лен н ы й , т.е. ч асти ц ы н аб и р аю т эн ер ги ю за д о стато ч н о д ли тельн о е вр ем я. О ц ен ки п о казы ваю т, ч то за н еско лько м и л ли о н о в лет и х эн ер ги я у вели ч и тся н е б о лее, ч ем в н еско л ько р аз. В ер си я б о лее эф ф екти вн о го у скор и тельн о го м ех ан и зм а ти п а Ф ер м и б ы ла п р ед ло ж ен а в 7 0 -х го д ах Г . К р ы м ски м и д ру ги м и и сслед о вателям и . В р ам ках это го м ех ан и зм а ч асти ц ы д о п о лн и тел ьн о у скор яю тся за сч ет взаи м о д ей стви я с си л ьн о й у д ар н о й во лн о й , р асп р о стр ан яю щ ей ся в ср ед е м еж звезд н о го газа (р и с. 6 .1 ). 76 Р и с. 6.1. О статк и в зр ы в а св ер хн ов ой зв езды SN 1987. Н а р и су н ке п о казан а кач ествен н ая кар ти н а м ех ан и зм а у ско р ен и я ч асти ц Ф ер м и I р о д а н а у д ар н о й во лн е — вн еш н ей о б о ло ч ке свер х н о во й , р асп р о стр ан яю щ ей ся в М агел лан о во м о б лаке. С н и м о к п о лу ч ен р ен тген о вски м телеско п о м н а сп у тн и ке « C h an d ra » . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 50 К каки м ко ли ч ествен н ы м о ц ен кам п р и во д и т н ас п р о ц есс у ско р ен и я ч асти ц вб ли зи ф р о н та у д ар н о й во лн ы свер х н о во й ? П р ед стави м себ е ч асти ц ы с эн ер ги ей E1, ко то р ы е д ви ж у тся и з о б ласти и зо тр о п н о го р асп р ед елен и я ч ер ез ф р о н т во лн ы в ее вн у тр ен н ю ю о б ласть. В р езу льтате взаи м о д ей стви я ч асти ц с у д ар н ы м и во лн ам и свер х н о во й о н и у вели ч и ваю т ки н ети ч еску ю эн ер ги ю . Н еко то р ы е ч асти ц ы о стаю тся за во лн о й , н е и сп ы ты вая у ско р ен и я, н о д ру гая ч асть и х , у скор ен н ая д о вели ч и н ы Е 2, п ер есекает у д ар н у ю во лн у в о б ратн о м н ап р авлен и и . В р езу льтате о д н о го ц и кла п р о и сх о д и т п р и р ащ ен и е эн ер ги и ∆ Е ч асти ц ы н а вели ч и н у : 77 зд есь U1 — ско ро сть уд ар н о го ф ро н та, U2 — ско ро сть газа за ф р о н то м , п р и ч ем (U2 <U1) и с — ско ро сть света. З атем ч асти ц ы , о казавш и еся п еред во лн о й , захваты ваю тся ею . В о зн и кает н о вы й ц и кл уско р ен и я. М н о го кр атн ое п о втор ен и е это го п ро ц есса м о ж ет п р и вести к зн ач и тельн о м у увели ч ен и ю эн ер ги и ч асти ц ы . П од ро б н ы й ан али з тако го м ех ан и зм а п р и во д и т к след ую щ ей ф о рм уле, д ем он стр и р ую щ ей верх н и й д о сти ж и м ы й п р ед ел ускорен и я ч асти ц : Е max = BLZ, гд е В - н ап р яж ен н о сть м агн и тн о го п о ля, L — р ад и ус тр аекто р и и (лар м ор овски й р ад и ус) п р отон а в м агн и тн ом п о ле, Ζ - заряд ово е ч и сло яд р а. Д ля м еж звезд н о го м агн и тн о го п о ля В ≈ 3•10-6 Г с ф орм ула д ает о ц ен ку Emах ≈ Ζ •1014 эВ . Т аки м о б р азом , со гласн о это й м о д ели п ро тон ы ко см и ч ески х луч ей м о гут б ы ть уско р ен ы д о эн ер ги й н е вы ш е 0 ,1 П эВ . О д н ако, зд есь зало ж ен а н еко то р ая н еоп р ед елен н о сть, связан н ая с о тсутстви ем н ад еж н ы х свед ен и й о вели ч и н е В . В о зм о ж н о, зн ач ен и е В н еско лько п р евы ш ает п р и н ято е сей ч ас в р яд е м о д елей зн ачен и е В ≈ 3•106 Г с. В это м случ ае Е max. б уд ет б о льш е, чем п р и вед ен н ая вы ш е о ц ен ка. В о сн ове п р ед ло ж ен н ы х м ех ан и зм о в уско р ен и я ти п а Ф ерм и есть од н а тр уд н о сть. В н и х р ассм атр и вается м о д ель р асп ро стр ан ен и я уд ар н о й во лн ы в м еж звезд н о й ср ед е, уж е со д ер ж ащ ей ч асти ц ы вы соки х эн ер ги й . Д р уги м и сло вам и , теор ети кам и зад ается н еки й «п р ед у ско р ен н ы й » сп ектр ч асти ц , и ли «сп ек тр и н ж екц и и », п р о и сх о ж д ен и е ко то ро го, во об щ е го вор я, н еясн о . Д р уго е важ н ое след стви е д ан н о й м о д ели со сто и т в том , ч то эн ер гети ч ески е сп ектр ы яд ер н ы х ко м п о н ен т в р ай о н е Е mах д о лж н ы и сп ы ты вать так н азы ваем ы й «скей ли н г» — с увели ч ен и ем зар яд а яд р а Ζ и ли его м ассы сам а вели ч и н а Е mах в р азм ер н о сти п о лн о й эн ер ги и д о лж н а б ы ть р азн о й д ля р азли ч н ы х яд ер. С увели ч ен и ем Ζ Е mах увели ч и вается. Э ти вы во д ы кач ествен н о д ем он стр и р ую тся н а р и с. 6.2, гд е п о казан эксп ер и м ен тальн ы й эн ер гети ч ески й сп ектр «всех ч асти ц » и м о д ельн ы е п р ед ставлен и я эн ер гети ч ески х р асп р ед елен и й о тд ельн ы х ко м п о н ен т ко см и ч ески х лучей . 78 Ч то это озн ач ает д ля ф и зи ки ко см и ч ески х луч ей ? М о щ н о сть сверх н о вы х звезд о гран и ч и вает во зм о ж н о сть уско р ен и я ч асти ц о б ластью эн ер гети ч еско го сп ектра в р ай о н е «ко лен а» (~3 П эВ ). Н о и з эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х след ует, ч то сп ектр «всех ч асти ц » п ро д о лж ается вп ло ть д о З эВ -н ы х эн ер ги й . С лед ует п р и н ять во вн и м ан и е след ую щ ее соо б р аж ен и е. В р еальн ости п ро и схо д и т п ро ц есс взаи м о д ей стви я ч асти ц с уд арн ы м и во лн ам и р асп ро стр ан яю щ и м и ся о т м н о ги х сверхн о вы х. П оэтом у Е mах м о ж ет ещ е б о льш е во зр асти . Т еор ети ч ески е о ц ен ки п о казы ваю т, ч то в усло ви ях взаи м од ей стви я ко см и ч ески х лучей с Р и с. 6.2. Э к сп ер и м ен тал ь н ы е эн ер гети ч еск и е сп ек тр ы в сех ч асти ц Р и с. 6.2 . Э ксп ер и м ен тальн ы е эн ер гети чески е сп ек тры всех ч асти ц (р азли ч н ы е зн ач ки ) и м о д ельн ы е р асч еты ускор ен и я р азли чн ы х ком п о н ен т (Н , Н е и F e) косм и ч ески х луч ей в о статках сверх н о во й . К аж д ая П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 51 ко м п о н ен та и сп ы ты вает и зло м , со о тветствую щ и й м акси м альн ы м во зм о ж н о стям ко см и ч еско го П эватр о н а в со ответстви и с зако н о м Emax ∞ Z• 1014 эВ , т.е., ч ем тяж елее ч асти ц ы , тем п р и б о льш и х эн ерги ях д о лж н о н аб лю д аться «ко лен о » д ля ко н кр етн о го ти п а ч асти ц . С п ектр ч асти ц п р и б о льш и х эн ер ги ях («н овая ко м п о н ен та» ) м о ж ет б ы ть о б ъ ясн ен сущ ество ван и ем во В селен н о й уско р и тельн о го м ех ан и зм а б о лее м ощ н о го , ч ем взры в сверх н о во й . 79 ко н гло м ер атом уд ар н ы х волн Е mах м о ж ет д о сти гать вели ч и н ы ~ 1 0 -100 П эВ /н укл. Э ксп ер и м ен тальн ы м д о казательством уско р ен и я ч асти ц н а ф ро н те уд ар н о й во лн о й о т всп ы ш ки сверх н о во й является, п о ж алуй , зам еч ательн ая ф о тогр аф и я о статко в свер х н о во й SN 1 987 , п о луч ен н ая р ен тген о вски м сп ектро м етр ом н а сп утн и ке « C h andra » (см . р и с. 6 .1 ). Н а это м сн и м ке яр ки е о б ласти п р ед ставляю т со б о й н етеп ло вое р ен тген о вско е и злуч ен и е. Э то си н х ро тро н н ая эм и сси я — и злуч ен и е, вы зван н о е взаи м о д ей стви ем электро н о в с о кр уж аю щ и м м агн и тн ы м п о лем н а ф р о н те уд ар н о й во лн ы . М агн и тн ы е п о ля и скр и вляю т тр аекто р и и д ви ж ен и я ч асти ц , и о н и и злу ч аю т р ад и ац и ю . Э н ер ги я си н х ро тро н н ой р ад и ац и и зави си т о т н ап р яж ен н о сти м агн и тн о го п о ля в р ай о н е уд ар н о й во лн ы . П о э том у н аб лю д аем о е в р ен тген е свеч ен и е о статко в сверх н овы х д ей стви тельн о д ем о н стр и р ует ускор ен и е ч асти ц н а ф р о н те р азлетаю щ ей ся уд арн о й во лн ы . И так, о сн овн ы м и кан д и д атам и н а ро ль уско р и телей ко см и ч ески х луч ей во В селен н о й вы ступ аю т сверх н о вы е звезд ы . И х взр ы вы д ей стви тельн о созд аю т усло ви я д ля уско р ен и я ч асти ц — галакти ч ески х ко см и ч ески х луч ей д о П эВ -ы х эн ер ги й , т.е. это сво его ро д а Г алакти ч ески й П эватр о н . Н о свер х н о вы е, как, вп ро ч ем , и д р уги е об ъ екты В селен н о й — р азн ы е. Р азн ы е, п р еж д е всего , п о таки м х ар актер и сти кам как эн ер ги я взр ы ва, свети м о сть, ско ро сть р азлета о б о лоч ки , ее со став и д р . Т ак, взр ы в свер х н ово й , н аб лю д авш и й ся в 1 997 г., п о сво ей эн ер ги и ( ~ 3•1052 эр г) в д есятки р аз п р ево схо д и л ср ед н ее зн ач ен и е, х ар актерн о е д ля сверхн о вы х. В п о след н и е го д ы о ткр ы ты п о кр ай н ей м ер е 3 сверх н о вы х , о б лад аю щ и е о гро м н ы м и (свы ш е 3 000 0 км /сек) скоро стям и р азлета сво и х об о ло чек. О н и п о луч и ли н азван и е ги п ер н о вы х, т.е. звезд со свер хм о щ н о й эн ер гети ко й взры ва. В п о лн е во зм о ж н о , ч то это отд ельн ы й класс звезд , о тли ч аю щ и й ся о т «об ы ч н ы х » свер х н о вы х . О ч еви д н о , ч то о т эн ер ги и взр ы ва в п ер вую оч ер ед ь зави си т м акси м альн ая эн ер ги я косм и ч ески х луч ей (д о ля эн ер ги и о статка сверх н о во й , «п ер ед аваем ая» ко см и ч ески м луч ам , м о ж ет д о сти гать д есятков п ро ц ен то в ). 80 П оэто м у, если п р и н ять ги п о тезу ро ж д ен и я ко см и ч ески х луч ей в р езультате м н о ж ествен н ы х взр ы во в сверх н о вы х и ги п ер н о вы х , м о ж н о о ж и д ать зави си м о сти ф о р м ы р езульти р ую щ его эн ер гети ч еско го сп ектр а ч асти ц о т стати сти ч еско го р асп р ед елен и я взр ы вов звезд р азли ч н о го ти п а. В связи с эти м и н тер есн о зам ети ть, ч то о ц ен ки п р и вод ят к заклю ч ен и ю , ч то всего ли ш ь н есколько п ро ц ен то в ги п ер н о вы х п р и ср ед н ей ч асто те и х взр ы во в, н е п р евы ш аю щ ей о д н о го в 10 ты сяч лет, м о гут о б есп еч и ть н аб лю д аем ы й п о то к ко см и ч ески х луч ей . Е сть ещ е о д и н н аб лю д ательн ы й ф акт - вр ем ен н ая ко рр еляц и я взр ы во в сверх н о вы х , связан н ая с тем , ч то сущ ествую т п о вы ш ен н ы е ко н ц ен тр ац и и таки х звезд в и х ско п лен и ях . П р о и сх од ящ и й в таки х ско п лен и ях взр ы в од н о й сверх н о во й п о ро ж д ает взры вы б ли злеж ащ и х звезд — со сед ей . С р аб аты вает сво ео б р азн ы й «тр и ггер » , вы зы ваю щ и й «вселен скую » л ави н у взр ы вов. П р и это м в м еж звезд н ой ср ед е р асп ро стр ан яется «суп ер п узы р ь» о статко в ги б н ущ и х звезд ... Т аки е «суп ер п узы р и » м о гут р азго н ять ко см и ч ески е части ц ы д о эн ер ги й , зн ач и тельн о п р ево сх од ящ и х эн ер ги ю «ко лен а» и ли , Р и с. 6.3. С тал к и в аю щ и еся гал ак ти к и NGC 4038/9. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 52 М о ж н о п р ед п о ло ж и ть, ч то зд есь сущ ествую т го р азд о б о лее м ощ н ы е уд ар н ы е во лн ы , ч ем в о статках сверх н о вы х. 81 д р у ги м и сло вам и , тр ад и ц и о н н о го П эватр о н а — о д и н о ч н о й свер х н о во й со ср ед н ей эн ер ги ей взр ы ва. К то м у ж е и м агн и тн о е п о ле в о кр естн о сти «су п ер п у зы р я» м о ж ет п р евы ш ать п ар ам етр ы , х ар актер н ы е д ля ср ед н ей м еж звезд н о й вели ч и н ы . Н еко то р ы е и ссл ед о вател и скло н н ы п о лагать, ч то в эти х о б ластях п о ле д о сти гает вел и ч и н 3 0 -4 5 м кГ с, вм есто 3 м кГ с, п р и н яты х д ля «о б ы ч н о го » м еж звезд н о го п о ля. Е щ е б о л ее м о щ н ы е у ско р и тели , ч ем свер х н о вы е, м о ж н о и скать и за п р ед ел ам и н аш ей Г алакти ки ... В о В селен н о й , вн е п р ед ело в н аш ей Г алакти ки , су щ еству ю т о б ъ екты , гд е м о ж н о о ж и д ать б о л ее м о щ н ы е, ч ем со п р о во ж д аю щ и е взр ы вы свер х н о вы х , у д ар н ы е во лн ы , н ап р и м ер , в стал ки ваю щ и х ся галакти ках (р и с. 6 .3 ). Х о тя таки е со б ы ти и п р о и сх о д ят во В селен н о й о ч ен ь р ед ко — во зм о ж н о о д и н р аз в со тн и м и лли о н о в лет, тем н е м ен ее в эти х о б ластях м о ж н о о ж и д ать у ско р ен и я ч асти ц д о эн ер ги й , п р евы ш аю щ и х во зм о ж н о сти у д ар н ы х во лн о т свер х н о вы х . О д н ако п о ка м ы н е р асп о лагаем эксп ер и м ен тальн ы м и д о казател ьствам и тако го п р оц есса. Т еп ер ь вер н ем ся вн о вь к со ставу ко см и ч ески х лу ч ей . 6.2. П р ев р ащ ен и я зв ездн ого в ещ еств а и л и о в озр асте к осм и ч еск и х стр ан н и к ов Ч асти ц ы ко см и ч ески х лу ч ей и м ею т р еляти ви стски е эн ер ги и : о н и п р ео д о леваю т п р о сто р ы В сел ен н о й со ско р о стям и , б ли зки м и к ско р о сти света. Р о ж д аясь в и сто ч н и ке, ко см и ч ески е лу ч и «н аслед у ю т» то т со став вещ ества, и з ко то р ого со сто и т сам и сто ч н и к. П о это м у , и зу ч ая ко см и ч ески е лу ч и , м о ж н о су д и ть о х и м и ч еско м со ставе тех звезд , ко то р ы е и х о б р азу ю т. О д н ако , н е все так п р о сто . К о см и ч ески е лу ч и , р асп р о стр ан яясь во В селен н о й , п р о н и зы ваю т д о во л ьн о б о льш о е ко ли ч ество вещ ества — м еж звезд н о й п ы ли , и о н и зи р о ван н ы х о б лако в и д р . В стр еч ая н а сво ем п у ти д ру ги е ч асти ц ы , о н и м о гу т всту п и ть в яд ер н ы е взаи м о д ей стви я с н и м и . Р езу льтат - р о ж д ен и е н о вы х ч асти ц . П о это м у , о ч еви д н о , ч то со став ч асти ц ко см и ч ески х лу ч ей , 82 ко то р ы е д о л етаю т д о З ем ли , м о ж ет о тли ч аться о т то го , ко то р ы й о б р азо вался в и сто ч н и ке. Э то и н аб лю д ается в эксп ер и м ен тах у З ем ли . В со ставе ко см и ч ески х л у ч ей м ы н аб лю д аем явн ы й и зб ы то к таки х элем ен то в, как Li, Be, В , Sc, Ti и р яд д р у ги х . О со б ен н о м н о го , п о ср авн ен и ю с естествен н о й р асп р о стр ан ен н о стью элем ен то в во В сел ен н о й , легки х - Li, Be и В . И х во о б щ е н е след о вало б ы о ж и д ать в ко см и ч ески х лу ч ах , т.к. о н и д о лж н ы б ы ли «и сч езн у ть» п р и рож д ен и и — вы го р еть в р езу льтате тер м о яд ер н ы х реакц и й у ж е п р и тем п ер ату р ах в н еско лько м и л л и о н о в гр ад у со в. Р асч етн о е о тн о си тельн о е со д ер ж ан и е эти х элем ен то в п о о тн о ш ен и ю к во д о р о д у всего 1 0 -13. В таб л. 4 .1 п р и во д и тся со став (о тн о си тел ьн о ки сло р о д а) элем ен то в в Г К Л и ср ед н ей и х р асп р о стр ан ен н о стью во В селен н о й . К ак это ви д н о , р асч еты явн о н е со гл асу ю тся с р еал ьн о й р асп р о стр ан ен н о стью эти х элем ен то в. О н а н а 2 -3 п о р яд ка б о льш е. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 53 М о д ель, ко то р ая м о ж ет о б ъ ясн и ть это р азли ч и е, заклю ч ается в сл ед у ю щ ем . В о тли ч и е о т д р у ги х яд ер , эти ч асти ц ы н е о б р азу ю тся в р езу льтате н у клео си н теза п р и го р ен и и звезд . И х и сто ч н и к — яд ер н ы е р еакц и и , п р евр ащ аю щ и е б о л ее тяж елы е яд р а в Li, Be, В . Э то п р о и сх о д и т п р и взаи м о д ей стви и Г К Л — п р о то н о в, гели я и ли ж е у глер о д а, ки сло р о д а и азо та с вещ ество м м еж звезд н о й ср ед ы . В яд ер н о й ф и зи ке эти р еакц и и х о р о ш о и звестн ы — это р еакц и и скалы ван и я. О д н ако , в связи с о б р азо ван и ем вто р и ч н ы х ч асти ц в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей в п р о ц ессе и х р асп р о стр ан ен и я, ко то р ы м и п о су ти и являю тся Li, Be и В , во зн и кает п р о б лем а. О н а заклю ч ается в то м , ч то то го ко ли ч ества вещ ества, с ко то р ы м д о лж н ы б ы ли б ы взаи м о д ей ство вать п ер ви ч н ы е ч асти ц ы и з и сто ч н и ка с тем , ч то б ы со зд ать вто р и ч н ы е, п р о сто н ет в н аш ей Г ал акти ке. П о лн ая м асса всего вещ ества скво зь всю Г алакти ку в н еско лько ты сяч р аз м ен ьш е, ч ем это н ео б х о д и м о д ля эф ф екти вн о го о б р азо ван и я н о вы х ч асти ц . О твет заклю ч ается в то м , ч то ко см и ч ески е лу ч и , ед ва п о яви вш и сь н а свет, н ач и н аю т б лу ж д ать, зап у ты ваться в Г алакти ке. Э то и м д о во льн о л егко сд елать, т.к. п о всю д у в Г алакти ке встр еч аю тся н ео д н о р о д н о сти м агн и тн о го п о ля, 83 заставляю щ и е ч асти ц ы и зм ен ять сво и п ер во н ач альн ы е тр аекто р и и , т.е. р ассеи ваться. Д ви ж ен и е ч асти ц п р и о б р етает х ар актер д и ф ф у зи и . М о д ель это го п р о ц есса д о во льн о х о р о ш о р азр аб о тан а, ч то п о зво ляет ср авн и ть ее р езу льтаты с эксп ер и м ен то м . К ак у казы вало сь вы ш е, м и н и м ал ьн ая то лщ и н а вещ ества, н ео б х о д и м ая д л я р о ж д ен и я вто р и ч н о й ко м п о н ен ты ко см и ч ески х лу ч ей со ставл яет ~ 5 г/см 2. И сх о д я и з это й вел и ч и н ы м о ж н о вы ч и сли ть д ли н у п у ти , а затем , зн ая ско р о сть ч асти ц ы , о п р ед ели ть вр ем я ее ж и зн и . О д н ако вещ ество в Г алакти ке р асп р ед елен о н ер авн о м ер н о : его п ло тн о сть в д и ске зн ач и тел ьн о п р евы ш ает п ло тн о сть в гало (р и с. 1 .4 ). П о лу ч ается н еко то р ы й р азб р о с р асч етн ы х вр ем ен ж и зн и и ли во зр аста ко см и ч ески х лу ч ей : о т со тн и м и лли о н о в д о тр ех м и лли о н о в л ет. И м ен н о тако е вр ем я — м и лл и о н ы лет н аш и стр ан н и ки п р о во д ят в Г ал акти ке, п р еж д е ч ем м ы и х су м еем зар еги стр и р о вать н а З ем ле и ли вб ли зи н ее. П о это м у н ет н и ч его у д и ви тельн о го в то м , ч то ко см и ч ески е лу ч и «заб ы ваю т» о сво ем м есте п р о и сх о ж д ен и я во В сел ен н о й : и х н ап р авл ен и е п р и х о д а к З ем ле н е со вп ад ает с н ап р авл ен и ем н а и сто ч н и к и х п р о и сх о ж д ен и я. П о то к ко см и ч ески х лу ч ей стан о ви тся и зо тр о п н ы м , т.е. п р и х о д и х с р азн ы х н ап р авл ен и й р авн о вер о ятен . 6.3. О ч ем гов ор я т р езул ь таты эк сп ер и м ен тов Ч ем д ал ьш е эксп ер и м ен т о т тео р и и , тем б ли ж е о н к Н о б елевско й п р ем и и . Ф .Ж о ли о К ю ри Ч то п ы таю тся н ай ти и д о казать в сво и х эксп ер и м ен тах ф и зи ки ? Б езу сло вн о , н ай ти д о казател ьства о б су ж д аем ы м м о д елям п р о и сх о ж д ен и я ко см и ч ески х ч асти ц и ли ... о п р о вер гн у ть и х , и ли н ай ти п о д х о д ы к со зд ан и ю н о вы х . Г алакти ч ески й П эватр о н — ко см и ч ески й у ско р и тель, р азго н яю щ и й ч асти ц ы в р езу льтате взр ы во в свер х н о вы х , является, п о ж алу й , н аи б о лее п о п у ляр н ы м в н асто ящ ее вр ем я ср ед и 84 ф и зи ко в. Д авай те п о см о тр и м , н аско л ько эксп ер и м ен ты п о д твер ж д аю т эту м о д ель. В п р ед ы д у щ и х главах м ы ви д ел и , ч то д ля и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу ч ей п р и м ен яю тся р азли ч н ы е м ето д и ки . И х м о ж н о р азд ели ть н а 2 класса: это м ето д Ш А Л , р аб о таю щ и й в о б ласти свер х вы со ки х и у льтр авы со ки х эн ер ги й (за П эВ -о й о б ластью эн ер ги й ), и п р ям ы е и зм ер ен и я ч асти ц м ен ьш и х эн ер ги й н а аэр о статах и сп у тн и ках с и сп о льзо ван и ем д етекто р о в, в о сн о ве ко то р ы х леж и т кало р и м етр и ч ески й м ето д . О б а эти м ето д а п ер екр ы ваю т ги ган тски й д и ап азо н эн ер ги й — о т со тен М эВ и д о п р ед ел ьн ы х , у льтр авы со ки х — 1020-1021 эВ . О ч ем сви д етел ьству ю т эксп ер и м ен ты , о сн о ван н ы е н а м ето д е Ш А Л ? В р ай о н е « ко лен а» сп ектр ы всех ч асти ц п о д ан н ы м Ш А Л д о во льн о х о р о ш о со гласу ю тся д р у г с д р у го м , д ем о н стр и р у я п ер ех о д о т п о ло го го сп ектр а с γ≈ 2,7 к б о лее кр у то м у (γ≈ 3,2). Д о стато ч н о ли это го д ля со п о ставлен и я с тео р ети ч ески м и м о д елям и ? — Н ет. С о гласн о тео р и и , о ж и д ается су щ ество ван и е вер х н его п р ед ела эн ер ги и у скор ен н ы х ч асти ц , п р и ч ем , ч ем тяж елее ч асти ц а, тем б о л ьш е Е max (т.к. Ema∞ Z). П о это м у н ео б х о д и м ы эксп ер и м ен тальн ы е д ан н ы е — эн ер гети ч ески е сп ектр ы ч асти ц п о кр ай н ей м ер е о т во д о р о д а (п р о то н о в) д о ж ел еза, ч то б ы д о казать сп р авед ли во сть ги п о тезы у ско рен и я ч асти ц в о статках свер х н о вы х . К ач ествен н о это д ем о н стр и ру ется р езу льтатам и р асч ето в н а р и с. 6 .2 , гд е и зо б р аж ен ы сп ектр ы о тд ельн ы х ви д о в яд ер в р ай о н е «ко лен а». П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 54 А ч то н ам д ает эксп ер и м ен т? В о б ласти за «ко лен о м », и сп о л ьзу я м ето д Ш А Л , эн ер гети ч ески е р асп р ед елен и я ч асти ц р азли ч н ы х м асс м о ж н о п о лу ч и ть то лько н а о сн о ве м о д ели р о ван и я п р о ц ессо в р азви ти я ли вн ей в атм о сф ер е. Н ел ьзя сей ч ас у твер ж д ать, ч то р азр аб о тан н ы е м о д ели ад екватн о о п и сы ваю т все р еальн о су щ еству ю щ и е ф и зи ч ески е п р о ц ессы ли вн я ч асти ц . В м о д елях су щ еству ю т н ео п р ед ел ен н о сти , п р и во д ящ и е к н ео д н о зн ач н о сти ко н еч н ы х р езу льтато в. П о это м у н ет н и ч его н ео ж и д ан н о го в то м , ч то п р и п о п ы тках вы д ели ть сп ектр ы ч асти ц с р азн ы м и Z, и х ф о р м ы м о гу т о тли ч аться. 85 Н а р и с. 6 .4 м о ж н о ви д еть зави си м о сть о т эн ер ги и Ε «ср ед н ей м ассы » ч асти ц In A (In A — р асч етн ая вели ч и н а, п ри м ен яем ая д ля о ц ен ки х и м и ч еск о го со става ч асти ц : чем о н а б о льш е, тем б о льш е в п о то ке тяж елы х ч асти ц , д ля уд о б ства п р ед ставлен и я о н а вы ч и сляется в н атур альн ы х ло гар и ф м ах ). О б р ати те вн и м ан и е н а о б ласть за «ко лен ом »: д ан н ы е Ш А Л и м ею т зд есь н ео д н озн ач н ы й х ар актер : н ельзя сд елать о ко н ч ател ьн ого вы во д а о то м , како ва зави си м о сть < 1п А > о т эн ер ги и . В сп о м н и м (см . вн овь р и с. 6.2 ), ч то м о д ели п р и вод ят к вы вод у о б «утяж елен и и » со става ко см и ч ески х луч ей в р ай о н е «ко лен а», т.е. < 1пА > д о лж ен р асти с ро сто м эн ерги и . А како ва си туац и я с эксп ер и м ен тальн ы м и д ан н ы м и д о «ко лен а», т.е. там , гд е р аб отаю т то лько «п р ям ы е» м етод ы и зм ерен и й ко см и ч ески х луч ей ? Р и с. 6.4. Э н ер гети ч еск ая зав и си м ость «ср едн ей м ассы » ч асти ц к осм и ч еск и х л уч ей — хар ак тер и сти к и м ассов ого состав а ч асти ц . М н о го д ан н ы х (вер х н яя ч асть) сви д етельствую т о б «утяж елен и и » со става Г К Л с ро сто м эн ер ги и , н о есть и р езультаты , п р о ти вор еч ащ и е этом у. 86 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 55 Р и с. 6.5. Э к сп ер и м ен тал ь н ы е сп ек тр ы п р отон ов (Н ) и ж ел еза (Fe) до «к ол ен а» н е в н ося т оп р едел ен н ости в ф ор м у сп ек тр а в р ай он е «к ол ен а» и з-за н едостаточ н ой стати сти к и . В зглян и те н а р и с. 6.5 : зд есь, н ар яд у со сп ектр ом «всех ч асти ц », п ри вед ен ы сп ектр ы д вух ком п о н ен т — п р о то н ов (Н ) и ж елеза (Fe), п о луч ен н ы х «п р ям ы м и » м ето д ам и в р езультате и зм ер ен и й ко см и ч еско го и злуч ен и я кало р и м етр ам и и д етектор ам и р азли ч н о го ти п а. В б ли зи «ко лен а» д ан н ы е р ассеян ы . П оч ем у? М ала стати сти ка со б ы ти й , ч и сло зар еги стр и ро ван н ы х ч асти ц н ед о стато ч н о д ля д осто вер н ы х вы во д о в. Э то след стви е как м ало й д ли тельн о сти п р овед ен и я эксп ер и м ен тов (эксп ози ц и и ) н а аэр о статах и сп у тн и ках , так и н ед о стато ч н ой п ло щ ад и (свето си лы ) сам и х д етекторо в д ля н ад еж н о й р еги стр ац и и в о б ласти Т эВ -ы х эн ер ги й и вы ш е. К ако вы п ер сп екти вы д альн ей ш и х и сслед о ван и й в о б ласти «ко лен а»? Б езусловн о , кар д и н альн о р еш и ть п р о б лем у м о г б ы зап уск в ко см о с б о льш о го п р и б ор а, с д о стато ч н ой свето си ло й , д ля и зм ер ен и й вп ло ть д о ~ 1 0П эВ всех о сн о вн ы х ком п о н ен то в косм и ч еско го и злуч ен и я. П ро б лем а в том , ч то тако й п ри б о р д о лж ен веси ть н е м ен ее 10 то н н . 87 И п ро екты таки е есть. Н аи б о лее п од хо д ящ ая косм и ч еская п латф о рм а д ля п р овед ен и я таки х эксп ер и м ен тов — М еж д ун ар од н ая ко см и ч еская стан ц и я, гд е м о ж н о устан ови ть п р и б о р столь б о льш о й м ассы . Б уд ем н ад еяться, ч то тако й п ро ект о сущ естви тся (р и с. 6.6 ). Т еп ер ь о б р ати м вн и м ан и е н а сам ы й «кр ай » эн ер гети ч еско го сп ектр а — его «ступ н ю ». Зд есь эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х н е так уж м н о го. И это, ко н еч н о , связан о с чр езвы ч ай н о н и зки м п о то ком ко см и ч ески х луч ей в это й об ласти . И з и звестн ы х сп ектр о в ко см и ч ески х лучей , след ует ( см . р и с. 4 .5 ), ч то ко ли ч ество ч асти ц п р и эн ер ги и 1018 эВ это всего 1 ч асти ц а/км 2стер го д . Д ля б о лее яр ко го со п о ставлен и я п р и вед ем след ую щ и е ц и ф р ы . К аж д ую секун д у о ко ло 200 ч асти ц ко см и ч ески х лучей с эн ер ги ей н еско лько м и лли о н о в эВ (106 эВ = М эВ ) п ад аю т н а квад р атн ы й м етр п о верх н о сти . П р и б о льш и х эн ер ги ях , как м ы ви д ели (р и с. 4.5 ), и х п о то к р езко сн и ж ается и п р и эн ер ги и в 10 18 эВ = 1 Е эВ д о сти гает зем ли всего 1 ч асти ц а в н ед елю н а квад р атн ы й ки ло м етр . А п р и сам ы х П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 56 Р и с. 6.6. О ди н и з п р оек тов бол ь ш ой устан ов к и дл я и зуч ен и я к осм и ч еск и х л уч ей в р ай он е «к ол ен а» н а бор ту М еж дун ар одн ой к осм и ч еск ой стан ц и и . Е ѐ в ес — н еск ол ь к о тон н . 88 б о льш и х эн ер ги ях , о ко ло 10 19 эВ , — 1 ч асти ц а н а квад р атн ы й ки ло м етр в 100 лет. О тсю д а н ео б хо д и м о сть со зд ан и я ги ган тски х устан о во к д ля и х р еги стр ац и и . Т о лько 3 устан о вки раб о таю т в н асто ящ ее врем я в о б ласти эн ер ги й > 1 017эВ . С ред и н и х сам ая кр уп н ая — « P ierre Auger» в А р ген ти н е. Ч то б ы п р ед стави ть себ е м асш таб ы это й устан о вки , п р и вед ем н еско лько ц и ф р : 16 00 д етектор ов н а р ассто ян и и 1 ,5 км д р уг о т д р уга р асп оло ж ен ы н а п ло щ ад и о ко ло 30 00 км 2, о б р азуя ш ести уго льн и к с м акси м ал ьн ы м р ассто ян и ем м еж д у верш и н ам и о ко ло 70 км . Э то б о льш е, ч ем М о сква, П ари ж и м н о ги е д р уги е го ро д а м и р а. С о п о стави м о сн о вн ы е х ар актер и сти ки д ей ствую щ и х в н астоящ ее вр ем я кр уп н ы х устан ово к Ш А Л (таб ли ц а 6.1 ). Т абл и ц а 6.1. К ол и ч еств о л и в н ей с Е > 5 •1019 эВ п о и зм ер ен и я м н а р азн ы х н азем н ы х устан ов к ах Ш А Л . У стан о вка AGASA Hi Res Auger С вето си ла, км 2стер 150 800 6103 Ч и сло ли вн ей в го д 5 30 300 И з это й таб ли ц ы ви д н о , что « Pierre Auger» д ей стви тельн о о б лад ает ун и кальн ы м и возм о ж н остям и д ля р аб о ты в о б ласти ультр авы со ки х эн ер ги й ко см и ч ески х луч ей : о ж и д аем о е ко ли ч ество соб ы ти й — ч асти ц ко см и ч ески х луч ей п р и эн ер ги ях Е > 5 •1019 эВ за го д овую эксп о зи ц и ю о ж и д ается о ко ло 3 00 . Э та устан о вка то лько н ач ала эксп луати ро ваться и п ро й д ет н еско лько лет, п р еж д е ч ем м ы п о луч и м р езу льтат в этой о б ласти . К акой ? П о см о тр и м н а и м ею щ и еся в н аш ем р асп о ряж ен и и р езультаты . В п ер вы е ли вен ь в атм о сф ер е, вы зван н ы й ч асти ц ей с эн ер ги ей 1 3эВ = 1 0 20эВ , б ы л зар еги стр и р ован н а устан о вке Volcano Ranch в Н ью -М екси ко , С Ш А , в 19 60 г. И м ен н о то гд а, б о лее ч ем 40 лет н азад , стало ясн о, ч то в п р и ро д е сущ ествую т части ц ы сто ль ги ган тски х эн ер ги й . З атем ан ало ги ч н ы й ли вен ь с эн ерги ей п ер ви ч н о й ч асти ц ы 10 20эВ б ы л зареги стр и р ован н а Я кутско й устан о вке в 1 98 9 г. О н д аж е п о луч и л 89 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 57 Р и с. 6.7. Э к сп ер и м ен тал ь н ы е дан н ы е п о эн ер гети ч еск и м сп ек тр ам к осм и ч еск и х л уч ей п р и ул ь тр ав ы сок и х эн ер ги я х н е м огут п ок а св и детел ь ств ов ать н и в п ол ь зу сущ еств ов ан и я «обр езан и я » сп ек тр а к осм и ч еск и х л уч ей , н и о его п р одол ж ен и и в стор он у бол ь ш и х эн ер ги й . со б ствен н о е и м я «А р и ан » — в ч есть о д н о го и з созд ателей это й устан о вки — А р и ан а К узьм и н а. А сам ая б о льш ая эн ерги я ч асти ц ы , зар еги стр и р ован н ая в ко см и ч ески х луч ах, — 3,2•1020 эВ . Э то п ро и зо ш ло в н о яб р е 1991 г. н а устан о вке HiRes в С Ш А . Ч ер ез тр и год а, в 199 4 г., ч асти ц а с эн ер ги ей 2 •1020 эВ б ы л а зар еги стр и р ован а н а устан овке AGASA в Я п о н и и . С тати сти ка соб ы ти й в это й о б ласти эн ер ги й н аб и р ается о ч ен ь м ед лен н ы м и тем п ам и — уж сли ш ко м м ал п о то к ко см и чески х луч ей в это й об ласти эн ер ги й . Н а р и с. 6 .7 п оказан ы сп ектр ы ч асти ц , п о луч ен н ы е в п о след н ее вр ем я н а устан о вках AGASA и в Я кутске. Зд есь м ы ви д и м р асхо ж д ен и е в р езультатах - д ан н ы е Я кутска д ем он стр и р ую т заги б сп ектр а (х отя стати сти ка зд есь ещ е н ед о стато ч н а), а д ан н ы е AGASA - р о ст п о то ко в. К о н еч н о , есть сто ро н н и ки тех и ли и н ы х р езультато в, н о все ж е сл ед ует ко н стати р овать, ч то в эксп ер и м ен тальн о м п лан е во п ро с о ф ор м е сп ектр а в это й об ласти эн ер ги й о стается откр ы ты м . А ч то н ам гово р и т тео р и я? Т еор и я п р и вод и т н ас к вы во д у, что таки х ч асти ц во об щ е н е д о лж н о б ы ть! 90 6.4. Э л ек тр он ы в к осм и ч еск и х л уч ах В о тл и ч и е о т яд ер, электро н о в о ч ен ь м ало , н е б о лее ~1 % о т п о лн о го п о то ка. Т ем н е м ен ее, этот ко м п о н ен т и злуч ен и я о ч ен ь и н тер есен . Д ело в том , ч то электро н ы п о д вер ж ен ы эф ф екти вн ы м п о тер ям эн ер ги и в п ро ц ессе и х п утеш естви я во В селен н о й . Э то и и о н и зац и я, и то рм о зн о е, и си н х ро тр о н н ы е ти п ы и злуч ен и й , а такж е ко м п тон о вско е р ассеян и е. Э лектрон ы ч р езвы ч ай н о ч увстви тельн ы к м агн и тн о м у п о лю и м еж звезд н о й м атер и и . Э ти п о ля о гран и ч и ваю т возм о ж н о сть расп р о стр ан ен и я электр о н ов н а д алеки е р ассто ян и я от и сто ч н и ко в. П р и б о льш и х эн ер ги ях п о то к ч асти ц д о лж ен и счезать. О ж и д ается, ч то это о б р езан и е — «ко лен о » в сп ектр е электр он о в, б уд ет н аб лю д аться п ри эн ер ги ях п ор яд ка Т эВ , т.е. зн ач и тельн о м ен ьш и х , ч ем д ля яд ер н о го ко м п о н ен та (если о б р езан и е, ко н еч н о , сущ ествует). В зглян ем н а эксп ер и м ен тальн ы е сп ектр ы электр о н о в (см . р и с. 6 .8 ). М ы н е м о ж ем катего р и ч н о утвер ж д ать, Р и с. 6.8. Э н ер гети ч еск и е сп ек тр ы эл ек тр он ов в р азн ы х эк сп ер и м ен тах. С п ло ш н ая ли н и я — р асч ет сп ектр о в о т и сто ч н и ко в, расп о ло ж ен н ы х н а р ассто ян и ях б о лее ч ем 1 кп к. В и д н а тен д ен ц и я к сущ ество ван и ю «ко лен а» п р и эн ер ги и ~ 1 Т эВ , н о о ко н ч ательн ого вы вод а сд елать н ельзя. В п р аво й ч асти п о казан ы м о д ельн ы е р асч еты сп ектро в о т «б ли ж н и х » и сто ч н и ко в Vela (н а р азн ы х р ассто ян и ях ) и Monogem. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 58 91 ч то сп ектр электр о н о в д ей стви тельн о о б р езан п р и эн ер ги ях б о лее ~ 1 Т эВ — стати сти ка м ала в это й о б ласти . Д ля о ко н ч ательн о го вы во д а н у ж н ы н о вы е эксп ер и м ен ты в ко см о се. О н и го то вятся. Н аи б о л ее кру п н ы й ср ед и н и х — яп о н ски й эксп ер и м ен т CALET, п лан и р у ем ы й к зап у ску н а М еж д у н ар о д н у ю ко см и ч еску ю стан ц и ю . П р ед стави м себ е, о д н ако , ч то ко гд а б у д у т о п у б ли ко ван ы н о вы е р езу льтаты п о электр о н ам вы со ки х эн ер ги й , б о лее 1 Т эВ , о каж ется, ч то о н и су щ еству ю т — о б р езан и я сп ектр а н ет. Ч то это б у д ет о зн ач ать? Э то т ф акт с о п р ед елен н о стью н ам у каж ет, ч то н а б ли зки х о т н ас р ас сто ян и ях д ей стви тельн о су щ еству ю т и сто ч н и ки , ген ер и ру ю щ и е таки е электр о н ы . Н аи б о л ее о ч еви д н ы е и сто ч н и ки — о п ять-таки свер х н о вы е, н о р асп о ло ж ен н ы е н а р ассто ян и ях п о р яд ка 3 0 0 п ар сек о т н аш ей С о лн еч н о й си стем ы . Э то н ед алеко . О ч еви д н о , ч то таки х свер х н о вы х д о л ж н о б ы ть о ч ен ь м ало . О ц ен ки п о казы ваю т ч асто ту и х п о явл ен и я - н е б о лее 2 -5 за п о сл ед н и е 3 0 0 ты сяч лет! П о ч ти все о н и в н и ж еп р и вед ен н о й таб ли ц е 6 .2 . З д есь п р и вед ен ы р ассто ян и я д о эти х звезд и р ассч и тан н ая м акси м ал ьн ая эн ер ги я ген ер и р у ем ы х электр о н о в. Т абл и ц а 6.2. З в езды — к ан ди даты в и сточ н и к и эл ек тр он ов к осм и ч еск и х л уч ей в ы сок и х эн ер ги й З везд ы Р асстоян и е, Р асч етн ая м акси м альн ая п ар сек Vela 200 эн ер ги я электр о н о в, Т эВ 15 Monogem 300 3 Loop 1 170 1,7 Geminga 150 1,0 Н ар яд у с эксп ер и м ен тал ьн ы м и д ан н ы м и н а р и с. 6 .8 п о казан ы м о д ел ьн ы е р асч еты сп ектр о в электр о н о в о т свер х н о вы х звезд Vela и Monogem. О н и д ей стви тельн о , м о гу т «п о д н ять» электр о н н ы й сп ектр с «ко лен а» — н е д ать ем у «загн у ться» п р и Е ~ 1 Т эВ . Т ак это и ли н ет - п о каж у т то лько б у д у щ и е эксп ер и м ен ты . 92 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 59 Гл ав а 7. М И С Т Е Р И Я О Б Р Е ЗА Н И Я В ся п р авд а п р о х о д и т три стад и и : п ер вая: это — у д и ви тельн о ; вто р ая: это то , п ро ти в ч его все; тр етья: это п р и н и м ается как сам о п о себ е о ч еви д н о е. А . Ш оп енга уэр И так, эксп ер и м ент а льны е д а нны е м о гут ука зы ва т ь на во зм о ж но ст ь сущ ест во ва ни я в природ е част иц с энер ги ям и в ЗэВ 'ы . И м ен н о таку ю о сто р о ж н у ю ф о р м у ли р о вку п р и м ен яю т у ч ен ы е к п о лу ч ен н ы м д о н асто ящ его вр ем ен и резу льтатам эксп ер и м ен то в. Н о в ож и д ан и и н о вы х д ан н ы х м ы сл ь и ссл ед о вателей н е сто и т н а м есте и в р авн о й м ер е р ассм атр и ва ет как во зм о ж н о сти и х п р и су тстви я в п р и р о д е, так и о тсу тстви я таки х ч асти ц ... Н о , п р еж д е всего , ко н еч н о , во зн и кает во п р о с о сам о м су щ ество ван и и в п р и р о д е о б ъ екто в, сп о со б н ы х у скор и ть ч асти ц ы д о сто ль ги ган тски х эн ер ги й . Р ассм о тр и м эту п р об лем у б о лее п одробн о. 7.1. Д и агр ам м а Х и л л аса и л и в п ои ск ах З эв атр он а З аряж ен н ы е ч асти ц ы ко см и ч ески х луч ей о ткло н яю тся в ко см и ч ески х м агн и тн ы х п о лях. Д аж е д ля ч асти ц с эн ер ги ям и и з ультр ар еляти ви стско й об ласти Е эВ (10 18эВ и вы ш е) н а галакти чески х р ассто ян и ях зам етн о о ткло н ен и е от п р ям о й ли н и и . В м агн и тн о м п о ле с н ап р яж ен н о стью ~ 3 м кГ с лар м ор овски е р ад и усы д ля ч асти ц с эн ерги ей > 1 0 20эВ п о р яд ка 1 000 п ар сек (см . ри с. 4 .5). Э то б о льш е, ч ем то лщ и н а д и ска Г алакти ки (см . р и с. 1.7). П оэто м у п о ч ти с увер ен н о стью 93 м о ж н о го вор и ть, ч то ч асти ц ы ультр авы соки х эн ер ги й ро ж д аю тся за п р ед елам и н аш ей Г алакти ки . Н о если все ж е д о п усти ть, ч то «Г алакти ч ески й З эватро н » сущ ествует гд е -то р яд ом с н ам и , м ы м о гли б ы его «уви д еть» п о х ар актер н о м у и зм ен ен и ю ан и зо тр о п и и п о то ко в ч асти ц с увели ч ен и ем эн ер ги и : п о м ер е п р и б ли ж ен и я к ультр авы со ки м эн ер ги ям н ап р авлен и я п р и хо д а ч асти ц д о лж н ы все б о льш е и б о льш е со вп ад ать с галакти ч еско й п ло ско стью . С тати сти ч ески зн ач и м ы х эксп ери м ен тальн ы х р езультатов, п о д твер ж д аю щ и х такую м од ель, н ет. А есть ли воо б щ е во В селен н о й кан д и д аты в З эватро н ы ? Е сли н е о тход и ть д алеко от о сн о вн о го м ех ан и зм а уско р ен и я астро ф и зи ч ески х ч асти ц н а м еж звезд н ы х н ео д н оро д н о стях м агн и тн ого п о ля и /и ли н а уд ар н ы х во лн ах (см . главу 6 ), то, как м ы ви д ели , сущ ествует п р о б лем а о гран и ч ен и я м акси м альн о й эн ер ги и уско ряем ы х ч асти ц — Е max, о п р ед еляем о й р азм еро м о б ласти уско р ен и я, ско ро стью уд арн о й во лн ы , вели ч и н о й н ап р яж ен н о сти м агн и тн о го п о ля и зар яд ом уско р яем о й ч асти ц ы . С ущ ествует так н азы ваем ая д и агр ам м а Х и лласа (р и с. 7 .1 ), д ем о н стр и р ую щ ая во зм о ж н ости р яд а астро ф и зи ч ески х о б ъ екто в, ко тор ы е м о гли б ы п р етен д о вать н а р о ль ко см и ч ески х З эватро н ов. Е сли ч асти ц а уско р яется в о кр естн о сти како го -ли б о о б ъ екта, то ее лар м о ро вски й р ад и ус д олж ен б ы ть м ен ьш е сам о го р азм ер а это го о б ъ екта. Э ти м гео м етр и ч ески м соо тн о ш ен и ем и о п р ед еляется м акси м альн о д о п усти м ая эн ер ги я ускоряем ы х ч асти ц - Е max, т.к. лар м ор овски й рад и ус, как это м ы ви д ели вы ш е, зави си т о т эн ер ги и ч асти ц ы . Н о , с д р уго й сторо н ы , м о ж н о п о казать, что Е max о п р ед еляется и ско ро стью р асп р о стр ан яю щ ей ся уд ар н о й во лн ы . З д есь сущ ествует п р ям ая зави си м о сть — ч ем б о льш е ско ро сть волн ы , тем б о льш е Е max Н а д и агр ам м е Х и лласа п р ям ы м и ли н и ям и п о казан ы соо тн ош ен и я м агн и тн о е п о ле В — р азм ер астро ф и зи ч еско го об ъ екта L (и ли уско р и тельн о й о б ласти ), ко то р ы е н ео б х од и м ы д ля д о сти ж ен и я п р ед ельн о го зн ач ен и я эн ер ги и п р о то н ов Е max = 1020 эВ п р и д вух зн ач ен и ях ско ро стей уд ар н ы х во лн (в ед и н и ц ах β = v/c - «б езр азм ер н ая» вели ч и н а скор о сти в ед и н и ц ах скор о 94 сти света): с β =1/300 (сп лош н ая ли н и я) и 1 (ш тр и хо вая), а д ля яд ер ж елеза то лько п р и β = 1 (точ еч н ая ли н и я). З д есь ж е, н а р и с. 7 .1 в м асш таб е В и L, п о казан ы о сн о вн ы е астр о ф и зи ч ески е кан д и д аты в З эватро н ы . Р ассм атр и вая в кач естве кан д и д ато в н а и сто ч н и ки ко см и ч ески х луч ей ультр авы со ки х эн ер ги й р азн ы е астро ф и зи ч ески е Р и с. 7.1. Д и агр ам м а Х и л л аса, дем он стр и р ую щ ая в озм ож н ости р азл и ч н ы х астр оф и зи ч еск и х объ ек тов к ак уск ор и тел ей ч асти ц . С п ло ш н ы е ли н и и — о ц ен ки р азм еро в (в п ар секах ) и вели ч и н ы м агн и тн о го п о ля (в гауссах ) об ъ екто в, сп о со б н ы х р азо гн ать п р о тон ы д о эн ер ги й в 1 0 20 и 1 0 21 эВ п р и ско ро сти уд ар н о й во лн ы в 3 00 раз м ен ьш ей , ч ем скор о сть света. Т о ч еч н ая кр и вая — то ж е д ля яд ер ж елеза. Т ем н ы м и п ятн ам и о тм еч ен ы н аб лю д аем ы е р азм ер ы и м агн и тн ы е п о ля р азли ч н ы х астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в. В еро ятн о , ч то п ри зад ан н ы х п р ед п о ло ж ен и ях о х ар актер е сам о го м ех ан и зм а ускор ен и я (Ф ерм и ) в и звестн о й н ам В селен н о й н ет явн о го П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 60 кан д и д ата н а ро ль Зэватро н а. Д ля ср авн ен и я зд есь ж е п о казан ы х ар актер и сти ки р аб о таю щ его н а З ем ле кр уп н ей ш его уско р и теля Tevatron и стро ящ его ся LHC. 95 о б ъ екты , сл ед у ет п р и н ять во вн и м ан и е во зм о ж н о сть зам ед л ен и я ч асти ц в п р о ц ессе и х р асп р о стр ан ен и я о т и сто ч н и ка. В п р и вед ен н ы х н а р и с. 7 .1 зави си м о стях Е max во зм о ж н ы е п о тер и ч асти ц в п р о ц ессе у ско р ен и я н е у ч тен ы , п о это м у п о тен ц и ал ьн ы е З эватр о н ы , во о б щ е го во р я, в эти х ко о р д и н атах д о лж н ы н ах о д и ться зн ач и тел ьн о вы ш е п р ям ы х Е max=1020 эВ . В п ер ву ю о ч ер ед ь сл ед у ет у ч и ты вать си н х р о тр о н н ы е п о тер и . Э ти п о тер и п р о п о р ц и о н альн ы В 2, п о это м у д ля ко м п актн ы х астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в, в ко то р ы х м агн и тн о е п о ле ч р езвы ч ай н о вел и ко , о н и д о лж н ы б ы ть весьм а о щ у ти м ы . Т аки м и о б ъ ектам и м о гу т б ы ть ней т р о нны е звезд ы . В н и х м агн и тн о е п о ле м о ж ет д о сти гать ф ан тасти ч ески х вели ч и н — 1012-1015Г с (д л я п р и м ер а, - н а п о вер х н о сти З ем ли в р ай о н е эквато р а м агн и тн о е п о ле 0 ,3 Г с). П о это м у и з-за си н х р о тр он н ы х п о тер ь н ей тр о н н ы е звезд ы вр яд ли м о гу т б ы ть кан д и д атам и н а р о ль и сто ч н и ка ч асти ц с эн ер ги ей > 1 0 20эВ . Т о лько таки е о б ласти , как вн еш н и е д о ли р ад и о галакти к и м еж галакти ч еская ср ед а, и м ею т д о стато ч н о слаб ы е м агн и тн ы е п о ля и н е со зд аю т су щ ествен н ы х си н х р о тр он н ы х п о тер ь. Д ру го й о б ъ ект — всп лески га м м а -и злучени я (Gamma Ray Bursts — GRB) - н аи б о лее м о щ н о е в п р и р о д е явл ен и е: в о ч ен ь ко р о тки й п р о м еж у ток вр ем ен и — о т 0 ,1 д о 1 0 0 сек — всп л ески вы сво б о ж д аю т эн ер ги ю в ви д е гам м а-кван то в п о р яд ка 1 0 52эрг. Ч асто та всп леско в о ц ен и вается н а у р о вн е 1 -2 в д ен ь. Д ля п о лн о го о б ъ ем а В селен н о й вы д елен и е эн ер ги и гам м а-всп лескам и со ставляет вели ч и н у ~3•1044эр г•М п к 3 в го д , ч то со вп ад ает с п о лн о й эн ер ги ей ко см и ч ески х лу ч ей . GRB м о гу т уско р ять п р о то н ы и д ру ги е зар яж ен н ы е ч асти ц ы д о о ч ен ь б о льш и х эн ер ги й . О ч ен ь вер о ятн о , ч то у ско р ен и е ч асти ц п р о и сх о д и т н а у льтр ар еляти ви стски х у д арн ы х во лн ах , р асп р о стр ан яю щ и х ся о т и сто ч н и ка в ви д е сф ер ы и ли ко н у са, о д н ако д етали тако го у ско р ен и я ещ е н е р азр аб о тан ы . М ы вер н ем ся к и х р ассм о тр ен и ю в главе 9 . А кт ивны е га ла кт и чески е яд р а (AGN - Active Galactic Nuclei) — д р у ги е о ч ен ь и н тер есн ы е астр о ф и зи ч ески е о б ъ екты . Э то ц елы й кл асс гал акти к — квазар ы , б лазар ы , сей ф ер то вски е галакти ки , р ад и о галакти ки и р яд д р у ги х , ко то р ы е х ар актер и 96 зу ю тся о ч ен ь и н тен си вн ы м р ад и о и злу ч ен и ем . Д ля н аб лю д ателя с З ем л и о н и вы гл яд ят как звезд ы и и м ею т о гр о м н о е эн ер го вы д елен и е: о т 1 0 42 д о 1 0 48 эр г/сек, ч то н ам н о го б о льш е, ч ем эн ер го вы д ел ен и е всего М леч н о го П у ти . П о это м у А кти вн ы е яд р а — о д н и и з н аи б о лее яр ки х и звестн ы х о б ъ екто в во В сел ен н о й . О н и м о гу т м ен ять сво ю яр ко сть в теч ен и е о ч ен ь ко р о тко го п ер и о д а вр ем ен и , у казы вая н а то , ч то эм и сси я и д ет о т об ъ екта п р о тяж ен н о стью н е б о лее н еско л ьки х свето вы х м есяц ев. В теч ен и е п р о д о лж и тел ьн о го вр ем ен и сч и тало сь, ч то звезд ы — о сн о вн о й и сто ч н и к и злу ч ен и я галакти к. В н и х п р о и сх о д ят р еакц и и тер м о яд ер н о го си н теза, и о н и и злу ч аю т эн ер ги ю н агр ето го П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 61 газа. Н ап р о ти в, в А кти вн ы х яд р ах и зл у ч ен и е — н етеп ло во е, о н о в о сн о вн о м п р и н ад л еж и т к р ад и о и гам м а-д и ап азо н ам сп ектр а электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я. А кти вн ы е галакти ч ески е яд р а м о ж н о н аб лю д ать в телеско п ы , в о тли ч и е о т о б ы ч н ы х галакти к о н и н ах о д ятся н а р ассто ян и ях в м и лли ар д ы свето вы х лет. С о вр ем ен н о е о б ъ ясн ен и е это го астр о ф и зи ч еско го ф ен о м ен а со сто и т в то м , ч то яд р а со д ер ж ат су п ер м асси вн ы е ч ер н ы е д ы р ы , в 1 0 9 м асс С о лн ц а, в и х акти вн о й стад и и . О н и о кр у ж ен ы сло ем вещ ества — аккр ец и о н н ы м д и ско м (р и с. 7.2). П р о д о лж и тельн о сть ж и зн и акти вн ы х яд ер н евели ка, о н и у м и р аю т п ри б ли зи тел ьн о в теч ен и е 1 0 0 м и лли о н о в лет — ч ер н ая д ы р а «п о гло щ ает* все о кр у ж аю щ ее ее вещ ество , со зд авая во кр у г себ я п у сто ту . Н аи б о л ее р азви ты е тео р и и п р ед п о лагаю т ген ер ац и ю гам м акван то в н а у д ар н ы х во лн ах в р еляти ви стски х стру ях (д ж етах ), р асп р о стр ан яю щ и х ся н ар у ж у . Э н ер ги я эм и сси и ч ер п ается и з вы сво б о ж д аю щ ей ся гр ави тац и о н н о й эн ер ги и п ад аю щ его н а ч ер н у ю д ы ру вещ ества. О гр о м н ая свети м о сть яд ер акти вн ы х галакти к такж е о б ъ ясн яется аккр ец и ей вещ ества. И з ан али за н аб лю д ен и й след у ет, ч то р ад и о и сто ч н и ки о б р азу ю тся в р езу льтате вы д ел ен и я эн ер ги и в яд р е галакти ки , н о н е в р езу льтате взр ы ва, а б о л ее д ли тельн о го н еп р ер ы вн о го п р о ц есса — вы б р о со в стр у й п лазм ы с р еляти ви стски м и ско р о стям и в д ву х п р о ти во п о ло ж н ы х н ап р авл ен и ях . В о зм о ж н о , 97 Р и с. 7.2. А к ти в н ы е я др а гал ак ти к (AGN): сл ев а н абл ю даем ы е, а сп р ав а — в м одел ь н ом п р едстав л ен и и . П р ед п о лагается, ч то акти вн ы е яд р а м о гу т б ы ть м о щ н ы м и и сто ч н и кам и ч асти ц , ген ер и ру ем ы м и в р еляти ви стски х стр у ях — д ж етах . И сто ч н и ко м эн ер ги и является п о гл о щ ен и е вещ ества ч ер н о й д ы р о й , р асп о ло ж ен н о й в ц ен тр е AGN, и з аккр ец и о н н о го д и ска. ч то такая кар ти н а о б у сло влен а д и п о льн ы м х ар актер о м м агн и тн о го п о ля сам о го яд р а га лакти ки , и з м агн и тн ы х п о лю со в ко то р о го и вы текаю т д ж еты . Н аб лю д аем ая п о вы ш ен н ая яр ко сть вн еш н и х кр аев стр у кту р ы связан а, вер о ятн о , с су щ ество ван и ем п лазм ен н ы х о б лако в н а п ер и ф ер и и о б ъ екта, ко то р ы е вр ащ аю тся во кру г яд р а и п о д вер гаю тся вн еш н ем у д авлен и ю м еж галакти ч еско го газа. Т акая «то р о о б р азн ая» стру кту р а р ад и о галакти к н аб лю д ается д ля Л еб ед я А - сам о го м о щ н о го вн егалакти ч еско го и сто ч н и ка р ад и о и злу ч ен и я в со звезд и и Л еб ед я. П о лагаю т, ч то м акси м ал ьн ая эн ер ги я ч асти ц у ско р яем ы х в А кти вн ы х яд р ах - Е max~EH1/2, гд е Е H эн ер ги я ц ен тр альн о го и сто ч н и ка. Н о д ля п р о то н о в и д р у ги х ч асти ц м ы вн о вь 98 сталки ваем ая с п р о б л ем о й о гр ан и ч ен и я эн ер ги и ч асти ц и з-за п о тер ь. С и льн ы е р ад и ац и о н н ы е п о ля во кр у г А кти вн о го яд р а м о гу т слу ж и ть п р еп ятстви ем д л я р о ста эн ер ги и . Е щ е о д и н астр о ф и зи ч ески й о б ъ ект н а р о ль кан д и д ата ко см и ч ески х лу ч ей у льтравы со ки х эн ер ги й - « го р ячи е п ят на » ра д и о га лакт и к (« hot spots» ). С то ч ки зрен и я во зм о ж н о сти у ско р ен и я ч асти ц п р ед ставляется о ч ен ь и н тер есн ы м н аб лю д ательн ы й ф акт о б р езан и я ч асто тн о го сп ектр а р ад и о во лн в р ай о н е ~ 3 •1014Г ц у м н о ги х П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 62 ко м п актн ы х и сто ч н и ко в — р ад и о квазар о в, д ж ето в и «го р яч и х п ятен » . Т ако е о гр ан и ч ен и е в сп ектр е м о ж н о и н тер п р ети р о вать как р езу льтат си н х р о тр о н н ы х п о тер ь в м агн и тн о м п о ле р еляти ви стски х электр о н о в в о кр естн о сти у д ар н ы х во лн , ко то р ы е ч асти ц ы п ер есекаю т в р азн ы х н ап р авлен и ях . П о си н х р о тр о н н о м у о б р езан и ю м о ж н о о ц ен и ть эн ер ги ю и п р о то н о в, ко то р ая о казы вается б ли зко й к 1 3 эВ ! Р азн ы е п о м о щ н о сти р ад и о галакти ки у ско р яю т п р о то н ы д о р азли ч н ы х эн ер ги й . С веч ен и е н аи б о лее м о щ н ы х р ад и о галакти к со о тветству ет эн ер го вы д елен и ю ~ 3 •1 0 47 эр г/сек, ч то п р и во д и т к м акси м ал ьн о й эн ер ги и у ско ряем ы х п р о то н о в д аж е б о льш е, ч ем 1 3 эВ . К ак эф ф екти вн ы е у ско р и тели ч асти ц « го р яч и е п ятн а» р ад и о гал акти к вп ер вы е б ы л и п р ед ло ж ен ы в 1 9 64 г. В .Г и н зб у р го м и С . С ы р о ватски м , п р и ч ем б ли ж н яя р ад и о галакти ка М 8 7 — В и р го р ассм атр и валась в кач естве о сн о вн о го кан д и д ата. Г алакти ка М 8 7 д ей стви тельн о д о стато ч н о б ли зкая (15-25 М п к) к н ам и д о стато ч н о м о щ н ая, ч то б ы о б ъ ясн и ть п р о и сх о ж д ен и е ч асти ц вп ло ть д о у льтр ар еляти ви стски х эн ер ги й . Н о п р о б лем а в то м , ч то н ад о о д н о вр ем ен н о о б ъ ясн и ть и и зо тр о п и ю п о то ко в. И зо тр о п и ю м о ж ет со зд ать м н о ж ество гал акти к, р азб р о сан н ы х во В сел ен н о й . О д н ако М 8 7 о стается ед и н ствен н о й д о стато ч н о м о щ н о й р ад и о галакти ко й н а б ли зки х р ассто ян и ях . Д ру ги х , таки х ж е м о щ н ы х и б о лее б ли зки х , н е о б н ар у ж ен о . Н ап р и м ер , Г алакти ка CenА х о тя и б ли ж е к н ам , н о слаб ее М 8 7 , a NGC315 — сли ш ко м д алека. Т аки м о б р азом , о сн о вн о й вы во д , сл ед у ю щ и й и з д и агр ам м ы Х и л ласа, со сто и т в то м , ч то во В сел ен н о й н е ви д н о яр ко го кан д и д ата н а р о ль у ско р и теля ч асти ц д о эн ер ги й 1 0 20— 1021 эВ . 99 С ущ ествует и д р угая слож н о сть в п ро б лем е п о и ска и сто ч н и ко в ко см и ч ески х луч ей ультр авы со ки х эн ер ги й , р езко о гр ан и ч и ваю щ ая п ро стран ствен н ую об ласть п о и ска. Н о п р еж д е ч ем п ер ей ти к его сути , р ассм о тр и м вн о вь... Б о льш о й взр ы в. 7.2. Р ел и к тов ое и зл уч ен и е и «к он ец » сп ек тр а к ом и ч еск и х л уч ей С о врем ен н ая ко см о ло ги ч еская, так н азы ваем ая стан д ар тн ая м о д ель (см . р и с. 1 .1 ), о п р ед еляет н ач ало эво лю ц и и с м о м ен та, ко гд а р азм ер В селен н о й б ы л всего 10 -33 см (п лан ко вская д ли н а), тем п ер атур а - 1032К (п лан ко вская тем п ер атур а), а х ар актер н ы е эн ер ги и ч асти ц - 1028эВ (п лан ко вская эн ер ги я). В этот м ом ен т все ч асти ц ы и м ели скор о сти , б ли зки е к скорости света. З атем В селен н ая н ач ала р асш и р яться. Д о казательством р асш и р ен и я В селен н о й является кр асн ое см ещ ен и е сп ектро в и злучен и й галакти к, о б н ар уж и ваем о е п о эф ф екту Д о п лер а. П о м и м о «кр асн о го см ещ ен и я» сущ ествую т и д р уги е ф акты , сви д етельствую щ и е в п о льзу ги п о тезы о Б о льш ом взры ве. В 1 94 6 г. Г .Г ам ов и Р .А лф ер , а в 19 48 г. Р .Г ер м ан п р ед сказали , ч то од н и м и з сл ед стви й Б о льш о го взр ы ва д о лж ен б ы ть о стато ч н ы й рад и о ш ум с тем п ер атур о й ~ 5 К . П о явлен и е это го и злучен и я о тн о си тся к ко н ц у р ад и ац и о н н о й ф азы разви ти я В селен н о й , ко гд а и злучен и е и м атери я н ахо д и ли сь в тер м о д и н ам и ч еском р авн овеси и . Э та ф аза п р и вела к об ъ ед и н ен и ю н укло н о в и электрон о в в атом ы во д ор о д а. Э лектро н ы все в б о льш ей степ ен и о казы вали сь связан н ы м и в атом ы и «п о д ви ж н о сть» ф о то н о в увели ч и валась - н ач ался п р о ц есс о тд елен и я и злуч ен и я о т м атери и . М о ж н о п о казать, ч то р асп р ед елен и е п о то ко в ф ото н ов в этот п ер и о д вр ем ен и д ей стви тельн о д о лж н о со ответство вать тем п ератур е аб со лю тн о ч ер н о го тела. З атем н аступ и ла ф аза м атер и и , п ро д о лж аю щ аяся д о н асто ящ его вр ем ен и . П о сле об р азован и я ато м о в п р о стр ан ство стан о ви тся п р о зр ач н ы м д ля света, и ф о то н ы н ач и н аю т сво е б луж д ан и е п о В селен н о й , п р од о лж аю щ ееся д о сего д н яш н его д н я. Н о 100 это т свет п р етер п евает сущ ествен н ы е и зм ен ен и я. Р асш и р ен и е В селен н о й в связи с эф ф екто м Д о п лер а со п ро во ж д ается см ещ ен и ем ц вето в сп ектр а в сто ро н у б о льш и х д ли н во лн . В р езультате и злуч ен и е ф о то н о в стан о ви тся м и кр о во лн овы м , н еви д и м ы м д ля глаза. Н о о н о м ож ет б ы ть зар еги стр и р ован о с п о м ощ ью р ад и отелескоп о в. И злуч ен и е со сп ектр ом , п олн о стью со вп ад аю щ и м со сп ектр ом и злуч ен и я ч ер н о го тела п р и тем п ер атур е 2 ,7 К , д ей стви тельн о о б н аруж и ли . Э то и зо тр о п н о е коро тко во л н о во е и злуч ен и е в д и ап азо н е д ли н во лн (λ) о т м и лли м етро в д о сан ти м етро в с м акси м ум ом н а λ= 0 ,1 см (р и с. 7.3 ). Е го о ткр ы ти е Р и с. 7.3. С п ек тр ы эн ер ги и ф он ов ого р ен тген ов ск ого - и гам м а-и зл уч ен и я (тем н ы е зн ач к и ), а так ж е я дер н ой к ом п он ен ты к осм и ч еск и х л уч ей (св етл ы е зн ач к и ). В о б ласти д ли н во лн от λ= 10 2 см д о 1 0 "2 см о тч етли во ви д ен п и к р ели кто во го м и крово лн ово го и злуч ен и я. Ф о н о во е гам м а-и злуч ен и е н а верх н ем кр аю сп ектр а - п р од укт р асп ад а п и о н о в, во зн и каю щ и х п р и взаи м о д ей стви и электро н ов и яд ер ко см и ч ески х лучей с м еж звезд н о й ср ед о й . С п ектр яд ер ко см и ч ески х луч ей п р и во д и тся д ля ср авн ен и я. О н д ем о н стр и р ует верх н и й п р ед ел — м акси м альн о во зм о ж н ы е п о то ки П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 63 гам м а-кван тов в это м д и ап азо н е эн ер ги й (и ли д ли н волн ). 101 сы гр ало р еш аю щ у ю ро ль в п о д твер ж д ен и и м о д ели го р яч ей В селен н о й , и зо тро п и и ее р асш и р ен и я и о д н о р о д н ости . Э то у д ало сь сд ел ать со тр у д н и кам ф и р м ы « B ell» и з С Ш А В .П ен зи асу и К .В и льсо н у в 1 9 6 1 г. В 1 9 7 6 г. о н и п о лу ч и ли за это о ткр ы ти е Н о б ел евску ю п р ем и ю . Т ру д н о сть и зм ер ен и й заклю ч ал ась во вл и ян и и атм о сф ер ы и тем п ер ату р н ы х ко леб ан и й . В п о след стви и н ач али сь и ссл ед о ван и я это го р ад и о и злу ч ен и я: н а во зд у ш н ы х ш ар ах н а — вы со тах 30-4 0 км и вы ш е - н а сп у тн и ках . В 1 9 8 9 г. б ы л зап у щ ен сп у тн и к С О В Е (Cosmic Background Explorer) сп ец и ал ьн о д л я и сслед о ван и й ко см и ч еско го ф о н о во го и злу ч ен и я. С р ед н яя эн ер ги я ф о то н о в этого и злу ч ен и я о ч ен ь м ал а — в 3 0 0 0 р аз м ен ьш е эн ер ги и ф о то н ов ви д и м о го света. П о то к р ели кто во го и злу ч ен и я вел и к: его п ло тн о сть о ко ло 4 0 0 ф о то н о в/см 3 и ли 1 0 9 ф о то н о в н а каж д ы й ато м во В сел ен н о й . Т ак б ы ло о б н ар у ж ен о о стато ч н о е, п о сле Б о л ьш о го взр ы ва, и злу ч ен и е В селен н о й — п р о д у кта го р яч ей В селен н о й н а ее р ан н ей ф азе р азви ти я. О тсю д а его д р у го е н азван и е - р ели кто во е. В 1 9 6 6 г. К .Г р ей зен , Г .З ац еп и н и В .К у зьм и н , р ассм атр и вая п р о ц есс взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с эти м и злу ч ен и ем , п р и х о д ят к вы во д у о су щ ество ван и и «о б р езан и я» п о то ка ч асти ц п р и у льтр авы со ки х эн ер ги ях . Э то т эф ф ект п о лу ч и л н азван и е « GZK-м ех ан и зм а», п о п ер вы м б у квам ф ам и ли й авто р о в. Е го су ть вкратц е сво д и тся к след у ю щ ем у . В заи м о д ей стви е п р о то н о в ко см и ч ески х лу ч ей с рели кто вы м и злу ч ен и ем п р и во д и т к п о явл ен и ю н о вы х ч асти ц , н ап р и м ер , π -м езо н о в, электр о н -п о зи тр о н н ы х п ар и д р .: p + γ 2,7K->Ν + π . П о д о б н ы й п р о ц есс д ези н тегр ац и и д о лж ен н аб лю д аться и д л я тяж елы х яд ер : и х взаи м о д ей стви е с р ели кто вы м и злу ч ен и ем п р и во д и т к р асщ еп л ен и ю яд ер : А + γ 2,7K->(Α -1) + n. В р езу льтате эн ер ги я п р о то н о в (яд ер ) б ы стр о у м ен ьш ается д о вели ч и н ы , н и ж е ко то р ой р о ж д ен и е н о вы х ч асти ц у ж е 102 стан о ви тся н ево зм о ж н ы м . О ц ен ки , сд ел ан н ы е К .Г р ей зен о м , В .К у зьм и н ы м и Г .З ац еп и н ы м , д аю т зн ач ен и е Е max≈ 5•1019эВ д ля м акси м альн о й эн ер ги и п р о то н о в (это зн ач ен и е о тм еч ен о стр елко й н а р и с. 6 .7 ) и р ассто ян и я dmax> 5 0 М п к, за п р ед ел ам и ко то р о го н е м о гу т н ах о д и ться и сто ч н и ки эти х ч асти ц . П о д о б н ы е о ц ен ки , п р о вед ен н ы е В .С теккер о м и Н .Cалам о н о м в 1 9 9 9 г. д ля яд ер , д аю т зн ач ен и е Е max ≈ 1020эВ и dmax>100 М п к. О б л асть р азм ер о м в 5 0 -1 0 0 М п к - это о ч ен ь м алая ч асть всей В селен н о й . И это зн ач и т, ч то ч асти ц ы с эн ер ги ей , п р евы ш аю щ ей GZK-п р ед ел, м о гу т п ри лететь то л ько и з б ли ж ай ш и х (<100 М п к) ее о б ластей . Е сл и р ассм о тр еть ч асти ц у с эн ер ги ей 1 0 24эВ , стар то вавш у ю гд е-то н а р ассто ян и и 2 0 0 М п к, то , п р о летев это р ассто ян и е, ее эн ер ги я н е м о ж ет б ы ть вы ш е 1 0 20 эВ . 5 0 М п к — это р ассто ян и е, ко то р о е свет п р о х о д и т за 1 5 0 м и л л и о н о в лет. Д ру ги м и сло вам и , эта ц и ф р а - м акси м ал ьн о е вр ем я ж и зн и ч асти ц ы , п у теш еству ю щ ей со ско р о стью света во В сел ен н о й , вн е зави си м о сти о т то го , как вели ка б ы ла ее п ер во н ач альн ая эн ер ги я. В это м и заклю ч ается о гр о м н ая тр у д н о сть со вр ем ен н о й астр о ф и зи ки ко см и ч ески х лу ч ей : м ы н е П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 64 то лько н е ви д и м н а н еб е явн ы х кан д и д ато в - астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в, сп о со б н ы х у скор и ть ч асти ц ы д о эн ер ги й б о лее 1 0 20эВ , н о и вы н у ж д ен ы р езко о гр ан и ч и ть д и ап азо н и х п о и ско в б ли ж н ей к н ам о б ластью п р о стр ан ства вн у тр и 5 0 -1 00 М п к. А это , о ч еви д н о , сн и ж ает ш ан сы и х о б н ар у ж и ть. Г д е зд есь вы х о д ? С то лкн у вш и сь с тр у д н остям и , астр о ф и зи ки р еш и ли п о д о й ти к р еш ен и ю п р о б лем ы с д р у го й сто р о н ы . 7.3. С в ер ху — в н и з, и л и в п ер ед к эк зоти к е Е сли р ассм о тр ен н ы й вы ш е п р о ц есс п о и ска и сто ч н и ко в н а о сн о ве и зм ер ен и й п ар ам етр о в ч асти ц н а З ем ле м о ж н о о п р ед ели ть как сн и зу -ввер х (« bottom-up» ), то п о д х о д к р еш ен и ю п р о б лем ы , о п и сан н ы й н и ж е, явл яется п о лн о й п р о ти во п о ло ж н о стью п ер во м у : свер ху -вн и з (« top-down» ). Э то о зн ач ает: д а, у ч ен ы е п р и зн аю т, ч то у льтр ар ел яти ви стски х ч асти ц о т 103 З эватр о н о в, н ах о д ящ и х ся н а н ед алеки х р ассто ян и ях , н ет. О д н ако есть со всем д р у ги е ч асти ц ы , ещ е н ео б н ар у ж ен н ы е, ко то р ы е и со зд аю т р еги стр и ру ем ы й н а З ем л е п о то к ч асти ц п р и эн ер ги ях >1020эВ . Ч то это за ч асти ц ы ? О сн о вн ая и д ея зд есь заклю ч ается в то м , ч то ч асти ц ы у льтр авы со ки х эн ер ги й м о гу т б ы ть п р о д у кто м р асп ад а ещ е б о л ее эн ер ги ч н ы х ч асти ц , во зм о ж н о , аб со л ю тн о д р у гой п р и р о д ы . С у щ еству ет б о льш о е ч и сло п р ед ло ж ен и й , как о б ъ ясн и ть п р о и сх о ж д ен и е у льтр ар еляти ви стски х ч асти ц ко см и ч ески х лу чей . Б о льш ей ч астью о н и о сн о ван ы н а стан д ар тн о й м о д ел и эво лю ц и и В сел ен н о й , о п и сан и е ко то р о й д о п ер во й м и кр о секу н д ы (10-6 сек) ее р азви ти я м ы п р и вел и вы ш е. И так, эти п р ед ло ж ен и я заклю ч аю тся в сл ед у ю щ ем . П р еж д е всего , вер н ем ся к п р о б лем е эво лю ц и и В сел ен н о й (см . р и с. 1 .1 ). Д о п лан ко вско го м о м ен та вр ем ен и в су п ер м ало й В сел ен н о й су щ ество вал « кв ан то вы й х ао с»: б ы ло р азру ш ен о п о н и м ан и е п р о стр ан ства-вр ем ен и , н е б ы ло векто р а вр ем ен и , о п р ед ел яю щ его п р о ш ло е и б у д у щ ее. Э та б ы ла эп о х а су п ер си м м етр и и и л и эп о х а В ел и ко го о б ъ ед и н ен и я — о б ъ ед и н ен и я всех ч еты р ех ф у н д ам ен тальн ы х взаи м о д ей стви й — си л ьн о го , электр о м агн и тн о го , слаб о го и гр ави тац и о н н о го , в о д н о — у н и вер сальн о е. Д ал ьн ей ш ее р асш и р ен и е В сел ен н о й связан о с ее о сты ван и ем . Н а 1 0 -36 сек п о сле Б о л ьш о го взр ы ва н асту п и л ко н ец В ели ко го о б ъ ед и н ен и я — в это т м о м ен т о тд еляется си л ьн о е взаи м о д ей стви е. Э то со о тветству ет х ар актер н о й эн ер ги и E=1024 эВ и р ассто ян и ю 1 0 29 см . Э то весьм а зн ам ен ательн ы й м о м ен т вр ем ен и в ж и зн и В сел ен н о й : п о м и м о ко н ц а о б ъ ед и н ен и я ф у н д ам ен тал ьн ы х взаи м о д ей стви й д о это го м о м ен та в со ставе В сел ен н о й су щ ество вал и все м ы сли м ы е ф у н д ам ен тал ьн ы е ч асти ц ы . П р и ч ем эти ч асти ц ы о казы ваю тся о б ъ ед и н ен н ы м и в су п ер -п о ля, вн у три ко то р ы х н ах о д ятся п ар ы ч асти ц , о тли ч аю щ и х ся сп и н о м . Э то так н азы ваем ы е SUSY — су п ер си м м етр и ч н ы е п ар тн ер ы . И х д о во льн о м н о го (см . таб л. 7 .1 ). С у п ер п о ля н ах о д ятся в су п ер п р о стр ан стве, о гр ан и ч ен н о м р азм ер о м 1 0 -29см . О сн о вн ы е SUSY-п ар тн ер ы п р и вед ен ы в таб ли ц е. 104 Т абл и ц а 7.1. Ч асти ц ы и и х п ар тн ер ы Ч асти ц а С пин П артн ер С пин К вар к S С квар к 0 Л еп то н Н ей тр и н о Ф о то н Г лю о н W-б о зо н Z-б о зо н Х и ггс Г р ави то н S S 1 1 1 1 0 2 С леп то н С н ей тр и н о Ф о ти н о Г лю и н о В ино Зино Х и ггси н о Г р ави ти н о 0 0 S S S S S 3/2 С ей ч ас су п ер си м м етр и ч н ы е ч асти ц ы п ы таю тся н ай ти н а у ско р и телях . С о гласн о п ер во м у и з во зм о ж н ы х сц ен ар и ев ч асти ц ы р о ж д аю тся п ар ам и и в ко н ц е ко н ц о в д о лж н ы р асп ад аться с П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 65 о б р азо ван и ем стаб и л ьн о й ч асти ц ы (LSP) - Х -ч асти ц ы . П о ка н е у д ало сь н ай ти су п ер си м м етр и ч н ы е ч асти ц ы . Н о в эксп ер и м ен тах н а у скор и теле в CERN п о лу ч и л и о гр ан и ч ен и я п о м ассе LSP-ч асти ц : > 1 8 ,4 Г эВ . В ер н ем ся вн о вь к п р о ц ессу р асш и р ен и я В селен н о й . И так, н а 1 0 -36сек п р о и зо ш ел ко н ец В ели ко го о б ъ ед и н ен и я и вм есте с н и м и сч езл а су п ер си м м етр и я ч асти ц , о п и сан н ая вы ш е. Х - и Yб о зо н ы п о ки д аю т со сто ян и е тер м о д и н ам и ч еско го р авн о веси я и п р и о б р етаю т м ассы . О стал ьн ы е ч асти ц ы п о ка ещ е и м ею т н у леву ю м ассу . Э то п р о д о лж ается д о 1 0 -10сек, ко гд а п р о и сх о д и т р азд елен и е электр о м агн и тн о го и слаб о го взаи м о д ей стви й . В это т п ер и о д квар ки , л еп то н ы и п р о м еж у то ч н ы е б о зо н ы п р и о б р етаю т м ассы . М ассы ч асти ц д о сти гаю т = 1 0 0 Г эВ = 1 0 11эВ к 1 0 -6сек (п р и эн ер ги и 3 0 0 Г эВ = ~ 3 •1 0 11 эВ ). П о след у ю щ ее о х лаж д ен и е В селен н о й п р и во д и т к ф о р м и р о ван и ю н о вы х ч асти ц — ад р о н о в и з квар ко в и сквар ко в. П о сле н асту п ает ад р о н н ая эр а — п р о и сх о д и т ан н и ги ляц и я квар ко в и сквар ко в, а и зли ш ек квар ко в п о р о ж д ает всю н аб л ю д аем у ю н ы н е б ар и о н н у ю м атер и ю . 105 Т ако ва вкр атц е и сто р и я В селен н о й ли ш ь д о 1 0 -6 сек с м о м ен та Б о льш о го взр ы ва со гласн о С тан д ар тн о й ко см о ло ги ч еско й м о д ел и . К ак и л ю б ая тео р ети ч еская м о д ель, о н а н у ж д ается в эксп ер и м ен тальн ы х п о д твер ж д ен и ях . А д о м о м ен та н асту п лен и я п о лн о й ад екватн о сти м о д ельн ы х и эксп ер и м ен тал ьн ы х вы во д о в о н а м о ж ет и зм ен яться . Н о н а сего д н я С тан д ар тн ая ко см о ло ги ч еская м о д ел ь - о сн о ва м н о ги х н ап р авлен и й в астр о ф и зи ке, астр о н о м и и , ф и зи ке элем ен тар н ы х ч асти ц . Т еп ер ь вер н ем ся к п р о б лем е ко см и ч ески х лу чей у льтр авы со ки х эн ер ги й . И м ен н о и сто р и я Б о льш о го взры ва н а его п ер во н ач ал ьн о й ф азе р азви ти я п о зво ляет ввести в р ассм о тр ен и е н о вы е н естаб и л ьн ы е су п ер м асси вн ы е Х -ч асти ц ы . П р о д у кто м р асп ад а эти х Х -ч асти ц , ср ед и п р о ч его , явл яю тся в о сн о вн о м леп то н ы и квар ки , эн ер ги ч н ы е ф о то н ы , а такж е н ей тр и н о , ч асть и з ко то р ы х , со б ствен н о , и со ставляет ко см и ч ески е лу ч и у льтр авы со ки х эн ер ги й . Т ако й р асп ад д о лж ен б ы л п р о и зо й ти ср авн и тел ьн о н ед авн о - н е п о зж е 1 5 0 -3 0 0 м и лли о н о в лет н азад , т.к. его п р о д у кты такж е д о л ж н ы п о д вер гаться во зд ей стви ю р ели кто во го и злу ч ен и я. М асса Х -ч асти ц д о лж н а зн ач и тельн о п р евы ш ать н аб лю д аем ы е эн ер ги и , т.е. б ы ть б о льш е 1 0 20эВ . К ак м ы ви д ели вы ш е, такая ги п о теза х о р о ш о со о тветству ет тео р и и В ел и ко го о б ъ ед и н ен и я, п р ед у см атр и ваю щ ей су щ ество ван и е тяж елы х ч асти ц в д и ап азо н е 1 0 24-1025эВ . И , н ако н ец , о тн о ш ен и е о б ъ ем н о й п ло тн о сти эти х ч асти ц к ср ед н ем у вр ем ен и р асп ад а д о лж н о со о тветство вать н аб лю д аем о м у п о то ку косм и ч ески х л у ч ей . Д ру го й вар и ан т м ех ан и зм а о б р азо ван и я Х -ч асти ц м о ж ет б ы ть связан с су п ер м асси вн ы м и ч асти ц ам и (п р евы ш аю щ и м и м ассу п р о то н о в и н ей тр о н о в в ты сяч у р аз) - о сн о вн о го ко м п о н ен та тем н о й м атер и и . Э ти ч асти ц ы , б у д у ч и н езар яж ен н ы м и , п у теш еству ю т п о п р ям ы м л и н и ям , н е о ткло н яясь в электр и ч ески х и м агн и тн ы х п о л ях В селен н о й . Н а н и х во зд ей ству ет то лько гр ави тац и о н н ы е п о ля. С ч и тается, ч то гало Г алакти ки б о льш ей ч астью со сто и т и з тем н о й м атер и и . Т аки м о б р азом , п р ед ставляется вер о ятн ы м , ч то «экзо ти ч ески е» ч асти ц ы , и з 106 ко то р ы х состо и т тем н ая м атер и я - р еальн ы й кан д и д ат н а б ли злеж ащ и й З эватр о н , р асп о ло ж ен н ы й в н аш ей Г ал акти ке. К ак о тм еч ало сь вы ш е, в тео р и и су п ер си м м етр и и о ж и д ается су щ ество ван и е м н о ги х ч асти ц - о сн о вы тем н о й м атер и и . В н еко то р ы х м о д елях су п ер си м м етр и и п о сту ли ру ется, ч то это н ей тр ал ьн ы е ч асти ц ы , и м ею щ и е м ассу п о ко я о т н еско л ьки х Г эВ д о н еско л ьки х д есятко в Г эВ с б о льш и м вр ем ен ем ж и зн и . С у щ еству ю т д ва ви д а тем н о й м атер и и : го р яч ая и х о ло д н ая. Г о р яч ая тем н ая м атер и я со сто и т и з р еляти ви стски х ч асти ц — н ей тр и н о , н ап р и м ер , с м ассо й ≈ 1 0 эВ . В о тли ч и е о т го р яч ей , х о ло д н ая тем н ая м атер и я со сто и т и з тяж елы х н ер еляти ви стски х ч асти ц с м ассам и н е м ен ее Г эВ . Э та ч асть м атер и и н а р ан н ей ф азе р азви ти я м о гла слу ж и ть « зар о д ы ш ем » д ля о б р азо ван и я вещ ества. К ан д и д ато в н а р о ль ч асти ц , и з ко то ры х со сто и т хо ло д н ая тем н ая м атер и я, д о во льн о м н о го . Э ти ч асти ц ы д о л ж н а б ы ть сл аб о взаи м о д ей ству ю щ и м и со ср ед о й , и н ач е о н и б ы н е д о ж и ли б ы д о б о лее п о зд н и х ф аз р азви ти я В сел ен н о й . Т аки е сл аб о взаи м о д ей ству ю щ и е ч асти ц ы п о лу ч и ли н азван и е WIMP-ч асти ц (Weakly Interecting Massive Particle). С лед у ет о тм ети ть, ч то тео р ети ки д аю т о ц ен ку вер о ятн о сти взаи м о д ей стви я эти х ч асти ц с вещ ество м н а м н о го п о р яд ко в м ен ьш е сам о й , п о ж алу й , слаб о взаи м о д ей ству ю щ ей и з о ткр ы ты х н а сего д н я ч асти ц — н ей тр и н о (в главе 1 1 о б эти х ч асти ц ах б у д ет р ассказан о б о л ее п о д р о б н о ). К WIMP-ч асти ц ам П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 66 м о гу т о тн о си ться м асси вн ы е стаб и л ьн ы е н ей тр и н о . Т ео р ети ч ески е о ц ен ки п о казы ваю т, ч то с ко см о ло ги ч еско й то ч к и зр ен и я п р и ем лем ы то лько н ей тр и н о с м ассо й м ен ее 1 0 0 эВ и эн ер ги ей о т н еско л ьки х Г эВ д о н еско льки х Т эВ . В н асто ящ ее вр ем я р азраб аты ваю тся см еш ан н ы е м о д ели тем н о й м атер и и , в ко то ры х 3 0 % п р и х о д и тся н а го р яч у ю и 7 0 % — н а х о ло д н у ю ее ч асть. Б у д у ч и н езар яж ен н ы м и , WIMP-ч асти ц ы н е о ткло н яю тся м агн и тн ы м п о лем , п о это м у , и зм ер яя ан и зо тр о п и ю и х п р и х о д а, м о ж н о п о п ы таться о п р ед ели ть н ап р авлен и я н а п о тен ц и альн ы е и сто ч н и ки . Е щ е м ех ан и зм р о ж д ен и я Х -ч асти ц связан с так н азы ваем ы м и т о п о ло ги чески м и д еф ект ам и, ко то р ы е со б ствен н о , 107 и ген ер и р у ю т эти ч асти ц ы . З д есь то п о ло ги ч ески е д еф екты — ко лл ап с - п ер ех о д о т си м м етр и ч н о й ф азы В ел и ко го о б ъ ед и н ен и я к р азру ш аю щ ей , н а р ан н ей стад и и ее р азви ти я (т.е. н а 1 0 -36сек). Т акая м о д ел ь со гл асу ется с п р и н ято й сей ч ас м о д ел ью р асш и р яю щ ей ся В сел ен н о й . В м о м ен т н ар у ш ен и я си м м етр и и м о гу т р о ж д аться ко см о ло ги ч ески е р ели кты . С р ед и н и х — м о н о п о ли . С о вр ем ен н ы е тео р и и п о зво ляю т о ц ен и ть м ассу м о н о п о лей . М о н о п оли о ч ен ь тяж елы е о б р азо ван и я, и х м асса м о ж ет д о сти гать 1 0 17 Г эВ = 1 0 23 эВ (это м асса б актер и и !). Р ан н яя В сел ен н ая - ед и н ствен н о е м есто , гд е м о гли б ы п о яви ться эти ги п о тети ч ески е ч асти ц ы . В р асш и р яю щ ей ся В сел ен н о й п р о и сх о д и т у м ен ьш ен и е п ло тн о сти м о н о п о лей , н о затем , в п о сти н ф ляц и о н н ы й п ер и о д р азви ти я, и х ко ли ч ество вн о вь м о ж ет у вели ч и ться. Н а ф азе д о м и н и р о ван и я вещ ества м о н о п о ли м о гу т п ри н ять у ч асти е в ф о р м и р о ван и и кру п н о м асш таб н ы х астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в. О д н ако и х п р акти ч ески н е д о л ж н о б ы ть в галакти ч ески х д и сках . В б о льш ей степ ен и о н и м о гу т п р и су тство вать в Г ало и в ско п лен и ях галакти к. Н е о ч ен ь все ясн о с вр ем ен ем и х ж и зн и . Е сли м о н о п о ли р асп ад аю тся, о н и п р о и зво д ят б о льш о е ко ли ч ество н ей тр и н о и ф о то н о в с хар актер н о й эн ер ги ей ≈ 1024эВ и м алая и х д о ля п ер ех о д и т в п р о то н ы . Т аки е вто р и ч н ы е п р о то н ы м о гу т п о являться н а р азн ы х р ассто ян и ях о т н аш ей С о лн еч н о й си стем ы . Е сли эта ги п о теза вер н а, ко см и ч ески е лу ч и у льтр авы со ки х эн ер ги й — это р асп ад аю щ и еся ко см о л о ги ч ески е р ели кты , ф о р м и ру ю щ и е каскад ф о то н о в и н ей тр и н о , ф он ко то р ы х и н аб лю д ается. Е сли вр ем я и х ж и зн и со п о стави м о со вр ем ен ем ж и зн и В селен н о й , то о н и м о гу т р асп ад аться гд е у го д н о, и эти м м о ж ет о б ъ ясн яться и зо тр о п н о сть п о то ко в ко см и ч ески х лу ч ей . С о гласн о тео р и и , в п ер вы е м и н у ты о б р азо ван и я В сел ен н о й п о яви ло сь б о льш о е ко ли ч ество и д р у ги х р ели кто вы х ч асти ц — н ей тр и н о , ко то р ы е так ж е, как и р ел и кто во е м и кр о во лн о во е и злу ч ен и е, д о лж н ы стр ан ство вать в м еж звезд н о м п р о стр ан стве. С л ед у я это й ги п о тезе, м ы ж и вем в « н ей тр и н н о м м о р е». 108 О казы вает ли это м о р е вл и ян и е н а н ас? М ы это го п о ка н е зн аем . М о ж ем ли м ы зар еги стр и р о вать р ели кто вы е н ей тр и н о ? В ер о ятн о , — д а. Н о о б это м д алее. Р ели кто во е и злу ч ен и е — это , п о ж алу й , сам о е главн о е сви д етел ьство эво лю ц и и В сел ен н о й . О н о п о яви ло сь, ко гд а п р о ш ло м ен ее о д н о й ты сяч н о й д о ли ж и зн и В сел ен н о й ! К аки е п р ед п о лагаем ы е и сто ч н и ки н ей тр и н о у льтр авы со ки х эн ер ги й р ассм атр и ваю тся сей ч ас? О д и н и сто ч н и к у ж е б ы л у п о м ян у т вы ш е: это то п о ло ги ч ески е д еф екты . С о вр ем ен н ы е м о д ел и п р ед сказы ваю т, ч то п о то к м асси вн ы х н ей тр и н о , во зн и каю щ и х п р и то п о ло ги ч ески х д еф ектах и и м ею щ и х эн ер ги и б о лее 1 0 20эВ , д о стато ч ен д ля р еги стр ац и и н а у стан о вках с п ло щ ад ью , скаж ем , б о лее 1 0 0 0 00 км 2 (это б ольш е, ч ем « Pierre Auger» ). В связи с н ей тр и н о у льтр авы со ки х эн ер ги й и зу ч ается такж е п р о ц есс ан н и ги ляц и и м асси вн ы х н ей тр и н о с ф о н о вы м п о то ко м р ели кто вы х н ей тр и н о — так н азы ваем ы е « Z-всп ы ш ки » (« Z-bursts» ). У р о вен ь ф о н а п о то ка р ели кто вы х н ей тр и н о п р ед сказы вается ко см о ло ги ч ески м и м о д елям и Б о льш о го взры ва и С тан д ар тн о й м о д елью элем ен тар н ы х части ц . С ко р о сть ан н и ги ляц и и д о лж н а р езко во зр асти в н асы щ ен н о й вещ ество м ср ед е кластер о в галакти к. С д елан н ы е о ц ен ки п о казы ваю т, ч то п ло тн о сть н ей тр и н о в кл астер е галакти к д о стато ч н а д ля эф ф екти вн о го взаи м о д ей стви я и ген ер ац и и вто р и ч н ы х ч асти ц . О д н ако , д ля р еали зац и и это го п р о ц есса тр еб у ю тся П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 67 о ч ен ь вы со ко эн ер ги ч н ы е н ей тр и н о (E>1022эВ ), во зм о ж н о за п р ед ел ам и стан д ар тн о й м о д ели и , кр о м е это го , н али ч и е у рели кто вы х н ей тр и н о зн ач и тел ьн о й м ассы . Е сли это взаи м о д ей стви е п р о и сх о д и т н а р ассто ян и ях б ли ж е, ч ем 5 0 -1 0 0 М п к, то вн о вь о б р азо ван н ы е вто р и ч н ы е ф о то н ы и н у кло н ы с эн ер ги ей вы ш е GZK-п р ед ел а м о гу т п о п асть в атм о сф ер у Зем ли и вы звать ли вен ь ч асти ц , ко то р ы й м о ж ет б ы ть зар еги стр и р о ван н азем н ы м и у стан о вкам и (р и с. 7 .4 ). Р асч еты п о казы ваю т, ч то п о то к вто р и ч н ы х ч асти ц п р и о су щ ествлен и и тако го п р о ц есса м о ж ет б ы ть д о стато ч н ы м д ля н ад еж н о й р еги стр ац и и б у д у щ и м и у стан о вкам и д л я и ссл ед о ван и я ко см и ч ески х лу ч ей . 109 Р и с. 7.4. О ди н и з в озм ож н ы х м ехан и зм ов обр азов ан и я к осм и ч еск и х л уч ей ул ь тр ав ы сок и х эн ер ги й п р и в заи м одей ств и и З эв 'н ы х н ей тр и н о с р ел и к тов ы м и н ей тр и н о в ок р естн остя х к л астер а гал ак ти к Virgo (м одел ь Z-в сп ы ш к и ). А кти вн ы е галакти ч ески е яд р а — н аи б о лее м о щ н ы е и з и звестн ы х п о сто ян н ы х эм и ттер ов эн ер ги и во В селен н о й м о гут б ы ть и сто ч н и кам и и н ей тр и н о ультр авы со ки х эн ер ги й . Т ак, со гласн о м о д ельн ы м п р ед ставлен и ям , квазар ы д ей стви тельн о м о гут и злуч ать н ей тр и н о с эн ер ги ей б о лее 4 •1019 эВ . 7.4. Н ов ая астр он ом и я ? И WIMP-ч асти ц ы , и м он о п о ли , и н ей тр и н о м о ж н о п о п ы таться и сп о льзовать д ля о п ред елен и я н ап р авлен и я н а и сто ч н и ки . П ро б лем а о п р ед елен и я н ап р авлен и я п ри х о д а ч асти ц ч р езвы ч ай н а и н тер есн а. В ед ь в случ ае усп ех а, т.е. н ад еж н о го о п р ед елен и я м еста, о ткуд а м огли б ы п р и й ти ч асти ц ы , м ож н о п о п ы таться н ай ти астр о ф и зи ч ески й о б ъ ект — ген ер атор эти х ч асти ц . П о ка н ет д о стато ч н о н ад еж н ы х эксп ери м ен тальн ы х д ан н ы х п о и д ен ти ф и кац и и и сто ч н и ков. О д н ако... В зглян и те н а кар ту галакти ч еско го н еб а (р и с 7.5 ). Н а н ей и зо б р аж ен ы все случ аи р еги стр ац и и ко см и ч ески х луч ей с эн ер ги ей > 5 •1019 эВ . И з н и х - 6 д уп лето в и 1 тр и п лет (д ве и ли 110 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 68 Р и с. 7.5. Н а к ар те гал ак ти ч еск ого н еба п ок азан ы н ап р ав л ен и я п р и хода ч асти ц к осм и ч еск и х л уч ей с эн ер ги ей м еж ду 4 •1019эв и 10 20эВ (точ к и ) и бол ее 10 20эВ (к в адр аты ) п о дан н ы м я п он ск ой устан ов к и AGASA. О тм ети м , ч то ч асти ц ы с эн ер ги ей б о лее 10 20эВ д о лж н ы п р и хо д и ть с р ассто ян и я < 50 М п к, если это п р о то н ы , и с р ассто ян и й < 1 00 М п к, если это тяж елы е и о н ы . С р ед и со б ы ти й — од и н тр и п лет (в сер ед и н е). Н ет н и о д н о го астро ф и зи ческо го о б ъ екта, котор ы й м о ж н о б ы ло б ы и д ен ти ф и ц и р о вать с о б н ар уж ен н ы м и тр и п летом и ли д уп летам и . тр и ч асти ц ы с р азн ы м и эн ер ги ям и п р и ш ли и з од н о й то ч ки ). В ер оятн о сть случ ай н о го со вп ад ен и я таки х со б ы ти й о ч ен ь м ала — м ен ее 0 ,1% . О ко н ч ательн ы е вы вод ы д елать р ан о , н о и и гн о р и ро вать эти ф акты н ельзя. Т р и п леты и д уп л еты , а в д альн ей ш ем — кластер ы со б ы ти й , м о гли б ы сви д етельство вать о сущ ество ван и и то ч еч н ы х и сто ч н и ков, о тветствен н ы х за ко см и ч ески е луч и ультр авы со ки х эн ер ги й . М асса во п ро со в возн и кн ет, если такая связь б уд ет о б н ар уж ен а. Н ап р и м ер , каков сп ектр ко см и ч ески х луч ей и сто ч н и ка, н аско лько м ощ ен Зэватро н , ген ери р ую щ и й таки е эн ер ги и ? Ч ем о тли ч аю тся разн ы е и сто ч н и ки ? Н о, н е м ен ее и н тер есн о , если б уд ут о б н ар уж ен ы кластер ы соб ы ти й , н е и м ею щ и х свои х астро ф и зи ч ески х о б ъ ектов н а звезд н о м н еб е. В этом случ ае след ует сд елать вы во д , ч то и сто ч н и ком ко см и ч ески х луч ей н е 111 м о ж ет б ы ть вещ ество В селен н о й . Т огд а ч то ж е? Т ем н ая м атер и я, вакуум ? П о ка это сли ш ком п р еж д евр ем ен н ы е во п ро сы , н о вед ь м ы сль н ельзя о стан о ви ть... Н еско лько ком м ен тар и ев отн о си тельн о во зм о ж н о сти кар то гр аф и рован и я астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в с п о м о щ ью ч асти ц ультр авы со ки х эн ер ги й . Н ельзя заб ы вать о сущ ество ван и и м агн и тн ы х п о лей в ко см о се. З аряж ен н ы е ч асти ц ы о ткло н яю тся в н и х . Д аж е д ля п р о то н ов с эн ер ги ей 1 0 20 эВ , п утеш ествую щ и х с р ассто ян и й < 1 00 М п к, о ткло н ен и я о т п р ям о й б уд ут весьм а зам етн ы : так, п р и ср ед н ем м еж галакти ч еско м п о ле В ≈ 1 н Г с (10-9Г с) о ткло н ен и е м о ж ет д о сти гать 2 ° (р и с.7 .6 ). Э то т ф акт, со зд аю щ и й д о п о лн и тельн ую о ш и б ку, след ует уч и ты вать п р и п ози ц и о н и р о ван и и о б ъ екто в. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 69 Р и с. 7.6. В озм ож н ости н ей тр и н н ой астр он ом и и дл я и зуч ен и я астр оф и зи ч еск и х объ ек тов н а р асстоя н и я х ~100 М п к зн ач и тел ь н о в ы ш е, ч ем с п р отон н ой . В о тли ч и е о т п р о то н о в ультр авы со ки х эн ер ги й , и сп ы ты ваю щ и х и скр и влен и е сво и х тр аекто р и й п о д д ей стви ем м еж звезд н о го м агн и тн о го п оля, н ей тр и н о р асп ро стр ан яю тся п р акти ч ески п о п рям о ли н ей н ы м тр аекто р и ям . К ак р езультат - «р азр еш ен и е» астро ф и зи ческо го о б ъ екта во вто ром случ ае б уд ет вы ш е. 112 Д р уго е д ело н ей тр и н о . Е сли б ы уд ало сь р еги стр и р овать н ей три н о у льтр авы со ки х эн ер ги й , то это сущ ествен н о п о м о гло б ы п о и ску о б ъ екто в. В это м случ ае м о ж н о б ы ло б ы го во р и ть о р азви ти и н о во го н ап р авлен и я в астро н ом и и — н ей тр и н н ой астро н ом и и . В ы ш е м ы вкратц е о п и сали си туац и ю , сло ж и вш ую ся с эксп ер и м ен тальн ы м и теор ети ч ески м и зуч ен и ем ч асти ц ультравы со ки х эн ер ги й . П о хо ж е, ч то «ко см и ки » сто лкн ули сь зд есь с оч ен ь сло ж н о й п р об лем о й , н ах о д ящ ей ся н а сты ке ко см о ло ги и , астро ф и зи ки и ф и зи ки элем ен тар н ы х ч асти ц . П о ка н е х ватает эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х , ч то б ы «зац еп и ться» за ту и ли и н у ю тео р ети ч ескую м о д ель, н о , п о хо ж е, ч то и теор ети ч ески е и сслед о ван и я м о гут вы й ти н а н о вы е н ап р авлен и я. О д н ако уж е теп ер ь ясн о , что в п ро б лем е «ступ н и » эн ер гети ч еско го сп ектр а ф и зи ки вп ло тн ую п о д ош ли к п р о б лем е р ан н ей и сто р и и В селен н о й п о сле В ели ко го о б ъ ед и н ен и я. И н тер есн о , ч то сам а ф о рм а сп ектр а в о б ласти GZK-о б р езан и я н есет и н ф о рм ац и ю о б эво лю ц и и В селен н о й м и лли ар д лет то м у н азад . П о это м у н уж н а б о льш ая стати сти ка со б ы ти й в это й о б ласти эн ерги й , ч то б ы о д н о зн ач н о о п ред ели ть ви д сп ектр а. Н е случ ай н о Н об елевск и й лаур еат 200 3 г. В .Г и н зб ур г вн ес п ро б лем у и сслед о ван и й ко см и ч ески х луч ей ультр авы со ки х эн ер ги й в р еестр важ н ей ш и х зад ач ф и зи ки и астро ф и зи ки XXI сто лети я. В каки х ж е н ап р авлен и ях б уд ут и д ти эксп ер и м ен ты п о и сслед о ван и ю ко см и чески х луч ей н а кр аю сп ектр а? В ско р е устан о вка « Pierre Auger» д аст п ер вы е р езультаты . Э то озн ач ает, ч то увели ч и тся стати сти ка д ан н ы х в об ласти эн ер ги й б о лее 10 20эВ . Н ап о м н и м , что за го д р аб о ты « Pierre Auger» см о ж ет н аб и р ать д о 2 00 со б ы ти й п р и эн ер ги и б о лее 5 1 0 19 эВ . Д альн ей ш ее р азви ти е устан о вки «Pierre Auger» б уд ет и д ти , ви д и м о, п о ли н и и со зд ан и я н ово й — в С евер н ом п о луш ар и и , в С Ш А . Э то п о зво ли т п о луч и ть н о вы е свед ен и я о б ан и зотро п и и ко см и ч ески х луч ей ультр авы со ки х эн ер ги й . А это важ н о д ля р еш ен и я во п ро са о б о п р ед елен и и и сто ч н и ко в ко см и ч ески х 113 лу ч ей . С р ед и о б су ж д аем ы х и сто ч н и ко в - р ад и о галакти ки , а о н и р асп р ед елен ы ан и зо тр о п н о п о о тн о ш ен и ю к су п ер галакти ч еско й п ло ско сти . О д н а у стан о вка н е м о ж ет сп р ави ться с зад ач ей о п р ед елен и я н ап р авл ен и я н а таки е и сто ч н и ки . О д н ако во зн и кает во п р о с - есть л и п р и н ц и п и альн о н о вы е п о д х о д ы к эксп ер и м ен тал ьн о м у и зу ч ен и ю ч асти ц и з это й о б ласти эн ер ги й д ля со вер ш ен и я кач ествен н о го скач ка п о у вел и ч ен и ю стати сти ки р еги стр и р у ем ы х со б ы ти й ? С ей ч ас м ы м о ж ем о твети ть у твер д и тельн о . О б это м п о й д ет р еч ь в след у ю щ ей главе. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 70 Гл ав а 8. К О С М И Ч Е С К О Е О К О Т ру д н о сть в н ау ке ч асто п р ед ставл яет н е сто л ько то , как сд ел ан о о ткр ы ти е, ско лько п о н ять, ч то о н о сд елан о . Д ж . В ер на я И так, как м о ж н о у вели ч и ть п ло щ ад ь д етекто р о в д ля р еги стр ац и и ко см и ч ески х лу ч ей ? К ак п ер ей ти о т н еско л ьки х ты сяч квад р атн ы х ки ло м етр о в (у стан о вка «P ierre Auger») к, скаж ем , д есяткам ты сяч , а м о ж ет б ы ть и к со тн ям ? И д ея зд есь со сто и т в то м , ч то б ы и сп о льзо вать зем н у ю атм о сф ер у в кач естве тако го д етекто р а и р еги стр и р о вать Ш А Л н е с п о вер х н о сти зем ли , а и з... ко см о са. 8.1. У л ьтр аф и ол етов ы й сл ед к осм и ч еск ой ч асти ц ы Т аки е и зм ер ен и я м о ж н о о су щ естви ть, и сп о льзу я явлен и е ф лю о р есц ен ц и и . Т ер м и н «ф лю о р есц ен ц и я» о тн о си тся к п р о ц ессам во зб у ж д ен и я ато м о в с п о след у ю щ и м и сп у скан и ем и м и ф о то н о в. Т ак п р о и сх о д и т ген ер ац и я света. Е щ е в 4 0 -х го д ах п ро ш ло го века б ы ли и зоб р етен ы л ю м и н есц ен тн ы е лам п ы . В н и х и сп о льзо вал ся эф ф ект во зб у ж д ен и я ато м о в р ту ти п р и во зд ей стви и эл ектр и ч еско го то ка. П р и во звр ащ ен и и в н о р м альн о е со сто ян и е ато м ы р ту ти и сп у скали ф о то н ы , ко то р ы е п р и взаи м о д ей стви и с ф о сф о р н ы м п о кр ы ти ем стен о к ко лб ы лам п ы ко н вер ти р о вали сь в ви д и м ы й свет. П о д о б н о е явлен и е м о ж ет н аб лю д аться и в атм о сф ер е З ем ли . З ар яж ен н ы е ч асти ц ы м о гу т во зб у ж д ать ато м ы во зд у х а и п р и во д и ть к эм и сси и света в ви д и м о м и у льтр аф и о лето во м 115 д и ап азо н ах д ли н во лн . К ак р езультат, возн и каю т так н азы ваем ы е атм о сф ер н ы е сц и н ти лляц и и . Д етальн о е эксп ер и м ен тальн о е и зуч ен и е атм осф ер н ы х сц и н ти лляц и й н ач ало сь в н ач але 60 -х го д о в в связи с М ан х эттен о вски м п р о ектом , — атом н о й п р о гр ам м о й С Ш А , в Л ос-А лам о се, - как м ето д д етекти р о ван и я яд ер н ы х взр ы во в в атм осф ер е. Я д ер н ы й взр ы в п о ро ж д ает м н о ж ество заряж ен н ы х ч асти ц и эти ч асти ц ы , р асп ро стр ан яясь в атм о сф ер е, вы зы ваю т ее свеч ен и е, в то м ч и сле и в у льтр аф и о лето во м д и ап азо н е. П о ко ли ч еству зар еги стр и р ован н о го света м о ж н о б ы ло суд и ть о м ощ н о сти и сп ы ты ваем ы х б ом б . И н тер есн о , что в и сто ках эти х эксп ери м ен то в сто яли Б .Р о сси и К .Т р ей зен , уч астн и ки ам ер и кан ско го ато м н о го п роекта, а в п о след ую щ ем — и звестн ы е ф и зи ки в об ласти ко см и ч ески х луч ей . О д н ако и ко см и ч ески е луч и м о гут такж е вы звать св еч ен и е атм о сф ер ы . П р и о р и тет в и д ее р еги стр ац и и сц и н ти лляц и й атм о сф ер ы п о д во зд ей стви ем ко см и ч ески х луч ей п р и н ад леж и т н аш ем у соо теч ествен н и ку — А .Ч уд акову (р и с. 8 .1 ). И м ен н о о н вп ервы е п р ед ло ж и л это т м етод в 196 2 г. д ля и зм ер ен и й м ощ н ы х ли вн ей п ер ви ч н ы х косм и ч ески х луч ей . В главе 3 м ы уж е р ассказы вали , ч то п ер ви ч н ы е ч асти ц ы , п о п ад ая в атм о сф ер у, вы зы ваю т каскад , со сто ящ и й и з втор и ч н ы х ч асти ц р азли ч н ого сор та (р и с. 3 .1 ). С р ед и н и х б о льш е всего электро н о в. М акси м ум и х ч и сла п р оп о р ц и о н ален эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы (см . р и с. 3.4 ). Э лектро н ы , р асп ро стр ан яю щ и еся в атм о сф ер е, и он и зи р ую т возд ух и во зб уж д аю т эн ер гети ч ески е ур о вн и ато м о в и м о лекул (п о след н ее о зн ач ает п ер ехо д электр о н о в с б о лее н и зки х об о лоч ек в Р и с. 8.1. А .Ч удак ов . 116 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 71 б о лее вы со ки е эн ер гети ч ески е м етастаб и льн ы е со стоян и я). Ч ер ез о ч ен ь кор отки й п р о м еж уто к вр ем ен и ато м ы во зд уха (в о сн овн ом азо та) во звр ащ аю тся в свое н о р м альн о е со сто ян и е, и сп уская ф о то н ы н а д ли н ах во лн о т 330 д о 45 0 н м , т.е. в ультр аф и о лето во м д и ап азо н е. Э то т ультр аф и о лето вы й , и ли ф лю о р есц ен тн ы й , свет и зо тр о п ен и его и н тен си вн о сть п роп о р ц и о н альн а эн ер ги и ли вн я н а д ан н о й глуб и н е атм о сф ер ы . П р и б о льш и х п отоках ч асти ц ли вн я ф лю ор есц ен тн о е свеч ен и е о казы вается весьм а зн ачи тельн ы м и м о ж ет б ы ть зар еги стр и р ован о д аж е н а уд ален н ы х р ассто ян и ях о т оси ли вн я в п ро зр ач н о й атм о сф ер е. Т ак, п ерви ч н ая ч асти ц а с эн ер ги ей в 10 19эВ со зд ает в атм о сф ер е ли вен ь, со сто ящ и й и з 10 16 втор и ч н ы х электро н ов. К аж д ая вто р и чн ая ч асти ц а со зд ает н а о д н о м м етр е п роб ега ~ 4 ф о то н а. Л и вен ь р асп р о стр ан яется со ско ро стью света н а р ассто ян и е о т 1 0 д о 100 км в зави си м о сти о т угла н акло н а вх од а ч асти ц ы в атм о сф ер у. В н ач але п о является н еб о льш о й ли вен ь в ви д е д и ска в вер х н и х слоях атм о сф ер ы (его и злуч аем ая м ощ н о сть 100 ки ло ватт!), ко то р ы й д ви гается п о п р ям ой со ско ро стью света и п о степ ен н о увели ч и вается в р азм ер ах . З атем п ро и сх о д и т его затух ан и е п о м ер е ги б ели электро н о в. Е сли п р о и н тегр и ро вать весь свет вд о ль тр аекто р и и ли вн я (и ли ж е о п р ед ели ть м акси м ум и н тен си вн о сти света), то эта вели ч и н а б уд ет п р о п о р ц и о н альн а эн ер ги и п ер ви ч н о й ч асти ц ы . П оло ж ен и е м акси м ум а (глуб и н а ли вн я) м о ж ет д ать и н ф о рм ац и ю о м ассе ч асти ц ы . О соб ы й случ ай п р ед ставляю т со б о й ф лю ор есц ен тн ы е ли вн и , во зн и каю щ и е н а м акси м альн ы х глуб и н ах в атм о сф ер е, вб ли зи ур о вн я зем ли . Т аки е ли вн и м о гут б ы ть со зд ан ы то лько н ей тр и н о , т .к. б о льш ая то лщ а атм о сф ер ы н е д ает во зм о ж н о сти п ро н и кн уть ли вн ям , со зд аваем ы м и п ер ви ч н ы м и яд р ам и , н а сто ль н и зки е вы со ты . А д ля слаб о взаи м о д ей ствую щ ей ч асти ц ы — н ей тр и н о , н ап р о ти в, тр еб уется п р ох ож д ен и е о ч ен ь б о льш и х то лщ вещ ества п р еж д е, ч ем о н а см о ж ет со зд ать ли вен ь. К аскад зар яж ен н ы х ч асти ц Ш А Л , н ар яд у с ф лю о р есц ен тн ы м свеч ен и ем , вы зы вает м ощ н о е ч ер ен ковско е и злуч ен и е 117 ф о то н о в в н ап р авлен и и стр о го п о вектор у р асп ро стр ан ен и я ли вн я (ч ер ен ковски й ко н ус и злуч ен и я — см . р и с. 3.7 ). П о м ощ н о сти чер ен ковско е и злуч ен и е зн ач и тельн о си льн ее, ч ем ф лю ор есц ен тн ое. С и гн ал о т ч ер ен ковско го свеч ен и я м о ж ет б ы ть и сп о льзо ван д ля о п р ед елен и я эн ер ги и п ри р еги стр ац и и н акло н н ы х ли вн ей , вы зван н ы х н ей три н о . В еро ятн о , во зм о ж н о б уд ет зар еги стр и ро вать и о б р атн о отр аж ен н ы й ч ер ен ковски й свет о т зем н ой п о верх н о сти . В это м случ ае его р еги стр ац и я б уд ет оч ен ь п о лезн а д ля селекц и и «п о лезн ы х » со б ы ти й , вы зван н ы х р еальн ы м и ч асти ц ам и , о т ф о н овы х , н еж елательн ы х и м п ульсо в света. Д р уги м и сло вам и , ч ер ен ко вски й си гн ал м о ж ет б ы ть и сп о льзо ван в ка ч естве тр и ггер а — р азр еш и тельн о го си гн ала н а р еги стр ац и ю и ан али з и н ф о р м ац и и о ф лю о ресц ен тн о м свеч ен и и ли вн я Ш А Л . К ак м ы ви д и м , атм о сф ер а п р ед ставляет со б о й ун и кальн ы й п о сво и м во зм о ж н остям д етектор , п р еж д е всего сво и м и р азм ер ам и — и зд есь ей н ет р авн ы х. Н о каки м и м ето д ам и м о ж н о зареги стр и р овать светящ и й ся в ультр аф и о лете след о т ли вн я ч асти ц ы и з о б ласти ультр ар еляти ви стско й эн ер ги и ? Е сли в кач естве д етектор а и сп о льзо вать ко ллектор , н ап р и м ер , зер кало и ли си стем у ли н з д ля сб о р а света о т светящ его ся след а ли вн я, а в ф о кусе это го ко ллектор а устан о ви ть м о заи ку ф о то п р и ем н и ко в, то м о ж н о зар еги стр и р овать и «зап о м н и ть» след всп ы ш ки света в н о ч н о й б езлун н о й атм о сф ер е. Т аки м сп осо б о м м о гут б ы ть о п р ед елен ы и эн ер ги я, и м асса п ерви ч н о й ч асти ц ы . Э то т м ето д весьм а п ер сп ек ти вен д ля р еги стр ац и и ко см и ч ески х луч ей в о б ласти у льтр авы со ки х эн ер ги й п о ср авн ен и ю с н азем н ы м и м ето д ам и . Д ело в том , ч то в «п о го н е» за стати сти ко й реги стр и р уем ы х со б ы ти й , уч ен ы е со зд аю т н азем н ы е устан о вки все б о льш и х и б о льш и х п лощ ад ей , а и з экон о м и ч ески х со об р аж ен и й д етектор ы вы н уж д ен ы р асп о лагать н а зн ач и тельн ы х р ассто ян и ях д р уг от д р уга. Т ак, н ап р и м ер , в п р о екте «P ierre Auger» д етектор ы разд елен ы р ассто ян и ем о ко ло 2 км . С увели ч ен и ем р ассто ян и я м еж д у д етекто р ам и о сн о вн ая ч асть п о тока части ц п р ох од и т вд али от д етекторо в. П о это м у тр еб уется м од ели р ован и е п р о стр ан ствен н о й гео м ет118 р и и ли вн я, а это сн и ж ает точ н о сть расч ета эн ер ги и п ер ви ч н ой ч асти ц ы . К ак м ы уви д и м д алее, о п ти ч ески е ф лю ор есц ен тн ы е устан о вки сво б о д н ы о т это го н ед о статка. В сер ед и н е 60 -х го д о в К .Г р ей зен и з К о р н ельско го ун и вер си тета в С Ш А п о стави л п ер вы й н азем н ы й эксп ер и м ен т п о р еги стр ац и и ф лю ор есц ен тн о го свеч ен и я атм о сф еры п о д во зд ей стви ем ко см и ч ески х луч ей . А в 19 67 г. и м б ы ла со зд ан а п ер вая п о лн ом асш таб н ая устан о вка. Е е о сн ово й б ы л ко ллекто р с ли н зам и Ф р ен еля. О д н ако эксп ер и м ен т К .Г р ей зен а о ко н ч и лся н еуд ач ей : сли ш ком уж гр язн о й б ы ла атм о сф ер а в р ай о н е Н ью -Й ор ка. В след за К .Г р ей зен ом Д .Л и н сли и Л .С кар си и з г.А льб укер ке в С Ш А о сущ естви ли б о лее усп еш н ы й эксп ер и м ен т н а устан о вке «К ор о лева п усты н и » (« Desert Quenn») в б о лее ч и сто м н еб е ш тата Н ью М екси ко . А затем б ы ла зап ущ ен а ф лю ор есц ен тн ая устан о вка «М уш и н ы й глаз» (« Fly's E ye») в ш тате Ю та, С Ш А , теп ер ь это — стер ео си стем а и з д вух о п ти ч ески х ко ллекторо в - HiRes. П о след н яя устан овка п о зво ли ла п р о д ви н уться в сто ро н у ЗэВ -н ы х эн ер ги й . О д н ако зн ач и тельн о б о льш и м и во зм о ж н о стям и б уд ет о б лад ать ко ллектор ультр аф и о лето во го света, если его п о д н ять вы со ко н ад зем лей н а аэро стате и ли зап усти ть н а ко см и ч еском ап п ар ате н а ор б и ту во кр уг З ем ли . И д ея м етод а б ы ла п р ед ло ж ен а в 19 80 г. ам ери кан ц ем Д .Л и н сли (р и с.8.2 ). О н н азвал этот п ро ект «A irw atch» — «В згляд с н еб а». К стати , и м ен н о о н о п уб ли ко вал свед ен и я о п ер вом соб ы ти и — р еги стр ац и и ч асти ц ы с E = 1 0 20 эВ н а устан о вке « Volcano Ranch» в С Ш А . В ч ем суть п ро екта? П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 72 Р и с. 8.2. Д ж .Л и н сл и , ав тор п р оек та «Airwatch». 119 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 73 8.2. З ер к ал о н а ор би те Н а р и с. 8 .3 д ем о н стр и р уется сх ем а это й и д еи . П р и б ор , со стоящ и й и з ко ллектор а света (и м м о ж ет б ы ть п ар аб о ли ч еско е зер кало и ли си стем а о п ти ч ески х ли н з) в ф окусе ко торого р азм ещ ен а м о заи ка ф о то ум н о ж и телей , б уд ет р еги стр и р овать «след » ультр аф и о лето во го свечен и я, созд ан н ы й втор гш ей ся в атм о сф ер у заряж ен н ой ч асти ц ей . Р асп ро стр ан яю щ и й ся вд о ль тр аектор и и о си ли вн я и отр а- Р и с. 8.3. П р и н ц и п к осм и ч еск ого м етода и зм ер ен и я эн ер ги и зар я ж ен н ы х ч асти ц ул ь тр ав ы сок ой эн ер ги и (эк сп ер и м ен т «Т У С »). К о ллектор ультр аф и о лето во го света (п ар аб о ли ч еско е зер кало ), р азм ещ ен н ы й н а сп утн и ке, п о зво ляет «со б р ать» свет, ген ер и р уем ы й вто р и ч н ы м и электр он ам и Ш А Л в н о ч н о й атм о сф ер е З ем ли . Э н ер ги я п ер ви ч н ы х части ц о п р ед еляется п о ко ли ч еству света (ф о то н ов), со б р ан н о го ф о то ум н ож и телям и — д етектор ам и , р азм ещ ен н ы м и в ф о кальн ой п ло ско сти зер кала. Е сли ли вен ь б уд ет п ро хо д и ть п о д м алы м угло м к п о верх н о сти З ем ли , то это м о ж ет о зн ач ать, ч то о н вы зван н ей тр и н о , а н е зар яж ен н ы м и части ц ам и . 120 ж аю щ и й ся от зем н о й п о вер х н о сти ч ер ен ко вски й свет д аст д о п о лн и тельн ую и н ф о рм ац и ю о вы со те м акси м ум а Ш А Л (Nmax). П о-сути , это ан ало г н азем н ы х и зм ер ен и й , н о п ер евер н уты й с н о г н а го ло ву. О тсю д а его п р еи м ущ ества. Е сли сп утн и к зап усти ть н а о рб и ту вы со то й ~400 км и р азм ести ть н а н ем ко ллектор света с угло м зр ен и я ~6 0°, то в этом случ ае п ло щ ад ь п ятн а н а зем ле со стави т б о лее 15 0 0 00 км 2. С о гласи тесь, это о ч ен ь б о льш ая п ло щ ад ь, вр яд ли д о сти ж и м ая д ля н азем н ы х устан овок. В н асто ящ ее вр ем я уж е п лан и р ую тся п од о б н ы е эксп ер и м ен ты в косм о се. Э то - ро сси й ски й эксп ер и м ен т Т У С н а авто м ати ч еско м косм и ч еском ап п ар ате с и зм ен яю щ ей ся вы со то й ор б и ты о т 450 д о 60 0 км и п ро ект EUSO Е вро п ей ско го ко см и ч еско го аген тства д ля М еж д ун ар о д н о й ко см и ч еско й стан ц и и (р и с. 8 .4 ). И х во зм о ж н о сти в ср авн ен и и с н азем н ы м и устан о вкам и д ем о н стри р ую тся н а р и с. 8 .5 . Зд есь п р и вед ен а р асч етн ая Р и с. 8.4. К осм и ч еск и й п р оек т EUSO Е в р оп ей ск ого к осм и ч еск ого аген тств а п озв ол и т р еги стр и р ов ать к осм и ч еск и е л уч и З эВ -н ы х эн ер ги й п о и х ул ь тр аф и ол етов ы м тр ек ам с п ом ощ ь ю оп ти ч еск ого к ол л ек тор а св ета с ш и р ок ой ап ер тур ой , р азм ещ ен н ого н а бор ту М еж дун ар одн ой к осм и ч еск ой стан ц и и . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 74 121 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 75 Р и с. 8.5. Д и агр ам м а, дем он стр и р ую щ ая в озм ож н ости н азем н ы х и к осм и ч еск и х устан ов ок дл я р еги стр ац и и ч асти ц ул ь тр ав ы сок и х эн ер ги й . Э ф ф екти вн ая п ло щ ад ь п лан и р уем ы х ко см и ч ески х устан о во к зн ач и тельн о п р евы ш ает п ло щ ад и н азем н ы х . свето си ла (и ли эф ф екти вн ая п лощ ад ь) устан о во к как н азем н ы х, так и ко см и ч ески х . О ч еви д н о , ч то ко см и ч ески е п р о екты ти п а Т У С и ли EUSO п р ед о ставят в р уки уч ен ы х о гр ом н ы е н о вы е во зм о ж н о сти д ля и сслед о ван и й ко см и ч ески х луч ей в это й и н тер есн ей ш ей о б ласти эн ер ги й . Д о стато ч н о н азвать след ую щ и е ц и ф р ы : п р и эн ер ги и 1 0 20 эВ AGASA сп о со б н а зар еги стр и ро вать о д н о со б ы ти е в го д , Hi Res — 1 в м есяц , Auger — 2 со б ы ти я в н ед елю , EUSO — в ср ед н ем о д н о соб ы ти е в ч ас. Н о н е д о ж д авш и сь зап уска Т У С 'а и ли EUSO уч ен ы е п лан и р ую т ещ е б о лее м асш таб н ы е эксп ер и м ен ты п о р еги стр ац и и ч асти ц с З эВ -н ы м и эн ер ги ям и . Э то п р о ект OWL — «С о ва» (Orbiting Wide-angle Light collectors) — о р б и тальн ы й ш и р о ко уго льн ы й ко ллектор света). О н п р ед усм атр и вает зап уск д вух сп утн и ко в н а ор б и ту вы со то й 6 00 -1200 км с устан о вкам и — 122 Р и с. 8.6. К осм и ч еск и й п р оек т OWL («С ов а») п озв ол и т п ол уч и ть стер еои зобр аж ен и е ул ь тр аф и ол етов ого тр ек а в атм осф ер е и зн ач и тел ь н о ув ел и ч и ть св етоси л у м етода. ко ллектор ам и ультр аф и о лето во го света (р и с. 8 .6 ). П о д о б н ы й тан д ем п о зво ли т н е то лько увели ч и ть п ло щ ад ь и об ъ ем «д етекто р а» — н о ч н о й атм о сф еры , н о и п о луч и ть стер ео и зо б р аж ен и е трека — ли вн я ч асти ц . О ц ен ки п р и во д ят к свето си ле тако й «устан о вки » - 2,5•105км 2стер — р екор д н о й д ля и зуч ен и я ч асти ц ультр авы со ки х эн ер ги й (см . р и с. 8.5 ). Н о и OWL — н е п р ед ел. Р азм ести в о п ти ч ески й д етектор н а гео стац и о н ар н ом сп утн и ке (вы со та о рб и ты таки х сп утн и ко в о ко ло 3600 0 км , м ы см о ж ем со зд ать «д етектор » косм и ч ески х луч ей п р ед ельн о возм о ж н о й д ля зем н ы х усло ви й свето си лы : зер кало, разм ещ ен н о е н а н ем см о ж ет зах вати ть ц ело е п о луш ар и е! Е сть ещ е о д н о важ н о е п р и ло ж ен и е ко см и ч ески х эксп ер и м ен то в с оп ти ч ески м и д етектор ам и : он и м о гут П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 76 зар еги стр и р овать н ей тр и н о З эВ -н ы х эн ерги й . Н о о б этом д алее - в главе 11 . 123 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 77 Гл ав а 9. Г А М М А -И ЗО Б РА Ж Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й Р еал ьн о е п у теш естви е в п о и ске о ткр ы ти й со сто и т н е то лько в п о и ске н о вы х лан д ш аф то в, н о и в п о и ске н о вы х глаз. М арсель П р уст П ер во о ткр ы ватели ко см и ч ески х лу ч ей , сто лкн у вш и сь с вн езем н о й р ад и ац и ей , п р ед п о ло ж и ли , ч то это гам м а-и злу ч ен и е. И в это м б ы ла то л ько ч асть п р авд ы . Т еп ер ь м ы зн аем , ч то п и о н ер ы и ссл ед о ван и я ко см и ч еско го и злу ч ен и я н ато лкн у ли сь н а вто р и ч н у ю ко м п о н ен ту ко см и ч ески х лу ч ей , р о ж д ен н у ю в атм о сф ер е. С р ед и д р у ги х ч асти ц б ы ло и гам м а-и зл у ч ен и е. Ч то тако е гам м аи злу ч ен и е? Г ам м а-и злу ч ен и е — это вы со ко эн ер ги ч н ы е кван ты электр о м агн и тн о го п оля, н азы ваем ы е такж е ф о то н ам и . К ак и д р у ги е ви д ы и злу ч ен и й , о т р ад и о -д и ап азо н а д о у льтр аф и о лето во го , его м о ж н о о п и сать ли б о н а «во лн о во м » язы ке, и сп о льзу я д ля это го п о н яти е д ли н ы во лн ы и л и ч асто ты , ли б о и сп о льзо вать эн ер гети ч ески е ед и н и ц ы . Е сли о б р ати ться ко всем у во лн о вом у (и ли эн ер гети ч еско м у ) д и ап азо н у электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я (см . р и с. 7 .3 ), то м о ж н о ви д еть, ч то гам м а-и злу ч ен и е н ах о д и тся н а сам о м п р аво м его кр аю : вслед за р ад и о -, и н ф р акр асн ы м и у льтр аф и о лето вы м . С ам ая н и зко эн ер ги ч н ая ч асть гам м ад и ап азо н а (м ен ее ~1 0 0 кэВ ) н о си т н азван и е р ен тген о вско го . В сел ен н у ю и зу ч аю т во всех д и ап азо н ах эн ер ги й . К аж д ы й ви д и злу ч ен и й н есет сво ю п о лезн у ю и взаи м о д о п о лн яю щ у ю и н ф о р м ац и ю , н ео б х о д и м у ю д ля со зд ан и я п о лн о й кар ти н ы . В это й главе м ы о б р ати м ся к сам о м у вы со ко эн ер ги ч н о м у у ч астку электр о м агн и тн о го сп ектр а - гам м аи злу ч ен и ю . Г ам м а124 и злу ч ен и е н ей тр ал ьн о , н е взаи м о д ей ству ет с гал акти ч ески м и м агн и тн ы м и п о л ям и . В связи с эти м о н о — у н и кальн ы й и н стр у м ен т д ля и ссл ед о ван и й о б ъ екто в В селен н о й . Г ам м а-и злу ч ен и е м о ж ет п о яви ться в р езу льтате взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с вещ ество м ср ед ы , ч ер ез ко то ру ю о н и п р о х о д ят. Э то м о ж ет б ы ть атм о сф ер а. Р ан ее м ы ви д ели , ч то д ей стви тельн о , в со ставе Ш А Л п р и су тстви е гам м а-и злу ч ен и я весьм а зам етн о . Э то гам м аи злу ч ен и е — п р о д у кт р асп ад а π °-м езо н о в, о б р азо вавш и х ся в р езу льтате взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с атм о сф ер н ы м и яд р ам и . О н о со ставляет ли ш ь н еб о л ьш у ю д о лю тех ли вн евы х ч асти ц в атм о сф ер е, ко то р ы е ген ер и ру ю тся п ер ви ч н ы м и ко см и ч ески м и лу ч ам и . О д н ако , ср ед и сам и х п ер ви ч н ы х ч асти ц есть и гам м а-кван ты , р о ж д ен н ы е во В селен н о й . Э то и злу ч ен и е б ы л о о ткр ы то в н ач але 6 0 -х го д о в н а сп у тн и ках . Е го н ево зм о ж н о зар еги стр и р о вать н азем н ы м и м ето д ам и : п р акти ч ески все о н о (за и склю ч ен и ем сам о й вы со ко эн ер ги ч н о й ч асти ) п о гло щ ается в атм о сф ер е. 9.1. Г ам м а-св еч ен и е М л еч н ого П ути Г ам м а-и злу ч ен и е, п р и х о д ящ ее к н ам и з К о см о са, р азд еляется н а д ва р азли ч н ы х класса. П ер вы й класс гам м а-и злу ч ен и я — д и ф ф у зн о е и злу ч ен и е, б о лее и ли м ен ее р авн о м ер н о зап о лн яю щ ее н аш у Г алакти ку . В то р о й д и скр етн о е — так н азы ваем ы е, гам м а-всп лески , ко то р ы е ро ж д аю тся в ло кал ьн ы х астр о ф и зи ч ески х о б ъ ектах н е вп о лн е ясн о й п р и р о д ы . О н и х п о й д ет р еч ь н и ж е. Н а р и с. 9 .1 вы ви д и те и зо б р аж ен и е н аш ей Г алакти ки в гам м а-и зл у ч ен и и . Э то весьм а н ео ж и д ан н ы й р езу льтат ко м п ью тер н о й о б р аб о тки и зм ер ен и й гам м а-и злу ч ен и я с эн ер ги ей в со тн и М эВ п р и б о ро м EGRET н а ко см и ч еско й о б сер вато р и и CGRO (К о см и ч еская гам м а-о б сер вато р и я и м . А .К о м п то н а). Э то п о сто ян н ы е гам м а-и сто ч н и ки . «С ветящ аяся» Г алакти ка н а это м сн и м ке н е м о ж ет б ы ть о б ъ ясн ен а то лько и звестн ы м и н аб лю д аем ы м и н еб есн ы м и тел ам и . И н тер есен зд есь то т ф акт, ч то в о п ти ч еско м д и ап азо н е н е ви д н о о ч еви д н ы х и сто ч н и ко в 125 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 78 Р и с. 9.1. К ар та в сего н еба в гам м а-л уч ах — р езул ь тат и зм ер ен и й н а к осм и ч еск ой обсер в атор и и CGRO. Д и ф ф узн о е гам м а-и злуч ен и е, и схо д ящ ее и з М леч н о го П ути — р езультат взаи м о д ей стви я галакти ч ески х ко см и ч ески х луч ей с м еж звезд н о й ср ед о й . О тч етли во ви д н ы ло кальн ы е астро ф и зи ч ески е о б ъ екты , н ер азли ч и м ы е в о п ти ч ески х н аб лю д ен и ях. тако го гам м а-и злуч ен и я. Н аб лю д ен и я с п о м ощ ью о п ти ч ески х телеско п о в д аю т, скор ее, о б р атн ую кар ти н у: в тех м естах, гд е след о вало б ы о ж и д ать м н о ж ество ло кальн ы х яр ки х о б ъ екто в, ген ер и р ую щ и х гам м а-и злуч ен и е, — и х н ет. К ар ти н а «Г ам м а-Г алакти ки », п о луч ен н ая в д алеком о т о п ти ч еско го д и ап азо н е электро м агн и тн о го и злуч ен и я, д ает со верш ен н о н о вую и н ф ор м ац и ю о б ли ж ай ш ей к н ам о б ласти В селен н о й . П р еж д е всего , о н а вп ер вы е п р ед стави ла д оказательства то го, ч то зд есь, в Г алакти ке д е й стви тельн о р азви ваю тся кр уп н о м асш таб н ы е п р о ц ессы вы д елен и я ги ган тски х эн ер ги й . В и д и м ы й свет звезд , н аб лю д аем ы й в телеско п ы — это ли ш ь н еб о льш ая д о ля и х эн ер ги и . О гро м н о е о б лако гам м а-и злуч ен и я н аш ей Г алакти ки ф о рм и р ует гало , р асп ро стр ан яю щ ееся во вн еш н ее п р о стр ан ство о т М леч н ого П ути , ч то и является сви д етельством б ур н ы х п р оц ессо в в н аш ей ч асти В селен н о й . 126 Д ля об ъ ясн ен и я н аб лю д аем о го гам м а-и злуч ен и я о т гало М леч н о го П ути н ет ед и н ствен н о го м ех ан и зм а. Н екотор ы е ти п ы п р о ц ессо в, п р и вод ящ и х к ген ер ац и и гам м а-и злуч ен и я, п о казан ы н а р и с. 9 .2 . О д н и м и з н и х является сто лкн о вен и е вы со коэн ер ги ч н ы х ко см и ч ески х луч ей — электро н о в с н и зко эн ер ги ч н ы м и ф о то н ам и ви д и м о го света и ли с ф о то н ам и Р и с. 9.2. О сн ов н ы е ф и зи ч еск и е м ехан и зм ы ген ер ац и и к осм и ч еск ого гам м а и зл уч ен и я . В о б ласти м алы х эн ер ги й (м ен ее 1 М эВ ) н аб лю д ается м ягко е гам м а-и злуч ен и е, во зн и каю щ ее п р и взаи м о д ей стви и ко см и ч ески х п ро то н ов с яд р ам и . В озб уж д ен н ы е яд р а п ер ехо д ят в о сн овн о е со сто ян и е, с и злуч ен и ем гам м а-кван то в (1). В это й ж е о б ласти эн ерги й п р о и сх о д и т ген ер ац и я д и скр етн о й ли н и и 5 1 1 кэВ в р езультате ан н и ги ляц и и электро н о в и п о зи тр о н о в (2). Д ви ж ен и е электр о н о в в м агн и тн ы х п о лях со п ро во ж д ается си н х ро тр он н ы м и злуч ен и ем гам м а-кван то в п р и б о лее вы со ки х эн ер ги ях (3). Р ассеян и е электро н ов н а ф о то н ах м ало й эн ер ги и (н ап р и м ер, н а р ели ктовом и злуч ен и и ) п р и во д и т к так н азы ваем о м у о б р атн ом у ком п то н о вско м у р ассеян и ю гам м а-кван то в (4). В о б ласти М эВ -н ы х эн ер ги й п р ео б лад ает эф ф ект ген ер ац и и гам м а-и злуч ен и я п р и р асп ад е н ей тр альн ы х п и о н о в, во зн и каю щ и х п р и сто лкн о вен и ях п ро то н ов ко см и ч ески х луч ей (5). П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 79 127 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 80 и з и н ф р акр асн о го д и ап азон а. Т аки е ф о то н ы м о гу т п о яви ться, н ап р и м ер , в р езу льтате эм и сси и с о ч ен ь б ы стр о вр ащ аю щ и х ся н ей тр о н н ы х звезд . С о гласн о это м у м ех ан и зм у , электр о н ы ко см и ч ески х лу ч ей п ер ед аю т ч асть сво ей эн ер ги и ф о то н ам , у ско р яя и х д о эн ер ги й гам м а-кван то в («о б р атн ы й К о м п то н -эф ф ект» ). Н ед авн о о б н ар у ж ен о , ч то и д ру ги е сп и р альн ы е гал акти ки о б лад аю т таки м и ж е скр ы ты м и и н ф р акр асн ы м и гало . С во и м су щ ество ван и ем о н и о б язан ы «п у теш еству ю щ и м » п о В сел ен н о й ко см и ч ески м л у ч ам . Д ру го й м ехан и зм р о ж д ен и я гам м а-и злу ч ен и я — это у п о м ян у ты й вы ш е р асп ад π °-м езо н о в, ко то р ы е п о являю тся, в сво ю о ч ер ед ь, в р езу льтате взаи м о д ей стви й ко см и ч ески х лу ч ей (п р о то н о в вы со ко й эн ер ги и ) с м еж звезд н о й ср ед о й . М о ж н о п р ед п о ло ж и ть, ч то ско р о сть ген ер ац и и и л и п о то к π °-м езо н о в в м еж звезд н о й ср ед е б у д ет таки м ж е, как и п о то к ко см и ч ески х лу ч ей , если все ко см и ч ески е лу ч и су м ею т п р о взаи м о д ей ство вать с яд р ам и ср ед ы . В яд ер н о й ф и зи ке о б ы ч н о го во р ят о д ли н е сво б о д н о го п р о б ега ч асти ц ы д о взаи м о д ей стви я: т.е. д ли н а сво б о д н о го п р о б ега, о п р ед ел яем ая то л щ ей вещ ества и ти п о м ч асти ц ы , д о л ж н а б ы ть д о стато ч н о й д ля о су щ ествл ен и я взаи м о д ей стви я. Р асч еты п о казы ваю т, ч то в р еал ьн о сти н е все ко см и ч ески е лу ч и , зап о лн яю щ и е Г алакти ку , м о гу т п р о взаи м о д ей ство вать с вещ ество м , зап о лн яю щ и м м еж звезд н о е п р о стр ан ство . Т ак, в н ап р авлен и и ц ен тр а Г алакти ки п о то к гам м а и злу ч ен и я со ставляет со ты е д о ли п р о ц ен та о т п о то ка ко см и ч ески х л у ч ей . В н ап р авлен и и ж е п ер п ен д и ку ляр н о м Г алакти ч еско м у д и ску и х п о ток б о лее ч ем н а п о р яд о к м ен ьш е. Х ар актер и сти ки п р о ц ессо в, п р и во д ящ и х к ген ер ац и и ко см и ч еско го гам м а-и злу ч ен и я, хо ро ш о и звестн ы . П о это м у , и зм ер яя его п о то ки с п о м о щ ью п р и б о р о в, у стан о влен н ы х н а сп у тн и ках , м о ж н о п о лу ч и ть и н ф о р м ац и ю н е то лько о сам и х ко см и ч ески х лу ч ах , п о р о ж д аю щ и х гам м а и злу ч ен и е, н о и о ср ед е и х р асп р о стр ан ен и я — м еж звезд н о й и м еж галакти ч еско й . В это м слу ч ае и н ф о р м ац и я о р асп р ед елен и и п о то ко в гам м акван то в п о зво ляет н ам «у ви д еть» сам и п о то ки ко см и ч ески х лу ч ей , и х п ор о ж д аю щ и х . 128 М ы ви д и м , ч то ко см и ч ески е лу ч и и гр аю т клю ч еву ю р о ль в ф о р м и ро в ан и и гам м а-и злу ч ен и я. С лед у ет о ж и д ать п о явлен и я н аи б о лее м о щ н ы х п о то ко в гам м а-и зл у ч ен и я в тех о б ластях В сел ен н о й , гд е взр ы ваю тся свер х н о вы е. Т ам р азлетаю щ и еся у д ар н ы е во лн ы свер х н о вы х д о лж н ы ген ер и р о вать о гр о м н о е ко ли ч ество «свеж и х » ко см и ч ески х лу ч ей , ко то ры е и со зд аю т ги ган тски е о б лака гам м а-и злу ч ен и я в о кр естн о сти . П о д о б н о е явлен и е зар еги стр и р о ван о ко см и ч еско й о б сер вато р и ей Chandra (см . р и с. 6 .1 ) в м ен ее эн ер ги ч н о м д и ап азо н е - р ен тген о вско м . В зр ы в свер х н о во й SN 1987A, н аб лю д авш и й ся 2 3 ф евр ал я 1 9 8 7 г., о казался о ч ен ь у д о б н ы м д ля н аб лю д ен и й гам м а-и злу ч ен и я о т это й звезд ы , т.к. о казало сь во зм о ж н ы м и зм ер и ть эн ер гети ч ески й сп ектр гам м а-кван то в. В н ем б ы ли о б н ар у ж ен ы д ве сп ектр ал ьн ы е ли н и и 8 4 7 и 12 8 8 кэВ , ко тор ы е п р и н ад леж ат н естаб и л ьн о м у и зо то п у ко б альт-56 (56С о ), о б разо вавш ем у ся, в сво ю о ч ер ед ь, и з и зо то п а н и келя-56 (56Ni). К о н еч н ы м п р о д у кто м эти х р еакц и й б ы ло ж ел езо -56 (56Fe). П о и н тен си вн о сти гам м а-ли н и й б ы ла о п р ед ел ен а о б щ ая м асса ж елеза, о б р азовавш аяся во взр ы ве — это п р и м ер н о 0 ,07 м ассы С о лн ц а. Т аки м о б р азо м , м ы ви д и м , ч то и зм ер ен и е гам м а-и злу ч ен и я явл яется ещ е о д н и м важ н ы м и сто ч н и ко м и н ф о р м ац и и о со д ер ж ан и и х и м и ч ески х элем ен то в в о б л аке взор вавш ей ся звезд ы . С д р у го й сто р о н ы , таки е м о щ н ы е астр о ф и зи ч ески е о б ъ екты как н ей тр о н н ы е звезд ы и ли п у льсар ы сам и м о гу т б ы ть и сто ч н и кам и ко см и ч еско го гам м а-и злу ч ен и я, о н и о б лад аю т д о стато ч н о й д ля это го эн ер ги ей . Д ей стви тел ьн о , р яд и сто ч н и ко в ко см и ч еско го гам м а -и злу ч ен и я ассо ц и и р у ется с ло кал ьн ы м и астр о ф и зи ч ески м и о б ъ ектам и , таки м и как н ей тр о н н ы е звезд ы . З д есь х о р о ш о и зу ч ен н ы й о б ъ ект — п у льсар в со звезд и и К р аб а. Э то т и сто ч н и к и злу ч ает гам м а-кван ты вп ло ть д о эн ер ги й ~ 2 0 0 Т эВ . И ли п у льсар В ел а, н ах о д ящ и й ся н а р ассто ян и и 5 0 0 п ар сек — о н м о щ н ы й ген ер ато р электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я в д и ап азо н е о т р ад и о во лн д о эн ер ги й гам м а кван то в. 129 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 81 О д н о й и з загад о к астро ф и зи ки является гам м а-и злуч аю щ и й о б ъ ект в со звезд и и Б ли зн ец о в. О н п о луч и л н азван и е Д ж ем и н га (о т ан гли й ско го сло во соч етан и я — Gemuni gamma ray). Э то о д и н и з и звестн ы х н аи б о лее м ощ н ы х и сточ н и ко в гам м а-и злуч ен и я. Л и ш ь п о сле н еско льки х лет и сслед о ван и й это го о б ъ екта в гам м ад и ап азо н е уд ало сь о б н ар уж и ть его о п ти ч ески й д во й н и к — и м оказался о ч ен ь слаб ы й астро ф и зи ч ески й о б ъ ект. С кор ее всего — это н ей тр о н н ая звезд а с п ер и о д о м 0,24 сек н а р ассто ян и и всего (!) 380 п ар сек. Э то — м акси м альн о п р и б ли ж ен н ая к н ам н ей тро н н ая звезд а. О д н ако го р азд о б о лее и н тр и гую щ ей с то ч ки зр ен и я астро ф и зи ки является ги п о теза п ро и сх о ж д ен и я гам м а-и злуч ен и я, связан н ая с тем н о й м атер и ей . В се б о льш е и б о льш е п о является теор и й в п о п ы тке о б ъ ясн и ть сущ ество ван и е тем н о й м атери и . Э то н ем уд р ен о : тем н ая м атер и я — это б о льш ая часть н аш его м и р а. Е щ е н е о б н ар уж ен н ы е м асси вн ы е слаб о -взаи м од ей ствую щ и е ч асти ц ы WIMP'ы - о д и н и з кан д и д атов д ля тем н о й м атер и и — в отли ч и е о т ч асти ц ко см и ч ески х луч ей , н е взаи м од ей ствую т со свето м , н о м о гут сталки ваться д р уг с д р уго м , п о ро ж д ая гам м а-и злуч ен и е. В о т вам и альтер н ати вн ое о б ъ ясн ен и е гало гам м аи злуч ен и я н аш ей Г алакти ки — д о м и н и р ую щ ая тем н ая м атер и я со зд ает гам м а-свечен и е М леч н о го П ути . А н н и ги ляц и я вещ ества с ан ти вещ еством — ещ е о д и н и сто ч н и к гам м а-и злуч ен и я. Э то и звестн о . Н о п р о б лем а - н ай ти , д о казать сущ ество ван и е во В селен н о й сам о го ан ти вещ ества. И б уд ущ и е и сслед о ван и я ко см и ч еско го гам м а-и злуч ен и я н есо м н ен н о д о лж н ы сп о соб ство вать этом у. Г ам м а-кван ты эн ер ги ч н ее ф о то н о в ви д и м о го света в д есятки м и лли о н о в р аз. С п ектр гам м а-и злуч ен и я (см . р и с. 7 .3 ) ч р езвы ч ай н о ш и р о к — о т 1 0 5-106 эВ (м ягко е гам м а-и злуч ен и е) д о ультр авы соки х эн ер ги й (1014— 1017 эВ ). Ф ор м а сп ектр а, как это ви д н о и з р и с. 7 .3 , д о стато ч н о глад кая, о д н ако п р и х ор ош ем р азр еш ен и и п р и б оро в в н ем м о ж н о р азли ч и ть о тд ельн ы е сп ектр альн ы е ли н и и . Н ап р и м ер , ан н и ги ляц и о н н у ю ли н и ю 5 11 кэВ , возн и каю щ ую в р езультате взаи м о д ей стви я электро н о в и п о зи тр о н о в. 130 К ако ва м акси м альн ая эн ер ги я гам м а-кван то в, н аб лю д аем ая в эксп ер и м ен тах? С ей ч ас х орош о и зу ч ен о гам м а-и злуч ен и е н еко тор ы х и сто ч н и ков вп ло ть д о Т эВ -н о й об ласти эн ер ги й . Б езусло вн о, п р и таки х эн ерги ях н ео б х од и м о п р и м ен ять н азем н ы е устан о вки , ко тор ы е р еги стр и р ую т гам м а кван ты п о и х ч ер ен ко вском у свеч ен и ю в атм о сф ере. Д ля ср авн ен и я, вер х н и й п р ед ел и зм ер ен и й гам м аи злуч ен и я н а ко см и ч еско й о б сер вато р и и CGRO со стави л 2 0 Г эВ . С р ед и Т эВ -н ы х и сто ч н и ков гам м а-и злучен и я - Markarian - н аи б о лее м ощ н ы й в этом д и ап азо н е эн ер ги й . Э то д ово льн о и н тер есн о , так как п ро ц есс взаи м од ей стви я д вух гам м акван то в (γγ), п р и во д ящ и й к ро ж д ен и ю электр о н -п ози тр о н н о й п ар ы (е +е -), в п р и сутстви и р ели ктово го и злуч ен и я д олж ен б ы о гр ан и ч и вать п о то к гам м а-кван то в сверх вы со ки х эн ер ги й . Н о д альш е ещ е загад о ч н ей : и з со звезд и я Л еб ед ь Х 3 д о н ас д охо д ят гам м а-кван ты с эн ер ги ей в П эВ 'ы ... И ли ... — ош и б ка эксп ер и м ен та? К ар ти н у Г алакти ки , как о н а и зо б р аж ен а н а р и с. 9.1, н ево зм о ж н о п о луч и ть н а З ем ле — эти гам м а-кван ты п о гло щ аю тся атм о сф еро й . «К ар ти н а» В селен н о й в гам м а-д и ап азо н е н е то лько б о лее и н ф ор м ати вн а, н о п р ед ставляет кач ествен н о н о вую и н ф о рм ац и ю астроф и зи кам , ч ем о п ти ч еская астро н ом и я, он а п о зво ляет уви д еть и ряд ло кальн ы х кр уп н ы х астро ф и зи ч ески х о б ъ екто в в Г алакти ке, о тветствен н ы х за ген ер ац и ю гам м а-и злуч ен и я. С р ед и н и х , н ап р и м ер , В ела — кр уп н о е со звезд и е н а кр аю М леч н о го П ути , и ли Л еб ед ь Х 3 . О н и п р екр асн о р азли ч аю тся в 1 00 М эВ -н ом гам м а-и злуч ен и и . И м ен н о п о это м у во зн и кло м ощ н о е н ап р авлен и е в ко см и ч ески х и сслед о ван и ях — гам м а-астр о н о м и я, п о зво ляю щ ая гор азд о глуб ж е заглян уть в н ед р а В селен н о й , ч ем это п о зво ляет сд елать о б ы чн ая о п ти ч еская астр о н о м и я. Д ан н ы й кр атки й экскур с в п р об лем у п о казы вает сущ ествую щ ее сей ч ас р азн о об р ази е теор ети ч ески х п о д хо д о в к об ъ ясн ен и ю уж е леж ащ ей н а сто лах астр о ф и зи ко в эксп ер и м ен тальн о й кар ти н ы ко см и ч еско го гам м а-и злуч ен и я. Б езусловн о , это сви д етельство в п о льзу р азви ваю щ ей ся н ауки . 131 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 82 9.2. Загадоч н ы е в сп л еск и гам м а-и зл уч ен и я Н а р и с. 9 .1 м ы с вам и ви д ели кар ти н у д и ф ф у зн о го гам м а-и злу ч ен и я н аш ей Г ал акти ки . Н о , о казы вается, су щ еству ю т д и скр етн ы е, о ч ен ь кр атко вр ем ен н ы е всп ы ш ки гам м а -и злу ч ен и я, п о лу ч и вш и е н азван и я гам м а-всп леско в. О н и н а м н о го п о р яд ко в вел и ч и н ы м о щ н ее гам м аи злу ч ен и я Г алакти ки , и зоб р аж ен н о го н а р и с. 9 .1 . В сего ли ш ь за о д н у секу н д у о н и м о гу т вы д ели ть эн ер ги ю , со п о стави м у ю с эн ер ги ей н аш его С о лн ц а! О ткр ы ти е гам м а-всп леско в б ы ло , п о ж алу й , о д н и м и з зам еч ател ьн ы х со б ы ти й в астр о ф и зи ке Х Х века. И х о б н ар у ж ен и е тесн ы м о б р азо м связан о с во ен н ы м и ко см и ч ески м и п р о гр ам м ам и эп о х и х о ло д н о й вой н ы в 6 0 -х го д ах . В то т п ер и о д р азвер ты вал ась си стем а ко см и ч ески х ср ед ств д ля о б н ар у ж ен и я н азем н ы х яд ер н ы х взр ы во в. А м ер и кан ски е сп ец и али сты и з Л о с-А л ам о са зап у сти л и сер и ю сп у тн и ко в « Vela» с д етекто р ам и д ля р еги стр ац и и гам м а-и злу ч ен и я, ген ер и ру ем о го п р и взр ы вах ато м н ы х б о м б ... И д ея ко см и ч еско го слеж ен и я за н азем н ы м и взр ы вам и ато м н ы х б о м б весьм а п р о ста: п о вр ем ен н о й зад ер ж ке и м п у льсо в гам м а-и злу ч ен и я в н еско льки х д етекто р ах , р азм ещ ен н ы х н а о р б и те и н ап р авлен н ы х н а З ем лю , м о ж н о о п ред ел и ть м есто , гд е п р о и звед ен взр ы в. О д н ако ко см и ч ески й яд ер н ы й м о н и то р и н г д ал со вер ш ен н о н ео ж и д ан н ы й р езу льтат: всп л ески п р и х о д и ли н е о т З ем ли , а и з ко см и ч еско го п р о стр ан ства! Б о л ее то го , и х н ельзя б ы ло и д ен ти ф и ц и р о вать н и с о д н и м и з о б ъ екто в С о лн еч н о й си стем ы . Н еко то р о е вр ем я о б н ар у ж ен н о е явлен и е б ы ло д аж е засекр еч ен о . У ч ен ы х у д и вляла д о во л ьн о б о льш ая ч асто та н аб лю д ен и й гам м а-всп леско в. З ам ети м , ч то вп ер вы е это т ф акт б ы л о б н ар у ж ен в х о д е эксп ер и м ен то в н а о теч ествен н ы х ко см и ч ески х ап п ар атах сер и и «В ен ер а», вы п о лн ен н ы х п о д р у ко во д ство м Е .М азец а и з Л ен и н гр ад ско го Ф и зи ко тех н и ч еско го и н сти ту та. Е сли в п ер вы е го д ы и сслед о ван и й гам м а-всп л еско в и х н аб л ю д али о т 1 0 д о 2 0 в го д , то теп ер ь, п о м ер е о сво ен и я б о лее ч у встви тел ьн ы х д етекто р о в, и х ч асто та о ц ен и вается на 132 у р о вн е 3 0 0 в го д . П р о вед ен н ая ко р р екти р о вка ч и сл а со б ы ти й н а кар ту всего н еб а, д ает ещ е б о льш у ю вели ч и н у — око ло 8 0 0 гам м а-всп леско в го д . В сп л ески о тли ч аю тся р азн о о б р ази ем вр ем ен н ы х м асш таб о в — и х д л и тельн о сть н ах о д и тся в и н тер вале о т д есятко в м и лли секу н д д о д есятко в секу н д . Э н ер гети ч ески й сп ектр гам м а -всп леско в такж е как и у ко см и ч ески х лу ч ей п ад аю щ и й - с у вел и ч ен и ем эн ер ги и п о то к м о н о то н н о сн и ж ается. О н п р о сти р ается о т д есятко в кэВ д о Г эВ -н ы х эн ер ги й , а и н о гд а н аб л ю д аю тся д аж е Т эВ -н ы е ч асти ц ы . С сам о го н ач ал а эксп ер и м ен тал ьн о го и сслед о ван и я гам м а-всп леско в д елали сь п о п ы тки и х о то ж д ествл ен и я с каки м и -ли б о астр о ф и зи ч ески м и о б ъ ектам и . О д н ако н ад еж н ы х «п р и вязо к » к о б ъ ектам В сел ен н о й н и в р ен тген о вско м , н и в о п ти ч еско м д и ап азо н ах , н есм о тр я н а м н о го ч и слен н ы е п о п ы тки в 7 0 -8 0 го д ах , сд ел ать н е у д ало сь. С тати сти ч ески й ан ал и з гам м авсп леско в, п р о вед ен н ы й в у ж е у п о м ян у то м вы ш е эксп ер и м ен те «К о н у с» М азец а н а AMC «В ен ер а 1 1 » и «В ен ер а 1 2 », п о казал, ч то в р асп р ед елен и и гам м а-всп леско в н ет како го -то вы д ел ен н о го н ап р авлен и я, т.е. о н о является и зо тр о п н ы м . Э то б ы ло п ер во е зам еч ател ьн о е сво й ство гам м а-всп леско в, о ткр ы то е в сам о м н ач ал е и х и ссл ед о ван и й . С д р у го й сто р о н ы , и зу ч ен и е зави си м о сти ч асто ты и х п о явлен и я о т вел и ч и н ы п о то ка (зави си м о сть lgN-lgS) п о казал о , ч то о н а о тли ч ается о т ф о р м ы с н акло н о м -3 /2 , хар актер н ы м д ля о д н о р о д н о -зап о лн ен н о го п р о стр ан ства. Д ал ьн ей ш и е эксп ер и м ен ты н а о р б и тал ьн о й гам м а-о б сер вато р и и и м ен и А р ту р а К о м п то н а (CGRO — Compton Gamma Ray Observatory) п о о гро м н ой стати сти ке (б о лее 2 0 0 0 всп леско в) п о д твер д и ли , ч то д ей стви тел ьн о р асп р ед ел ен и е гам м а-всп леско в н е о д н о р о д н о . К ак след стви е, б ы л сд елан вы во д , ч то и сто ч н и ки гам м а-всп леско в н е м о гу т б ы ть связан ы с н аш ей д и ско о б р азн о й Г алакти ко й . О ставали сь д ве во зм о ж н о сти — ли б о и сто ч н и ки н ах о д ятся в гало , о б р азу я ч то -то н ап о д о б и е сф ер и ч еско й ко р о н ы , ли б о р азб р о сан ы п о всей В селен н о й (р и с. 9 .3 ). О д н о вр ем я Г алакти ч ески е м о д ели гам м а-всп л еско в д о м и н и р о вали в со зн ан и и астр о ф и зи ко в, п р еж д е всего и сх о д я 133 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 83 и з эн ер гети ч ески х со о б р аж ен и й : тр еб у ем ы е в таки х м о д ел ях зн ач ен и я эн ер го вы д елен и й свети м о сти и сто ч н и ко в (д о 1 0 40 эр г/сек) — н е н ам н о го п р ево сх о д и ли м о щ н о сть у ж е и звестн ы х р ен тген о вски х и сто ч н и ко в: тесн ы х д во й н ы х звезд , б ар стер о в. Е сли ж е встать н а ко см о ло ги ч еску ю п о зи ц и ю , т.е. п р ед п о ло ж и ть, ч то и сто ч н и ки гам м а-всп леско в н ах о д ятся в у д ален н о й В сел ен н о й , скаж ем , н а р ассто ян и ях б о лее 1 5 м и лли ар д о в свето вы х лет, то в это м слу ч ае вы во д д о лж ен б ы ть о ш ело м ляю щ и м — эн ер го вы д елен и е гам м а-и сто ч н и ко в д о лж н о п р ево сх о д и ть во зм о ж н о сти н аи б о лее м о щ н ы х и звестн ы х астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в — квазар о в. М о щ н о сть квазар о в зн ач и тельн о м ен ьш е, ч ем эн ер го вы д елен и е н аи б о лее м о щ н ы х гам м а всп леско в. Д ля п о сл ед н и х о н а м о ж ет д о сти гать 1 0 52 эр г/сек и б о лее. П о д о б н ы е зн ач ен и я Р и с. 9.3. Р асп р едел ен и е ди ск р етн ы х и сточ н и к ов гам м ак в ан тов - гам м а-в сп л еск ов н а к ар те зв ездн ого н еба п о дан н ы м эк сп ер и м ен та BATSE н а сп утн и к е CGRO. О тсу тству ет какая-ли б о яр ко вы р аж ен н ая ко н ц ен тр ац и я и сто ч н и ко в к галакти ч еско й п ло ско сти и ли к ц ен тр у Г алакти ки . Н ет и ко н ц ен тр ац и и и сто ч н и ко в в н ап р авлен и и и звестн ы х ассо ц и ац и й астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в. Р асп р ед елен и е гам м а-всп леско в - и зо тр о п н о . П о то к эн ер ги и в д и ап азо н е 50 - 300 кэВ /эр г.см -2 134 эн ер го вы д ел ен и й н аб лю д аю тся п р и взр ы вах свер х н о вы х , и осн о вн ая д о л я эн ер ги и заклю ч ен а в и м п у льсн о м п о то ке н ей тр и н о . Н о свер х н о вы е взр ы ваю тся зн ач и тел ьн о р еж е, н еж ели н аб лю д аю тся гам м а-всп лески . К р о м е это го , эн ер го вы д ел ен и е п р о и сх о д и т н а б о лее д ли тел ьн ы х м асш таб ах вр ем ен и . Д л я гам м а-всп леско в вы д ви н у т д ру го й м ех ан и зм ген ер ац и и — сли ян и е д во й н ы х звезд . В кр атц е п р о ц есс и х эво л ю ц и и о п и сы вается след у ю щ и м о б р азо м . П р о ц есс сл и ян и я звезд закан ч и вается в то т м о м ен т, ко гд а яд р о о д н о й и з н и х сж и м ается д о п р ед ел а - м о м ен та о тд ел ен и я ее вн еш н ей о б о ло ч ки и н ач ала п ер ер аб о тки в тер м о яд ер н о й р еакц и и гели я (во д о р о д у ж е п ер еш ел в гели й н а б о л ее р ан н ей ф азе эво лю ц и и звезд - ко гд а о н и б ы ли го лу б ы м и ). В р езу льтате о б р азу ется н о вы й ти п звезд , — так н азы ваем ы е звезд ы В о льф а-Р ай е (WR), в ко то р ы х за вр ем я п о р яд ка ста ты сяч л ет весь гели й сж и гается и звезд а взры вается как свер х н о вая, о б р азу я н ей тр о н н у ю звезд у . В тор ая звезд а п о вто р яет ж и зн ен н ы й п у ть п ер во й и ч ер ез н еко то р о е вр ем я о б р азу ется п ар а д ву х н ей тр о н н ы х звезд . З атем , ч ер ез 1 0 -1 2 м и лли ар д о в л ет, п р о и сх о д и т сто лкн о вен и е эти х звезд с вы д елен и ем ги ган тско й эн ер ги и . О д н ако эта м о д ел ь, п р и влекател ьн ая, в п ер ву ю о ч ер ед ь, с эн ер гети ч еско й то ч ки зр ен и я, и сп ы ты вает б о льш и е тру д н о сти . В связи с эти м , в п ер ву ю о ч ер ед ь след у ет у п о м ян у ть н ео б х о д и м о сть о б ъ ясн ен и я п р о и сх о ж д ен и я п о п у ляц и и н ей тр о н н ы х звезд во вн еш н ей о б о ло ч ке гало , так как и зб ы то ч н о й ко н ц ен тр ац и и гам м а-всп леско в вб ли зи гал акти ч еско й п ло ско сти н е н аб л ю д ается. К то м у ж е, н е н аб лю д ается гало и з н ей тр о н н ы х звезд у б ли зл еж ащ и х гал акти к. Т ак , н ап р и м ер , н ет н и каки х у казан и й н а то , ч то б ли ж ай ш ая к н ам ту м ан н о сть А н д р о м ед ы — и сто ч н и к зн ач и тел ьн о го п о то ка гам м а-всп леско в. П о и ски и сто ч н и ко в гам м а-всп леско в н а звезд н о м н еб е п р о д о лж али сь. У сп ех п р и ш ел в ко н ц е 90-х го д о в, ко гд а евр о п ей ц ы зап у сти ли сп у тн и к BeppoSAX, — р ен тген о вску ю о б сер вато р и ю , н азван н у ю в ч есть и звестн о го и тал ьян ско го астр о н о м а А .Б еп п о . И д ея заклю ч ал ась в со п о ставлен и и п о ло ж ен и я гам м а-всп л еска с р ен тген о вски м и сто ч н и ко м , о ш и б ка 135 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 84 п о зи ц и о н и р о ван и я ко то р о го зн ач и тельн о м ен ьш е. И в 1 9 9 7 г. д ей стви тельн о б ы л заф и кси р о ван гам м а-всп леск, со п р о во ж д авш и й ся р ен тген о вски м п о слесвеч ен и ем . Т о ч н о сть о п р ед ел ен и я ко о р д и н ат б ы ла д о стато ч н а вы со ка д ля н авед ен и я н а это м есто н азем н ы х телеско п о в и ко см и ч еско го — Х аб б л а. З д есь б ы л о б н ар у ж ен у д и ви тельн ы й о б ъ ект с и зм ен яю щ ей ся яр ко стью свеч ен и я в о п ти ч еско м д и ап азо н е. З атем б ы ли зар еги стр и р о ван ы д р у ги е гам м а-всп лески , связан н ы е с ан ало ги ч н ы м и о п ти ч ески м и ви д и м ы м и о б ъ ектам и . И зм ер и в п о д о п п лер о вско м у см ещ ен и ю р ассто ян и е д о н и х , у ч ен ы е п р и ш ли к вы во д у , ч то о н и н ах о д ятся н а гр ан и ц е ви д и м о й ч асти В сел ен н о й . Т аки м о б р азо м , п о яви ли сь у казан и я н а н ео б х о д и м о сть связи гам м а-всп леско в с ко н кр етн ы м и и сто ч н и кам и , у д ален н ы м и н а ко см о ло ги ч ески е р ассто ян и я и явл яю щ и м и ся, вер о ятн о , сам ы м и м о щ н ы м и во В селен н о й . Н ап о м н и м , эти и сто ч н и ки д о лж н ы вы сво б о ж д ать ~ 1 0 51-1054 эр г в теч ен и е ти п и ч н о й п р о д о лж и тельн о сти всп леска — 10-1 0 0 сек. Ч то ж е это за и сто ч н и ки , сп о со б н ы е ген ер и р о вать таки е ги ган тски е п о то ки эн ер ги и ? И м ея б о льш о й о п ы т со зд ан и я м о щ н ы х взр ы вн ы х у стро й ств — ато м н ы х и тер м о яд ер н ы х б о м б , у ч ен ы е б ы стр о п р и ш ли к ан ало ги и с р у ко тво р н ы м и взр ы ваю щ и м и ся звезд ам и : п р и взр ы ве ато м н о й б о м б ы и м п у льс гам м а-и злу ч ен и я, п р ед ш еству ю щ и й р азлету р аскален н о го п лазм ен н о го ш ар а, является о д н и м и з о сн о вн ы х п о р аж аю щ и х ф акто р о в. В зо р ы вн о вь о б р ати ли сь к н ей тр о н н ы м звезд ам . Ч ем о н и п ри вл екател ьн ы ? И м ея м ощ н ей ш и е м агн и тн ы е п о ля (см . д и агр ам м у Х и лласа, р и с. 7 .1 ) - д о ~ 1 0 12 Г с, и , во зм о ж н о , б о лее б ы стр ы е ско р о сти вр ащ ен и я (со ты е д о ли секу н д ы ) и б о льш у ю свети м о сть (т.е эн ер го вы д елен и е), о н и явл яю тся д о сто й н ы м и кан д и д атам и н а р о ль и сто ч н и ко в гам м а-всп леско в. Э л ектр и ч еско е п о л е, ген ер и р у ем ое и з-за б ы стр о го вр ащ ен и я н ам агн и ч ен н о й звезд ы , д о л ж н о у ско р ять ч асти ц ы д о ги ган тски х эн ер ги й . Э то «ло кальн ая» м о д ел ь, о б ъ ясн яю щ ая п р о и сх о ж д ен и е всп леско в « вб л и зи » н а с, н а р ассто ян и ях б ли ж е 1 0 0 -20 0 п ар сек (м ен ьш е то лщ и н ы гал акти ч еско го д и ска). 136 В п о след н ее вр ем я о б су ж д ается связь гам м а-всп леско в со взр ы вам и вн егалакти ч ески х свер х н о вы х о со б о го класса — ги п ер н о вы х . Э то д о во льн о р ед ки й класс свер х н о вы х , связан н ы х с п р ед ш ествен н и ц ей — звезд о й В о л ьф а-Р ай е - м асси вн о й звезд о й , л и ш ен н о й во д о р о д н о й и гели ево й о б о ло ч ек. К о ллап с таки х звезд во зм о ж ен о д и н р аз в 1 0 0 00 0 лет, ч то зн ач и тел ьн о р еж е, ч ем ко ллап с о б ы ч н ы х свер х н о вы х (1 р аз в 3 0 -5 0 лет). П р и взр ы ве в ц ен тр е тако й звезд ы о б р азу ется ч ер н ая д ы р а р азм ер о м в д есять м асс С о лн ц а, о кру ж ен н ая аккр ец и о н н ы м д и ско м и м о щ н ы м м агн и тн ы м п о лем д о 1 0 15 Г с. В это й м о д ели (р и с. 9 .4 ) ген ер ац и я п о то ко в р ад и о и злу ч ен и я и гам м а-кван то в п р о и сх о д и т в у зко м ко н у се в п о л яр н ы х о б ластях у м и р аю щ ей зв езд ы — ги п ер н о во й . К о ллап с м асси вн о й звезд ы В о льф а-Р ай е в ч ер н у ю д ы р у п р ои сх о д и т за свер х ко р о тко е вр ем я - тр и лли о н н ы е д о ли н ан о секу н д ы . О б р азо вавш и еся п р и это м электр и ч ески е п о ля м о гу т ко н вер - Р и с. 9.4. М одел и р ож ден и я гам м а-в сп л еск ов в р езул ь тате к ол л ап са зв езды В ол ь ф аР ай е. З везд а п о ги б ает в теч ен и е о ч ен ь ко р о тко го п ром еж у тка вр ем ен и , п р евр ащ аясь в ч ер н у ю д ы ру (А ). Г ам м а-и злу ч ен и е, р асп р о стр ан яю щ ееся в у зки х п о ляр н ы х ко н у сах , — р езу льтат это го взр ы ва (Б ). П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 85 137 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 86 ти р о ваться в электр о н ы и п о зи тр о н ы , ко то ры е затем б ы стр о ан н и ги ли р у ю т. В о зн и кает о гр о м н ы й эн ер гети ч ески й и м п у льс, п р и во д ящ и й к н агр еву звезд ы д о тем п ер ату р ы в м и лл и ар д ы гр ад у со в. С ам а звезд а п о ка ещ е н ах о д и тся вн е ч ер н о й д ы р ы . Г о р яч ее вещ ество звезд ы м о м ен тал ьн о , со ско ро стью света, р асш и р яется, это и есть взр ы в. Р езу льтато м взр ы ва является гам м а-всп ы ш ка, ко то р у ю м ы и н аб лю д аем вб ли зи З ем ли . В это й м о д ели гам м а -и злу ч ен и е р асп р о стр ан яется в ви д е у зки х , н ап р авлен н ы х в п р о ти во п о ло ж н ы е сто р о н ы ко н у со в о т взр ы ваю щ его ся астр о ф и зи ч еско го о б ъ екта. А если ко н у с н е б у д ет н ап р авлен в сто р о н у н аб лю д ателя? Т о гд а б у д ет р еги стр и р о ваться ли ш ь р ен тген о вско е, б о лее д л и тел ьн о е п о слесвеч ен и е взо р вавш его ся о б ъ екта. П о х о ж е, ч то о д и н тако й слу ч ай н ед авн о , в 2 0 01 г., н аб лю д ался. Н ад о о тм ети ть, ч то за 3 0 летн ю ю и сто р и ю н аб лю д ен и я гам м а-всп леско в все р ен тген о вски е и о п ти ч ески е п о слесвеч ен и я н аб лю д али сь п о сл е сам и х гам м а-всп леско в. О д н ако п р и н еско льки х ты сяч ах зар еги стр и р о ван н ы х гам м а-всп леско в п о слесвеч ен и е н аб лю д ало сь ли ш ь в 2 0 со б ы ти ях . В эксп ер и м ен те, у п о м ян у том вы ш е, «о д и н о ко е» п о слесвеч ен и е — ч р езвы ч ай н о р ед ко е явлен и е. И так, м о д ели ген ер ац и и гам м а-всп леско в п р етер п ели и п р о д о лж аю т п р етер п евать о ч ен ь б ы стр у ю эво лю ц и ю . В н ач ал е это б ы ли м о д ел и , связан н ы е с н ей тр о н н ы м и звезд ам и в д и ске и в гало Г ал акти ке, затем — сли ян и е д во й н ы х звезд н а ко см о ло ги ч ески х р ассто ян и ях , и теп ер ь — взр ы вы ги п ер н о вы х . Я вляется ли эта ги п о теза о ко н ч ательн о й ? С ко р ее всего — н ет. У ж е о б су ж д аю тся и д р у ги е п о д х о д ы к во зм о ж н о й и н тер п р етац и и р о ж д ен и я гам м а-всп леско в. Т ак, о д н а и з н о вы х м о д елей п ер ен о си т н ас к р ан н ей эп о х е эво лю ц и и галакти к: к квазар ам и акти вн ы м яд р ам галакти к, гд е м асси вн ы е звезд ы в 1 0 0 -5 0 0 м асс С о лн ц а ко л л ап си р у ю т в ч ер н ы е д ы р ы . Н о в это й м о д ели д ал еко н е все о ч еви д н о и астр о ф и зи ки скло н яю тся к то м у , ч то вр яд ли это т м ех ан и зм м о ж ет б ы ть д о м и н и р у ю щ и м . Н ед авн и е астр о н о м и ч ески е н аб лю д ен и я п о казали , ч то п о вы ш ен н ая ч асто та ф о р м и р о ван и я н о вы х звезд п р о и сх о д и т как р аз в м естах во зм о ж н о й ло кали зац и и гам м а-и сто ч н и ко в. 138 В эти х м естах н аб лю д ается п о вы ш ен н ая п ло тн о сть вещ ества - так н азы ваем ы е ги ган тски е м о леку ляр н ы е о б л ака. Ф акты сви д етельству ю т в п о льзу то го , ч то гам м а-и сто ч н и ки связан ы с эво лю ц и ей м асси вн ы х звезд . О д н ако вн о вь след у ет о го во р и ться, — это п о ка ги п о теза, тр еб у ю щ ая б о л ьш его о б ъ ем а н аб лю д ательн ы х д ан н ы х . Б о лее то го , в связи с эти м су щ еству ет важ н ая п р о б лем а, ж д у щ ая сво его р еш ен и я. Э то п р о б лем а ч асто ты н аб лю д ен и й гам м а-всп леско в. Е е су ть в то м , ч то н аб лю д аем ая ч асто та и х п о явлен и я н а тр и п о р яд ка вы ш е ч асто ты р о ж д ен и я звезд , н ап р и м ер В о льф а-Р ай е, в н аш ей Г алакти ке. Д ру го й важ н ы й асп ект это й п р о б л ем ы заклю ч ается в то м , ч то астр о ф и зи ч ески е о б ъ екты , о тветствен н ы е за ген ер ац и ю гам м а-всп леско в, д о л ж н ы б ы ть и м о щ н ей ш и м и и сто ч н и кам и у зко н ап р авлен н ы х стр у й (д ж ето в) ко см и ч ески х л у ч ей — электр о н о в и яд ер . П о след н и е и ссл ед о ван и я гам м а-и злу ч ен и я (н ап р и м ер , н а ко см и ч еско й о б сер вато р и и «И н тегр ал » ) д ей стви тельн о н агл яд н о д ем о н стр и ру ю т су щ ество ван и е таки х у зки х, си м м етр и ч н ы х и н ап р авлен н ы х в р азн ы е сто р о н ы д ж ето в гам м а-и злу ч ен и я (« twin-jets» ). Э то т р езу льтат и м еет важ н о е п р и ло ж ен и е и д ля у ско р ен и я ко см и ч ески х лу ч ей , ко то р ы е м о гу т у скор и ться у д ар н ы м и во лн ам и , р асп р о стр ан яю щ и м и ся вд о ль д ж ето в! Т ем сам ы м м ы о тх о д и м о т и д еи сф ер и ч ески -си м м етр и ч н о го у ско р и теля ко см и ч ески х ч асти ц , связан н о го с взр ы во м свер х н о во й и р азлето м ее о статко в в ви д е ш ар о о б р азн о й стру кту р ы . М о ж ет ли тако й и сто ч н и к стать ко н ку рен то м м ех ан и зм а ген ер ац и и ко см и ч ески х лу ч ей о т «о б ы ч н ы х » свер х н о вы х , п о каж ет вр ем я: п о ка н ет н и н аб л ю д ательн ы х д ан н ы х , н и м о д елей , п о зво ляю щ и х су д и ть о б этом . Т ак ч то н у ж н ы и н о вы е и д еи и н о вы е р езу льтаты эксп ер и м ен то в в это м ч р езвы ч ай н о важ н о м н ап р авлен и и астр о ф и зи ки . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 87 Гл ав а 10. Ч А С Т И Ц Ы И З ЗА ЗЕ Р К А Л Ь Я З ач ем ср ед и н о ч н о й п о р ы встр еч аю тся ан ти м и р ы ? А нд рей В о знесенски й В тео р и и Б о льш о го взр ы ва есть п р о б лем ы . К ак о тм еч ало сь вы ш е, в п ер вы е м гн о вен и я п о сле Б о льш о го взр ы ва, в п ер и о д В ели ко го о б ъ ед и н ен и я, у всех ч асти ц н ет м асс, и х ар актер и х взаи м о д ей стви й м еж д у со б о й о д и н ако в. В это т м о м ен т В селен н ая б ы л а си м м етр и ч н о й : ч и сло ч асти ц и ан ти ч асти ц б ы ло аб со лю тн о о д и н ако вы м . О д н ако м ы ж и вем в м атер и ал ьн о м м и р е, со сто ящ ем и з вещ ества. П о ч ем у ? 10.1. Д р угое состоя н и е в ещ еств а Я вл яется ли ти п и ч н ы м д ля В сел ен н о й то со сто ян и е вещ ества, ко то р о е су щ еству ет н а н аш ей п лан ете и в ее о кр естн о стях ? «Н аш и » ато м ы со сто ят и з н у кло н о в — п р о то н о в, зар яж ен н ы х п о ло ж и тельн о , н ей тр ал ьн ы х ч асти ц - н ей тр о н о в, у п ако ван н ы х в яд р а, и о тр и ц ательн ы х электр о н о в, р асп о ло ж ен н ы х н а вн еш н и х о б о ло ч ках во кр у г яд р а. В ещ ества и з ан ти ато м о в вб ли зи н ас — н ет. О д н ако , со м н ен и е в и склю ч и тел ьн о сти н аш его м атер и альн о го м и р а зар о д и л и сь п о сл е п р ед сказан и я ан гли ч ан и н о м П .Д и р ако м во зм о ж н о сти су щ ество ван и я эл ектр о н а с п о л о ж и тел ьн ы м зар яд о м . Т акая ч асти ц а — п о зи тр о н — д ей стви тельн о б ы л о ткр ы т в 1 9 3 2 г. в эксп ер и м ен тах К . А н д ер со н а с ко см и ч ески м и лу ч ам и в кам ер е В и льсо н а. З а это о ткр ы ти е К .А н д ер со н п о лу ч и л Н о б ел евску ю п р ем и ю . Д о К .А н д ер со н а п о зи тр о н ы ви д ел в кам ер е В и л ьсо н а Д . С ко б ельц ы н в ко н ц е 140 30-х . Н о о н н е о п у б ли ко вал эти х р езу льтато в. П о ч ем у ? М о ж ет и з-за то го , ч то тр еки п о зи тр о н о в и электр о н о в в м агн и тн о м п о ле о ч ен ь п о х о ж и ? В ед ь эти ч асти ц ы о тли ч аю тся то л ько электр и ч ески м зар яд о м ... Н ад о о тм ети ть, ч то и зу ч ен и е ко см и ч ески х л у ч ей в серед и н е Х Х века со п р о во ж д ало сь ф ей ер вер ко м о ткр ы ти й н о вы х элем ен тар н ы х ч асти ц . В 1 9 3 6 г. б ы ли о ткр ы ты м ю о н — м ю -м езо н (μ -) и его ан ти ч асти ц а - μ +, а в 1 9 47 г. - о тр и ц ательн ы й и п о ло ж и тел ьн ы й п и о н ы (π +, π -). З атем , у ж е н а у ско р и телях , в 1 9 5 5 г. и 1 9 5 6 г., б ы ли о б н ар у ж ен ы о тр и ц ател ьн ы е «ки р п и ч и ки » яд р а — ан ти п р о то н и ан ти н ей тр о н . Н у , а сей ч ас м ы зн аем , ч то п р акти ч ески у всех и звестн ы х ч асти ц есть и х ан ти ч асти ц ы . Н о б ел евско м у лау р еату — П .Д и р аку п р и н ад леж ат сло ва о то м , ч то и З ем ля, и С о лн еч н ая си стем а, п р еи м у щ ествен н о н асел ен н ая о тр и ц ател ьн ы м и электр о н ам и и п о ло ж и тел ьн ы м и п р о то н ам и , ско р ее слу ч ай н о сть, а н е зако н о м ер н о сть во В селен н о й . В о зм о ж н о , д р у ги е звезд ы и галакти ки со сто ят и з ан ти м атер и и . П о это м у о б н ару ж ен и е ан ти ч асти ц в ко см и ч ески х лу ч ах стало п о п у ляр н о й , если н е н авязч и во й , и д еей ср ед и ко см и ко в. В м есте с тем , и з го сп о д ство вавш и х д о сер ед и н ы 6 0 -х го д о в п р ед ставл ен и й о б экви вален тн о сти яд ер н ы х взаи м о д ей стви й м еж д у н у кло н ам и (п р о то н ам и и н ей тр о н ам и ) и ан ти н у кло н ам и (ан ти п р о то н ам и и ан ти н ей тр о н ам и ) след у ет су щ ество ван и е яд ер и з ан ти н у кло н о в — ки р п и ч и ко в, и з ко то р ы х со сто и т ан ти вещ ество . В ещ ество и ан ти вещ ество н е м о гу т су щ ество вать вм есте - о н и ан н и ги ли р у ю т. В заи м о д ей стви е электр о н о в и п о зи тр о н ов п р и во д и т к о б р азо ван и ю гам м акван то в, а н у кло н о в и ан ти н у кло н о в — к о б р азован и ю н ей тр альн ы х п и о н о в (π °). Э ти ч асти ц ы н естаб и л ьн ы и р асп ад аю тся н а гам м а-кван ты со зн ач и тельн о й эн ер ги ей — б о лее 7 0 М эВ . Т ак су щ еству ет ли ан ти вещ ество во В сел ен н о й ? Е сли — н ет, то п о ч ем у ? П о ч ем у и сч езл а си м м етр и я м и р а? П о и ски ан ти ч асти ц в ко см и ч ески х лу ч ах — это сп о со б д о казать п р и су тстви е ан ти вещ ества во В сел ен н о й . В теч ен и е м н о ги х лет п о п ы тки н ай ти и х б ы ли б езу сп еш н ы м и . В о п р о с о б 141 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 88 ан ти м и р ах о ставался о ткр ы ты м . К то м у ж е, в 1 9 6 7 г. А .С ах ар о в и в 1 9 7 0 г. В .К у зьм и н п у б ли ку ю т р аб о ты , д ей стви тел ьн о п о стави вш и е п о д со м н ен и е сам у во зм о ж н о сть н аб лю д ен и я ан ти вещ ества в со вр ем ен н о й В сел ен н о й . Д ля п о ясн ен и й вн о вь н ео б х о д и м о вер н у ться к Б о льш о м у взр ы ву . Н а сам ы х н ач альн ы х стад и ях эво лю ц и и В сел ен н о й ко ли ч ество вещ ества и ан ти вещ ества, и ли б ар и о н о в и ан ти б ар и о н о в, б ы ло р авн ы м . З атем , во вр ем я н ач ала свер х б ы стр о го р асш и р ен и я В селен н о й , ко гд а о н а вы ш ла и з со сто ян и я теп ло во го р авн о веси я, во зн и к со всем н еб о льш о й , о ц ен и ваем ы й в 1 0 -9-10-10 д и сб ал ан с м еж д у вещ ество м и ан ти вещ ество м в п о л ьзу вещ ества — В сел ен н ая п р и о б р ела так н азы ваем ы й б ар и о н н ы й зар яд . В о зн и кн о вен и е б ар и о н н о го зар яд а В селен н о й — б ар и о ген еза — тр еб о вало , п о С ах ар о ву , н ем ало го : о гр ан и ч ен и я вр ем ен и ж и зн и п р о то н а (н естаб и льн о сти !), сч и тавш его ся о д н о й и з д о лго ж и ву щ и х ч асти ц . К р о м е то го , в тео р и и н аклад ы вали сь о со б ы е у сло ви я, связан н ы е с си м м етр и ей ч асти ц (С Р -и н вар и ан тн о сть). С ви д етельства в п о льзу си м м етр и и ч асти ц н аш ли сво е п о д твер ж д ен и е в эксп ер и м ен тах н а К м езо н ах . Ч то ж е касается н естаб и льн о сти п р о то н а, ско р ее его стаб и льн о сти , то след у ет зам ети ть, ч то в н асто ящ ее вр ем я о н а о ц ен и вается н и как н е м ен ьш е, ч ем 1 0 32 лет, ч то в 1 0 22 р аз п р евы ш ает во зр аст В сел ен н о й ! В след за м о м ен то м п о явлен и я кр о х отн о го д и сб алан са все о стал ьн о е вещ ество и ан ти вещ ество и сч езло — о н о ан н и ги ли р о вало д р у г с д ру го м , а то т п ер ви ч н ы й о стато к и стал и сх о д н ы м м атер и ало м д ля со вр ем ен н о й В селен н о й . Т еп ло во е р авн о веси е В селен н о й во сстан о ви ло сь, н о аси м м етр и я вещ ества и ан ти вещ ества о стал ась. П о это м у м ы ж и вем в м и р е, со ст о ящ ем и з вещ ества. С п р авед ли во сти р ад и н ад о о тм ети ть, ч то су щ еству ет и д ру гая то ч ка зр ен и я н а эту п р об лем у , а и м ен н о : В селен н ая б ы ла аси м м етр и ч н о й п о о тн о ш ен и ю к ч асти ц ам и ан ти ч асти ц ам с сам о го н ач ала — с и сх о д н о го м о м ен та Б о льш о го взр ы ва. Н о вер н ем ся к эксп ер и м ен там ... 142 10.2. П огон я за ан ти в ещ еств ом П о и ски ко см и ч ески х ан ти ч асти ц п р о д о лж али сь. У д ач а у лы б н у лась Э .Б о го м о ло ву и з Л ен и н гр ад ско го Ф и зи ко -тех н и ч еско го и н сти ту та в 1 969 -1 9 71 гг. И сп о льзу я м агн и тн ы й сп ектр о м етр , о н в х од е стр ато сф ер н ы х п олето в н а аэр о статах зар еги стр и р о вал п ер вы е ан ти п р о то н ы . К ако й и н ф о р м ац и ей о б ан ти ч асти ц ах и з ко см о са м ы о б л ад аем сей ч ас? Р езу льтаты м о ж н о ви д еть н а р и с. 1 0 .1 . Р и с. 10.1. Э н ер гети ч еск и е сп ек тр ы ан ти п р отон ов п о дан н ы м р азн ы х эк сп ер и м ен тов (в ер хн я я п ан ел ь ). З д есь ж е п о казан о ж и д аем ы й сп ектр ан ти п р о то н о в п о и зм ер ен и ям с п о м о щ ью «П ам елы » п о сле тр ех лет н аб лю д ен и й . Т о ч еч н ая кр и вая — м о д ел ь ан н и ги ляц и и су п ер си м м етр и ч н ы х н ей тр али н о . Н а н и ж н ей п ан ел и п о казан ы эн ер гети ч ески е зави си м о сти о тн о ш ен и я п о то ка п о зи тр о н о в (е +) к су м м ар н о м у п о то ку электр о н о в и п о зи тр о н о в (е ++ е -). И зб ы то к п о зи тр о н о в п р и эн ерги ях > 1 0 Г эв м о ж ет сви д етел ьство вать в п о льзу су щ ество ван и я тем н о й м атер и и . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 89 143 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 90 Э ксп ер и м ен ты п о и зм ер ен и ю ан ти ч асти ц п р о во д и ли сь д о си х п о р ли ш ь н а аэр о статах , н а вы со тах о ко ло 4 0 км , в теч ен и е вр ем ен и н е б о лее су то к. Э ти м о б ъ ясн яется н еб о льш ая стати сти ка в о б ласти б о льш и х эн ер ги й . О сн о вн о й вы во д , ко то р ы й след у ет и з всех о су щ ествлен н ы х эксп ер и м ен то в, это то , ч то н аб лю д аем ы е ан ти п р о то н ы и п о зи тр о н ы явл яю тся вто р и ч н ы м и п р о д у ктам и взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с м еж звезд н о й ср ед о й и с зем н о й атм о сф ер о й . Д ей стви тельн о , ан ти п р о то н ы и п о зи тр о н ы м о гу т п о яви ться в р езу льтате взаи м о д ей стви я «о б ы ч н ы х » ко см и ч ески х лу ч ей с вещ ество м м еж звезд н о й ср ед ы . П о это м у ф акт и х р еги стр ац и и в ко см о се ещ е н е явл яется д о казател ьство м су щ ество ван и я ан ти м атер и и . М о гу т ли су щ ество вать в п р и р о д е ч асти ц ы в п ер во зд ан н о м ви д е, т.е. д о сти гш и е С о л н еч н о й си стем ы и о кр естн о стей З ем л и , н е и сп ы тав взаи м о д ей стви й с м еж звезд н о й ср ед о й ? Э то б о льш о й во п р о с д л я ф и зи ки ко см и ч ески х лу ч ей и н а н его п о ка н ет о твета... К ако в ж е и то г н аб лю д ен и й ? В о т о н : ка к на Зем ле, т а к и в б лиж нем ко см и ческо м п р о ст ранст ве от сут ст вует ско ль-ни б уд ь за м ет но е ко ли чест во а нт и вещ ест ва . П о зи тр о н ы н аб лю д аю тся, н о и х п р и су тстви е вп о лн е м о ж н о об ъ ясн и ть сто лкн о вен и ем д р у ги х части ц . Т о ж е сам о е п р и м ен и м о к ан ти п р о то н ам — о н и п о являю тся в р езу льтате взаи м о д ей стви я п ер ви ч н ы х ко см и ч ески х лу ч ей ли б о с м еж звезд н о й ср ед о й , ли б о с атм о сф ер о й . Н о это т вы во д сп р авед ли в ли ш ь д о о п р ед ел ен н ы х эн ер ги й . Ч то б у д ет в о б ласти б о л ьш и х эн ер ги й , м ы н е зн аем . Б у д у щ и е и сслед о ван и я п о зи тр о н о в и ан ти п р о то н о в п р и вы со ки х эн ер ги ях (б о лее ~10 Г эВ ) д ей стви тельн о м о гу т и м еть важ н о е зн ач ен и е. П о то м у ч то и м ен н о в это й о б ласти эн ер ги й м о ж ет н аб лю д аться су щ ествен н ы й и зб ы то к эти х ан ти ч асти ц и з-за п р и су тстви я WIMP'OB — ч асти ц тем н о й м атер и и . У ж е у п о м и н ало сь, ч то WIMP'ам и м о гу т б ы ть п ар н ы е н ей тр али н о . П р и и х ан н и ги ляц и и и во зн и каю т ан ти п р о то н ы и п о зи тр о н ы . П о это м у и зм ер ен и е п о зи тр о н о в и ан ти п р о то н о в в о б л асти вы со ки х эн ер ги й м о ж ет о казаться кл ю ч о м к р азгад ке п р и р о д ы тем н о й м атер и и . 144 И н тер есн о зам ети ть, ч то ещ е о д н и м м о щ н ы м и сто ч н и ко м п о зи тр о н о в в н аш ей Г алакти ке м о ж ет б ы ть ч ер н ая д ы р а, р асп о ло ж ен н ая в ее ц ен тр е. Д ей стви тельн о , ко см и ч еская гам м а-о б сер вато р и я CGRO зар еги стр и р о вала п о то к и злу ч ен и я - гам м а-кван то в — и з ц ен тр а н аш ей Г ал акти ки (р и с. 10.2), ко торы й м о ж ет эм и ти р о ваться в р езу льтате ан н и ги ляц и и п о зи тр о н о в и электр о н о в. В о зм о ж н о , су щ еству ет д о п о лн и тел ьн ы й п о то к ан ти ч асти ц в р езу льтате экзо ти ч еско го п р о ц есса ан н и ги л яц и и су п ер си м м етр и ч н ы х н ей тр али н о , н о , ч то б ы это д о казать, н у ж н ы д альн ей ш и е и зм ер ен и я в о б ласти вы со ки х эн ер ги й . Е сли все ж е п р ед п о ло ж и ть, ч то во В селен н о й су щ еству ю т п р отяж ен н ы е о б ласти ан ти вещ ества, то о н и н е м огу т б ы ть р асп о ло ж ен ы б ли ж е, ч ем н а р ассто ян и ях ~10 м егап ар сек. Р и с. 10.2. Э м и сси я гам м а-и зл уч ен и я в р ай он е м асси в н ой ч ер н ой ды р ы в ц ен тр е Г ал ак ти к и п о дан н ы м к осм и ч еск ой гам м а -обсер в атор и и CGRO. Д ж еты и злу ч ен и я, н аб лю д аю щ и еся н а сн и м ке, м о гу т б ы ть р езу льтато м ан н и ги ляц и и п о зи тр о н о в и электр о н о в с эн ер ги ей 5 1 1 кэВ . И сто ч н и ко м эти х ч асти ц м о ж ет б ы ть тем н о е вещ ество , со сто ящ ее, во зм о ж н о , и з WIMP'OB. О н и сви д етел ьству ю т о м о щ н ом п р о ц ессе ан н и ги л яц и и электр о н о в и п о зи тр о н ов ц ен тр е Г ал акти ки . 145 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 91 Е сли б ы ан ти вещ ество н ахо д и ло сь б ли ж е, то м ы д о лж н ы б ы ли б ы н аб лю д ать зн ач и тельн ы й п о то к гам м аи злуч ен и я, возн и каю щ и й в р езультате ан н и ги ляц и и вещ ества и ан ти вещ ества. О д н ако, такого и злуч ен и я н ет. С д р уго й сто ро н ы , если вещ ество и ан ти вещ ество о тд елен ы д руг о т д р уга во В селен н о й , след о вало б ы о ж и д ать сущ ество ван и е н ео д н оро д н о стей в сп ектр е рели кто во го и злуч ен и я (см . р и с. 7.3 ). А оц ен ка таки х «п усто т» во В селен н о й и з н ео д н о ро д н остей сп ектр а р ели ктово го и злуч ен и я п р и во д и т к и х разм ер ам д о 15 м егап ар сек, что д елает кар ти н у о р азд елен и и вещ ества и ан ти вещ ества м ало р еали сти ч н о й . Т ем н е м ен ее — это все ли ш ь м од ельн ы е п р ед п о лож ен и я. Н уж н ы б о лее то ч н ы е эксп ер и м ен ты , ч то б ы д о казать о тсутстви е ан ти вещ ества во В селен н о й . И ли п р и сутстви е? Н авер н о е, п о след н ее п ред п о ло ж ен и е п о ка н ельзя п о лн о стью и склю ч и ть. О сн о вн о й н ед о стато к аэро статн ы х эксп ер и м ен то в в и х м ало й п ро д о лж и тельн о сти , ч то н е д ает во зм о ж н о сти эксп ер и м ен татор ам п ро д ви н уться в о б ласть вы со ки х эн ер ги й . В ы ход - в ко см и ч ески х эксп ер и м ен тах п о п о и ску ан ти вещ ества. С п утн и ки п о зво лят о сущ естви ть б о лее д ли тельн ы е эксп ер и м ен ты и , ч то о ч ен ь важ н о , — вы й ти за п р ед елы атм осф ер ы , т.е. и зб ави ться о т ко м п о н ен ты ан ти вещ ества, вы зван н о й взаи м о д ей стви ем ко см и ч ески х луч ей с атм о сф ер н ы м и яд р ам и . О д н о зн ач н ы м сви д етельство м в п о льзу сущ ество ван и я ан ти вещ ества во В селен н о й м о гло б ы яви ться н аб лю д ен и е ан ти гели я в ко см и ч ески х луч ах . А н ти гели й и д р уги е ан ти яд р а м о гут во зн и кать в р езультате тер м о яд ер н ы х р еакц и й в ан ти звезд ах , — ан ало ги ч н о тем , ч то п р отекаю т в о б ы ч н ы х звезд ах . К р ом е то го , ан ти гели й м о г о статься п о сле Б о льш о го взр ы ва — н а это т сч ет есть теор ети ч ески е р асч еты . С ей ч ас го то вятся к р еали зац и и д ва ко см и ч ески х эксп ер и м ен та, н ап равлен н ы х н а п о и ски ан ти вещ ества в ко см и ч еском п р о стр ан стве: PAMELA и AMS-02. В о сн о ве о б о и х - м агн и тн ы е сп ектро м етр ы , п о зво ляю щ и е селекти р овать ч асти ц ы п о зн аку и х зар яд а. Е сли в PAMELA и сп о льзуется п о стоян н ы й м агн и т, то в AMS-02 — свер х п ро вод ящ и й со зн ачи тельн о б о льш ей вели ч и н ой м агн и тн о й и н д укц и и (р и с. 10 .3 ). 146 В эти х сло ж н ы х п р и б ор ах и сп о льзую тся р азли ч н ы е д етекто р ы яд ер н ы х и злуч ен и й , п о зво ляю щ и е р азд елять ч асти ц ы п о м ассам , скоро стям и эн ер ги ям . В о зм о ж н о сти сп ектро м етр а PAMELA в ч асти р еги стр ац и и ан ти п р о то н ов, п о зи тро н ов и электро н ов п оказан ы н а р и с. 10 .1 . П о ср авн ен и ю с эксп ер и м ен то м PAMELA, AMS-02 б уд ет и м еть ещ е б ольш ую свето си лу, ч то п о зво ли т ещ е д альш е п ро д ви н уться п о ш кале эн ер ги й и сн и зи ть п ор о г ч увстви тельн о сти п о р еги стр ац и и ан ти гели я. Р и с. 10.3. В будущ и й эк сп ер и м ен т AMS-02 н а М еж дун ар одн ой к осм и ч еск ой стан ц и и в ходи т р я д сл ож н ей ш и х п р и бор ов и св ер хп р ов одя щ и й к р и оген н ы й м агн и т. И х со ч етан и е п о зво ли т н е то лько и зм ер и ть с б о льш о й то ч н остью ч асти ц ы р азли чн ы х м асс и эн ер ги й , н о и , возм о ж н о , н ай ти след ы ан ти вещ ества во В селен н о й — ан ти п ро то н о в и ан ти гели я. Н али ч и е м агн и та п о зво ляет сеп ар и ро вать ч асти ц ы п о заряд у: так, н ап ри м ер , д ля электро н о в и п о зи тр о н о в тр аектор и и б уд ут и скр и влен ы в р азн ы е стор о н ы , ч то д елает во зм о ж н ы м р азд елен и е си гн ало в о т н и х в «п о зи ц и о н н о ч увстви тельн о м » д етекторе-тр екер е. Д р уги е д етекто р ы о б есп ечи ваю т р азд елен и е ч асти ц п о м ассам , эн ер ги ям и ско ро стям . 147 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 92 П р о й д ет со всем н ем н о го вр ем ен и и , во зм о ж н о , м ы стан ем сви д етел ям и закр ы ти я п р о б лем ы су щ ество ван и я ан ти вещ ества в со вр ем ен н о й В сел ен н о й . А м о ж ет п р ав п о эт: ...З н ако м ы й лекто р м н е сказал вч ер а: «А н ти м и р ы ? — М у р а!» (А нд рей В о знесенски й ). П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 93 Гл ав а 11. Ч А С Т И Ц Ы П О Л Т Е Р Г Е Й С Т А П о д всяко й б езд н о й р аскр ы вается д р у гая, ещ е б о лее глу б о кая. Б . Э м ер со н В это й главе р еч ь п о й д ет о н ей тр и н о — ч асти ц ах , п р и х о д ящ и х к н ам и з д ал еки х о б ластей В сел ен н о й . И х н азы ваю т астр о ф и зи ч ески м и , ч то б ы о тли ч и ть о т тех , ко то р ы е и м ею т д р у го е п р о и сх о ж д ен и е, н ап р и м ер , со лн еч н о е и ли атм о сф ер н о е. 11.1. П р и к л ю ч ен и я «н еул ов и м ы х» Э та ч асти ц а и м еет зам еч ательн у ю и сто р и ю сво его о ткр ы ти я. В о тли ч и е о т м н о ги х д ру ги х «со б р атьев» ее о б н ар у ж и ли н е в эксп ер и м ен тах , а в тео р ети ч еско й р аб о те п о и зу ч ен и ю б ета р асп ад а н ей тр о н а. Э то сд ел ал В .П ау ли . Н ей тр о н — н естаб и льн ая элем ен тар н ая ч асти ц а, и за вр ем я, н ем н о ги м б о лее д есяти м и н у т, о н а р асп ад ается н а п р о то н , электр о н и ещ е ч то -то . Э ти м «ч то -то », ч то у н о си т н ед о стаю щ у ю эн ер ги ю в р еакц и и б ета-р асп ад а н ей тр о н а (п — > р + е -+ ), д о лж ен б ы л б ы ть, п о п р ави л ьн о м у заклю ч ен и ю Э .Ф ер м и , «л егки й н ей тр о н », н ар еч ен н ы й и м «н ей тр и н о ». С ам В .П ау ли н е вер и л в во зм о ж н о сть б ы стр о го о б н ар у ж ен и я н ей тр и н о . П о его ги п о тезе о н а н е о б л ад ает м ассо й п о ко я и и м еет ч р езвы ч ай н о м алу ю эф ф екти вн о сть взаи м о д ей стви я с вещ ество м . Э та ч асти ц а м о ж ет п ер есеч ь н еи м о вер н о то лсты й сло й вещ ества, н е «зам ети в» его . П о этом у н ей тр и н о тру д н о об н ар у ж и ть. Н о все ж е м о ж н о . В о зм о ж н о сти р еги стр ац и и н ей тр и н о во зр астаю т п р и у вели ч ен и и м о щ н о сти и сто ч н и ко в сам и х эти х ч асти ц . Н о гд е взять м о щ н ы е и сто ч н и ки н а З ем ле? 149 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 94 Я д ер н ы й взры в — о д и н и з таки х и сто ч н и ко в. В п р о ц ессе д ел ен и я и зо то п а у р ан а-235 о б р азу ю тся д ва о ско лка, ко то р ы е п ревр ащ аю тся в стаб и л ьн ы е яд р а — ч ер ез р яд п р о м еж у то ч н ы х яд ер н ы х п р евр ащ ен и й , в ко то р ы х и р о ж д аю тся д о во льн о эн ер ги ч н ы е н ей тр и н о с эн ер ги ей в н еско л ько М эВ . Т о есть п р и взр ы ве ато м н о й б о м б ы п р о и сх о д и т о б р азован и е о гр о м н о го п о то ка н ей тр и н о . Э ти м м о ж н о б ы ло во сп о л ьзо ваться ещ е в 1 9 4 5 г., ко гд а б ы ла взо р ван а п ер вая ато м н ая б о м б а. И ам ер и кан ец Ф .Р ей н и с, п ер вы м об н ар у ж и вш и й н ей тр и н о , д у м ал п о й ти эти м п у тем . Н о п о ш ел б о л ее б езо п асн ы м - п о и ско м н ей тр и н о о т яд ер н о го р еакто р а. Р асч еты п р и во д ят к вел и ч и н е п о то ка н ей тр и н о б о лее 1 0 19 ч асти ц д ля р еакто р о в м о щ н о стью б о лее 5 0 0 М егаватт. Э то б о льш ая вел и ч и н а, всел яю щ ая н ад еж д у н а у сп ех в эксп ер и м ен те. Ф .Р ей н и с н азвал сво й эксп ер и м ен т «П р о ект П о лтер гей ст» (1953-5 6 гг.), п о д ч ер ки вая стр ем лен и е п о й м ать н еви д и м ы е « б ар аб аш ки ». Ф .Р ей н и с у стан о ви л вб ли зи р еакто р а м и ш ен ь — 4 0 0 ли тр о в ж и д ко го х ло р и сто го кад м и я, в ко то р о м д о лж н ы б ы л и п р о и сх о д и ть р еакц и и взаи м о д ей стви я п р о то н о в и н ей тр и н о . З а тр и м есяц а «п о й м ал и » н еско л ько д есятко в ч асти ц . Э то б ы ло эксп ер и м ен тальн ы м п о д твер ж д ен и ем о ткр ы ти я, сд ел ан н о го В .П ау ли н а б у м аге... Б .П о н теко р во ещ е в 1 9 4 6 г. п р ед ло ж и л д р у го й м ето д р еги стр ац и и н ей тр и н о : зах ват эти х ч асти ц и зо то п о м хло р а-37 (37С l) с о б р азо ван и ем и зо то п а ар го н -37 (37А r). Е сли « вы ло ви ть» о б р азо вавш и й ся ар го н -3 7 и з д етекто р н о й м и ш ен и , то , п о д сч и тав его ко ли ч ество , м о ж н о о п р ед ели ть п о то к п ад аю щ и х н а н его н ей тр и н о . Н о ... р езу льтат б ы л о тр и ц ател ьн ы м - и зо то п ы ар го н а н е б ы ли о б н ар у ж ен ы . Э то яви ло сь п ер вы м у казан и ем н а то , ч то н ей тр и н о м о ж ет б ы ть р азн ы м . И это д ей стви тельн о б ы ло д о казан о ам ер и кан ц ем Ц .В у . О н п о казал, ч то в р еакц и ях с у ч асти ем н ей тр и н о н ару ш ается и х зер кальн ая си м м етр и я. Т еп ер ь м ы зн аем , ч то су щ еству ю т р азн ы е н ей тр и н о : электр о н н о е, ко то р о е р о ж д ается в п ар е с п о зи тр о н о м , м ю о н н о е — в п ар е с м ю о н о м и тау -н ей тр и н о . И все эти н ей тр и н о ещ е и м ею т сво и ан ти ч асти ц ы . Н о вер н ем ся к В сел ен н о й . В ед ь н ей тр и н о есть и там . О тку д а он и ? 150 11.2. Н ей тр и н н ое м ор е р ел и к тов Б о льш о й взр ы в, как гл аси т тео р и я, о б р азо вал м н о ж ество ч асти ц — «ки п ящ и й су п » и в н ем — н ей тр и н о . П о м ер е о сты ван и я это го «су п а» — р асш и р ен и я В сел ен н о й - эн ер ги и ч асти ц у ж е н е стало х ватать н а р о ж д ен и е тяж елы х ч асти ц (п р о то н о в, н ей тр о н о в) и и х ан ти ч асти ц , ч то п р и су щ ество ван и и п о сто ян н о д ей ству ю щ ей ан н и ги ляц и и п р и вело к «вы м и р ан и ю » тяж ел ы х ч асти ц , и з ко то р ы х со стои т н ы н еш н ее вещ ество . У ж е к сер ед и н е п ер во й секу н д ы п о сле Б о льш о го взр ы ва д о м и н и р о вали ли ш ь легки е ч асти ц ы : ф о то н ы , электр о н ы , п о зи тр о н ы и н ей тр и н о . С ко р о сть о б р азо ван и я н ей тр и н о и ан ти н ей тр и н о р егу ли ру ется д ву м я п р о ти во п о ло ж н ы м и п р о ц ессам и : б алан со м п ар - электр о н о в и п о зи тр о н ов с о д н о й сто р о н ы , и такж е н ей тр и н о и ан ти н ей тр и н о — с д р у го й : Б алан с н аб л ю д ается п р и вы со ки х тем п ер ату р ах , н о п р и о х лаж д ен и и н ей тр и н о «о б р ета ю т сво б о д у » - В селен н ая стан о ви тся д ля н и х п р о зр ач н о й . Э то эп ох а и злу ч ен и я в эво лю ц и и В сел ен н о й . О н а н асту п и ла ч ер ез д есяты е д о ли секу н д ы п о сле Б о льш о го взры ва. П о сле «о сво б о ж д ен и я» ко ли ч ество н ей тр и н о д о лж н о о ставаться п о сто ян н ы м вп ло ть д о н аш и х д н ей . П о м ер е р асш и р ен и я В селен н о й и х эн ер ги я и зм ен яется и з-за кр асн о го см ещ ен и я, так ж е как и эн ер ги я р ели кто во го электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я (см . главу 7 ). К о н ц ен тр ац и я р ели кто вы х н ей тр и н о и р ели кто во го электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я д о л ж н а б ы ть п р и м ер н о р авн а ~300 ч асти ц в см 3. Э то - оч ен ь м н о го . Н о «п о й м ать» и х о ч ен ь тяж ело . В о тли ч и е о т р ели кто во го и злу ч ен и я, р ели кто вы е н ей тр и н о п о ка н е о б н ар у ж ен ы . С о вр ем ен н ы е эксп ер и м ен тал ьн ы е м ето д ы н е м о гу т зар еги стр и р о вать н ей тр и н о сто ль м алы х (н е б о лее 3 0 эВ !) эн ер ги й . А об н ар у ж ен и е и х б ы ло б ы гр ан д и о зн ы м д о сти ж ен и ем . В селен н ая «п р о зр ач н а» д ля 151 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 95 н и х , и , и зу ч ая эти ч асти ц ы , м ы м о гли б ы взгл ян у ть в н аш е д ал еко е п р о ш ло е, н еп о ср ед ствен н о в п ер и о д д о н ач ала си н теза су щ еству ю щ и х х и м и ч ески х элем ен то в. Н о есть ещ е о д н а и н тр и гу ю щ ая п р об лем а, связан н ая с эти м и р ели ктам и . Э то п р о б лем а м ассы н ей тр и н о и л и , д ля д ан н о го р ассм о тр ен и я, п р о б лем а б ал ан са м ассы В селен н о й . З д есь н ео б х о д и м о сд ел ать н еб о льш о е о тсту п лен и е и сказать н еско л ько сло в о п р о б лем е м ассы н ей тр и н о . С о ткр ы ти ем н ей тр и н о б ы ла п р о во зглаш ен а ее «б езм ассо во сть». Н о это тр еб у ет эксп ер и м ен тальн о го п о д твер ж д ен и я. Н е вд аваясь в п о д р о б н о сти о ч ен ь сло ж н ы х эксп ер и м ен то в п о о п р ед елен и ю м ассы н ей тр и н о , зам ети м , ч то за б о лее ч ем 5 0 -л етн ю ю и х и сто р и ю , м асса н ей тр и н о в эксп ер и м ен тах н еу кло н н о «стр ем и тся» к н у лю . Б .П о н теко р во в 1 9 4 8 г. о ц ен и л вер х н и й п р ед ел его м ассы м ен ее, ч ем в 1 2 0 0 эВ . А в со вр ем ен н ы х эксп ер и м ен тах р о сси й ско го ф и зи ка В .Л о б аш ева п о лу ч ен н и ж н и й п р ед ел в 2 ,5 эВ . Н о б о лее у д и ви тельн ы м п р ед ставл яется р езу льтат о б о тр и ц ател ьн о й вели ч и н е квад р ата м ассы н ей тр и н о . П о ка н е ясн о , ч то это м огло б ы о зн ач ать... Н о все ж е, если д аж е н и ч то ж н ая м асса н ей тр и н о су щ еству ет, то м асса всех р ели кто вы х н ей тр и н о во В сел ен н о й д о лж н а б ы п р евы си ть м ассу о б ы ч н о го вещ ества во В селен н о й во м н о го р аз! Н о п о ка эта ги п о теза «н ей тр и н н о го м о р я» В сел ен н о й , ко то р ая м о гла б ы п р и о ткр ы ть тай н у «тем н о й м атер и и » и ли скр ы то го вещ ества во В сел ен н о й , и м еет сто л ько ж е сто р о н н и ко в, ско лько и п р о ти вн и ко в. 11.3. Н ей тр и н о св ер хн ов ы х В ы ш е у п о м и н ало сь, ч то взр ы в свер х н о во й — это ко ллап с звезд ы , как п р ави ло кр асн о го ги ган та, н а п о зд н ей стад и и ее эво л ю ц и и (р и с. 1 .4 ). Э то т п ер и о д связан с п о сл ед о вател ьн ы м го р ен и ем в тер м о яд ер н о м ко тле свер х н о во й вн ач але л егки х элем ен то в, а затем тяж ел ы х , вп ло ть д о ж елеза. Н ач и н ая с ф азы го р ен и я у глер о д а, о сн о вн ы м и злу ч ен и ем звезд ы стан о ви тся н ей тр и н н о е. И м ен н о с и сп у скан и ем н ей тр и н о связан ы п о след у ю щ и е ф азы го р ен и я и сж ати я звезд ы . С н ач ало м 152 вы х о д а н ей тр и н о р езко со кр ащ ается вр ем я го р ен и я звезд ы (см . таб л. 1 .1 ). К о ллап с звезд ы — п р евр ащ ен и е кр асн о го ги ган та в н ей тр о н н у ю звезд у и ли ч ер н у ю д ы ру со п р о во ж д ается д о п о лн и тел ьн ы м о б р азо ван и ем н ей тр и н о за сч ет д ву х п ро ц ессо в. П ер вы й — это и звестн ы й в яд ер н о й ф и зи ке п р о ц есс ф о то р асщ еп лен и я ато м н ы х яд ер - расп ад тяж ел о го яд р а н а б о лее л егки е с о б р азо ван и ем н ей тр о н о в и п о гло щ ен и ем эн ер ги и : 56 Fe->l34He + 4n -1 24 ,4 М эВ . Н ей тр о н ы , о б р азу ю щ и еся в это й р еакц и и , р асп ад аю тся и о б р азу ю т ан ти н ей тр и н о . К р о м е то го , ещ е о д н и м и сто ч н и ко м ан ти н ей тр и н о в м о м ен т ко ллап са звезд ы является зах ват электр о н о в п р о то н ам и и ли тяж ел ы м и яд р ам и : О казы вается, ч то н е все н ей тр и н о вы х о д ят и з ко лл ап си ру ю щ ей звезд ы , ч асть и з н и х «зап и р аю тся» вн у тр и н ее. О б р азу ется «н ей тр и н о сф ер а» звезд ы . П р о ц есс ко ллап са звезд ы с о б р азо ван и ем н ей тр и н о сф ер ы ч р езвы ч ай н о сло ж ен как с ф и зи ч еско й то ч ки зр ен и я, так и тем , ч то тр еб у ет м о щ н ого ко м п ью тер н о го м о д ели р о ван и я. О п и сан и е его н ах о д и тся в р азви ти и . О тм ети м зд есь ли ш ь то , ч то «о сво б о ж д ен и е» н ей тр и н о и з ко ллап си р у ю щ ей звезд ы связан о , вер о ятн о , с о б р азо ван и ем и п р о х о ж д ен и ем у д ар н о й во лн ы ч ер ез н ей тр и н о сф еру . Р асч еты п о казы ваю т, ч то «зап ер ты е» н ей тр и н о вы сво б о ж д аю тся за о ч ен ь ко р о тко е вр ем я — н е б о лее 1 0 м и лли секу н д . П р и это м н ей тр и н о у н о сят п р и м ер н о 5 % эн ер ги и взр ы ва. Н а это м р о ж д ен и е н о вы х н ей тр и н о н е закан ч и ваю тся. П о сле взр ы ва н ач и н ается о б р азо ван и е «теп ло вы х » н ей тр и н о в п р о ц ессе о х лаж д ен и я н ей тр о н н о й звезд ы . В се это д ли тся всего н еско л ько секу н д ... Т ако в, вкр атц е, м ех ан и зм р о ж д ен и я н ей тр и н о во вр ем я взр ы ва свер х н о во й . Н аб лю д ало сь ли ч то -л и б о п о д о б н о е в эксп ер и м ен те? В ер н ем ся к н аи б о лее и зу ч ен н о й свер х н о во й SN 1 9 8 7 А . 153 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 96 11.4. Н ей тр и н н ая астр он ом и я св ер хн ов ой SN 1987А П о ка м ы о ж и д аем всп ы ш ки о ч ер ед н о й свер х н о во й , м асса н ау ч н ы х п у б ли кац и й п о свящ ен а н аи б о лее зн ам ен ател ьн о м у астр о ф и зи ч еско м у соб ы ти ю у ш ед ш его Х Х сто лети я — н аб лю д ен и ю взр ы ва свер х н о во й SN 1987A . В п ер вы е в и сто р и и б ы ли о су щ ествлен ы эксп ер и м ен тал ьн ы е н аб лю д ен и я «ж и вы х » н ей тр и н о о т это го о б ъ екта. Д ей стви тельн о , н ей тр и н н ы е и м п у льсы б ы ли зар еги стр и р о ван ы н а н еско льки х д етекто р ах : н а яп о н ски х у стан о вках Kamiokandell и IM B , п о д го р о й М о н б лан в И тали и , и у н ас н а Б аксан е. Д етекто р ы в у стан о вках б ы ли р азн ы м и : в яп о н ски х и сп о льзо вали сь во д н ы е ч ер ен ко вски е д етекто р ы , а в у стан о вках н а Б аксан е и М о н б лан е — ж и д ки е сц и н ти л лято р ы . И н тер есн о , ч то тр и эксп ер и м ен та — Kamiokandell, IM B и Б аксан д али п р и м ер н о о д н о и то ж е вр ем я п р и х о д а н ей тр и н н о го си гн ал а, а М о н б лан — с б о лее ч ем с 4 -ч асо во й зад ер ж ко й . С р азу о тм ети м , ч то ф и зи ка это го эф ф екта н е вп о лн е ясн а, и сей ч ас о н а и н тен си вн о о б су ж д ается. В ер н ем ся к о сн о вн о м у н ей тр и н н о м у и м п у льсу . О н б ы л зар еги стр и р о ван сп у стя всего н еско л ько ч асо в п о сле н аб лю д ен и я о п ти ч еско й всп ы ш ки . Э то сви д етел ьство в п о льзу ко м п актн о сти о б ъ екта. П о вели ч и н е п о то ка н ей тр и н о б ы ла о ц ен ен а м о щ н о сть взр ы ва. О н а о казалась р авн о й 3 •1 0 58 эр г. З ам ети м вн о вь (см . главу 5 ), ч то эта эн ер ги я д о стато ч н а, ч то б ы «р азо гн ать» ко см и ч ески е лу ч и д о П эВ -н ы х эн ер ги й . И н тер есн о , ч то и з н аб лю д ен и й н ей тр и н о о т SN 1987A п о о ц ен ке вр ем ен и и х р асп р о стр ан ен и я о т и сто ч н и ка, м о ж н о о ц ен и ть и х м ассу . Э то б ы ло сд ел ан о . О н а о казалась р авн о й п р и м ер н о 3 0 эВ , ч то б о льш е, ч ем в со вр ем ен н ы х н азем н ы х эксп ер и м ен тах . Н о н е то л ько свер х н о вы е — и сто ч н и ки н ей тр и н о во В селен н о й . К ч и сл у «астр о ф и зи ч ески х » н ей тр и н о о тн о сятся такж е ч асти ц ы , р о ж д аю щ и еся в р езу льтате сто лкн о вен и й ад р о н н о й ко м п о н ен ты (п р еи м у щ ествен н о п р о то н о в) ко см и ч ески х лу ч ей с яд р ам и . В р езу льтате эти х р еакц и й м о гу т р о ж д аться п и о н ы и као н ы — н естаб и л ьн ы е ч асти ц ы . Э ти ч асти ц ы . 154 р асп ад аясь, слу ж ат ещ е о д н и м и сто ч н и ко м н ей тр и н о . Н о это т ти п р еакц и и н е ед и н ствен н ы й , п р и во д ящ и й к р о ж д ен и ю н ей тр и н о . П и о н ы м о гу т п о являться и в р езу льтате взаи м о д ей стви й п р о то н о в косм и ч ески х л у ч ей с ф о то н ам и н и зки х эн ер ги й . Т аки м о б р азом , м ы ви д и м , ч то п р о и сх о ж д ен и е и ф о н о во го гам м а-и злу ч ен и я (см . гл аву 9 ) и ф о н о вы х п ото ко в н ей тр и н о о б язан о ген ер ац и и в м еж звезд н о й ср ед е п и о н о в. Э то , так н азы ваем о е, п и о н о о б р азо ван и е ко см и ч ески м и лу ч ам и . В это м п лан е и н ей тр и н о , и ф о н о во е гам м а-и злу ч ен и е явл яю тся вто р и ч н ы м и п р о д у ктам и взаи м о д ей стви я ко см и ч ески х лу ч ей с м еж звезд н о й ср ед о й . О б а эти «п р о д у кта» д о л ж н ы во зн и кать о д н о вр ем ен н о , н о затем , в п р о ц ессе р асп р о стр ан ен и я, н ей тр и н о , в о тли ч и е о т гам м а-кван то в, б у д ет р асп р о стр ан яться н а б о лее д ал еки е р ассто ян и я. П о след н и е «тер яю тся» в р езу льтате б о лее си льн о й эф ф екти вн о сти взаи м о д ей стви я со ср ед о й . С лед о вател ьн о , если го во р и ть о «н ей тр и н н о й астр о н о м и и », как м ето д е и сслед о ван и я В сел ен н о й с п о м о щ ью н ей тр и н о , — о н а д о л ж н а о б лад ать б о льш и м и во зм о ж н о стям и п о ср авн ен и ю с гам м аастр о н о м и ей . С п о м о щ ью н ей тр и н н о й астр о н о м и и м о ж н о «ви д еть» б о лее у д ален н ы е и сто ч н и ки во В сел ен н о й . 11.5. К ап к ан ы дл я н еул ов и м ы х З акан ч и вая эту главу о н ео б ы ч ай н о и н тер есн ы х ко см и ч ески х ч асти ц ах — н ей тр и н о , след у ет зам ети ть, ч то зд есь н е р ассм о тр ен ы ещ е д ва важ н ей ш и х и х и сто ч н и ка. Э то атм о сф ер а и С о лн ц е. К со лн еч н ы м м ы вер н ем ся в н и ж е, а п о ка кр атко р ассм о тр и м атм о сф ер н ы е. А тм о сф ер н ы е н ей тр и н о — это вто ри ч н ы е ч асти ц ы , у ч астн и ки каскад н о го п р о ц есса р азви ти я ли вн ей вто р и ч н ы х ч асти ц в о гр о м н о м сло е вещ ества — атм о сф ер е (см . главу 4 ). Б езу сло вн о , н ео б х о д и м о зн ать эн ер гети ч ески й сп ектр эти х ч асти ц с тем , ч то б ы «о тд ели ть» эту н ей тр и н н у ю ко м п о н ен ту о т ко см и ч ески х н ей тр и н о гал акти ч еско го и вн егалакти ч еско го п р о и сх о ж д ен и я, а такж е о т р ел и кто вы х . С п ектр атм о сф ер н ы х н ей тр и н о м о ж н о рассч и тать п о и сх о д н о м у сп ектр у 155 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 97 ко см и ч ески х п р о то н ов и д руги х ко м п о н ен то в яд ер н о го и злуч ен и я. Э то б ы ло сд елан о во м н о ги х р аб о тах. К ач ествен н о е п р ед ставлен и е эн ер гети ч ески х сп ектров всех тр ех н ей тр и н н ы х ком п о н ен т п о казан о н а р и с. 11.1. В о б ласти м алы х эн ер ги й п о то ки атм о сф ер н ы х н ей три н о — сам ы е м о щ н ы е ср ед и всех и , кон еч н о , о н и являю тся весьм а н еж елательн ы м ф о н о м в эксп ер и м ен тах п о п о и ску ко см и ч ески х н ей тр и н о. К ак со зд ать д етектор ы , сп о со б н ы е зареги стр и р овать н еуло ви м ы е, слаб о взаи м од ей ствую щ и е с вещ еством ч асти ц ы , ко то р ы х , к том у ж е, в об ласти вы со ки х эн ер ги й ч р езвы ч ай н о м ало? О д и н и з п ер вы х д етекто ров д ля п о и м ки н ей тр и н о б ы л со зд ан ам ери кан ц ем Р .Д эви со м в 19 68 г. В его д етектор е со д ер ж ало сь 615 то н н ж и д ко го вещ ества — п ерх лорэти лен а, со д ерж ащ его , как это след ует и з н азван и я, х лор - 37С l. О казы вается, это т элем ен т м о ж ет вступ ать во взаи м о д ей стви я с н ей тр и н о , и п р од уктам и р еакц и и б уд ут и зо то п ар го н а (37А r) и электр о н ы : Р и с. 11.1. Э н ер гети ч еск и е сп ек тр ы р азл и ч н ы х к ом п он ен т н ей тр и н н ого и зл уч ен и я — атм осф ер н ого, гал ак ти ч еск ого (от в зр ы в ов св ер хн ов ы х зв езд и и з Г ал ак ти ч еск ого ди ск а) и астр оф и зи ч еск ого (от в н егал ак ти ч еск и х и сточ н и к ов , н ап р и м ер : AGN и гам м а-в сп л еск ов ). 156 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 98 И зм ер яя ч и сло о б р азо вавш и х ся ато м о в 37Ar, м о ж н о оц ен и ть п ад аю щ и й н а д етектор п о то к н ей тр и н о . За эти и сслед о ван и я Р .Д еви су (вм есте с М .К о ш и б о й ) в 2 002 г. б ы ла п р и суж д ен а Н о б елевская п р ем и я. Э ксп ер и м ен т п р о д о лж ается д о си х п ор и н ап р авл ен н а и зуч ен и е со лн еч н ы х н ей тр и н о . Д р уго й ти п реакц и й д ля реги стр ац и и н ей тр и н о — гали й -гер м ан и евы й б ы л р еали зо ван н а п о д зем н о й устан о вке в А н д ы р ч и у н ас, н а С евер н ом К авказе (эксп ер и м ен т SAGE), и п од гор ой М о н б лан , в Г р ан -С ассо, И тали я (эксп ер и м ен т GALLEX). Т ак ж е, как и в х лор -ар го н овом м ето д е, п о вы д елен н ы м ато м ам 71Ge суд ят о б и сх од н ом п о то ке н ей тр и н о . Д етектор ы д ля р еги стр ац и и н ей тр и н о р азм ещ аю т п о д зем лей , ч то б ы и зб ави ться о т н еж елательн о го ф о н а м ю о н о в — ч асти ц , о б р азую щ и х ся в ш и р оки х атм о сф ерн ы х ли вн я х и глуб о ко п ро н и каю щ и х п о д З ем лю . Ч ем глуб ж е м ы разм ести м н ей тр и н н ы й д етектор п од З ем лей , тем м ен ьш е б уд ет н еж елательн ы й ф о н от эти х ч асти ц . Т ак, н ап р и м ер , эксп ер и м ен т Р .Д эви са о сущ ествляется в б ы вш ей зо ло тор уд н о й ш ах те Р и с. 11.2. Super Kamiokande — к р уп н ей ш ая н ей тр и н н ая устан ов к а. О н а п р едстав л я ет собой огр ом н ы й бак , н ап ол н ен н ы й в одой , ок р уж ен н ы й ты ся ч ам и детек тор ов и оп ущ ен н ы й гл убок о п од зем л ю . 157 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 99 Х о ум стей н , в ш тате Ю ж н ая Д акота, н а глуб и н е 1 400 м . Н о д ля р еги стр ац и и н ей тр и н о есть и д р уго й м ето д — и сп о льзо ван и е во д ы в кач естве «р аб о ч его тела» д етектор а. И звестн о , ч то если ч асти ц а д ви ж ется в ср ед е с п о казателем п р елом лен и я б о льш е 1 , то п р и р еляти ви стски х ско ро стях во зн и кает черен ко вско е и злуч ен и е. В д ан н о м случ ае — ч ер ен ко вско е и злуч ен и е р еляти ви стски х м ю о н ов — п р о д укт взаи м о д ей стви я н ей тр и н о с вещ еством . Р азм ести в п о д во д о й ф о то п р и ем н и ки , м о ж н о и зм ер и ть п о то к п ад аю щ и х н а устан о вку н ей тр и н о . С ам ы й б о льш о й тако й д етектор со зд ан в 1 996 г. в Я п о н и и , это м еж д ун ар од н ы й эксп ер и м ен т Super Kamiokande. О ги ган тски х р азм ер ах этого д етекто р а м о ж н о суд и ть п о след ую щ и м ц и ф р ам . Р аб о ч и й об ъ ем — 50 ты сяч то н н вод ы . Б о лее 10 ты сяч ф о то ум н о ж и телей - д етектор ов света (р и с. 11 .2 ). О сн о вн ая ц ель эксп ер и м ен та, так ж е как и в гали й -гер м ан и евы х (SAGE и GALLEX) и х ло р н о м эксп ер и м ен те Д эви са — и зуч ен и е со лн еч н ы х н ей тр и н о . Р и с. 11.3. П р и н ц и п р аботы п одв одн ого детек тор а н ей тр и н о. Ч ер ен к ов ск и й св ет в в и де к он уса, ген ер и р ов ан н ы й р ел я ти в и стск и м и м ю он ам и (п р я м ая л и н и я ), р еги стр и р уется «баш н ей » в н еск ол ь к о этаж ей и з детек тор ов — гер м ети ч еск и уп ак ов ан н ы х ф отоум н ож и тел ей . 158 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 100 Р и с. 11.4. Э к сп ер и м ен т п о р еги стр ац и и н ей тр и н о н а Б ай к ал е. З и м ой , со л ь да н а гл уби н у ок ол о 1,5 к м оп уск аю тся дл и н н ы е стр и н ги с детек тор ам и дл я р еги стр ац и и ч ер ен к ов ск ого св ета. Д ля астро ф и зи ч ески х н ей тр и н о н уж н ы и ещ е б о льш и е о б ъ ем ы «р аб о ч его тела» д етектор а. П о чем у б ы н е и сп о льзо вать ч и стую , п ро зр ач н ую вод у естествен н ы х во д о ем ов? П о д во д у н а д ли н н ы х стер ж н ях — стр и н гах м ож н о о п усти ть гер м ети ч ески уп ако ван н ы е ф о то ум н ож и тели , ко тор ы е б уд ут реги стр и р овать ч ер ен ковско е и злуч ен и е. Н а р и с.11 .3 п о казан п р и н ц и п раб о ты таки х п о д во д н ы х д етектор ов. Н аш Б ай кал - ун и кальн ы й во д о ем с о чен ь п р о зр ач н о й вод о й . Т ам уж е р аб о тает устан о вка NT-200 Neutrino Telescope-200 (р и с. 1 1 .4 ) П о хо ж и й эксп ер и м ен т, DUMAND, со зд ается вб ли зи Г авай ски х о стр овов, н а глуб и н е 4 ,8 км . Е щ е о д и н , NESTOR (Neutrino Extended Submarine Telescope), п лан и р уется п р овести в С р ед и зем н о м м ор е вб ли зи Г р ец и и к ю го -во сто ку о т о стр ова П ело п о н н ес. В устан о вке NESTOR и сп о льзую тся 12 «этаж ей » д етекторо в эф ф екти вн о й п ло щ ад ь ю о ко ло 20 000 м 2. Э та устан овка сп о соб н а зар еги стр и р овать 159 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 101 н ей тр и н о с эн ер ги ей п о р яд ка 1 0 Т эВ . Е сть ещ е о д и н , у ж е н ач авш и й сво ю р аб о ту эксп ер и м ен т п о п о и ску н ей тр и н о с и сп о льзо ван и ем ги ган тско го п р и р о д н о го р аб о ч его тела д етекто р а. Э то эксп ер и м ен т AMANDA во л ьд ах А н тар кти д ы . З д есь, вн у тр и скваж и н глу б и н о й о т 1 д о 3 км р азм ещ ен ы д етекто р ы , у лавли ваю щ и е ч ер ен ко вски й свет, р асп р о стр ан яю щ и й ся во льд ах . П р еи м у щ ество это го п р оекта — в о ч ен ь н и зко м ф о н е п о ср авн ен и ю с во д н ы м и д етекто р ам и . П р и р о д н ы е во д н ы е и лед ян ы е д етекто р ы - это , п о ж алу й , н аи б о лее ч у встви тел ьн ы е п р и б о р ы д ля и зу ч ен и я астр о ф и зи ч ески х н ей тр и н о , су лящ и е ф и зи кам б о льш и е п ер сп екти вы в и ссл ед о ван и ях . М о ж н о н ад еяться, ч то п р и след у ю щ ем взр ы ве свер х н о во й н ей тр и н н ы е « си гн алы » о т н ее у д астся зар еги стр и р о вать у стан о вкам и с б о л ьш и м ч и сло м д етекто р о в и о н и б у д у т б о лее ч у встви тел ьн ы е, ч ем в 1 9 8 7 г. 11.6. О н ей тр и н о п р едел ь н о в ы сок и х эн ер ги й О таки х н ей тр и н о у ж е у п о м и н ало сь в главе 8 в связи с ко см и ч ески м м ето д о м р еги стр ац и и ч асти ц у льтр авы со ки х эн ер ги й п о и зм ер ен и ю ф лу ор есц ен тн о го свеч ен и я (п р о екты Т У С , EUSO, OWL). Е сли в п о д о б н ы х эксп ер и м ен тах у д астся зар еги стр и р о вать ко сы е (вх о д ящ и е в атм о сф ер у п о д м алы м у гло м ) ли вн и в н о ч н о й атм о сф ер е, то это б у д ет о зн ач ать, ч то и сто ч н и ко м свеч ен и я в атм о сф ер е являю тся и м ен н о н ей тр и н о с эн ер ги ям и б о лее 1 Е эВ . Т аки е л и вн и м о гу т б ы ть со зд ан ы то лько и м и , т.к. ли вен ь о т зар яж ен н о й ч асти ц ы п р о сто н е п р о б ьет сто ль б о льш у ю то лщ у атм о сф ер ы . Н ей тр и н о у льтр авы со ки х эн ер ги й н о сят н азван и е «ко см о ло ги ч ески х », в о тли ч и е о т астр о ф и зи ч ески х , со лн еч н ы х и р ели кто вы х . В п о л н е во зм о ж н о , ч то у н и х б ы ли о б щ и е « р о д и тели » с зар яж ен н ы м и ч асти ц ам и в р ай о н е « сту п н и » — все те ж е то п о ло ги ч ески е д еф екты и н еи звестн ы е тяж елы е ч асти ц ы ... П р о й д ет н еско л ько лет и , во зм о ж н о , у д астся п о й м ать З эВ -н ы е н ей тр и н о с б о р та М еж д у н аро д н о й ко см и ч еско й стан ц и и и ли сп у тн и ка З ем ли . 160 О п и сан н ы м и вы ш е м ето д ам и н е и сч ер п ы ваю тся во зм о ж н о сти у ч ен ы х зар еги стр и р о вать «н еу ло ви м ы х ». К ак у ж е м ы ви д ел и , во ен н ы е р азр аб о тки с у сп ех о м н ах о д ят п р и м ен ен и е в ф у н д ам ен тальн о й ф и зи ке. ...С о вр ем ен х о ло д н о й во й н ы о стали сь си стем ы о б н ар у ж ен и я п о д во д н ы х ло д о к - п о д во д н ы е ги д р о гр аф ы — р еги стр ато р ы аку сти ч ески х си гн ало в, р азм ещ ен н ы е н а б о льш и х п о д во д н ы х п р о стр ан ствах . Т ак, б аза С Ш А в А тлан ти ке вб ли зи Б агам ски х о стр о во в зан и м ает п о д во д н о е п р о стр ан ство п ло щ ад ью 2 5 0 кв. км . И м ен н о зд есь п л ан и р у ется со зд ать п о д во д н у ю аку сти ч еску ю у стан о вку . Л и вен ь ч асти ц п р и взаи м о д ей стви и с во д о й со зд ает ко р о тки й (д л и тельн о стью о ко л о 100 м ксек) аку сти ч ески й си гн ал, ко то р ы й м о ж ет б ы ть зар еги стр и р о ван ги д р о гр аф о м (р и с. 1 1 .5). Э то т м ето д вп ер вы е б ы л п р ед ло ж ен н аш и м ф и зи ко м Г .А скар ьян о м . Р и с. 11.5. А к усти ч еск и й м етод р еги стр ац и и в ы сок оэн ер ги ч н ы х (10 П эв ) н ей тр и н о. В п р о екте AUTEC вб л и зи Б агам ски х о стр о во в п о д во д о й н а п ло щ ад и в 2 5 0 км 2 б у д у т р азм ещ ен ы 5 2 ги д р о гр аф а, сп о со б н ы е у лавли вать ко р о тки е аку сти ч ески е си гн алы о т Ш А Л . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 102 161 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 103 М ето д р аб о тает, если эн ер ги я н ей тр и н о д о стато ч н о вел и ка. Р асч еты п о казы ваю т: ч асти ц ы д о лж н ы и м еть эн ер ги ю н е м ен ее 1 0 16эВ (10 П эВ ). Т аки м о б р азо м , в р у ках у ч ен ы х о каж ется д етекто р ги ган тски х м асш таб о в, сп о со б н ы й п р о ли ть свет н а ф и зи ку вы со ко эн ер ги ч н ы х н ей тр и н о . С у щ еству ет ещ е о д и н д о во льн о п ер сп екти вн ы й м ето д р еги стр ац и и ч асти ц у льтр авы со ки х эн ер ги й с п ри м ен ен и ем ч ер ен ко вско го и злу ч ен и я. Н ап о м н и м , ч то ч асти ц а, д ви ж у щ аяся в ср ед е с п о казателем п р ело м лен и я η > 1 со ско р о стью v>c/n, б у д ет и зл у ч ать ш и р о ки й сп ектр электр о м агн и тн ы х во л н о т о п ти ч еско го д о р ад и о д и ап азо н а. З а р ад и о д и ап азон «н есу т о тветствен н о сть» ч асти ц ы ли вн ево го каскад а с эн ер ги ей д о во льн о зн ач и тельн о й - п о р яд ка 3 0 М эВ , ко то р ы е, как о ж и д аю тся, су щ еству ю т ср ед и вто р и ч н ы х ч асти ц . Н ад о о тм ети ть, ч то ген ер ац и я электр о м агн и тн о го ч ер ен ко вско го Р и с. 11.6. Р еги стр ац и я н ей тр и н о п о ч ер ен к ов ск ом у и зл уч ен и ю , в озн и к аю щ ем у в р езул ь тате в заи м одей ств и я к осм и ч еск ой ч асти ц ы (н ап р и м ер , н ей тр и н о) с л ун н ы м гр ун том — р егол и том . Ч ер ен ко вско е и злу ч ен и е в р ад и о д и ап азо н е м о ж ет б ы ть зар еги стр и р о ван о п р и ем н ы м и у стро й ствам и н а б о р ту око ло лу н н о го сп у тн и ка. 162 и злу ч ен и я в р ад и о д и ап азон е м о ж ет п р о и сх о д и ть н е то лько в атм о сф ер е, н о и в го р н ы х п о р о д ах . Э то т м ето д такж е вп ер вы е б ы л п р ед л о ж ен Г .А скар ьян о м в 1 9 6 1 г. О тсю д а о ч еви д н ы м ето д ы , ко то р ы е м о гу т б ы ть и сп о л ьзо ван ы д ля р еги стр ац и и ч асти ц у льтр авы со ки х эн ер ги й . В о -п ер вы х , м о ж н о р азм ести ть ан тен н ы р ад и о и злу ч ен и я н а сп у тн и ке и «ло ви ть» си гн алы , и д у щ и е и з атм о сф ер ы З ем ли . Н о м о ж н о п о п ы таться с это й ж е ц елью р еги стр и р о вать р ад и о и зл у ч ен и е, во зн и каю щ ее п р и взаи м о д ей стви и ч асти ц у льтр авы со ки х эн ер ги й с лу н н о й п овер х н о стью — р его ли то м . Д ля это го м о ж н о и сп о льзо вать р ад и о телеско п ы н а З ем л е и ли р ад и о ан тен н ы н а лу н н ы х сп у тн и ках (р и с. 1 1 .6). Р асч еты п о казы ваю т, ч то н а лу н н о м сп у тн и ке с вы со то й о р б и ты в д есятки ки ло м етр о в м о ж н о у вер ен н о р еги стр и р о вать ч асти ц ы с эн ер ги ям и в 1019-1020 эВ . Н ад о зам ети ть, ч то «лу н н ая п р о гр ам м а» и ссл ед о ван и я ко см и ч ески х лу ч ей у льтр авы со ки х эн ер ги й вы го д н о о тли ч ается о т о ко ло зем н о й : н а Л у н е н ет р ад и о п о м ех , со зд ан н ы х тех н о ген н о й д еятельн о стью ч ело века. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 104 Гл ав а 12. Д В У Л И К И Й Я Н У С Т ы н азы ваеш ь С о лн ц е б лю д ом О р и ги н альн о . Т о лько зр я. С лю б ою кр угло ю п о суд о й С вети ло ср авн и вать н ельзя! Н . Р убцо в З везд а с н азван и ем С о лн ц е н ах од и тся в сам о м ц ен тре н аш ей С о лн еч н о й си стем ы — ч асти Г алакти ки . С о лн ц е о тветствен н о за м н о ги е ф и зи ч ески е п р о ц ессы , п ро и схо д ящ и е в С о лн еч н о й си стем е. С д вули ки м Я н усо м ср авн и вал эту звезд у н аш со о теч ествен н и к А . Ч и ж евски й . Н и ж е м ы п о й м ем , п о ч ем у это так ... 12.7. Н аш а зв езда н а зв ездн ой ш к ал е В астро н ом и и сущ ествует зави си м о сть, оп и сы ваю щ ая ско ро сть эн ерго вы д елен и я (свети м о сти ) звезд о т и х тем п ер атур ы н а п о верхн о сти . Э та зави си м о сть н азы вается д и аграм м о й Г ер ц ш п р ун га -Р есселя (р и с. 1 2.1 ). И з н ее след ует, ч то м ы со сед ствуем в об щ ем -то с н и ч ем н е п р и м ечательн о й звезд о й н аш ей В селен н о й : о н а н ах о д и тся в ср ед н ей ч асти Г лавн о й п о след о вательн о сти . И м ен н о в п р ед елах Г лавн о й п о след овательн о сти н ах о д ятся б о льш и н ство звезд . И х о ч ен ь м н о го — м и лли ар д ы то лько в н аш ей Г ал акти ке. С о лн ц е н ах о д и тся н а р ассто ян и и б о лее 3 0000 свето вы х лет о т ц ен тр а Г алакти ки . О д н ако д о б ли ж ай ш ей к н ам звезд ы — «всего » н ем н о ги м б о лее ч еты р ех свето вы х лет! П о лагаю т, ч то С о лн ц е сф о рм и ро вало сь вслед стви е уп ло тн ен и я м еж звезд н о й м атер и и в сп и р альн о м р укаве О р и о н а б о лее н ескольки х м и лли ар д о в лет н азад . В таб ли ц е м о ж н о уви д еть о сн о вн ы е ф и зи ч ески е п ар ам етр ы н аш ей звезд ы — С о лн ц а. 164 Т абл и ц а 12.1. Ф и зи ч еск и е п ар ам етр ы С ол н ц а. М асса ~2•1033 г Р ад и ус ~7•105 км Т ем п ер атур а в ц ен тр е ~1.5•107К = 2,8•107F С р ед н яя скоро сть вр ащ ен и я ~2 6,8 суто к Ч то является и сто ч н и ком эн ер ги и С о лн ц а? Е щ е в сер ед и н е п р ош ло го века уч ен ы е п р и ш ли к вы во д у, ч то тер м о яд ер н ы е р еакц и и так н азы ваем ого п ро то н -п ро то н н о го и углер о д н о го ц и кло в являю тся тем и ген ер атор ам и эн ер ги и , ко тор ы е п р и вод ят к н аб лю д аем ой свети м о сти С о лн ц а. В о т эти р еакц и и : 1 Ή + 1Ή ->2Η + e++ ν+ 0 ,4 2 М эВ Ή + 2Η ->3Η + γ+ 5 ,5 Μ эΒ 3 Н е+ 3Н е->4Н е+ 2 1Н + 12 ,8 М эВ . Р и с. 12.1 Н а ди агр ам м е Г ер ц ш п р ун га -Р ессел я п ок азан а зав и си м ость м еж ду св ети м ость ю зв езд (п о отн ош ен и ю к св ети м ости С ол н ц а ) и п ов ер хн остн ой тем п ер атур ой . С ол н ц е — ж ел ты й к ар л и к — н аходи тся п р и бл и зи тел ь н о в сер еди н е гл ав н ой п осл едов ател ь н ости . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 105 165 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 106 О тсю д а след у ет, ч то каж д ы е ч еты р е п р о то н а, п р евр ащ аясь в яд р а гели я, вы сво б о ж д аю т эн ер ги ю о коло 2 6 М эВ и ли ~ 6 •1018 эрг н а 1 г во д о р о д а (с у ч ето м эн ер ги и , у н о си м о й н ей тр и н о ). У глер о д н ы е р еакц и и (со ед и н ен и е во д о р о д а и азо та с о б р азо ван и ем гели я ) р еали зу ю тся в глу б и н е С о л н ц а, гд е тем п ер ату р ы д остато ч н о вы со ки . Т аки м о б р азо м , п р ои сх о д и т п р ео б р азо ван и е яд ер н о й эн ер ги и в теп ло ву ю . Э во лю ц и я н аш ей З везд ы тако ва, ч то у глер о д н ы е р еакц и и в ее н ед р ах н еи зб еж н о п р и во д ят к у то лщ ен и ю гели ево го яд р а и п р еи м у щ ествен н о м у п р о текан и ю яд ер н ы х р еакц и й в д о стато ч н о то н ко м н ар у ж н о м сло е. М ед л ен н ы й р о ст о тн о си тел ьн о тяж ело го яд р а п р и во зрастан и и его тем п ер ату р ы д о лж ен п р и вести к д о м и н и р о ван и ю у глер о д н ы х р еакц и й и п р евр ащ ен и ю С о лн ц а и з ж елто го кар ли ка в кр асн ы й ги ган т (см . р и с. 1 .5 ). Ч то б у д ет д ал ьш е? Н аш е С о лн ц е б у д ет тяж ел еть и з-за п р ео б лад ан и я яд ер н ы х р еакц и й с о б р азо ван и ем все б о л ее тяж елы х элем ен то в. И з кр асн о го ги ган та о н о п о степ ен н о п р евр ати тся в б ело го кар л и ка и ли ... ем у м о ж ет б ы ть заго то влен а су д ьб а свер х н о во й (см . р и с. 1 .7 ) — С о лн ц е взо р вется и д аст ж и зн ь н о вы м звезд ам . Н о п о ка С о лн ц е свети т, о н о о п р ед ел яет м н о ж ество р азн о о б р азн ы х п р о ц ессо в, п р о и сх о д ящ и х в о кр естн о сти . Р ассм о тр ен и е и х вы х о д и т за р ам ки д ан н о й кн и ги , н о н и ж е м ы р ассм о тр и м те, ко то р ы е вли яю т н а х ар актер и сти ки ко см и ч ески х лу ч ей — стр ан н и ко в В селен н о й , п о п ад аю щ и х в «сф ер у вли ян и я» н аш его свети ла. С о лн ц е и м ею т д о во льн о сло ж н у ю стр у кту ру (р и с. 1 2.2). В его сер д ц еви н е п ло тн о сть ч р езвы ч ай н о вели ка и д о сти гает ~1 5 0 г/см 3. Э то в 8 р аз б о л ьш е, ч ем п ло тн о сть зо ло та. П о вер х н о стн ы й сло й н азы вается ф о то сф ер а и и м еет о ч ен ь м алу ю то лщ и н у - н е б о лее 4 0 0 км . Ф о то сф ер а, и ли п о -гр еч ески «светящ аяся сф ер а» - весьм а н ео б ы ч н ая о б о л о ч ка С о лн ц а. О н а то н ка и н еп р о зр ач н а. И м ен н о о н а и злу ч ает в о кр у ж аю щ ее п р о стр ан ство свет и теп ло . Э та о б о ло ч ка го р азд о х о ло д н ее о б л асти , н ах о д ящ ей ся п о д н ей - ко н векти вн о го сло я. Е сли в ко н векти вн о м сло е тем п ер ату р а д о сти гает м и л 166 Р и с. 12.2 С тр ук тур а осн ов н ы х обл астей С ол н ц а. Н а вр езке - со лн еч н ая ко р о н а, сф ото гр аф и р о ван н ая с и сп о льзо ван и ем ко р о н о гр аф а в го д м о щ н о й со лн еч н о й акти вн о сти . ли о н а гр ад у со в, то в ф о то сф ер е — всего н еско л ько ты сяч . З а ф о то сф ер о й след у ет х р о м о сф ер а, и ли «о кр аш ен н ая сф ер а». О н а н агр ета си льн ее ф о то сф ер ы . Е сли ее р азгляд ы вать в тел еско п с З ем ли , м о ж н о разли ч и ть кр асн о ваты й оттен о к язы ко в п л ам ен и вы р ы ваю щ и х ся и з это й об ласти . Н у , а вы ш е х р о м о сф ер ы р асп о ло ж ен а ко р о н а С о лн ц а. Ф о то сф ер а, х р о м о сф ер а и ко р о н а — со ставл яю щ и е ед и н о й атм о сф ер ы С о лн ц а. Э та о б л асть ч р езвы ч ай н о д и н ам и ч н а. П о д ч ас язы ки п лам ен и р асш и р яю щ ей ся со лн еч н о й ко р о н ы вы р ы ваю тся н а м н о ги е м и лли о н ы ки ло м етр о в и и зм ен яю т ф и зи ч ески е сво й ства м еж п л ан етн о й ср ед ы , н ах о д и вш ей ся д о это го м о м ен та в сп о ко й н о м , стац и о н ар н о м со сто ян и и . П ло тн о сть вн еш н и х о б о ло ч ек о ч ен ь н и зка - б о лее, ч ем в 1 0 00 0 р аз м ен ьш е п ло тн о сти во зд у ха. С р ед н яя п ло тн о сть звезд ы — 1 ,9 г/см 3, т.е. вещ ество С о лн ц а в ср ед н ем в д ва р аза б о л ее п ло тн о е, ч ем во д а. С о лн ц е, как и б о льш и н ство звезд В сел ен н о й , со сто и т б о льш ей ч астью и з во д о р о д а — во П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 107 вн еш н и х о б о ло ч ках звезд ы его ко ли ч ество д о сти гает 70% 167 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 108 (о стал ьн о е вещ ество , в о сн о вн о м , гел и й с н еб о л ьш и м и д о б авкам и б о лее тяж елы х элем ен то в ). Э ти о б о ло ч ки р азли ч аю тся сво ей тем п ер ату р о й . Ч ем д альш е о т ц ен тр а С о лн ц а, тем м ен ьш е стан о ви тся тем п ер ату р а его о б о лоч ек, д о сти гая вели ч и н ы ~5 0 0 0 К в ф о то сф ер е. Н о затем тем п ер ату р а вн о вь н ач и н ает р асти ! И , как п о казы ваю т и зм ер ен и я, тем п ер ату р а ко ро н ы п о ч ти в ты сяч у р аз вы ш е, ч ем ф о то сф ер ы , д о сти гая 2 м и л ли о н о в гр ад у со в К ельви н а С о лн ц е явл яется м о щ н ы м и сто ч н и ко м п о лн о стью и о н и зи р о ван н о го газа - п лазм ы . Э то т газ, п о сто ян н о «вы л етаю щ и й » и з со лн еч н о й атм о сф ер ы , н о си т н азван и е со лн еч н о го ветр а. Р ассм о тр и м б о лее п о д р о б н о это зам еч ательн о е явлен и е. 12.2. С п р и н к л ер С ол н еч н ой си стем ы С п р и н клер , и ли п о ли валка, д о л ж н а б ы ть х о р о ш о и звестн а ч и тателю . Т р ава в сад у р астет х о р о ш о , есл и ее п о ли вать. П о ли валка-сп р и н кл ер , вр ащ аясь, р азб р асы вает во д ян ы е стр у и в р ад и ал ьн о м н ап р авлен и и и о б р азу ет в п р о стр ан стве так н азы ваем ы е сп и р али А р х и м ед а . В ели ки й гр ек А р х и м ед о б р ати л вн и м ан и е н а о со б у ю ф о р м у тр аекто р и и тела, п о д вер гаю щ его ся о д н о вр ем ен н о р ад и альн о м у и вр ащ ател ьн о м у д ви ж ен и ю . И сто р и я о ткр ы ти я со лн еч н о го ветр а зан и м ател ьн а и п о у ч и тел ьн а. Е щ е М .В .Л о м о н о со в го во р и л о вн езем н о м электр и ч естве, связан н ы м с н аш и м свети ло м . В н ач але п р о ш ло го века Б и р келен д , п о ж алу й , стал п ер вы м , кто сказал , ч то и з о со б ы х о б ластей С о лн ц а — п ятен п р о и сх о д и т п о сто ян н о е и стеч ен и е п лазм ы . С о лн еч н ы е п ятн а связан ы с акти вн ы м и ф и зи ч ески м и п р о ц ессам и , п р о и сх о д ящ и м и в его атм о сф ер е. И н о гд а о н и закан ч и ваю тся м о щ н ы м и ло кал ьн ы м и вы д ел ен и ям и эн ер ги и - взр ы вам и . Э ти взр ы вы п о л у ч и ли н азван и е со лн еч н ы х всп ы ш ек. И к н и м м ы вер н ем ся н и ж е, а п о ка о б р ати м ся к и сто р и и о ткр ы ти я со лн еч н о го ветр а. Б и р келен д н астаи вал н а п о сто ян н о м и стеч ен и и п лазм ы и з со лн еч н ы х п ятен , а д р у ги е ф и зи ки , Ч еп м ен и Ф ер р ар о , 168 тр и д ц атью го д ам и п о зж е стали н астаи вать н а сп о р ад и ч еско й — то лько во вр ем я всп ы ш ек ген ер ац и и п лазм ен н ы х п о то ко в н а С о лн ц е. Н о затем , в 1 9 4 0 г. Х о ф м ай стер и Б и р м ан вн о вь вер н у ли сь к и д ее п о сто ян н о го и стеч ен и я п л азм ы о т С о лн ц а н а о сн о ве н аб лю д ен и й ко м етн ы х х во сто в: о н и всегд а б ы ли о б р ащ ен ы в сто р о н у , п р о ти во п о ло ж н у ю С о лн ц у . Е стествен н ы м б ы ло п р ед п о ло ж ен и е о п о сто ян стве д авл ен и я со лн еч н ы х ч асти ц н а ко м етн о е вещ ество . Э то явн о н е тр и ви ал ьн ы й р езу льтат: С о лн ц е н еп р ер ы вн о эм м и ти р у ет во вн еш н ю ю ср ед у вещ ество , и з ко то р о го о н о со сто и т. П о лн ы м д о казател ьство м это го м о гли б ы стать то лько п р ям ы е эксп ер и м ен ты п о р еги стр ац и и ч асти ц со л н еч н о го ветр а. З ад ач а б ы ла р еш ен а с н ач ало м эксп ер и м ен то в н а ко см и ч еск и х ап п ар атах . В 1 9 5 9 г., вслед за зап у ско м п ер вы х о ко л о зем н ы х сп у тн и ко в, н ач алась лу н н ая эп о п ея ко см и ч ески х и сслед о ван и й . П ер вы е со ветски е п о леты к Л у н е стави л и сво ей ц елью п р ям о е п о п ад ан и е в н аш естествен н ы й сп у тн и к. Н а вто р о й «лу н н и к» - стан ц и ю «Л у н а-2 » К .Г ри н гау з п о стави л сп ец и альн ы й д етекто р д ля р еги стр ац и и со лн еч н о й п лазм ы . Е го д етекто р п о сто ян н о «о щ у щ ал» п о то к ч асти ц вд о ль всей тр ассы п о л ета к Л у н е. Э то б ы ло п ер вы м эксп ер и м ен тал ьн ы м д о казател ьство м п о сто ян н о го и стеч ен и я п лазм ы о т С о лн ц а. З атем ам ер и кан ски й «М ар и н ер -2 », н ап р авл ен н ы й в сто р о н у В ен ер ы , п о д твер д и л р езу льтаты К .Г р и н гау за. Н еп р ер ы вн о сть и стеч ен и я со лн еч н о го ветр а б ы ла д о казан а. П о сле м н о ги х лет эксп ер и м ен тальн ы х и ссл ед о ван и й м ы теп ер ь зн аем , ч то со лн еч н ы й ветер — это и о н и зи р о ван н ы й газ - п лазм а со лн еч н о й ко р о н ы со сто и т и з эл ектр о н о в и п р о то н о в с м ало й п р и м есью тяж елы х и о н о в. П ло тн о сть эти х ч асти ц о ч ен ь вели ка (д о м и лли ар д а ч асти ц в см 3) и р езко у б ы вает с вы со то й . Э то вещ ество , р о д и телем ко то р о го являю тся н ед р а С о лн ц а, зд есь, в ко р о н е, о казы вается у ж е гр ави тац и о н н о н е связан н ы м со звезд о й , и н ач и н ает ж и ть сво ей со б ствен н о й ж и зн ью . И м ен н о с п о сто ян н ы м и стеч ен и ем п л азм ы связан р азо гр ев сам о й вн еш н ей о б о ло ч ки С о лн ц а, о д н ако д етал и это го явлен и я п о ка н е вп о л н е ясн ы . 169 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 109 Ч асти ц ы со лн еч н о го ветр а р азго н яю тся д о зн ач и тельн ы х скор о стей : вб ли зи З ем ли и х ср ед н яя ско ро сть о ко ло 4 00 км / сек (3 м и лли о н а ки ло м етр ов в ч ас). В о вр ем я со лн еч н ы х всп ы ш ек и з акти вн ы х о б ластей вы р ы ваю тся п о то ки вы со ко скоро стн о й п лазм ы , о н и р асп ро стр ан яю тся в С о лн еч н о й си стем е со ско ро стям и ~1 000 км /сек и б о лее. Р екор д н ая скоро сть со лн еч н о го ветр а, зар еги стр и ро ван н ая, кстати , н ед авн о , во вр ем я экстр ем альн ы х со лн еч н ы х со б ы ти й о ктяб р я-н о яб ря 2 003 г., д о сти гла б о лее 2 000 км /сек. С о лн ц е п р ед ставляет со б о й сло ж н ы й п лазм ен н ы й астро ф и зи ч ески й о б ъ ект, тело ко то ро го п рон и зы вает м н о ж ество «кр овен о сн ы х со суд ов» — н ап р авлен н ы х стр уй части ц , со зд аю щ и х электри ч ески е то ки . И звестн о , ч то электр и ч ески й то к о б р азует вн еш н ее м агн и тн о е п оле, н ап р яж ен н о сть ко тор ого зави си т о т си лы то ка. М агн и тн ы е п о ля н а С о лн ц е — о ч ен ь н естац и о н арн о е явлен и е, о б усло влен н о е сло ж н о й д и н ам и ко й и п р о стр ан ствен н ы м р асп р ед елен и ем сам и х то ко вы х си стем в н ед р ах С о лн ц а. Е сли ср авн и ть эн ер ги ю вы н о си м о го со лн еч н о го ветр а с эн ер ги ей м агн и тн о го п оля, то, о казы вается, ч то со лн еч н ая п лазм а - го разд о б о лее м ощ н ы й ко м п о н ен т. Б о лее то го , м агн и тн о е п о ле стан о ви тся «вм оро ж ен н ы м » в п лазм у. Э то п о д р азум евает, ч то д и н ам и ка со лн еч н ы х ч асти ц о п р ед еляет р асп р ед елен и е м агн и тн ы х п олей и н а р ассто ян и ях , д алеки х от С о лн ц а. П лазм а как б ы вы тяги вает м агн и тн о е п оле С о лн ц е н ар уж у, ф ор м и руя вн еш н ее м агн и тн о е п о ле. Н ельзя, ко н еч н о, н е у ч и ты вать и того , ч то в сам ой вн еш н ей ср ед е сущ ествую т то ки , ген ер и р ую щ и е сво и м агн и тн ы е п о ля, ко тор ы е вм есте с вы н есен н ы м н аруж у м агн и тн ы м п о лем С олн ц а ф о рм и рую т ед и н о е м еж п лан ет н о е м агн и тн о е п оле. Е го п р о стр ан ствен н ая стр уктур а д о вольн о сло ж н а, н о в п ер во м п р и б ли ж ен и и о н а п о втор яет стр уктур у п о то ков п лазм ы , т.е. арх и м ед овы сп и р али (ри с. 12 .3 ). Н а С о лн ц е вели ч и н а и н д укц и и м агн и тн о го п о ля и зм ен яется о т 1 Г с в п о ляр н ы х о б ластях д о 3 000 Г с в р ай о н е п ятен — акти вн ы х об ластях. С увели ч ен и ем р ассто ян и я о т С олн ц а 170 Р и с. 12.3 П остоя н н о в ы тек аю щ и й сол н еч н ы й в етер «в ы тя ги в ает» м агн и тн ое п ол е С ол н ц а в м еж п л ан етн ое п р остр ан ств о, создав ая м еж п л ан етн ое м агн и тн ое п ол е. М агн и тн ы е п о ля п лан ет (м агн и то сф ер ы ) п р ед ставляю т со б о й п р еп ятстви я д ля солн еч н о го ветра. о н а б ы стро п ад ает и н а о рб и те З ем ли ее вели ч и н а в со тн и и ты сяч и раз м ен ьш е. 12.3. А к ти в н ая ж и зн ь н аш ей зв езды Д и н ам и ка вн еш н и х о б о лоч ек С о лн ц а - со лн еч н ая акти вн о сть, н аво д и т н а м ы сль о б и зм ен ч и во сти п о вед ен и я ц ен тр альн о го тела н аш ей С о лн еч н о й си стем ы . Э то так, н о ... как п о см о тр еть... Д ей стви тельн о , есть п о н яти е «со лн еч н о й п о сто ян н о й » - п о лн о е ко ли чество и злуч ен и я, п ад аю щ его в теч ен и е од н о й м и н уты н а ед и н и ц у п ло щ ад и в о д и н квад р атн ы й сан ти м етр н а о рб и те З ем ли . В ели ч и н а со лн еч н о й п о стоян н ой со ставляет 1 .9 7 так н азы ваем о й Б о льш о й калор и и . И н тр и гую щ и м д ля н ауки является тот ф акт, ч то со лн еч н ая 171 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 110 п о сто ян н ая н еи зм ен н а во вр ем ен и с то ч н о стью 1 % ! Н о это в ср ед н ем . Д ля всех ви д о в и злу ч ен и й . Е сли м ы п о см о тр и м н а д и н ам и ку о тд ел ьн ы х ви д о в и злу ч ен и й С о лн ц а, то вы во д о п о сто ян стве зд есь н е п р и м ен и м . И зу ч ен и е акти вн о сти С о лн ц а н ач ало сь, вер о ятн о , с тех «тем н ы х м ест» н а его п о вер х н о сти , ко то р ы е б ы ли зам еч ен ы лю д ьм и со тн и л ет н азад и п о лу ч и ли н азван и е « со лн еч н ы х п ятен ». С о лн еч н ы е п ятн а и и х д ви ж ен и е п о д и ску С о лн ц а о ткр ы ты Г али л еем в 1 6 1 1 г. Е сли всп о м н и ть о б о теч ествен н ы х и сслед о вател ях п ятен н а С о лн ц е, то п ер вы м и з н и х б ы л, н авер н о е, п атр и ар х Н и ко н . И м ен н о в его лето п и си (XVII век) м ы н ах о д и м сло ва о то м , ч то «м еста ч ер н ы п о С о лн ц у , аки гво зд и ...». Т еп ер ь м ы м н о го е зн аем о со лн еч н ы х п ятн ах — о б ластях в ф о то сф ер е С о лн ц а, о тли ч аю щ и х ся б о л ее н и зко й тем п ер ату р о й (п р и м ер н о н а 1 5 00 гр ад у со в). О н и во зн и каю т там , гд е п р еж д е «го р ели » н еб о л ьш и е «ф акел ы » — ло кальн ы е и звер ж ен и я со лн еч н о й п лазм ы . Д ва астр о н о м а, Г . Ш ваб е в Г ер м ан и и и Ρ . ф о н В о льф в Ш вей ц ар и и , р еш и ли зан яться п о д сч ето м со лн еч н ы х п ятен и о б н ару ж и ли , ч то ч и сло и х н а д и ске м ен яется с у д и ви тел ьн о й ц и кли ч н о стью . К аж д ы е 1 1 лет (п р и б ли зи тел ьн о , ко н еч н о ) ч и сло со лн еч н ы х п ятен д о сти гает сво его м и н и м у м а и ли м акси м у м а. Б ы л введ ен так н азы ваем ы й и н д екс со лн еч н о й акти вн о сти — ч и сло В о л ьф а — W: W = f+10g. В это й ф о рм у ле f — ч и сло п ятен , a g — ч и сл о гру п п п ятен , ви д и м ы х н а С о лн ц е. Т ак б ы л о ткр ы т со лн еч н ы й ц и кл. О тсч ет со лн еч н ы х ц и кло в вед ется с XVIII века, п о это м у м ы сей ч ас ж и вем в эп о ху м и н и м у м а 23 ц и кла (р и с. 1 2 .4 ). Н о ц и кли ч н о сть и зм ен ен и я ч и сла со лн еч н ы х п ятен — н е ед и н ствен н ая зако н о м ер н о сть акти вн о го С о лн ц а. О казало сь, ч то п ятн а, о б р азовавш и сь н а ср ед н и х ш и р о тах , «сп о лзаю т» со вр ем ен ем к эквато ру , п р акти ч ески и сч езая в го д ы м и н и м у м а со лн еч н о й акти вн о сти . Э та зако н о м ер н о сть п о лу ч и л а н азван и е «д и агр ам м ы б аб о ч ки » и го р азд о п о лн ее о п и сы вает ц и кл со лн еч н о й акти вн о сти п о ч и слу п ятен (р и с. 1 2 .5 ). 172 Р и с.12.4. П ер и оди ч н ость ак ти в н ости С ол н ц а п о и зм ер ен и я м ч и сл а сол н еч н ы х п я тен (зак он ом ер н ость Ш в абе-В ол ь ф а). С р ед н и й п ер и о д м еж д у д ву м я п о след о вательн ы м и ц и клам и со ставляет 1 1 ,1 лет, х о тя о тд ел ьн ы е п ер и о д ы п р о д о лж али сь о т 7 д о 1 7 лет. П ятн а о б лад аю т ещ е о д н и м х ар актер н ы м св о й ство м : о н и ко н ц ен тр и ру ю т о ч ен ь си л ьн ы е м агн и тн ы е п о ля, п р евы ш аю щ и е ср ед н и е п о ля в о кр естн о сти в ты сяч и р аз. П о явлен и е м агн и тн о го п о ля есть сл ед стви е су щ ество ван и я электр и ч ески х то ко в. Б о л ее си л ьн о е п о ле ген ер и р у ется б о лее м о щ н ы м то ко м . Т о ки , вы зы ваю щ и е н аб лю д аем ы е в п ятн ах п о ля, м о гу т д о сти гать о гр о м н ы х вел и ч и н - 1012 А м п ер (н ап о м н и м , ч то 1 0 9 — это м и лли ар д ). О тсю д а во зн и кает п о н яти е акти вн о й о б ласти н а С о лн ц е: это то т у ч асто к в ф о то сф ер е С о лн ц а, гд е ф акел ы п о р о ж д аю т п ятн а с ко н ц ен тр и р о ван н ы м и м агн и тн ы м и п о лям и и ги ган тски м и электр и ч ески м и то кам и . П р и б ли зко м р асп о ло ж ен и и п ятен м о ж ет п р о и сх о д и ть п ер езам ы кан и е п о лей , и о н и п р и о б р етаю т б о лее сл о ж н у ю стру кту ру . Е сли п о см о тр еть н а С о лн ц е «глазам и » н азем н о го м агн и то гр аф а, то м о ж н о у ви д еть п р и ч у д ли ву ю кар ти н у и зви ваю щ и х ся м агн и тн ы х си ло вы х ли н и й , п о кр ы ваю щ и х всю п о вер х н о сть С о лн ц а. О д н ако эта п р и ч у д ли во сть н е м еш ает вы яви ть о б л асти у си лен н о й 173 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 111 Р и с. 12.5 Р асп р едел ен и е ч и сл а сол н еч н ы х п я тен п о ди ск у С ол н ц а, н ап ом и н аю щ ее к р ы л ь я п ор хаю щ ей бабоч к и (З ак он Ш п ер ер а). н ап р яж ен н о сти м агн и тн о го п о ля, со ответствую щ и е м естам р асп оло ж ен и я п ятен . Д р уги м и сло вам и , «м агн и тн ая кар ти н ка» С о лн ц а во м н о го м п о вто ряет о п ти ч ескую : тем н ы е п ятн а н а светлом д и ске. 12.4. С ол н еч н ы е бур и В заи м н о е сущ ество ван и е п лазм ы и м агн и тн ы х п о лей в атм о сф ер е С о лн ц а сло ж н о и м н о го об р азн о. Н о д ва п ро ц есса и х взаи м о д ей стви я во м н ого м о п р ед еляю т стр уктур у акти вн ы х о б ластей . П лазм а — п о то ки и о н и зи р ован н ы х ч асти ц , п од вер гается возд ей стви ю м агн и тн о го п о ля, ко тор ое заставляет ч асти ц ы д ви гаться п о сп и р алеви д н ы м тр аектор и ям во кр уг си ло вы х ли н и й . С д р уго й сто ро н ы , кон ц ен тр и р ован н ы е п о то ки п лазм ы , о б лад ая б о льш о й эн ер ги ей , ко н тро ли р ую т п о вед ен и е сам о го п о ля. К ак р езультат, п о д ч ас в атм о сф ер е С о лн ц а м ы н аб лю д аем слож н ую ар о ч н ую и ли п етлео б р азн ую стр уктур у м агн и тн ы х п о лей и п лазм ы (р и с. 1 2.6 ). 174 Р и с. 12.6. Д в е ак ти в н ы е обл асти н а С ол н ц е св я зан ы др уг с др угом п етл ев и дн ы м и стр ук тур ам и , бл и зк и м и к ди п ол ь н ом у м агн и тн ом у п ол ю . С веч ен и е п етель есть н е ч то и н о е, как д ви ж ен и е р азогр ето й п лазм ы вд о ль м агн и тн ы х п етель. Н аи б о лее яр ки е уч астки (вб ли зи ф о тосф ер ы С о лн ц а) со о тветствую т б о лее вы со ки м тем п ер атур ам п лазм ы . И н о гд а п о то ки со лн еч н о й п лазм ы вы летаю т и з х ром осф ер ы , увлекая за со б о й м агн и тн ы е п о ля. Э то так н азы ваем ы е п р отуб ер ан ц ы . О соб ен н о си льн ы м п ро явлен и ем со лн еч н о й акти вн о сти являю тся со лн еч н ы е и ли х ром о сф ер н ы е всп ы ш ки . А н гли й ски й астро н ом Р .К ар р и н гто н и и н д и й ски й П .Х од ж со н б ы ли п ер вы м и , кто в 185 9 г. п о д ро б н о о п и сали м ощ н ей ш ую всп ы ш ку н а С о лн ц е. О н и уви д ели увели ч ен и е яр ко сти п ятен в «б ело м свете». В «б ело м свете» о зн ач ает, ч то о н и н аб лю д али всп ы ш ку б ез п р и м ен ен и я сп ец и альн ы х свето ф и льтро в, н асто лько м ощ н о й о н а б ы ла. О тм ети м такж е, ч то К ар р и н гто н б ы л п ер вы м , кто д о кум ен тальн о «связал» п р о явлен и е всп ы ш еч н о й акти вн о сти н а С о лн ц е с и зм ен ен и ем м агн и тн о го п о ля З ем ли — гео м агн и тн ой б ур ей . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 112 С о лн еч н ая всп ы ш ка - это м ощ н о е вы д елен и е эн ер ги и н а С о лн ц е. О ц ен ки п о казы ваю т, ч то эн ер ги я всп ы ш ки м о ж ет д о сти гать ~ 1 0 25 Д ж о улей . К о н еч н о, это д алеко д о эн ер ги и 175 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 113 взр ы ва свер х н о во й (1045 Д ж о у лей ), н о н а м н о ги е п о р яд ки п р ево сх о д и т р у ко тво р н у ю взр ы вн у ю эн ер ги ю ато м н ы х б о м б , со зд ан н ы х ч ело веко м . (Э н ер ги я, вы д еляем ая п р и взр ы ве 5 0 -ки ло то н н о й б о м б ы ~2•1014 Д ж о у лей .) О д н ако м о щ н ы е п о то ки п лазм ы и си льн ы е м агн и тн ы е п о л я — н е ед и н ствен н ы е п р о явл ен и я со лн еч н ы х всп ы ш ек. В о вр ем я всп ы ш ек н а С о лн ц е н аб лю д атели н а З ем л е и н а сп у тн и ках р еги стр и р у ю т ц елу ю гам м у р азли ч н ы х явл ен и й . Э то р ен тген о вско е и злу ч ен и е — р езу льтат теп ло во й эм и сси и п лазм ы в ко р о н е, н агр ето й д о 1 0 7К ; р ад и ои злу ч ен и е в ги гагер ц о во м (109Г ц ) и тер агер ц о во м (1012Г ц ) д и ап азо н ах д ли н во лн , во зн и каю щ ее всл ед стви е д ви ж ен и я р ел яти ви стски х электр о н о в в м агн и тн ы х п о лях ; ж естко е гам м а-и злу ч ен и е, как п р о д у кт яд ер н ы х р еакц и й , п р о и сх о д ящ и х в атм о сф ер е С о лн ц а. И , н ако н ец , это — со лн еч н ы е эн ер ги ч н ы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы (п р о то н ы , электр о н ы , яд р а). И х ч асто н азы ваю т со лн еч н ы м и ко см и ч ески м и лу ч ам и (С К Л ). Э ти ч асти ц ы п р и о б р етаю т зн ач и тел ьн ы е эн ер ги и в р езу льтате д ей стви я р азли ч н ы х у скор и тельн ы х м ех ан и зм о в как в атм о сф ер е С о лн ц а, так и в п р о ц ессе р асп р о стр ан ен и я в м еж п лан етн о й ср ед е. К акая м акси м альн ая эн ер ги я ч асти ц , ген ер и р у ем ы х н а С о л н ц е во вр ем я м о щ н ы х со лн еч н ы х со б ы ти й ? И зм ер ен и я п о казы ваю т, ч то эн ер ги я эти х ч асти ц м о ж ет д о сти гать ~ 1 Г эВ = 1 0 9эВ . Э то зн ач и тел ьн о м ен ьш е, ч ем эн ер ги и ч асти ц , ген ер и р у ем ы х п р и взры вах свер х н о вы х (~1 П эВ = 1 0 15эВ ), н о , тем н е м ен ее, и х эн ер ги и п ер екр ы ваю тся во вр ем я сам ы х м о щ н ы х со б ы ти й с н и зко эн ер ги ч н о й ч астью сп ектр а ко см и ч ески х лу ч ей , п р и х о д ящ и х к н ам и з Г алакти ки . У ско р ен и е эти х ч асти ц м о ж ет п р о и сх о д и ть н а сам о й р ан н ей ф азе р азви ти я всп ы ш ки , т.е. вн у тр и со лн еч н о й атм о сф ер ы . С ей ч ас ясн о , ч то со лн еч н ая всп ы ш ка н о си т взр ы вн о й х ар актер и со п р о во ж д ается вы б р о со м со лн еч н о го вещ ества в м еж п лан етн о е п р о стр ан ство . Б ы стр ы е и зм ен ен и я м агн и тн ы х п о лей (как п о н ап р яж ен н о сти , так и п о п р о стр ан ствен н о й ко н ф и гу р ац и и ) п р и во д ят к ген ер ац и и м о щ н ы х и н д у кц и о н н ы х электр и ч ески х п о лей , ко то р ы е, со б ствен н о , и м о гу т р азго н ять ч асти ц ы д о н аб лю д аем ы х эн ер ги й . 176 С о став со лн еч н ы х ко см и ч ески х лу чей н е и д ен ти ч ен гал акти ч ески м . С р ед н и й элем ен тн ы й со став Г К Л и С К Л м о ж н о у ви д еть н а р и с. 1 2 .7 . Р азли ч и е о п р ед еляется, в п ер ву ю о ч ер ед ь, о тсу тстви ем в со лн еч н ы х ч асти ц ах легки х эл ем ен то в — Li, Be и В . Э ти элем ен ты , б у д у ч и вто р и ч н ы м и в ко см и ч ески х лу ч ах (п ред п о лагается, ч то о н и «вы го р аю т» в тер м о яд ер н ы х р еакц и ях в звезд е), п р о сто н е у сп еваю т р о ж д аться в яд ер н ы х р еакц и ях п р и п р о х ож д ен и и ч асти ц С К Л о т С о лн ц а д о З ем ли . К р о м е то го , элем ен тн ы й со став С К Л м о ж ет м ен яться п р и и х п р о н и кн о вен и и в м агн и тн о е п о ле З ем л и , т.к. эф ф екти вн о сть п р о н и кн о вен и я ч асти ц зави си т о т и х ж естко сти , а сам а ж естко сть о п р ед ел яется ти п о м ч асти ц ы и ее ско р о стью (см . главу 1 3 ). Р азви ти е ко см и ч ески х м ето д о в н аб лю д ен и й С о лн ц а в р азли ч н ы х д и ап азо н ах д ли н во л н п о зво ли ло п о лу ч и ть « кар ти н ки » акти вн ы х п р о ц ессо в с о ч ен ь х о р о ш и м вр ем ен н ы м и п р о стр ан ствен н ы м р азр еш ен и ем . У ч ен ы е-со лн еч н и ки о б р ати ли вн и м ан и е н а су щ ество ван и е ещ е о д н о го п р оц есса, связан н о го с акти ви зац и ей С о лн ц а, н о , вер о ятн о , о тли ч н о го о т со лн еч н о й всп ы ш ки . Р и с. 12.7 С р едн я я р асп р остр ан ен н ость эл ем ен тов (атом н ы х я дер ) в гал ак ти ч еск и х и сол н еч н ы х к осм и ч еск и х л уч ах. 177 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 114 Э то — «кор он альн ы е и н ж екц и и м ассы » (« coronal mass ejection» — С М Е ). О н и п р ед ставляю т со б о й м агн и тн ы е о б лака п лазм ы , сво б о д н о р асп р о стр ан яю щ и еся в м еж п лан етн о м п ро стр ан стве. У д и ви тельн о , н о в 9 0% всп ы ш ек С М Е н е н аб лю д аю тся, ч то н аво д и т н а м ы сль о н езави си м о сти ф и зи ч еско го п р о ц есса, и х вы зы ваю щ его, о т ген ер атора со лн еч н ы х всп ы ш ек. О д н ако какая -то связь все ж е есть, т.к. то лько 60 % С М Е п р о и сх од и т б ез всп ы ш ек. В м акси м ум е ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти м о ж ет н аб лю д аться д о 2 -х С М Е в д ен ь. В м и н и м ум е эти явлен и я гор азд о р еж е — н е б о лее 1 -го в н ед елю . К ако е ж е о тн о ш ен и е С М Е м о гут и м еть к уско р ен и ю со лн еч н ы х ч асти ц д о вы со ки х эн ер ги й ? Д ело в то м , ч то , р асп ро стр ан яясь в м еж п лан етн о й ср ед е, эти «м агн и тн о -п лазм ен н ы е» о б лака н ар уш аю т сп о ко й н ую стр уктур у «вяло текущ его » со лн еч н о го ветр а с вм ор ож ен н ы м в н его м агн и тн ы м п о лем С о лн ц а. П о сути , в м еж п лан етн ой ср ед е п ро и сх од и т р асп р остр ан ен и е уд ар н о й во лн ы , огр ан и ч ен н о й в п р о стр ан стве р азм ер ам и о б лака С М Е . Е сли это так, то м ы вн о вь сталки ваем ся с ко см и ч ески м ускор и телем , о ч ен ь ти п и ч н ы м д ля В селен н о й . К ак и уд ар н ы е во лн ы о т свер х н о вы х , уд ар н ы е волн ы С М Е м о гут уско р ять ч асти ц ы п о ср ед ство м стох асти ч еского м ех ан и зм а ти п а Ф ерм и (р и с. 12 .8 ). К ак п о казы ваю т р асч еты Е .Б ер еж ко, м ощ н о сти таки х явлен и й в м еж п лан етн о м п р о стр ан стве вп о лн е д о статоч н о д ля ускорен и я ч асти ц д о с о тен М эВ . К ак ч асто та со лн еч н ы х б урь (всп ы ш ек н а С о лн ц е, корон альн ы х и н ж екц и й м асс) соо тн о си тся с со лн еч н о й акти вн о стью ? Д ей стви тельн о , в год ы , б ли зки е к м акси м ум у ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти , н аб лю д ается б о льш ее ч и сло со лн еч н ы х со б ы ти й , ч ем , скаж ем , в глу б о ко м м и н и м ум е. Т ак в м акси м ум е м о ж н о н аб лю д ать п о ро й д о н еско льки х всп ы ш ек в д ен ь. О д н ако , о тм еч ен о , что в го д ы , б ли зки е к м и н и м ум у, осо б ен н о н а ф азе сп ад а ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти , п ро явлен и е всп ы ш еч н о й акти вн о сти С о лн ц а и и н ж екц и й м асс (п о ро й п о сво и м п ар ам етр ам д о сти гаю щ и х экстр ем альн ы х зн ачен и й ) - н ер ед ки е со б ы ти я. Т о лько в теч ен и е п о след н его п ер и о д а сп ад а акти вн о сти , с 20 00 п о 20 05 гг., и х б ы ло н еско лько. 178 Р и с. 12.8. К ор он ал ь н ая и н ж ек ц и я сол н еч н ого в ещ еств а п р едстав л я ет собой м агн и тн о-п л азм ен н ое обл ак о, р асп р остр ан я ю щ ееся в м еж п л ан етн ом п р остр ан ств е. У д ар н ая во лн а, след ую щ ая вм есте с и н ж екти р о ван н ы м о б лаком , м о ж ет ускор ять о кр уж аю щ и е еѐ ч асти ц ы д о вы со ки х эн ер ги й , ф ор м и р уя тем сам ы м п ото ки со лн еч н ы х ко см и ч ески х луч ей . П о след н ее соб ы ти е - 2 0 ян вар я 2 005 г., ко гд а м ощ н ая акти вн ая об ласть н а С о лн ц е п р о и звела п о то ки сто ль эн ер ги чн ы х ч асти ц , ко то р ы е н е н аб лю д али сь с 1 98 9 г. И это п р о и зош ло п р акти ч ески в м и н и м ум е ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти . П о это м у воп р о с о связи ц и кло в со лн еч н о й акти вн о сти и ее п р оявл ен и ях в ви д е таки х вы со коэн ер гети ч ески х п р о ц ессо в в м еж п лан етн о й ср ед е, как со лн еч н ы е всп ы ш ки и ко ро н альн ы е и н ж екц и и м ассы , о стается откр ы ты м . Н аско лько м ощ н ы и и н тен си вн ы со лн еч н ы е б ур и н а н аш ем ж елто м кар ли ке? С м отр я с ч ем ср авн и вать. Н ап р и м ер, всп ы ш еч н ая акти вн о сть С о лн ц а м ен ьш е всп ы ш еч н о й акти вн о сти сам ы х акти вн ы х кр асн ы х кар ли ко в н а 4 п о ряд ка вели ч и н ы . 179 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 115 12.5. П л азм ен н ая буты л ь сол н еч н ой си стем ы И так, н аш а звезд а явл яется п о сто ян н ы м и сто ч н и ко м п лазм ы и м агн и тн ы х п о лей . П лазм а с вм о р о ж ен н ы м в н ее м агн и тн ы м п о л ем р асп р о стр ан яется в р ад и альн о м н ап р авлен и и о т С о лн ц а, зап о лн яя гели о сф ер у — м еж п лан етн о е п р о стр ан ство , в ко то р о м н ах о д ятся п л ан еты н аш ей С о лн еч н о й си стем ы , кр у п н ы е астер о и д ы , п р и летаю щ и е к н ам ко м еты и д р у ги е б олее м елки е о б ъ екты В селен н о й . Б езу сло вн о , со лн еч н ы й ветер д о лж ен о казы вать вли ян и е н а все эти тела, н о это — о тд ельн ы й п р ед м ет ко см и ч еско й ф и зи ки . С ей ч ас ж е зад ад и м ся во п р о со м , ч то м о ж ет п р о и зо й ти с со лн еч н ы м ветр о м и м агн и тн ы м п о лем н а д ал еки х р ассто ян и ях , там , гд е со л н еч н ая си стем а «ко н ч ается»? В связи с эти м во п р о со м всп о м н и м стр у кту ру н аш ей Г алакти ки (см . р и с. 1 .6 ). С о лн еч н ая си стем а со вер ш ает кр у го во е д ви ж ен и е во кр у г ц ен тр а Г ал акти ки н а р ассто ян и и о ко ло 2 5 00 0 п ар сек. С ко р о сть д ви ж ен и я со лн еч н о й си стем ы о тн о си тел ьн о м еж звезд н о й ср ед ы с о ставляет «всего » 2 5 км /сек. М еж звезд н ая ср ед а н е п у ста, о н а зап о лн ен а н ей тр альн ы м газо м , м агн и тн ы м и п о лям и и ко см и ч ески м и лу ч ам и . И о н и п р о ти во д ей ству ю т д ви ж у щ ем у ся н а н и х п о то ку ч асти ц со лн еч н о го ветр а. У ч и ты вая, ч то п ло тн о сть ч асти ц со лн еч н о го ветр а п ад ает о б р атн о п р о п о р ц и о н альн о квад р ату р ассто ян и я о т С о лн ц а и и сп о льзу я о ц ен ки д л я п ло тн о стей н ей тр ало в, ко см и ч ески х лу ч ей и м агн и тн о го п о ля в м еж звезд н о й ср ед е, м о ж н о п о лу ч и ть о ц ен ку р ассто ян и я д о то й гр ан и ц ы , гд е д авлен и е ч асти ц со лн еч н о го ветр а ср авн яется с д авлен и ем м еж звезд н о й ср ед ы . Э та гр ан и ц а п о л у ч и ла н азван и е гели о п ау зы . О н а оп р ед ел яет и ско м у ю гр ан и ц у н аш ей со лн еч н о й си стем ы (р и с. 1 2 .9 ). М ож н о п о казать, ч то эта п о гр ан и ч н ая о б ласть ф о р м и ру ет в п р о стр ан стве н еч то н ап о д о б и е б у ты ли , и ли ко ко н а, о б р ащ ен н о го в н ап р авлен и и «ввер х п о п о то ку » в м еж звезд н о м п р о стр ан стве. А вн у тр и это го коко н а д о лж н а о б р азо ваться п о гр ан и ч н ая у д ар н ая во лн а (termination shock). З а н ей ско р о сть со лн еч н о го ветр а р езко зам ед л яется. 180 Р и с. 12.9 С тр ук тур а гел и осф ер ы . В н у тр и гел и о п ау зы п рео б лад ает д и н ам и ч еско е д авл ен и е со лн еч н о й п лазм ы , за н ей — н ей тр ал ьн о го газа, ко см и ч ески х л у ч ей и м агн и тн ы х п о лей . П р ед п о лагается, ч то как д о гели о п ау зы , так и за н ей д о лж н ы о б р азо вы ваться у д ар н ы е во лн ы . К ак д алеко о т С о лн ц а р асп о ло ж ен ы гели о п ау за и у д ар н ая во лн а? Р асч еты д аю т о ц ен ку р ассто ян и я д о у д ар н о й волн ы — н е м ен ее 7 0 -1 0 0 А Е (астр о н о м и ч ески х ед и н и ц ). Б о лее тр и д ц ати лет н азад в н ап р авлен и и о т С о лн ц а б ы ли зап у щ ен ы ч еты р е ко см и ч ески х ап п ар ата: «Pioneer-1 0 », «Pioneer-1 1 » и «Voyager-1, «Voyager-2 ». С ей ч ас все о н и н ах о д ятся в м есте п р ед п о лагаем о го р асп о л о ж ен и я п о гр ан и ч н о й у д ар н о й во лн ы (см . р и с. 1 2 .9 ). К ако в р езу льтат? К ак это ч асто б ы вает в н ау ке, м н ен и я у ч ен ы х р азо ш л и сь. Д ей стви тельн о , п о м ер е п р и б ли ж ен и я к п р ед п о лагаем о й у д ар н о й во лн е, д етекто р ы зар яж ен н ы х ч асти ц н а « Voyager» н ач али р еги стр и р о вать н ео б ы ч н ы е ф л у кту ац и и и х п о то ко в. Э то м о гло б ы б ы ть сви д етельство м у ско р ен и я н а у д ар н о й во лн е ч асти ц со л н еч н о го п р о и сх о ж д ен и я, д о летевш и х д о эти х р ассто ян и й . И зд есь м ы вн о вь сталки ваем ся с у ско р ен и ем ч асти ц н а у д ар н ы х во лн ах! П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 116 О д н ако у тако й и н тер п р етац и и 181 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 117 эксп ер и м ен тальн ы х д ан н ы х п о ка есть п р о ти вн и ки , у твер ж д аю щ и е, ч то п о ка д о казательств су щ ество ван и я у д ар н о й во лн ы «Voyager-1 и 2» н е п р ед стави ли ... Ч то ж , н ад о ж д ать н о вы х эксп ер и м ен то в и ан али зи р о вать вн о вь п о сту п аю щ и е эксп ер и м ен тал ьн ы е д ан н ы е. Н о д о казательства су щ ество ван и я гр ан и ц ы гел и о сф ер ы м огу т б ы ть п о лу ч ен ы и д р у ги м и м ето д ам и и н е то лько с п о м о щ ью п р ям ы х и зм ер ен и й ч асти ц и п о лей н а ко см и ч ески х ап п ар атах . Т аки е свед ен и я н ам м о гу т д ать ко см и ч ески е лу ч и , п о п ад аю щ и е в гели о сф ер у и з м еж звезд н о го п р о стр ан ства. И так, ч то ж е п р о и сх о д и т с тем и ч асти ц ам и , ко то р ы е, б у д у ч и у ско рен н ы м и во В сел ен н о й , п р о н и каю т вн у тр ь н аш ей С о лн еч н о й си стем ы ? П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 118 Гл ав а 13. П О С Л Е Д Н Е Е П Р И С Т А Н И Щ Е С Т РА Н Н И К О В В ся В сел ен н ая со д ер ж и т п о сл ан и е. Р асш и ф р у й его. И язы к его - это зд есь и сей ч ас. О ш о (Б ха га ва н Ш р и Р а д ж ни н ) К о см и ч ески е лу ч и , р о ж д аясь и р асп р о стр ан яясь во В селен н о й , п о п ад аю т и в С о лн еч н у ю си стем у — ср ед у , гд е и х п ар ам етр ы м о гу т и зм ен яться. Ч то и м ен н о п р о и сх о д и т с ко см и ч ески м и лу ч ам и в о крестн о сти С о лн ц а — п р ед м ет р ассм о тр ен и я д ан н о й главы . 13.1. С ол н еч н ая м етл а О б р ати те вн и м ан и е н а р и с. 1 2 .3 . А р хи м ед о вы сп и р али со лн еч н о й п лазм ы с вм о р о ж ен н ы м в н и х м агн и тн ы м п о лем (сп р и н клер ) б у д у т, б езу сло вн о , взаи м о д ей ство вать с зар яж ен н ы м и ч асти ц ам и , п о п ад аю щ и м и в гели о сф еру и з вн еш н его п р о стр ан ства. М еж п л ан етн о е м агн и тн о е п о ле и скр и вл яет тр аекто р и и галакти ч ески х ко см и ч ески х лу ч ей , стр ем ясь у м ен ьш и ть и н тен си вн о сть вх о д ящ и х в это п р о стр ан ство ч асти ц . И звестн о , ч то н а ч асти ц у , п о п авш у ю в м агн и тн о е п о ле, д ей ству ет си ла Л о р ен ц а, вели ч и н а ко то р о й зави си т о т ско р о сти ч асти ц ы . Д ля о п и сан и я д ви ж ен и я ч асти ц в м агн и тн о м п о ле и сп о л ьзу ется вели ч и н а ж естко сти R, являю щ аяся о тн о ш ен и ем и м п у льса ч асти ц ы (mv) к ее зар яд у (Q). Ч асти ц ы с о д и н ако во й ж естко стью и м ею т о д и н ако вы е тр аекто р и и в м агн и тн о м п о ле. С у вели ч ен и ем ско р о сти ч асти ц ы , и ли ее эн ер ги и , си ла Л о р ен ц а у м ен ьш ается. П о это м у , ч ем б о льш е эн ер ги я ч асти ц ы , и ли ее ж естко сть, тем м ен ее эф ф екти вн о во зд ей ству ет м агн и тн о е п о ле н а ч асти ц у . С лед о вательн о , д ля галакти ч ески х 183 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 119 ко см и ч ески х луч ей м о ж н о о ж и д ать о слаб лен и е и х п ото ка то лько в н и зко эн ер ги ч н о й ч асти сп ектр а. Ч ем вам н е м етла? Э то явлен и е н азы вается м о д уляц и ей ко см и ч ески х луч ей . Э ф ф екти вн о сть м о д уляц и и зави си т н е только о т р ассто ян и я д о С о лн ц а, н о и о т со лн еч н о й акти вн о сти . В п ер и о д ы б олее си льн о й акти вн о сти , ко гд а п о то ки п лазм ы б о лее м ощ н ы е, а м агн и тн о е п о ле б о лее н еод н ор од н о е в п ро стр ан стве, м ы б уд ем н аб лю д ать м ен ее и н тен си вн ы е п о то ки галакти ч ески х ко см и ч ески х луч ей вн утр и гели о сф ер ы . И , н ао б оро т, в м и н и м ум е ц и кла со лн еч н ой акти вн о сти п о то ки ко см и ч ески х луч ей б уд ут м акси м альн ы . Э то н агляд н о д ем о н стр и р уется ср авн ен и ем кр и вы х, ото б р аж аю щ и х ч и сло со лн еч н ы х п ятен и п о то ко в ко см и ч ески х луч ей (р и с. 13 .1 ). О н и , как го вор ят ф и зи ки , н ах о д ятся в «п р оти воф азе» м и н и м ум со лн еч н о й акти вн о сти соо тветствует м акси м ум у п о то ка ко см и ч ески х луч ей и н ао б о ро т. Р и с. 13.1. М одул я ц и я к осм и ч еск и х л уч ей (н и ж н я я п ан ел ь ) п о н абл ю ден и я м н а стан ц и я х, р асп ол ож ен н ы х в эк в атор и ал ь н ой и в п ол я р н ой (где п ор огов ая ж естк ость ч асти ц м ен ь ш е) обл астя х. В верх у п о казан о и зм ен ен и е со лн еч н о й акти вн о сти (п о чи слам В о льф а) за то т ж е п ер и о д вр ем ен и . 184 Э ф ф екти вн о сть м о д уляц и и п о то ка зави си т о т р ассто ян и я. Ч ем д альш е о т С о лн ц а, тем м ен ьш е б уд ут и зм ен ен и я п ото ко в ко см и чески х луч ей . А н али зи р уя таки е д ан н ы е, т.е. зави си м о сть степ ен и м о д уляц и и галакти ч ески х ко см и ч ески х луч ей от р ад и альн о го р ассто ян и я, и сслед о ватели п р и х о д ят к о ц ен кам п о ло ж ен и я вн еш н ей гр ан и ц ы о б ласти м о д уляц и и н а р ассто ян и ях м ен ее 1 00 а. е. П оэтом у гд е-то в это м м есте д о лж н а р асп о лагаться и п о гр ан и ч н ая уд ар н ая во лн а гели о сф ер ы и гели о п ауза. Т еп ер ь п о п ы таем ся воо б рази ть тр ех м ер н ую , о б ъ ем н ую кар ти н у о б ласти эф ф екти вн о й м о д уляц и и ко см и ч ески х луч ей . М ы м ало об этом зн аем . П р ед п о лагается, ч то эта о б ласть и м еет ф ор м у элли п со и д а, сп лю щ ен н о го в п ер п ен д и куляр н ы х о т п ло ско сти экли п ти ки н ап р авлен и ях . В б ли зи С о лн ц а такая стр уктура элли п со и д а д и кто валась п р ед п о ло ж ен и ем сущ ество ван и я б о лее од н о ро д н о го м агн и тн о го п о ля С о лн ц а вб ли зи его п олю со в. Т ак б ы ло д о н ач ала м и сси и ко см и ч еско го ап п ар ата « U lysses», зап ущ ен н о го в н ач але 90 х. Р и с. 13.2. С тр ук тур а м агн и тн ого п ол я С ол н ц а п о дан н ы м к осм и ч еск ого ап п ар ата «U lysses», обл етев ш его С ол н ц е ч ер ез Ю ж н ы й и С ев ер н ы й п ол ю са. М о д уляц и я ко см и ч ески х луч ей вн е п ло ско сти экли п ти ки о казалась тако й ж е, как и в н ей — х аоти ч н о й структур ы м агн и тн о го п о ля. и з-за П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 120 185 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 121 Э то б ы л п ер вы й ко см и ч ески й ап п ар ат, вы л етевш и й за п р ед елы п ло ско сти экли п ти ки . Д ело в то м , ч то ап п ар аты , зап у щ ен н ы е в ко см и ч еско е п р о стр ан ство со 2 -й ко см и ч еско й ско р о стью , б у д у т лететь, как и все п л ан еты , в п ло ско сти экли п ти ки . Д ля то го , ч то б ы ко см и ч еско м у ап п ар ату вы л ететь и з н ее, н у ж ен д о п о лн и тел ьн ы й и м п у льс. Е го м о ж н о со зд ать д ви гател ем , а м о ж н о ... гр ави тац и о н н ы м м ан евр о м . И м ен н о так б ы л «зап р о гр ам м и ро ван » « Ulysses» . Е го зап у сти ли н е в сто р о н у С о лн ц а, а в о б р атн о м н ап р авл ен и и . Д о летев д о Ю п и тер а, сам о й м асси вн о й п лан еты С о лн еч н о й си стем ы , о н р езко и зм ен и л тр аекто р и ю сво ей о р б и ты , «вы л етел» и з п ло ско сти экли п ти ки и п о летел в сто р о н у С олн ц а. О н н еско л ько р аз п р о летел н ад п о лю сам и С о лн ц а, п р ед о стави в у ч ен ы м у н и кал ьн у ю и н ф о р м ац и ю о стр у кту р е п лазм ы , м агн и тн ы х п о лей и ко см и ч ески х лу ч ей вн е п ло ско сти экл и п ти ки . О казало сь, ч то степ ен ь м о д у ляц и и ко см и ч ески х лу ч ей н ад п о лю сам и во все н е такая эф ф екти вн ая, как это п р ед п о лага- Р и с. 13.3. П р и м ер н ая ф ор м а эн ер гети ч еск и х сп ек тр ов сол н еч н ы х и гал ак ти ч еск и х к осм и ч еск и х л уч ей (дл я в сех ч асти ц ) и ан ом ал ь н ой к ом п он ен ты (дл я к и сл ор ода). А н о м ал ьн ая ко м п о н ен та ви д н а то лько в м и н и м у м е со лн еч н о й акти вн о сти . 186 ло сь р ан ее (р и с. 1 3 .2 ). М о д у ляц и о н н ая кар ти н а гал акти ч ески х ко см и ч ески х лу ч ей о казалась м ало о тли ч аю щ ей ся о т то й , ко то р ая н аб лю д ается в п ло ско сти экли п ти ки . А это зн ач и т, ч то у п о м ян у ты й вы ш е м о д у ляц и о н н ы й эл ли п со и д н е тако й у ж и сп лю сн у ты й ... Е сли теп ер ь о б р ати ться к эн ер гети ч еско м у сп ектр у галакти ч ески х ко см и ч ески х лу ч ей (см . р и с. 13.3), то м ож н о ви д еть х ар актер н ы й м акси м у м в сп ектр е п р и эн ер ги и о ко ло 4 0 0 М эВ / н у кл. Е го п о явл ен и е как р аз и связан о с м о д у ляц и ей ко см и ч ески х лу ч ей вн у тр и гели о сф ер ы : ч асти ц ы с эн ер ги ям и м ен ьш и м и ~ 4 0 0 М эВ /н у кл «вы м етаю тся» и з со лн еч н о й си стем ы н аш ей звезд о й . В го д ы м акси м у м а со лн еч н о й акти вн о сти п ад ен и е п о то ко в сл ева о т м акси м у м а сп ектр а б о л ьш е, а в м и н и м у м ах м ен ьш е. В о т так н аш а звезд а защ и щ ает н ас о т п о то ка у ско р ен н о й во В сел ен н о й м еж звезд н о й п ы ли ... 13.2. А н ом ал ь н ы е ч асти ц ы в гел и осф ер е Г ели о сф ер а зап о лн ен а р азн о о б р азн ы м и ч асти ц ам и - это и галакти ч ески е ч асти ц ы , п р о н и каю щ и е в н ее и звн е, и з м еж звезд н о го п р о стр ан ства, и со лн еч н ы е: п лазм а со лн еч н о го ветр а и со лн еч н ы е ко см и ч ески е лу ч и . О д н ако есть ещ е о д н а ко м п о н ен та, о ткр ы тая в н ач але 7 0 -х го д о в. И сслед о ватели ко см и ч ески х лу ч ей о б р ати ли вн и м ан и е н а то , ч то в эн ер гети ч еско м сп ектр е ч асти ц и м еется х ар актер н ая о со б ен н о сть — ло кальн ы й м акси м у м п р и эн ер ги ях 1 0 -1 5 М эВ / н у кло н (р и с. 1 3 .3 ). И н тер есн ы м о казал ся ф акт его су щ ество ван и я н е д л я всех элем ен то в, а то лько д л я ки сло р о д а, гели я, н ео н а и р яд а д ру ги х . Б ы ло такж е о б н ар у ж ен о , ч то эта ко м п о н ен та ко см и ч ески х лу ч ей п о д вер гается го р азд о б о лее м о щ н о й со лн еч н о й м о д у ляц и и , ч ем в слу ч ае «о б ы ч н ы х » галакти ч ески х ч асти ц . И м ен н о в си лу эти х о б сто ятел ьств таки е ч асти ц ы п о лу ч и ли н азван и е «ан о м альн ы х ко см и ч ески х лу ч ей » (А К Л ). В стал во п р о с о б и х п р о и сх о ж д ен и и . А м ер и кан ски й астр о ф и зи к Л . Ф и ск вско р е п о сле и х эксп ер и м ен тальн о го о б н ар у ж ен и я п р ед ло ж и л о р и ги н ал ьн у ю ги п о П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 122 187 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 123 тезу и х п р ои сх о ж д ен и я (р и с. 1 3.4 ). О н а со сто яла в то м , ч то эти ч асти ц ы р о ж д аю тся и з м еж звезд н о й п ы ли , «п о д х ваты ваем о й » н аш ей гел и о сф ер о й и з м еж звезд н о го п р о стр ан ства. Э ти ч асти ц ы п р о н и каю т в гели о сф ер у , т.к. о н а д ви ж ется в галакти ч еско м п р о стр ан стве со ско р о стью 2 5 км /сек, и та ч асть н ей тр альн ы х п ы ли н о к, ко то р ая д о сти гает о кр естн о сти С о лн ц а, и о н и зи р у ется за сч ет его у льтр аф и о л ето во го и злу ч ен и я и о б м ен а зар яд ам и с п лазм о й со л н еч н о го ветр а. Ч асти ц ы стан о вятся зар яж ен н ы м и . Н о и х эн ер ги я п о ка о ч ен ь м ала п о ср авн ен и ю с ан о м альн ы м и ко см и ч ески м и лу ч ам и (со п о стави м а с эн ер ги ей ч асти ц со лн еч н о го ветр а). Э ти ч асти ц ы н ад о у скор и ть. Л . Ф и ск п р ед п о ло ж и л, ч то вм есте с п лазм о й со л н еч н о го ветр а о н и н ач и н аю т п у теш естви е к вн еш н и м о б ластям гели о сф ер ы вд о л ь ар х и м ед о вы х сп и р алей . Н у , а там , н а гр ан и ц е, и х о ж и д ает у д ар н ая во лн а. Л о ги ка м ы слей о ч еви д н а: есл и есть у д ар н ая во лн а, то след у ет о ж и д ать у ско р ен и я ч асти ц . О д н ако п р о б лем а заклю ч ается в то м , ч то н ад о д о казать су щ ество ван и е сам о й у д ар н о й во лн ы н а гр ан и ц е гели о сф ер ы (как о б это м у п о м и н ало сь вы ш е, зд есь есть п о ка р азн ы е то ч ки зр е- Р и с. 13.4. М ехан и зм обр азов ан и я ан ом ал ь н ы х к осм и ч еск и х л уч ей п о Л . Ф и ск у. 188 н и я), см о д ели р о вать взаи м о д ей стви е ч асти ц с н ей и п о п ы таться п о лу ч и ть ту ф о р м у эн ер гети ч еско го сп ектр а и те эн ер ги и ч асти ц , ко то р ы е р еал ьн о н аб лю д аю тся в эксп ер и м ен те. П о ка зд есь есть р яд во п р о со в, о тветы н а ко то р ы е ещ е н е п о лу ч ен ы . О д н ако , в ц ело м ко н ц еп ц и я Л . Ф и ска, п о ж алу й , вер н а. Э то след у ет и з то го , ч то эти ч асти ц ы , в о тли ч и е о т гал акти ч ески х и со лн еч н ы х , и м ею т зар яд , б ли зки й к 1 + . Э то о зн ач ает, ч то ато м ы элем ен то в, вх о д ящ и х в с о став А К Л , «о б о д р ан ы » н е п о лн о стью — п р акти ч ески все и х электр о н н ы е о б о ло ч ки со х р ан ен ы , н е х ватает ли ш ь о д н о й и ли д ву х ... И это весьм а важ н о , т.к. м о ж ет п р о и зо й ти ли ш ь в о д н о м слу ч ае: если и сто ч н и ки эти х ч асти ц гд е-то со всем б ли зко о т н аш ей гели о сф ер ы . Р асч еты п о казы ваю т, ч то о н и д о лж н ы р асп о лагаться н е д алее 0 ,2 п ар сека. Э то со всем р яд о м . И м ен н о н ей тр ал ьн ая п ы л ь м еж звезд н о го газа и з это й о б ласти и п о п о лн яет о ко ло со лн еч н о е п р о стр ан ство «ан о м альн ы м и ч асти ц ам и ». К ак б ы ло д о казан о , ч то эти ч асти ц ы и м ею т тако й н и зки й зар яд ? Д л я это го и сп о льзо вали м агн и тн о е п о ле З ем ли в кач естве « сеп ар и р у ю щ его д етекто р а» ч асти ц с р азн ы м и зар яд ам и . К это м у во п р осу м ы вер н ем ся н и ж е в связи с р ассм о тр ен и ем п р о б лем ы п р о н и кн о вен и я ко см и ч ески х лу ч ей в м агн и тн о е п о ле З ем ли . И так, ч асти ц ы вы со ко й эн ер ги и , зап о лн яю щ и е гели о сф ер у , и м ею т р азли ч н о е п р о и сх о ж д ен и е. Н еко то р ы е и з эти х ч асти ц галакти ч еско го и вн егалакти ч еско го п р о и схо ж д ен и я, р о ж д аю щ и еся п р и взр ы вах свер х н о вы х звезд и ли в д р у ги х астр о ф и зи ч ески х о б ъ ектах В селен н о й . П о м и м о эти х и сто ч н и ко в, С о лн ц е, в п ер и о д ы у си лен и я сво ей акти вн о сти , ген ер и р у ет эн ер ги ч н ы е ч асти ц ы , ко то р ы е м о гу т и н о гд а д о сти гать эн ер ги й гал акти ч ески х . И , н ако н ец , ло кал ьн ая м еж звезд н ая ср ед а заб р асы вает н ам п ы л ь, и з ко то р о й р ож д аю тся н о вы е эн ер ги ч н ы е ч асти ц . М ы ж и вем н а н еб о л ьш о й п лан ете, и ко см и ч ески е лу ч и , о казавш и еся вн у три гели о сф ер ы , м о гу т д о сти гн у ть и ее о кр естн о стей . Д авай те вм есте с ко см и ч ески м и лу ч ам и н ач н ем п р и б ли ж аться к З ем ле... 189 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 124 13.3. М агн и тн ая «бр он я » З ем л и П р и б ли ж аясь к З ем ле, ко см и ч ески е лу ч и встр еч аю т д ва м о щ н ы х п р еп ятстви я. О д н о и з н и х — атм о сф ер а п лан еты . В заи м о д ей стви е ко см и ч ески х лу ч ей с атм о сф ер о й б ы ло р ассм о тр ен о в главе 3 . Л и ш ь н езн ач и тельн ая д о ля п ер ви ч н ы х ч асти ц д о сти гает З ем ли . К ак п р ави ло , ко см и ч ески е лу ч и о б р азу ю т ш и р о ки е атм о сф ер н ы е л и вн и вто р и ч н ы х ч асти ц , ко то р ы е в о сн о вн о м ги б н у т в атм о сф ер е, вы д ел яя п р и это м эн ер ги ю . О д н ако есть ещ е од н а п р егр ад а д ля зар яж ен н ы х ч асти ц , н есу щ и х ся в сто р о н у Зем ли . Э то ее м агн и тн о е п о ле. ...У ан гли й ско й ко р о левы Е ли заветы б ы л п р и д во р н ы й вр ач У .Г и льб ер . О н вп ер вы е д о казал, ч то З ем ля явл яется вр ащ аю щ и м ся м агн и то м . Ф о р м а м агн и тн о го п о ля З ем ли о ч ен ь б ли зка к д и п о льн о й (р и с. 1 3.5 ), т.е. о н о весьм а н ео д н о р о д н о в п р о стр ан стве: вб ли зи п о лю со в п о л е о слаб лен о п о ср авн ен и ю с эквато р и альн ы м и Р и с. 13.5. П р он и к н ов ен и е к осм и ч еск и х л уч ей в ди п ол ь н ое м агн и тн ое п ол е З ем л и . Ч асти ц ы с б о льш ей ж естко стью R п р о н и каю т глу б ж е вн у тр ь п о ля, и ч асть и х д о сти гает атм о сф ер ы . В б ли зи п о л ю со в, гд е п о ле о сл аб л ен о , п р о н и каю т ч асти ц ы в ш и р о ко м д и ап азо н е R. В н у тр и п о ля во зм о ж н о ф о р м и р о ван и е зам кн у ты х тр аекто р и й ч асти ц (зах ват ч асти ц ). 190 о б ластям и н а тех ж е р ассто ян и ях г о т ц ен тр а З ем ли и у м ен ьш ается с р ассто ян и ем со гласн о зако н у г3. Н ап р яж ен н о сть м агн и тн о го п о ля о п р ед еляется м агн и тн ы м м о м ен то м н аш ей п л ан еты . И н тер есн о зам ети ть, ч то вел и ч и н а м агн и тн о го м о м ен та м ед л ен н о м ен яется со вр ем ен ем (это так н азы ваем ы е веко вы е вар и ац и и ). В н асто ящ ее вр ем я эта вели ч и н а у м ен ьш ается. Р асч еты п о казы ваю т, ч то к ко н ц у ч етвер то го ты сяч ел ети я (в 3 9 9 1 г.) З ем ля м о ж ет о статься н а како е-то вр ем я б ез м агн и тн о го п о ля. Е щ е о д н и м и н тер есн ы м ф акто м явл яется и н вер си я н ап р авлен и я м агн и тн о го п о ля З ем ли (п ер еп о лю со вка): в теч ен и е п о след н и х 6 0 0 м и лли о н о в лет это п р о и сх о д и ло о ко ло 1 0 00 р аз! П р и ч ем вр ем я и н вер си и д о стато ч н о д ли тельн о е: о т ты сяч и д о н еско л ьки х ты сяч л ет. В эти п ер и о д ы вр ем ен и п о ле п р акти ч ески и сч езает и ... З ем ля стан о ви тся б еззащ и тн о й о т ко см и ч ески х зар яж ен н ы х ч асти ц . П о ка во п р о с о п о след стви ях это го явлен и я н ед о стато ч н о и зу ч ен . Т ео р и й , касаю щ и х ся во зн и кн о вен и я м агн и тн о го п о ля, н еско л ько : о т вр ащ аю щ его ся р асп лавл ен н о го ш ар а д о тер м о яд ер н о го р еакто р а, н ап о д о б и е со лн еч н о го в ц ен тр е н аш ей п лан еты . Р азн о о б р ази е тео р и й у казы вает н а н ер еш ен н о сть д ан н о й п р о б лем ы . М агн и тн о е п о ле З ем ли су щ еству ет н е в ваку у м е, а в ср ед е, н ап о лн ен н о й п о то кам и со лн еч н о й п лазм ы и м еж п л ан етн ы м м агн и тн ы м п о лем . Б езу сло вн о , о н и взаи м о д ей ству ю т д ру г с д ру го м . Д ля со лн еч н о го вещ ества и м агн и тн о го п о ля З ем ля с ее со б ствен н ы м м агн и тн ы м п о лем п р ед ставл яет со б о й р еал ьн у ю п р егр ад у : о н и вы н у ж д ен ы «о б текать» ее. В р езу льтате тако го « о б текан и я» м агн и тн о е п о ле З ем ли , и зн ач альн о и м евш ее д и п о льн у ю ф о р м у , п р евр ащ ается в сло ж н у ю стр у кту ру , н азван н у ю м агн и то сф ер о й (р и с. 1 3 .6 ). О ткр ы ти ю м агн и то сф ер ы м ы о б язан ы и ссл ед о ван и ям н а сп у тн и ках З ем ли . И м ен н о б л аго д ар я ко см и ч ески м эксп ер и м ен там б ы ло о б н ар у ж ен о , ч то зем н о е м агн и тн о е п о ле и м еет п о ло и д ал ьн у ю ф о р м у с н ап р авлен н о й н а С о лн ц е ло б о во й ч астью , п о сто ян н о о м ы ваем о й со лн еч н ы м ветр о м . Н а н о ч н о й сто р о н е З ем ли си ло вы е ли н и и вы тяги ваю тся в ан ти со лн еч н о м н ап р авлен и и , о б р азу я х во ст м агн и то сф ер ы . О ткр ы ти е его в П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 125 191 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 126 Р и с. 13.6. М агн и тосф ер а З ем л и — п ол ость в к осм и ч еск ом п р остр ан ств е, ф ор м и р уем ая в оздей ств и ем сол н еч н ого в етр а н а м агн и тн ое п ол е З ем л и . 60-х го д ах ам ер и кан ски м ф и зи ко м Н .Н ессо м сы гр ало в д альн ей ш ем вы д аю щ у ю ся р о ль в ко см и ч еско й ф и зи ке. Е м у о тво д и тся р о ль н ако п и теля со лн еч н о й эн ер ги и , ко то р ая вы сво б о ж д ается п р и явлен и ях , н азван н ы х м агн и тн ы м и б у р ям и . М ы ещ е к н и м вер н ем ся, а п о ка п ро след и м су д ьб у ко см и ч ески х лу ч ей , о казавш и х ся вн у тр и м агн и то сф ер ы З ем ли . 13.4. Зем н ая л ов уш к а дл я к осм и ч еск и х стр ан н и к ов В сер ед и н е п р о ш ло го века м агн и тн о е п о ле З ем ли сы гр ало р еш аю щ у ю р о ль в о п р ед елен и и п р и р о д ы ко см и ч еско го и злу ч ен и я. Б езу сло вн о , и сслед о вателей ко см и ч ески х лу ч ей с сам о го н ач ала во лн о вал во п р о с о то м , какая д о ля п ер ви ч н о го ко см и ч еско го и злу ч ен и я п р ох о д и т ч ер ез м агн и тн о е п о ле, и о т каки х ф акто р о в зави сят у сло ви я п р о н и кн о вен и я ч асти ц . П о д р о б н о д ви ж ен и е зар яж ен н ы х ч асти ц в м агн и тн о м п о ле и зу ч ал В .Ш тер м ер . И м ен н о о н о п р ед ели л о сн о вн ы е о со б ен 192 н о сти и х тр аекто р и й в м агн и тн о м п о ле З ем ли (см . р и с. 1 3 .5 ). И м б ы ли о п р ед ел ен ы о сн о вн ы е зако н о м ер н о сти вар и ац и й п о то ко в ч асти ц с и зм ен ен и ем ш и р о ты , д о лготы и вы со ты то ч ки и х н аб лю д ен и я. Э ти р асч еты п о м о гли и сслед о вателям п р ави л ьн о и н тер п р ети р о вать эксп ер и м ен тальн ы е д ан н ы е. З ар яж ен н ы е ч асти ц ы , п о п ад ая вн у тр ь м агн и тн о го п о ля З ем ли , и сп ы ты ваю т во зд ей стви е си лы Л о р ен ц а, зави сящ ей о т зар яд а ч асти ц ы (Q), ее ско р о сти (ν) и вели ч и н ы н ап р яж ен н о сти м агн и тн о го п о ля (В ). С и ла Л о р ен ц а у вели ч и вается как с у вели ч ен и ем Q, так и с у вели ч ен и ем п р о и звед ен и я ν·Β . М о ж н о п о казать, ч то р ад и у с кри ви зн ы тр аекто р и и ч асти ц ы с р авн ы м и вели ч и н ам и mv/Q (m — м асса ч асти ц ы ), н азы ваем о й ж естко стью (R), и м ею т о д и н ако вы е тр аекто р и и . Я сн о , ч то таки м и ч асти ц ам и м о гу т б ы ть л ю б ы е — и п р о то н ы , и электр о н ы , и яд р а. И м ен н о п о это м у в ф и зи ке ко см и ч ески х лу ч ей у д о б н о п о льзоваться в ели ч и н о й ж естко сти д ля о п и сан и я д ви ж ен и я ч асти ц в м агн и тн ы х п о лях . Т ако вы о сн о вн ы е зако н о м ер н о сти д ви ж ен и я галакти ч ески х ко см и ч ески х лу ч ей вб ли зи З ем ли . Т ак, н ап р и м ер , ази м у тал ьн ы й эф ф ект п р о х о ж д ен и я ч асти ц р азн о го зн ака ч ер ез м агн и тн о е п о ле (н ап о м н и м , ч то ч асти ц ы р азн о го зн ака, н ап р и м ер , п р о то н ы и электр о н ы и м ею т тр аекто р и и , н ап р авлен н ы е в п р о ти во п о ло ж н ы е сто р о н ы ) п о м о г п и о н ер ам и ссл ед о ван и я ко см и ч ески х лу ч ей п о н ять и х п р и р о д у , а и м ен н о , д о казать, ч то о н и со сто ят и з п о ло ж и тел ьн о зар яж ен н ы х ч асти ц . Р асч еты п о казы ваю т, ч то н а эквато р м о гу т п ро н и кать то л ько ч асти ц ы с эн ер ги ей , п р евы ш аю щ ей 15-1 7 Г эВ . Д ви ж ен и е зар яж ен н ы х ч асти ц в м агн и тн о м п о ле о п и сы вается у р авн ен и ям и , в о сн о ве ко то р ы х леж ат зако н ы Н ью то н а и си ла Л о р ен ц а. Д л я вы ч и сл ен и я тр аекто р и й ч асти ц п о эти м у р авн ен и ям н у ж н ы м о д ели м агн и тн о го п о ля и п ар ам етр ы п ер ви ч н ы х ко см и ч ески х лу ч ей . М ы ви д ели (см . р и с. 13.6), ч то м агн и тн о е п о ле З ем ли — м агн и то сф ер а — это су щ ествен н о и скаж ен н ы й м агн и тн ы й д и п о ль п о д во зд ей стви ем со лн еч н о го ветр а. П о это м у тр аекто р и и ч асти ц в р еальн о м п о ле д алеки о т п лавн о й кр и во й д ля ч асти ц , и зо б р аж ен н о й н а р и с. 1 3 .5 . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 127 193 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 128 С ко р ее, о н и н ап о м и н аю т зап у тан н ы е сп и р алеви д н ы е ли н и и с у м ен ьш аю щ и м и ся р ад и у сам и кр и ви зн ы п о м ер е п р о д ви ж ен и я ч асти ц ы к З ем ле (р и с. 1 3 .7 ). О д н ако в это й сло ж н о й кар ти н е м о ж н о вы д ели ть тр и о сн о вн ы е зако н о м ер н о сти . Ч асти ц ы с м ало й ж естко стью б у д ет о тр аж аться о т м агн и тн о й б р о н и н аш ей З ем ли , ч асти ц ы с б о льш о й ж естко стью б у д у т п р о н и кать вн у тр ь п о ля, и о н и ли б о п о ги б н у т в атм о сф ер е, ли б о у й д у т вн о вь в ко см и ч еско е п р о стр ан ство . А д ля н еко то р о й д о ли ч асти ц , с п р о м еж у то ч н ы м и вел и ч и н ам и ж естко сти , м агн и тн о е п о ле п р ед ставляет со б о й л о ву ш ку - ч асти ц ы о каж у тся зах вач ен н ы м и в н ем (см . р и с. 1 3 .5 ). М агн и тн о е п о ле З ем ли сы гр ало б о льш у ю р о ль в оп р ед ел ен и и п р и р о д ы ан о м ал ьн о й ко м п о н ен ты ко см и ч ески х лу ч ей . Э ксп ер и м ен т, вы п о лн ен н ы й р о сси й ско -ам ер и кан ско й ко ллаб о р ац и ей в н ач але 9 0 -х го д о в с и сп о льзо ван и ем сп у тн и ко в З ем л и , п о сво ей и д ее б ы л д о стато ч н о п р о ст. Д ля о п р ед елен и я зар яд а ч асти ц А К Л - ки сл о р о д а - и сп о льзо вали сь о д н о вр ем ен н ы е и зм ер ен и я ч асти ц как н а б о р ту ам ер и кан ско го сп у тн и ка IMP-8, л етавш его за п р ед ел ам и м агн и то сф ер ы , и н аш его - «К о см о са», о р б и та ко то ро го б ы ла р асп о ло ж ен а вб л и зи З ем ли н а н и зки х вы со тах . Р и с. 13.7. Р еал ь н ы е тр аек тор и и п р отон ов в м агн и тн ом п ол е З ем л и . 194 Ч асти ц ы р азн о го зар яд а и м ею т р азн ы е тр аекто р и и в м агн и тн о м п о ле. Р асч еты п о казали , ч то н а о р б и ту «К о см о са» м о гу т п р о н и кн у ть и о н ы ки сло р о д а ли ш ь с зар яд о м 1 + и н е м о гу т с б о льш и м и зар яд ам и . С о вм естн ы е эксп ер и м ен ты п о казал и п о лн у ю и д ен ти ч н о сть вар и ац и й п о то ко в А К Л вн е и вн у тр и м агн и то сф ер ы и п о зво ли л и то ч н о о п р ед ели ть зар яд ч асти ц А К Л . О н д ей стви тельн о о казал ся б л и зки м к 1 + . Э то и п о слу ж и ло д о казател ьство м сп р авед ли во сти ги п о тезы Л . Ф и ска о п р о и сх о ж д ен и и А К Л . Н о вед ь есть ещ е со лн еч н ы е ко см и ч ески х лу ч и — эн ер ги ч н ы е ч асти ц ы , у ско р ен н ы е во вр ем я со лн еч н ы х всп ы ш ек. К ак о н и вед у т себ я в м агн и тн о м п о ле З ем ли ? Э н ер ги я эти х ч асти ц , как п р ави ло , зн ач и тел ьн о м ен ьш е, ч ем ч асти ц Г К Л (см . р и с. 1 3 .3 ). П о это м у д ля н и х весьм а п р о б лем ати ч н ы м вы гляд и т во зм о ж н о сть д о сти ж ен и я н и зки х вы со т и ли атм о сф ер ы З ем ли . Л и ш ь во вр ем я экстр ем ал ьн ы х со лн еч н ы х со б ы ти й эн ер ги я эти х ч асти ц п р и б ли ж ается к гал акти ч ески м . И м ен н о во вр ем я таки х со б ы ти й сп у тн и ки н а н и зки х о р б и тах м о гу т зар еги стр и р о вать ч асти ц ы со лн еч н о го п р о и сх о ж д ен и я. О д н ако , д ля эти х ч асти ц (как, вп р о ч ем , и д ля всех д р у ги х ) в м агн и тн о м п о ле З ем ли су щ еству ет «д ы р а», ку д а ч асти ц ы м о гу т п р о н и кать п р акти ч ески б есп р еп ятствен н о . Э то п о ляр н ы е о б ласти , так н азы ваем ы е север н ы е и ю ж н ы е п о ляр н ы е ш ап ки . З д есь м агн и тн о е п о ле о слаб лен о , и со лн еч н ы е б у р евы е ч асти ц ы м о гу т д о сти ч ь гр ан и ц ы атм о сф ер ы . Н етр у д н о со о б р ази ть, ч то в связи с эти м явлен и ем м о гу т во зн и кн у ть п р о б лем ы с тр ан сатл ан ти ч ески м и ави алай н ер ам и , залетаю щ и м и н а п о л яр н ы е ш и р о ты . П о то ки со лн еч н ы х ко см и ч ески х лу ч ей д о стато ч н о б о л ьш и е, ч то б ы вы звать зам етн о е у вел и ч ен и е д о з р ад и ац и и у эки п аж а и п ассаж и р о в эти х сам о лето в. К это м у во п р о су м ы вер н ем ся п о зж е, а п о ка зад ад и м ся д ру ги м : н аско лько кар ти н а п р о н и кн о вен и я ко см и ч ески х лу ч ей , н ар и со ван н ая вы ш е, стаб и льн а во вр ем ен и ? В ед ь н аш а м агн и тн ая б р о н я н ах о д и тся п о д п о сто ян н ы м во зд ей стви ем д авлен и я со лн еч н о го ветр а, ко то р о е и н о гд а м о ж ет и сп ы ты вать су щ ествен н ы е п р о стр ан ствен н ы е д еф о р м ац и и . П р ед ставьте себ е сто лкн о вен и е у д ар н о й во лн ы п л аз195 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 129 м ен н о го о б лака - С М Е , летящ его со ско р о стью 2 0 00 км /с и н есу щ его в себ е м егато н н ы со лн еч н о го вещ ества, с м агн и то сф ер о й З ем ли . Б езу сло вн о , м агн и тн о е п о ле н а д н евн о й , о б р ащ ен н о й к С о лн ц у , сто р о н е сп лю щ и тся и о ч ен ь си льн о . Э ксп ер и м ен ты п о казы ваю т, ч то в таки е м о м ен ты вр ем ен и д н евн ая гр ан и ц а м агн и то сф ер ы , о б ы ч н о н ах о д ящ аяся н а р ассто я н и и о ко ло 1 0 р ад и у со в З ем ли , м о ж ет п р и б ли зи ться к З ем ле н а р ассто ян и е д о 3 -х р ад и у со в! Н а н о ч н о й сто р о н е такж е п р о и зо й д ет си льн ая д еф о р м ац и я п о ля. Б езу сло вн о , д л я таки х п ер и о д о в вр ем ен и р асч еты п р о н и кн о вен и я ко см и ч ески х лу ч ей , вы п о лн ен н ы е д ля стац и о н ар н ы х у сло ви й , ко гд а со лн еч н ы й ветер и м еет ско р о сть, б ли зку ю к 4 0 0 км /сек, стан о вятся н есо сто ятельн ы м и . Н ад о и сп о льзо вать м о д ели во зм у щ ен н о й м агн и то сф ер ы . Ч то тако е во зм у щ ен н ая м агн и то сф ер а? О казы вается, это н е то л ько та д еф о р м ац и я п о ля, ко то р ая вы зы вается н аб егаю щ и м н а З ем лю п о то ко м со лн еч н о й п лазм ы . К ак п р ави ло , п о сле это го вб ли зи З ем л и п р о и сх о д и т гр ан д и о зн о е явлен и е, н азы ваем о е м агн и тн о й б у р ей . Р ассм о тр ен и е это го о ч ен ь и н тер есн о го гео ф и зи ч еско го явлен и я вы х о д и т за р ам ки это й кн и ги . З д есь ли ш ь о тм ети м , ч то м агн и тн ая б у р я - гло б альн о е и скаж ен и е м агн и тн о го п о ля З ем ли - о б у сло влен а ген ер ац и ей электр и ч ески х то ко в вн у тр и сам о й м агн и то сф ер ы ч ер ез н еко то р о е вр ем я (м и н у ты и ли д есятки м и н у т) п о сле п ер во н ач альн о го то лч ка о б лака со лн еч н о й п л азм ы . И м ен н о электр и ч ески е то ки , связан н ы е с д ви ж ен и ем зар яж ен н ы х ч асти ц п лазм ы вн у тр и м агн и то сф ер н о й п о ло сти , вы зы ваю т и скаж ен и е естествен н о го м агн и тн о го п о ля З ем л и . П о ч ем у ? И з ф и зи ки и звестн о , ч то то к, теку щ и й п о п р о во д н и ку , ген ер и ру ет во кру г себ я м агн и тн о е п о ле (его н азы ваю т и н д у кц и о н н ы м ). Т о ж е сам о е п р о и сх о д и т и в м агн и то сф ер е. И н д у кц и о н н о е п о ле со зд ается то кам и , и в о б ласти его ло кали зац и и о б щ ее, су м м ар н о е м агн и тн о е п о ле, ко н еч н о , б у д ет о тли ч аться о т естествен н о го . Г д е в м агн и то сф ер е теку т эти то ки ? О казы вается, н аи б о л ее м о щ н ы й то к во вр ем я м агн и тн ы х б у р ь ф о р м и ру ется вб ли зи З ем ли , н а р ассто ян и и 3 -4-х р ад и у со в о т ее п о вер х н о сти . Э то так н азы ваем ы й «ко льц ево й то к». О н со сто и т как и з ч асти ц 196 со лн еч н о й п лазм ы , так и и зем н о й — и о н о сф ер н о й (р и с. 1 3 .8 ). К о льц ево й то к во вр ем я б у р ь ген ер и р у ет м о щ н о е и н д у кц и о н н о е п о ле в это й о б ласти и вы зы вает у м ен ьш ен и е, д еп р есси ю , о б щ его м агн и тн о го п о ля З ем ли н а н и зки х и ср ед н и х ш и р о тах . Э то и есть м агн и тн ая б у ря. Н о како е о тн о ш ен и е м агн и тн ая б у ря и м еет к ко см и ч ески м лу ч ам ? С ам о е н еп о ср ед ствен н о е. И скаж ен и е м агн и тн о го п о ля, его о слаб лен и е н а р ассто ян и ях м ен ее 5 -6 р ад и у со в З ем ли (там , гд е р асп о ло ж ен ко льц ево й то к ) су щ ествен н о м ен яет тр аекто р и и ко см и ч ески х лу ч ей , п р о н и каю щ и х в м агн и то сф ер у . Р ан ее у п о м и н ало сь о зап о л н ен и и вы со ко ш и р о тн ы х о б ластей со лн еч н ы м и эн ер ги ч н ы м и ч асти ц ам и во вр ем я всп ы ш ек. О ч ен ь ч асто ген ер ац и я ч асти ц н а С о лн ц е (то ч н ее, и х п р и х о д к З ем ле) со вп ад ает с м агн и тн ы м и б у р ям и . М агн и тн о е п о ле в эти м о м ен ты о слаб евает и п о зво ляет ч асти ц ам п р о н и кать глу б ж е в м агн и то сф еру . Д ля « п о ляр н ы х » ч асти ц это п р о является в ви д е см ещ ен и я н и зко ш и р о тн о й гр ан и ц ы п р о н и кн о вен и я б л и ж е к эквато ру : зо н а зап о лн ен и я со лн еч н ы м и ч асти ц ам и п о ляр н ы х о б ластей во вр ем я м агн и тн ы х б у р ь стан о ви тся б о лее о б ш и р н о й , сд ви гаясь к эквато р у (р и с. 1 3 .9 ). Р и с. 13.8. П р остр ан ств ен н ая стр ук тур а к ол ь ц ев ого ток а - п л азм ен н ого тор а, сф ор м и р ов ан н ого в о в р ем я м агн и тн ой бур и . Т ак ой п л азм ен н ы й тор создает п он и ж ен и е н ап р я ж ен н ости м агн и тн ого п ол я З ем л и (н и ж н я я п ан ел ь ). 197 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 130 Р и с. 13.9. И зм ен ен и е гр ан и ц п р он и к н ов ен и я сол н еч н ы х ч асти ц : в усл ов и я х м агн и тн ой бур и (в озм ущ ен н ая м агн и тосф ер а) гр ан и ц ы см ещ аю тся к эк в атор у. Т ако ва, в о сн о вн ом , кар ти н а п р о н и кн овен и я галакти ч ески х и со лн ечн ы х ко см и ч ески х луч ей в м агн и тн о е п о ле З ем ли . Б езусло вн о, части ц ы ко см и ч ески х луч ей , д о сти гш и е вер х н и х гр ан и ц атм о сф ер ы , н е и сч езаю т б есслед н о в ее н ед р ах . О н и о ставляю т «след ы ». П р и ч ем , как м ы теп ер ь п о н и м аем , о ч ен ь зн ач и м ы е как д ля ср ед ы о б и тан и я ч ело века, тех н о ло ги й , со зд ан н ы х ч ело веко м , так и д ля сам о го ч ело века, как, вп ро ч ем , и лю б ы х д р уги х б и о ло ги ч ески х стр уктур н а З ем л е... П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 131 Гл ав а 14. С Л Е Д Ы С Т РА Н Н И К О В С леп о м у гн еву со лн еч н о й ко ро н ы П од властн ы н аш и ли вн и и ветр а, А к ли вн ю лом и т ко сти у во ро н ы И о тто го ор ет он а с утр а. Ю . Л евит ански й П о то ки ко см и ч ески х луч ей д о сти гаю т о кр естн о сти З ем ли и те, ко то р ы м «п овезет» п ро б и ться ч е р ез м агн и тн о е п оле, д о сти гаю т атм о сф еры . И зд есь о н и н е п р о п ад аю т б есслед н о... П ом н и те, у С .Л ем а: «В ко см о се н и ч его н е п р о п ад ает». Н у что ж е, д авай те п о см о тр и м , так ли это. 14.1. А тм осф ер н ы й сл ед стр ан н и к ов — к л и м ат сегодн я В заи м о д ей ствуя с атм о сф ер о й , ко см и ч ески е луч и тер яю т сво ю эн ер ги ю — п о ч ти 9 5 % . Зад ад и м ся во п ро со м , како ва д о ля эти х п о тер ь ср ед и п о тер ь эн ер ги и д р уги х ви д о в и злуч ен и й , п ад аю щ и х н а З ем лю . К ако вы эти ви д ы и злуч ен и й ? В таб ли ц е 1 4.1 вы м о ж ете ви д еть о сн о вн ы е ви д ы со лн еч н о й р ад и ац и и и и х п о верх н о стн ую эн ер ги ю (эн ер ги ю , п ад аю щ ую н а ед и н и ц у п о верх н о сти атм о сф ер ы ). М ы ви д и м , ч то С К Л и Г К Л ср ед и п р оч и х ви д о в ко см и чески х и злуч ен и й н есут н и ч то ж н ую д о лю эн ер ги и . П оэто м у во зн и кает естествен н ы й во п ро с, сп о со б н ы ли ко см и ч ески е луч и п о вли ять каки м -ли б о о б р азо м н а атм о сф ер н ы е п р о ц ессы ? О казы вается — д а. Н есм о тр я н а и х о ч ен ь м алую «эн ер гети ку», о н и и гр аю т о ч ен ь сущ ествен н ую р о ль в р азви ти и р яд а атм о сф ер н ы х явлен и й , ко торы е м о гут п р и во д и ть и к кли м ати ч ески м и зм ен ен и ям . 199 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 132 Т абл и ц а 14.1. О сн ов н ы е в и ды сол н еч н ой р ади ац и и и к осм и ч еск и х л уч ей В ид В и д и м о е и и н ф р акр. и злуч ен и е П оверх н о стн ая эн ер ги я, В т/м 2 1090 У льтр аф и о лето во е и злуч ен и е Р ен тген о вское и злуч ен и е С о лн еч н ы й ветер СКЛ ГК Л О б щ ая р ад и ац и я 15,4 10-1 3•10-4 2•10-3 7•10-6 1366 К аки м о б р азом во о б щ е м о ж н о «н ащ у п ать» связь м еж д у таки м ср авн и тел ьн о «м ало м о щ н ы м » аген то м ко см и ч еско й ср ед ы , каки м является п о то к ко см и ч ески х л у ч ей и атм о сф ер н ы м и явл ен и ям и ? О б р ати м вн и м ан и е н а то , ч то и зм ен ен и я о б щ ей р ад и ац и и С о лн ц а (см . таб ли ц у 1 4 .1 ) о ч ен ь м алы — н е б о лее 0 ,1 % . Н есм о тр я н а су щ ествен н ы е и зм ен ен и я со лн еч н о й акти вн о сти в теч ен и е 1 1 -летн его ц и кла и д р у ги х б о лее д ли тельн ы х и б о лее ко р о тки х ц и кло в, о б щ и й п о ток со лн еч н о го и злу ч ен и я о стается п о сто ян н ы м ! О д н ако и зм ен ен и я Г К Л в теч ен и е 1 1 -летн его ц и кла весьм а зн ач и тел ьн ы : Г К Л п о д вер гаю тся м о щ н о й со лн еч н о й м о д у ляц и и (см . р и с. 13 .1 ), п о то к С К Л и р еляти ви стски х электр о н о в 1 такж е и зм ен яется с теч ен и ем со лн еч н о го ц и кла, н о б о лее сло ж н ы м о б р азо м , ч ем Г К Л (р и с. 1 4 .1 ). В ы вод н ап р аш и вается сам со б о й : н ад о п о п ы таться о б н ар у ж и ть 1 1 летн ю ю ц и кли ч н о сть (и ли б о л ее д о лго п ер и о д н у ю ) в атм о сф ер н ы х п р о ц ессах и ср авн и ть ее с со лн еч н о й . Т аки е п о п ы тки б ы л и сд елан ы , и о н и о б н ад еж и ваю щ и е. В згл ян и те н а р и с. 1 4 .2 . Н а н ем п р и вед ен ы и зм ен ен и я ч и сла со лн еч н ы х п ятен (W), и н д екс, о п и сы ваю щ и й и зм ен ен и я гео м агн и тн о й акти вн о сти аа (это т и н д екс п р о п о р ц и о н ален ч асто те м агн и тн ы х б у рь), а такж е и зм ен ен и е гло б ал ьн о й тем п ер ату р ы атм о сф ер ы З ем ли (Γ Τ ) за б о лее, ч ем 1 0 0 -летн и й п ер и о д . 1 Э ти части ц ы п оявляю тся в атм осф ере, «вы сы п аясь» и з рад и ац и он н ы х п оясов Зем ли (об этом у д и ви тельн ом ф ен ом ен е бу д ет рассказан о в главе 15 ). 200 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 133 Р и с. 14.1. И зм ен ен и е п оток ов р ел я ти в и стск и х эл ек тр он ов , в ы сы п аю щ и хся и з р ади ац и он н ы х п оя сов , и сол н еч н ы х к осм и ч еск и х л уч ей с и зм ен ен и ем сол н еч н ой ак ти в н ости . Н али ч и е связи м еж д у и зм ен ен и ем со лн еч н о й и гео м агн и тн о й акти вн о сти с и зм ен ен и ем тем п ер атур ы атм о сф ер ы о чеви д н а - за п о след н ее сто лети е н аш а тем п ер атур а н е то лько н ем н о го п о д р о сла (н а ~0,5°) в со ответстви и с д ли н н о п ер и о д н ы м тр ен д ом уси лен и я акти вн о сти С олн ц а. И н о гд а такж е уд ается п р о след и ть о тд ельн ы е, «кр атко вр ем ен н ы е» и зм ен ен и я Р и с. 14.2. Д ол гов р ем ен н ы е и зм ен ен и я сол н еч н ой , геом агн и тн ой ак ти в н ости и гл обал ь н ой тем п ер атур ы н а З ем л е. П о ло ж и тельн ы й тр ен д со лн еч н о й акти вн о сти п р и во д и т к о тр и ц ательн о м у тр ен д у (о слаб лен и ю ) п о то ков Г К Л (см . гл. 13) и , во зм о ж н о , к гло б альн ом у п о теп лен и ю н а З ем ле. 201 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 134 тем п ер ату р ы , явн о связан н ы е ли б о с о слаб лен и ем , ли б о с у си лен и ем со лн еч н о й акти вн о сти . К ако й ф и зи ч ески й м ех ан и зм м о ж ет б ы ть о тветствен ен за таку ю связь? П р еж д е ч ем п ер ей ти к о п и сан и ю это го м ех ан и зм а, о б р ати м ся к р и с. 1 4 .3 , н а ко то р о м и зо б р аж ен а стр у кту р а вер х н и х сло ев атм о сф ер ы и ско р о сть п о тер ь эн ер ги и р азли ч н ы х ко м - Р и с. 14.3. П отер и эн ер ги и в атм осф ер е р азл и ч н ы х к ом п он ен т к осм и ч еск ого и зл уч ен и я : Г К Л , р ел я ти в и стск и х эл ек тр он ов и ул ь тр аф и ол ета. Н а вы со тах о т ~2 0 д о ~9 0 км и о н и зац и ю атм о сф ер ы со зд аю т электр о н ы , а н а м ен ьш и х вы со тах - Г К Л . В ер х н и е сло и атм о сф ер ы и о н и зи р у ю тся в о сн о вн о м за сч ет у льтр аф и о лета. 202 п о н ен т ко см и ч еско го и злу ч ен и я: Г К Л , р ел яти ви стски х эл ектр о н о в р ад и ац и о н н ы х п о ясо в и у льтр аф и о лета С о лн ц а. П о тер и эн ер ги и ч асти ц ам и , п р о н и каю щ и м и в атм о сф ер у , связан ы с и о н и зац и ей — п р евр ащ ен и ем н ей тр альн ы х ато м о в и м о леку л во зд у х а в зар яж ен н ы е. Р асч етн ы е зн ач ен и я п л о тн о сти п о то ко в эти х и о н о в такж е п р ед ставл ен ы н а это м р и су н ке. К ак м ы у ви д и м н и ж е, и м ен н о и о н и зац и я во зд у х а и гр ает б о л ьш у ю р о ль в и ско м о й связи м еж д у ко см и ч ески м и лу ч ам и и атм о сф ер н ы м и явл ен и ям и . Ч то ж е н ам го во р ят кр и вы е, и зо б р аж ен н ы е н а р и с. 1 4 .3? П ер во е: у льтр аф и о лет С о лн ц а и о н и зи р у ет атм о сф ер у ли ш ь н а б о льш и х вы со тах , а Г К Л - о сн о вн о й ф акто р , п ри во д ящ и й к и о н и зац и и атм о сф ер ы н а м алы х вы со тах (м ен ее 2 0 км ) как во вр ем я м акси м у м а, так и во вр ем я м и н и м у м а со лн еч н о й акти вн о сти . Н у , а в п р о м еж у тке, вы со тах (~20-9 0 км ), — р еляти ви стски е электр о н ы , вы сы п аю щ и еся и з р ад и ац и о н н о го п о яса в атм о сф ер у , со зд аю т о сн о вн у ю д о лю и о н и зи р о ван н о го во зд у х а. А теп ер ь всп о м н и м : гд е, н а каки х вы со тах свер каю т м о лн и и ? Н е вы ш е н еско л ьки х ки ло м етр о в н ад З ем л ей . В о т к н и м м ы сей ч ас и о б р ати м ся. 14.2. Г р ом и м ол н и и стр ан н и к ов Г р о зы — о д н о и з сам ы х зах ваты ваю щ и х п р и р о д н ы х явлен и й . П о д сч и тан о , ч то в теч ен и е су то к н аб лю д ается со тн я ты сяч гр о з н а н аш ей п л ан ете. Э н ер го вы д ел ен и я во зн и каю щ и х м о лн и евы х р азр яд о в ~5•1019 Д ж оу лей в су тки . Э н ер ги я ж е атм о сф ер н о го ц и кло н а со ставляет всего 2 % о т это й вел и ч и н ы , п о это м у есть см ы сл р ассм атр и вать п р ям у ю ф и зи ч еску ю связь эти х явл ен и й . Н у , а м о лн и и ? Ч то заставляет « р азр яж аться» гр о зо вы е о б лака? О д н а и з и д ей , акти вн о р азр аб аты ваем ая в н асто ящ ее вр ем я, со сто и т в то м , ч то и м ен н о ко см и ч ески е лу ч и и являю тся тем « сп у ско вы м кр ю ч ко м », ко то р ы й заставл яет гр о зо вы е о б л ака вы стр ели вать м о лн и евы е р азр яд ы как в сто р о н у п о вер х н о сти З ем ли , так в д р у ги х н ап р авл ен и ях . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 135 Т еп ер ь всп о м н и м п р о ш и р о ки е 203 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 136 атм о сф ер н ы е ли вн и : м акси м у м ген ер ац и и вто р и ч н ы х ч асти ц в ли вн е п р и х о д и тся н а вы со ты ~15-2 0 км . А м акси м у м ы Ш А Л 'о в о т ч асти ц ы с эн ер ги ей в П эВ -н о й о б ласти д о сти гаю т вы со т в н еско л ько ки ло м етр о в. Р асп р ед елен и е ч асти ц л и вн я п о вы со те х ар актер и зу ется и х вы со тн ы м х о д о м (р и с. 1 4 .4 ). К р и вая и о н и зац и и во зд у х а вед ет себ я ан ало ги ч н ы м о б р азо м . П о это м у , есть см ы сл п о д о зревать Г К Л в кач естве главн о го «ви н о вн и ка» и о н и зац и и атм о сф ер ы н а эти х вы со тах . Н у , а д алее... Д алее п р о ц есс вы гляд и т след у ю щ и м о б р азо м ... Г р о зо вы е о б лака о б р азу ю тся в м есте р азд елен и я атм о сф ер н ы х ф р о н то в во зд у ш н ы х м асс с р азли ч н о й тем п ер ату р о й . О н и зар яж ен ы . И сто ч н и ко м и х зар яд а являю тся ко см и ч ески е лу ч и , и о н и зи р у ю щ и е во зд у х . О д н ако п о м и м о ко см и ч ески х лу ч ей естествен н ая р ад и о акти вн о сть со зд ает сво й вкл ад в и о н и зац и ю во зд у х а. О б р азо вавш и еся и о н ы «п р и ли п аю т» к аэр о зо лям во зд у х а и вм есте с н и м и ц и р ку ли ру ю т ввер х , о б р астая все н о вы м и и н о вы м и и о н ам и . П о степ ен н о о б р азу ю тся кап ли , ту м ан и , н ако н ец , о б лака. Э ксп ер и м ен тал ьн ы е д ан н ы е (см . р и с.1 4 .5 ). п о ж алу й , в п о льзу этой м о д ели . Р и с. 14.4. И зм ен ен и я п оток ов к осм и ч еск и х л уч ей и к он ц ен тр ац и и и он ов в атм осф ер е в зав и си м ости от в ы соты док азы в аю т, ч то и он и зац и я н а м ал ы х в ы сотах создается ч асти ц ам и Г К Л . 204 Р и с. 14.5. И зм ен ен и я п оток а к осм и ч еск и х л уч ей и обл ач н ого п ок р ов а З ем л и . О д н а и з тео р и й , п р и о б ретаю щ ая все б о льш у ю и б о льш у ю п о п у ляр н о сть (А . Г у р еви ч и д р .), сви д етельству ет в п о л ьзу то го , ч то и м ен н о ко см и ч ески е лу ч и Ш А Л и явл яю тся тем сп у ско вы м кр ю ч ко м , кото р ы й вы зы вает п о явлен и е м о лн и и . В то р и ч н ы е ч асти ц ы Ш А Л , п о п авш и е в р ай о н ско п лен и я гр о зо вы х о б лако в, вы зы ваю т ло кал ьн у ю и о н и зац и ю , сво его р о д а п р о во д ящ и й сто л б во зд у х а, вд о ль ко то р о го и н ач и н ается р азр яд гр о зо вы х ту ч , н есу щ и х м о гу ч и е электр и ч ески е зар яд ы . Д ей стви тельн о , су щ еству ю т д ан н ы е, сви д етел ьству ю щ и е о вы со ко й ко р р еляц и и п ло тн о сти и о н и зац и и во зд у х а и о б лач н о го п о кр о ва З ем л и . Ч ем б о л ьш е о б лако в, тем б о лее вер о ятн ы м стан о ви тся п р о явлен и е гр о зо во й акти вн о сти и м о лн и евы х р азр яд о в. Н а р и с. 1 4 .6 п о казан ы р езу льтаты , сви д етел ьству ю щ и е в п о л ьзу р ассм атр и ваем о й ги п о тезы : ч асто та м о лн и й д ей стви тельн о ко р р ели ру ет с и зм ен ен и ем и о н и зац и и во зд у х а. К ак м ы ви д и м и з эти х д ан н ы х , и о н и зац и я во зд у х а и р ост ч и сла м о лн и евы х р азряд о в со вп али с н асту п лен и ем м и н и м у м а ц и кла П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 137 со лн еч н о й акти вн о сти в 1 9 9 5 -1 9 97 гг., ко гд а п о ток Г К Л д о сти г сво ей м акси м ал ьн о й вели ч и н ы . С тан о ви тся п о н ятн ы м и н аб лю д аю щ и й ся п о ло ж и тельн ы й тр ен д (см . р и с. 1 4 .2 ) гло б ал ьн о й тем п ер ату р ы , связан н ы й с м н о го летн и м у м ен ьш ен и ем п о то ка ко см и ч ески х лу ч ей (о н 205 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 138 Р и с. 14.6. И зм ен ен и е и он и зац и и в оздуха и ч астоты м ол н и й . у м ен ьш ается н а н еско л ько со ты х п р о ц ен то в в го д ). Т аки м о б р азо м , н аб лю д аю щ ееся в п о след н ю ю со тн ю лет со всем н еб о л ьш о е, н о зам етн о е п о теп л ен и е н а 0 ,5 ° ско р ее всего связан о н е с у вели ч ен и ем эн ер ги и , со зд ан н о й сам и м ч ело веко м , а вп о лн е естествен н о й п р и ч и н о й — о слаб лен и ем п о то ка ко см и ч ески х лу ч ей , п ад аю щ и х н а З ем лю . Е сли у вы ш еп р и вед ен н о й м о д ели так м н о го сто р о н н и ко в, как, вп р о ч ем , и п р о ти вн и ко в, то ее р азви ти е вы гляд и т и вп р ям ь н ео ж и д ан н ы м ... Н о ... всп о м н и те сло ва Л у и д е Б р о й ля: « П рогресс науки пост о янно т о р м ози т ся т и р а ни чески м вли яни ем некот о р ы х ко нцеп ц и й , ко т ор ы е, в конце концов, ст а ли счи т а т ься д о гм а м и » . 14.3. К л и м ат до н аш ей эр ы и сп и р ал ь н ы е р ук ав а Г ал ак ти к и И так, о п и сан н ая вы ш е м о д ель д ем о н стр и р у ет, ч то ко см и ч ески е лу ч и — н ем ало важ н ы й ф акто р зем н о й п о го д ы . Е сли это так, то и сто р и я ко см и ч ески х лу ч ей в п р о ш ло м и в б у д у щ ем м о ж ет п о м о ч ь у стан о ви ть тен д ен ц и и в и зм ен ен и и кли м ата н а З ем ле. О тм еч ен н ая вы ш е (см . р и с. 1 4 .2 ) связь м еж д у о тр и ц ательн ы м тр ен д о м ко см и ч ески х лу ч ей и гло б ал ьн ы м п о теп лен и ем в это м см ы сл е - о б н ад еж и ваю щ и й ф акт. 206 И д ея ещ е б о лее см ело й « п р о д ви н у то й » ги п о тезы вы сказан а А .Н еем в 1 9 5 9 г., и н ед а вн о р азви та Н .Ш ави во м . Е е су ть - в у стан о влен и и связи м еж д у вар и ац и ям и ко см и ч ески х лу ч ей и гло б ал ьн ы м и и зм ен ен и ям и кли м ата н а З ем ле. Н аш а Г алакти ка со сто и т и з сп и р ал ьн ы х ру каво в (р и с. 1 .6 ), в ко то р ы х п ло тн о сть звезд б о льш е и , след о вател ьн о , п о то к косм и ч еск и х лу ч ей такж е д о лж ен б ы ть н еско лько б о льш е, ч ем вн е и х . Э то , кстати , п о казан о п о о тн о си тел ьн о й ко н ц ен тр ац и и и зо то п о в кали я в н ай д ен н ы х ж ел езн ы х м етео р и тах . Э ти м сп о со б о м б ы ло о п р ед ел ен о , ч то каж д ы е 1 3 0 -1 5 0 м и лли о н о в л ет п о то к ко см и ч ески х лу ч ей в С о лн еч н о й си стем е у вели ч и вается в 2 ,5 р аза. С о лн еч н ая си стем а, д ви гаясь в Г алакти ке, п ер есекает сп и р альн ы й р у кав каж д ы е 1 3 0 м и лли о н о в лет. Ч асто та взр ы во в свер х н о вы х в ру кавах о ж и д ается то ж е вы ш е, ч ем вн е и х . П о это м у след у ет о ж и д ать п о явл ен и я кли м ати ч еско й «во л н ы » с п ер и о д о м 13 0 -1 50 м и лли о н о в лет в связи с вар и ац и ям и п о то ка ко см и ч ески х лу ч ей . К ак это о п р ед ели ть? Э то то ж е м о ж н о сд елать п о и зо то п н ом у м ето д у . Р и с. 14.7. С хем а, и л л ю стр и р ую щ ая в заи м осв я зь и зм ен ен и я п оток а к осм и ч еск и х л уч ей , св я зан н ого с п оп адан и ем З ем л и в сп и р ал ь н ы е р ук ав а Г ал ак ти к и , с и зм ен ен и ем гл обал ь н ой тем п ер атур ы н аш ей п л ан еты . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 139 207 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 140 Р езу льтат? Д ан н ы е п о вар и ац и ям ко см и ч ески х лу ч ей и и зм ен ен и ю тем п ер ату р ы со вп али . П р о х о ж д ен и е З ем ли ч ер ез сп и р альн ы е р у кава Г алакти ки п р и во д и т к о хлаж д ен и ю н аш ей п л ан е ты — лед н и ко вы м п ер и о д ам . Н еп р авд а ли , зам ан ч и вая ф и зи ч еская м о д ел ь д ля кли м ато ло го в? (см . р и с. 1 4 .7 ). Т о лько , если о то й ти о т д огм . В ц ело м , если эта м о д ель вер н а, о н а д елает ко см и ч ески е лу ч и «о тветствен н ы м ф акто р о м » за кли м ати ч ески е и зм ен ен и я н а р азн ы х ш к алах вр ем ен и . Н а р азн ы х м асш таб ах вр ем ен и о н и вы сту п аю т в кач естве ли б о д о м и н и р у ю щ его ф акто р а (скаж ем , п р и со зд ан и и о б лач н о го п о кр о ва и ли гр о з) и л и вто р и ч н о го , н ап р и м ер , п р и ф о р м и р о ван и и кли м ати ч ески х и зм ен ен и й , связан н ы х с 11-летн и м и ц и клам и со лн еч н о й акти вн о сти и со п у тству ю щ ей м о д у ляц и ей Г К Л , а такж е, п р и п р о х о ж д ен и и С о лн еч н о й си стем ы ч ер ез сп и р альн ы е р у кава Г алакти ки . 14.4. С ол н еч н ая бом бар ди р ов к а атм осф ер ы С о лн еч н ы е ч асти ц ы вр ем я о т вр ем ен и б о м б ар д и р у ю т З ем лю (см . главу 1 3 ). О со б ен н о и х м н о го п о п ад ает в п о ляр н ы е ш ап ки . Э ти ч асти ц ы п р о н и каю т в атм о сф ер у н е сто ль глу б о ко , как Г К Л , — всего д о вы со т ~30-9 0 км . И м ен н о н а эти х вы со тах след у ет о ж и д ать п о вы ш ен н о й и о н и зац и и во зд у х а. Е сть ли связь м еж д у во зр астан и ем п о то ко в С К Л и ар кти ч ески м и явл ен и ям и ? И сслед о ван и я в это м н ап р авлен и и вед у тся, и п ер вы е р езу льтаты у казы ваю т н а н али ч и е тако й связи . С у щ еству ет д о сто вер н ы й ф акт у си лен и я ц и кло н о в в р ай о н е Г р ен лан д и и с во зр астан и ем п о то ко в С К Л с эн ер ги ей б о л ее д есятко в М эВ . С ам о у си лен и е ц и кло н о в связы вается с тем п ер ату р н ы м и ко н тр астам и в о б ш и р н ы х р ай о н ах вер х н ей атм о сф ер ы , во зн и кш ей вслед стви е о б р азо ван и я зд есь о б л ач н о сти , р егу ли ру ю щ и й у хо д и злу ч ен и я как о т З ем ли , так и о т атм о сф ер ы . Ф о р м и р о ван и е ж е о б лач н о сти ко р р ели ру ет с и о н и зац и ей атм о сф ер ы (см . р и с. 1 4 .5 ), о тветствен н о сть за ко то ру ю н есу т и С К Л . 208 Д ру ги м н аб лю д ател ьн ы м ф акто м в п о льзу д ан н о й м о д ели м о ж ет слу ж и ть п о н и ж ен и е у р о вн я о сад ко в во вр ем я Ф о р б у ш -п о н и ж ен и й ко см и ч ески х лу чей . О п ять-таки , и зд есь, вслед за у м ен ьш ен и ем и н тен си вн о сти ко см и ч ески х лу ч ей п о сле п р и х о д а у д ар н о й во лн ы п о н и ж ается степ ен ь о б л ач н о сти и в р езу льтате у р о вен ь о сад ко в. С д р у го й сто р о н ы , н аб лю д ается у вели ч ен и е у р о вн я о сад ко в п о сле м о щ н ы х со лн еч н ы х всп ы ш ек, ген ер и р у ю щ и х Г эВ -н ы е п р о то н ы . Д ру ги м п р и м ер о м гло б альн ы х атм о сф ер н ы х п р о ц ессо в, о тветствен н о сть за ко то р ы е н есу т ко см и ч ески е лу ч и , является о зо н о сф ер а З ем ли . О зо н — м о л еку ла ки сло р о д а, со сто ящ ая и з тр ех ато м о в ки сл о р о д а — O3 В о тли ч и е о т о б ы ч н о го ки сло р о д а, о зо н о б лад ает р езки м зап ах о м . О тсю д а его н азван и е. Э то т сло й п р ед о х р ан яет ж и вы е о р ган и зм ы н а З ем ле о т вр ед н о го у льтр аф и о лето во го и злу ч ен и я С о лн ц а. О зо н н ы й сло й н ад З ем л ей р асп о ло ж ен н а вы со тах о т 1 0 д о 5 0 км с м акси м у м о м в о б ласти 20-2 5 км и является о ч ен ь п о д ви ж н о й атм о сф ер н о й су б стан ц и ей . П р и ч и н ы и зм ен ен и я ко н ц ен тр ац и и о зо н а н ад З ем л ей ш и р о ко о б су ж д аю тся. В кач естве о д н о й и з таки х п р и ч и н н азы вается тех н о ген н ая — стр у и реакти вн ы х л ай н ер о в, л етаю щ и х н а б о льш и х вы со тах , и ли вы б р о сы ф р ео н а в атм о сф ер у . Ч то касается ф р ео н а, то в р яд е стр ан зап р ети ли вы п у ск б ы то вы х х о ло д и льн и ко в с ф р ео н о м . Г д е зд есь б о льш е н ед о б р о со вестн о й ко н ку р ен ц и и м еж д у п р о и зво д и телям и х о ло д и льн и ко в, а гд е р еальн о су щ еству ю щ ей и н ау ч н о -о б о сн о ван н о й м о д ели , п р ед сто и т ещ е о ко н ч ательн о р азо б р аться... Т ем н е м ен ее, су щ еству ю т о б ъ екти вн ы е н ау ч н ы е р езу льтаты в п о л ьзу «ко см и ч ески х » п р и ч и н вар и ац и й о зон н о го сло я. О п ять-таки , к ч и слу таки х ко см и ч ески х ф акто р ов о тн о сятся Г К Л , С К Л и р еляти ви стски е ч асти ц ы — электр о н ы , вы сы п аю щ и еся и з р ад и ац и о н н ы х п о ясо в. И звестн о , ч то и о н и зац и я ато м о в азо та (N) и ки сло р о д а (О ) во зд у х а зар яж ен н ы м и ч асти ц ам и — ко см и ч ески м и лу ч ам и п р и во д и т к х и м и ч ески м р еакц и ям м еж д у и о н ам и и м о леку л ам и во зд у х а, ко то р ы е, в сво ю о ч ер ед ь, о б р азу ю т о зо н о акти вн ы е со ед и н ен и я ти п а N O и О Н , р азр у ш аю щ и е м о леку лы 209 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 141 о зо н а. И м ен н о эти о зо н о акти вн ы е со ед и н ен и я вли яю т н а гл о б альн о е р асп р ед елен и е о зо н а в атм о сф ер е. Т акая м о д ель и зм ен ен и я ко н ц ен тр ац и и о зо н а п о д д ается р асч ету . В кач естве ее вх о д н ы х п ар ам етр о в н ад о взять эн ер гети ч ески е сп ектр ы Г К Л , С К Л и д р у ги х ч асти ц и ... зап у сти ть и х в и звестн у ю хи м и ч еску ю ср ед у атм о сф ер ы . В р езу льтате м о ж н о п о лу ч и ть ско р о сти и о н о о б р азо ван и я в зави си м о сти о т гео гр аф и ч еско й то ч ки н аб лю д ен и я и вы со ты н ад З ем лей . Б езу сло вн о , «зап у скать» ч асти ц ы н ад о , зн ая п р о стр ан ствен н о е р асп р ед ел ен и е и х п о то ко в, ко то р о е зави си т о т ж естко сти гео м агн и тн о го о б р езан и я. Т ак, д ля Г К Л и С К Л след у ет о ж и д ать у вели ч ен и я ско р о сти и о н и зац и и п о м ер е п р о д ви ж ен и я к вы со ки м ш и р о там . С д р у го й сто р о н ы , ш и р о тн ая вар и ац и я и зм ен яется и с вы со то й п о м ер е о сл аб лен и я м агн и тн о го п о ля. С о лн еч н ая акти вн о сть в сво ю о ч ер ед ь н аклад ы вает сво й о тп еч ато к н а вр ем ен н у ю кар ти н у и зм ен ен и й п о то ко в ко см и ч ески х лу ч ей . В р езу льтате о б н ар у ж и вается как ш и р о тн ая зави си м о сть д л я р асп р ед ел ен и я о зо н а, так и его со лн еч н о -ц и кли ч еская вар и ац и я в п о ляр н ы х ш ап ках , связан н ая с 1 1 -летн ей м о д у ляц и ей п о то ка Г К Л . Г о р азд о б о лее зам етн ы й эф ф ект н а о зо н о сф еру З ем ли п р о и зво д ят ч асти ц ы со лн еч н ы х всп ы ш ек, д о сти гаю щ и е атм о сф ер ы . Т аки е со б ы ти я н е ч асты . В го д ы м акси м у м а со лн еч н о й акти вн о сти н аб лю д ается д о 1 0 со б ы ти й в го д с м акси м альн о й эн ер ги ей ч асти ц б о лее 1 0 М эВ . В го д ы м и н и м у м а - н е б о лее о д н о го в го д . Ч ем б о льш е эн ер ги я ч асти ц , тем глу б ж е п р о н и каю т о н и в атм о сф ер у . Т аки м о б р азом , м о щ н ы е всп ы ш ки о казы ваю т вли ян и е н а п р о ц ессы о зо н о о б р азо ван и я в вер х н ей атм о сф ер е, ко то р ы е п о вели ч и н е сво его эф ф екта м о гу т п р евы ш ать вар и ац и и ко н ц ен тр ац и и о зо н а, связан н ы е с и зм ен ен и ем п о то ка Г К Л . О д н ако су щ еству ет ещ е о д и н и сто ч н и к и зм ен ен и я ко н ц ен тр ац и и о зо н а — вы сы п аю щ и еся и з р ад и ац и о н н ы х п о ясо в р еляти ви стски е электр о н ы — сп о р ад и ч ески е п о то ки ч асти ц , д ли тельн о стью д о н еско льки х ч асо в. О б ы ч н о о н и п оявл яю тся во вр ем я м агн и тн ы х во зм у щ ен и й . З ам еч ен о , ч то и х всп лес210 ки в р ад и ац и о н н ы х п о ясах связан ы с у вели ч ен и ем ско р о сти со лн еч н о го ветр а. В о зд ей стви е р еляти ви стски х электр о н о в н а о зо н м о ж ет вр ем ен ам и п р евы ш ать эф ф ект со лн еч н ы х всп ы ш ек. Г К Л п р о н и каю т глу б ж е в атм о сф ер у , ч ем все о стал ьн ы е ко м п о н ен ты ко см и ч еско й р ад и ац и и , п о это м у и х эф ф ект б у д ет н аб лю д аться н а б о лее н и зки х вы со тах . С о лн еч н ы е п р о то н ы вл и яю т н а р азр у ш ен и е в стр ато сф ер е и м езо сф ер е. З д есь ж е сво е р азр у ш и тельн о е д ей стви е о казы ваю т и р еляти ви стски е электр о н ы . К ако в ж е эф ф ект б о м б ар д и р о вки ко см и ч ески м и ч асти ц ам и о зо н о во го сло я? Ф о р б у ш -п о н и ж ен и е ко см и ч ески х лу ч ей вы зы вает у вели ч ен и е ко н ц ен тр ац и и о зо н а н а ~10%. Ч то ж е касается С К Л , то м о ж н о п р и вести след у ю щ и е п р и м ер ы . В сен тяб р е-о ктяб р е 1 9 8 9 г., п р и о д н о й и з н аи б о лее м о щ н ы х всп ы ш ек п р о ш ло го сто лети я, п о н и ж ен и е ко н ц ен тр ац и и о зо н а в вы со ко ш и р о тн ы х о б ластях А р кти ки и А н тар кти ки д о сти гло ~2 0 % . Д ан н ы е сп у тн и ка UARS п о и зм ер ен и ю ко н ц ен тр ац и и о зо н а п о сле си льн о й всп ы ш ки 1 4 и ю ля 2 0 0 0 г. (р и с. 1 4 .8 ) такж е Р и с. 14.8. И зм ен ен и е к он ц ен тр ац и и озон а п осл е в сп ы ш к и 14 и ю л я 2000 г. — н аи бол ее обш и р н ы е и зн ач и тел ь н ы е и зм ен ен и я к он ц ен тр ац и и (ф ор м и р ов ан и е озон н ой ды р ы ) п р ои зош л и ч ер ез н еск ол ь к о ч асов п осл е в тор ж ен и я сол н еч н ы х ч асти ц . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 142 211 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 143 п о казало о б р азо ван и е б о л ьш о й «о зо н о во й д ы р ы » п о сле вто р ж ен и я со лн еч н ы х п р о то н о в. С тан о ви тся п о н ятн ы м , ч то ко см и ч ески е ч асти ц ы , н ар яд у с со лн еч н ы м у льтр аф и о лето м и ан тр о п о ген н ы м во зд ей стви ем (то т ж е ф р ео н ) н а атм о сф ер у , явл яю тся и сто ч н и ко м и зм ен ен и я о зо н н о го сло я З ем ли и , как п о казы ваю т м о д ельн ы е о ц ен ки и н аб лю д ен и я, - весьм а су щ ествен н ы м . 14.5. С ал ю т к осм и ч еск и м л уч ам З акан ч и вая эту главу , х о тело сь б ы о стан о ви ться ещ е н а о д н о м атм о сф ер н о м явл ен и и , о б н ар у ж ен н о м н ед авн о с б о р та ко см и ч ески х ко р аб лей . Э то - свеч ен и е атм о сф ер ы в ее вер х н и х сло ях - кр атко вр ем ен н ы е всп лески в у льтр аф и о л ете и ли в кр асн о м свете. О н и разн о о б р азн ы п о ф о р м е и п о это м у п о лу ч и ли р азли ч н ы е н азван и я — сп р ай то в — эльф о в и го лу б ы х д ж ето в. Н о есть у н и х о б щ ее н азван и е - тр ан зи ен тн ы е свето вы е явл ен и я. В след за и х о б н ар у ж ен и ем п о яви лась и м о д ел ь, п о зво ляю щ ая п о н ять и х су ть. И зд есь вн о вь н е о б о ш ло сь б ез ко см и ч ески х лу ч ей . В о всем « ви н о ваты » м о л н и и и гр о зы . О казало сь, ч то в р ай о н е ско п лен и я гр о зо вы х о б лако в, гд е атм о сф ер н ы е электр и ч ески е п о ля ч р езвы ч ай н о вели ки , со зд аю тся у сло ви я д ля у с ко р ен и я электр о н о в о кру ж аю щ ей ср ед ы . Б о лее то го , п о казан о , ч то это т п р о ц есс н о си т лави н о о б р азн ы й х ар актер . Э л ектр о н ы , стр ем ясь п о ки н у ть о б ласть м о лн и евы х р азр яд о в, стан о вятся «у б егаю щ и м и ». И х эн ер ги я м о ж ет д о сти гать 1 М эВ и б о лее. П о лу ч ается, ч то гр о зо вая акти вн о сть д ей ству ет как и м п у льсн ы й у ско р и тель электр о н о в с д ли тельн о стью и м п у льсо в в н ан о секу н д ы . И м ен н о о н и и со зд аю т светящ и еся р азряд ы — эл ектр и ч ески е п р о б о и во зд у х а — н ад гр о зо вы м и о б лакам и , п о лу ч и вш и е н азван и е ф ей , п р о казн и ко в и го лу б ы х д ж ето в ( р и с. 14.9). Д ли тельн о сть сам и х о п ти ч ески х р азряд о в — о т д есятко в д о со тен м и л ли секу н д , п р о и сх о д ят о н и н а вы со тах о т 2 5 д о 10 0 км и , во зм о ж н о , н еско лько вы ш е. Г о р и зо н тальн ы й и х 212 Р и с. 14.9. М ехан и зм ф ор м и р ов ан и я тр ан зи ен тн ы х атм осф ер н ы х я в л ен и й п р и м ол н и ев ом р азр я де. Л ави н а у б егаю щ и х электр о н о в, у ско рен н ая электр и ч ески м п о л ем , со зд ает атм о сф ер н ы й п р о б о й вы ш е гр о зо во й о б лач н о сти , вы зы вая кр атко вр ем ен н о е свеч ен и е атм о сф ер ы - сп р ай ты . р азм ер - 10-5 0 км , а зан и м аем ы й и м и о б щ и й о б ъ ем - б о лее ты сяч и км 3. Т р ан зи ен тн ы е о п ти ч ески е явл ен и я н е н ад о п у тать с п о ляр н ы м и си ян и ям и . Э то со вер ш ен н о о соб ы й класс атм о сф ер н ы х явлен и й . Н а р и с. 1 4 .10 вы м о ж ете ви д еть п р о стр ан ствен н о е р асп р ед елен и е таки х тр ан зи ен тн ы х свето вы х явл ен и й , н аб лю д авш и х ся н ед авн о , в ф евр але 2 0 0 5 г., с б о р та сп у тн и ка «У н и вер си тетски й Т атьян а» с п о м о щ ью у льтр аф и о лето во го д етекто р а. В се н аб л ю д авш и еся всп лески у льтр аф и о лета д ли тельн о стью в м и лл и секу н д ы и эн ер ги ей д о 1 0 12-1013эр г (!) б ы ли р асп о ло ж ен ы вб ли зи эквато р и ал ьн о й п ло ско сти . И м ен н о зд есь и р асп о лагалась о б л асть и н тен си вн о й о б лач н о сти . Т ак п р и ч ем ж е зд есь ко см и ч ески е лу ч и ? О казы вается, и м ен н о о н и со зд аю т «стар то вы е» у сло ви я д ля м о лн и евы х р азр яд о в, а электр о н ы Ш А Л являю тся и сх о д н ы м и ч асти ц ам и д л я ф о р м и р о ван и я л ави н у б егаю щ и х электр о н о в, вы стр ели ваем ы х и з гр о зо вы х о б лако в (см . р и с. 1 4 .9 ). А тм о сф ер н ы е р азр яд ы м о гу т во зн и кн у ть н а р азн ы х вы со тах . О тсю д а п о явлен и е 213 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 144 Р и с. 14.10. П р остр ан ств ен н ое р асп р едел ен и е в сп л еск ов ул ь тр аф и ол етов ого св еч ен и я п о н абл ю ден и я м н а сп утн и к е «У н и в ер си тетск и й -Т ать я н а» и обл ач н ы й п ок р ов в ф ев р ал е 2005 г. кр асн ы х сп р ай то в и ли го лу б ы х д ж ето в: в зави си м о сти о т вы со ты , и з-за р азн о го со става атм о сф ер ы , р азр яд б у д ет вы зы вать р азли ч н о е свеч ен и е. П о м и м о о п ти ч еско го свеч ен и я и з о б л асти п р о б о я «вы р ы вается» и гам м а-и злу ч ен и е. Т аки е всп лески гам м а-кван то в, и д у щ и е о т З ем ли , д ей стви тельн о н аб лю д али сь н а ко см и ч еско й о б сер вато р и и « Compton» , а со всем н ед авн о , н а сп у тн и ке RHESSY. Т ак З ем ля « салю ту ет» ко см и ч ески м лу ч ам , вто р гш и м ся в ее атм о сф ер у . Н о н аш а п лан ета и сам а является, как теп ер ь это п о н ятн о , и сто ч н и ко м ко см и ч ески х лу ч ей : электр о н ы д о стато ч н о вы со ки х эн ер ги й - 1 М эВ и б о лее, а такж е гам м а-кван ты м о гу т вы р ваться и з атм о сф ер ы и у й ти в ко см и ч еско е п р о стр ан ство . З д есь у м естн о всп о м н и ть Н о б елевско го лау р еата Ч .В и льсо н а, ко то р ы й ещ е в 1 9 0 0 г. вы д ви н у л и д ею , ч то б о льш о й о стато ч н ы й то к в его электр о ско п е (см . главу 2 ) м о ж ет б ы ть связан с у скор ен н ы м и в электр и ч ески х п о л ях гр о зо вы х о б лако в электр о н ам и . И х о тя эта и н тер п р етац и я б ы ла н е п р и м ен и м а к о б н ар у ж ен н о м у и м явлен и ю , сам а и д ея ч ер ез 1 0 0 лет п о лу ч и ла сво е р азви ти е в о ткр ы ты х тр ан зи ен тн ы х свето вы х явлен и ях ... 214 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 145 Гл ав а 15. РА Д И О А К Т И В Н Ы Й К О С М О С Н е д о р о г тал ан т, п р ава та д о р о га С п асает у ч ен о го и сти н н ы й п у ть. Н гуен Ч а й К о см и ч ески е лу ч и — галакти ч ески е и со лн еч н ы е — со зд аю т р ад и ац и о н н у ю ср ед у в ко см о се. Е е п ар ам етр ы , как м ы ви д ели , зави сят н е то л ько о т р ассто ян и я д о З ем л и , о т м есто п о ло ж ен и я ко см и ч еско го ап п ар ата, н о и о т со лн еч н о й акти вн о сти . И зм ен ен и я р ад и ац и о н н о й о б стан о вки , связан н ы е с ко см и ч ески м и лу ч ам и , н ел ьзя н е у ч и ты вать п р и ко н стру и р о ван и и сп у тн и ко в, м еж п лан етн ы х ап п ар ато в и о р б и тал ьн ы х стан ц и й . О д н ако п р и су тстви ем то лько ко см и ч ески х лу ч ей н е и сч ер п ы ваю тся все п ар ам етр ы р ад и ац и о н н о й ко см и ч еско й ср ед ы . О ткр ы ти е, сд ел ан н о е в н ач але ко см и ч ески х и ссл ед о ван и й со ветски м и и ам ер и кан ски м и у ч ен ы м и , осу щ ествлявш и м и эксп ер и м ен ты н а п ер вы х и ску сствен н ы х сп у тн и ках З ем л и , су щ ествен н о и зм ен и ло н аш и п р ед ставлен и я о ко см и ч еско м п р о стр ан стве. 15.1. К осм и ч еск и й «Т О К А М А К ». Н а 1 -м со ветско м и ску сствен н о м сп у тн и ке З ем ли н е б ы ло н и како й н ау ч н о й ап п ар ату р ы , за и склю ч ен и ем , п о ж алу й , сам о го р ад и о п ер ед атч и ка, п о сы лавш его п ер вы е р у ко тво р н ы е си гн алы с о р б и ты . Р ад и о во лн ы п ер ед атч и ка «п р о свеч и вал и » и о н о сф ер у , п р ед о ставляя свед ен и я о р асп р ед елен и и п ло тн о сти и о н и зи р о ван н о й о б о ло ч ки З ем ли . Н о у ж е н а 2 -м со ветско м сп у тн и ке сто ял а сп ец и альн ая ап п ар ату р а (это б ы ли п р о сты е газо р азр яд н ы е сч етч и ки ) д ля 215 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 146 и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу ч ей . Э ти п р и б о р ы со зд ал С ер гей В ер н о е с со тр у д н и кам и и з М о ско вско го у н и вер си тета. П о су ти , это б ы ла п ер вая в м и р е н ау ч н ая ап п ар ату р а, зап у щ ен н ая ч ело веко м в ко см и ч еско е п р о стр ан ство . К аки е зад ач и вы п о л н яла эта ап п ар ату р а? Б у д у ч и «ко см и ко м », С .В ер н о в, естествен н о , п о стави л зад ач у и ссл ед о ван и я ко см и ч ески х лу ч ей за п р ед елам и атм о сф ер ы . Ч то м о ж н о б ы ло о ж и д ать и з эти х и зм ер ен и й ? П о то к ко см и ч ески х лу ч ей д о лж ен во зр астать п о м ер е у д ален и я о т З ем ли и з-за н али ч и я м агн и тн о го п о ля. П о м и м о это го , д о лж н а н аб л ю д аться ш и р о тн ая зави си м о сть п о то ка: вб ли зи п о лю со в его вели ч и н а д о лж н а б ы ть б о льш е, ч ем в р ай о н е эквато р а. Д о лж ен м ен яться и со став ко см и ч ески х лу ч ей , т.к. и зм ер ен и я п р о во д ятся вн е атм о сф ер ы , гд е н ет вто р и ч н ы х ч асти ц . П о ж алу й , все... С п у тн и к б ы л зап у щ ен в кан у н п разд н и ка, д н я Р ево лю ц и и . И у ж е н а п ер вы х ви тках о н зар еги стр и р о вал н еч то н ео б ы ч н о е — п о то к ч асти ц н е след о вал ш и р о тн о й зави си м о сти , и сп ы ты вая си л ьн ы е ф л у кту ац и и . Ч то б ы это м о гло б ы ть? «В зглян у в» н а С о лн ц е, у ч ен ы е о б н ар у ж и ли п р о явлен и е со лн еч н о й акти вн о сти — как р аз в это вр ем я н аб лю д алась всп ы ш ка. Е стествен н о б ы ло п р ед п о ло ж и ть вто р ж ен и е со лн еч н ы х ч асти ц в о кр естн о сти З ем ли (р и с. 1 5 .1 ). В след за С .В ер н о вы м , ам ер и кан ск и й у ч ен ы й Д ж . В ан -А ллен д ля и зу ч ен и я ко см и ч ески х лу ч ей у стан о ви л н а п ер во м ам ер и кан ско м и ску сствен н о м сп у тн и ке З ем ли «Э ксп ло р ер -1 » тако й ж е газо р азр яд н ы й д етекто р , как и н а 2 -м со ветско м сп у тн и ке. К ако во ж е б ы л о у д и влен и е ам ер и кан ски х у ч ен ы х , когд а о н и , взгл ян у в н а п ер ву ю п о лу ч ен н у ю и н ф ор м ац и ю , о б н ар у ж и ли , ч то и х сч етч и к «зах леб ы вал ся» о т б о л ьш о го п о то ка ч асти ц . О д и н и з со тр у д н и ко в Д ж .В ан -А лл ен а, Э .Р эй д аж е во скли кн у л: «Б о ж е м о й , вед ь ко см о с р ад и о акти вен !» (р и с. 1 5 .2 ). А м ер и кан ски е сп ец и али сты п о н яли , ч то о н и о б н ар у ж и ли ч то -то н ео б ы ч н о е. И н тер п р етац и я п о след о вал а д о во л ьн о б ы стр о : это авр о р ал ьн ы е ч асти ц ы , ко то р ы е п р и х о д ят о т С о лн ц а и вн ед р яю тся в вы со ко ш и р о тн ы е о б ласти , вы зы вая п о ляр н ы е си ян и я. 216 Р и с. 15.1. С к ор ость сч ета газор азр я дн ого детек тор а, устан ов л ен н ого н а 2-м сов етск ом сп утн и к е (сп р ав а в в ер ху). В сп л ески п о то ко в р ад и ац и и , п р евы ш аю щ и е о ж и д аем у ю ш и р о тн у ю зави си м о сть ко см и ч ески х лу ч ей , б ы ли п р и н яты за со лн еч н ы е ч асти ц ы , п р и ш ед ш и е о т всп ы ш ки . Н а сам о м д еле, это б ы ли ч асти ц ы , вы сы п аю щ и еся и з р ад и ац и о н н ы х п о ясо в З ем ли . Э то б ы ла н асто ящ ая д р ам а п ер во о ткр ы вател ей ко см о са. И С .В ер н о в и Д ж .В ан -А л лен сто лкн у ли сь, н а сам о м д ел е, с со вер ш ен н о н о вы м п р и р о д н ы м явл ен и ем - зах вач ен н ы м и в м агн и тн о е п о ле З ем ли п о то кам и зар яж ен н ы х ч асти ц б о л ьш о й эн ер ги и . П о зд н ее это я влен и е б ы ло н азван о р ад и ац и о н н ы м и п о ясам и . О д н ако в п ер вы х эксп ер и м ен тах о н и этого н е о со зн али . П о н и м ан и е н о во го явл ен и я п р и ш ло н ем н о го п о зд н ее, сп у стя н еско лько м есяц ев, ко гд а б ы л зап у щ ен 3 -й со ветски й сп у тн и к с о б ш и р н ы м н аб о р о м эксп ер и м ен тал ьн о й ап п ар ату ры , п о зво ли вш и й д етальн о и ссл ед о вать п р о стр ан ствен н ы е р асп р ед елен и я ч асти ц н а б о льш и х вы со тах ; ко гд а Ф .З и н гер (у ч ен ы й н е и з гр у п п ы Д ж . В ан -А л лен а) о п у б ли ко вал статью , п р ави льн о и н тер п р ети р о вавш у ю ам ер и кан ски е р езу льтаты и ко гд а п о яви л ся п ер вы й м ех ан и зм д л я о б ъ ясн ен и я су щ ество ван и я ги ган тско й ло ву ш ки д ля зар яж ен н ы х ч асти ц . 217 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 147 Р и с. 15.2. С отр удн и к и Д ж .В ан -А л л ен а, ув и дев ш и е п ер в ы е дан н ы е п р и бор а, устан ов л ен н ого н а сп утн и к е «Э к сп л ор ер -1» и «захл ебы в ав ш егося » от огр ом н ы х п оток ов р ади ац и и ... П о след о вавш ая за эти м и н тер п р етац и я явлен и я - н аб лю д ен и е н и зко эн ер ги ч н ы х ч асти ц , вы зы ваю щ и х п о ляр н ы е си ян и я, — о казалась н евер н о й . Э то б ы ли ч асти ц ы , захвач ен н ы е м агн и тн ы м п о лем — р ад и ац и о н н ы е п о яса. Т ак ч асто б ы вает в н ауке, ко гд а и зн ач альн ая ц еп ь эксп ер и м ен та п р и во д и т со в ер ш ен н о к д р уги м р езультатам . А и н тер п р етац и я п о луч ен н ы х р езультато в п ор о й н ах од и тся п о д п р ессом сущ ествую щ и х п р ед ставлен и й . П од ро б н о е р ассм о тр ен и е рад и ац и о н н ы х п о ясо в вы хо д и т за р ам ки д ан н о й кн и ги . З д есь м ы о гран и ч и м ся ли ш ь н ео б хо д и м ы м и д ля д альн ей ш его и зло ж ен и я об щ и м и свед ен и ям и . Ч то ж е тако е р ад и ац и о н н ы е п о яса З ем ли ? Г и ган тски й тор зар яж ен н ы х ч асти ц (р и с. 15 .3 ) с эн ерги ям и о т сам ы х м алы х — «п лазм ен н ы х » — в д есятки -со тн и кэВ , д о эн ер ги й в Г эВ 'ы , т.е. соп о стави м ы х с эн ер ги ям и ко см и ч ески х луч ей . Ч асти ц ы р ад и ац и он н ы х п о ясо в, зах вач ен н ы е в м агн и тн ой ло вуш ке, со вер ш аю т 3 х ар актер н ы х ви д а д ви ж ен и й (р и с. 1 5.4 ), в р езультате ко то р ы х соб ствен н о и «р о ж д аю тся» и х д о лго ж и вущ и е п о то ки . Э то вр ащ ательн о е д ви ж ен и е ч асти ц во кр уг м агн и тн о й си л о во й ли н и и (лар м о ро вско е д ви ж ен и е с р ад и усом , о п р ед еляем ы м ж естко стью части ц ), ко леб ан и я вд о ль м агн и тн о й си л о во й ли н и и и ази м утальн ы й д р ей ф во кр уг З ем ли . В р ем ен а 218 Р и с. 15.3. С тр ук тур а в н утр ен н его и в н еш н его эл ек тр он н ого р ади ац и он н ого п оя са З ем л и . Т акж е п о казан о р асп о ло ж ен и е п о яса, состо ящ его и з ан о м альн ы х косм и ч ески х луч ей . П ро стр ан ствен н ая п р о тяж ен н о сть р ад и ац и о н н ы х п о ясо в в п ло ско сти экватор а о т 1R3 д о 7R3. Н а врезке п о казан ы д р ей ф о вы е тр аекто р и и п ро то н о в и электро н о в, зах вач ен н ы х в м агн и тн о е п о ле Зем ли . эти х ви д ов д ви ж ен и я си льн о о тли ч аю тся: о т д о лей секун д ы д ля ларм оро вско го д ви ж ен и я — д о ч аса д ля ази м утальн о го д р ей ф а. Ч то н ап ом и н ает эта кар ти н а? ...В ско р е п о сле усп еш н о й р еали зац и и ато м н о го п ро екта и у н ас в С С С Р , и в С Ш А уч ен ы е п р и ступ и ли к р еш ен и ю п ро б лем ы со зд ан и я тер м о яд ер н о го р еактор а. Д ля это го н ад о б ы ло со зд ать усло ви я д ля усто й ч и во го уд ер ж ан и я п лазм ы . Э то м ож н о сд елать с п о м о щ ью м агн и тн о го п о ля. Б ы ло п р ед ло ж ен о м н о го р азли ч н ы х ви д о в м агн и тн ы х ло вуш ек, ср ед и н и х — «Т О К А М А К ». Д о си х п о р тер м о яд ер н ы й р еактор н е П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 148 р еали зован . П ро б лем а уд ер ж ан и я п лазм ы о казалась б о лее сло ж н о й , ч ем это п р ед ставляло сь в н ач але и сслед о ван и й ... П р и р о д а созд ала то , ч то н е уд ало сь п о ка сд елать ч ело веку. В н утри м агн и тн о го п о ля З ем ли р еали зую тся усло ви я д ля усто й ч и во го зах вата заряж ен н ы х ч асти ц . 219 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 149 Р и с. 15.4. О сн ов н ы е в и ды дв и ж ен и й зар я ж ен н ы х ч асти ц р ади ац и он н ы х п оя сов : л ар м ор ов ск ое (в р ащ ател ь н ое) — в ок р уг м агн и тн ой си л ов ой л и н и и ; к ол ебател ь н ое — в дол ь п ол я с отр аж ен и ем н а м ал ы х в ы сотах и ази м утал ь н ы й др ей ф ч асти ц в ок р уг З ем л и (п р отон ы и эл ек тр он ы др ей ф ую т в п р оти в оп ол ож н ы е стор он ы ). 15.2. Р оди тел и п л ен н и к ов м агн и тн ой л ов уш к и О тку д а ж е п о яви ли сь ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п о ясо в? Б езу сло вн о , ко см и ч ески е лу ч и о тветствен н ы за п о явл ен и е ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п оясо в, н о сам и о н и н е м о гу т б ы ть зах вач ен н ы м и , п о кр ай н ей м ер е, в теч ен и е д ли тел ьн о го вр ем ен и . З д есь у м естн о о тм ети ть, ч то «вр ем я ж и зн и » п р о то н о в с эн ер ги ям и в со тн и М эВ и б о лее в сам о й б ли ж н ей к З ем ле о б л асти п о ясо в д о сти гает со тен лет! О казы вается, ко см и ч ески е лу ч и (п р о то н ы ), д ости гая атм о сф ер ы и взаи м о д ей ству я с н ей , о б р азу ю т вто р и ч н ы е ч асти ц ы — п р о д у кты яд ер н ы х р еакц и й . С р ед и н и х есть н ей тр о н ы , ч асть ко то р ы х лети т в ко см и ч еско е п р о стр ан ство . Н ей тр о н ы — н естаб и л ьн ы е ч асти ц ы . И х вр ем я ж и зн и ~ 1 5 м и н . О н и р асп ад аю тся п о у ж е и звестн о й ч и тателю сх ем е: n -> p + е + К ак м ы ви д и м , п р о д у кт р асп ад а - зар яж ен н ы е ч асти ц ы 220 — п ро то н ы и электро н ы . О н и и являю тся ч асти ц ам и , п о п о лн яю щ и м и р ад и ац и о н н ы й п о яс. Э то т б ы л п ервы й м ех ан и зм о б р азо ван и я п о ясо в, ко торы й п р ед ло ж и ли С .В ер н ов и А . Л еб ед и н ски й ср азу п о сле и х о ткры ти я в 1 9 58 г. (см . р и с. 15 .5 ). О д н ако, о казало сь, ч то это т м ех ан и зм , связан н ы й с ген ер ац и ей н ей тр о н ов (н ей тро н о в альб ед о ) ко см и ч ески м и луч ам и , н е м о ж ет о б есп еч и ть зап о лн ен и я ч асти ц ам и всех р ад и ац и он н ы х п о ясо в. Н еоб хо д и м о б ы ло н ай ти д р уги е. К о н ечн о , взо р ы и сслед о в ателей о б р ати ли сь к со лн еч н о м у ветр у — п о стоян н ом у п о то ку п лазм ы в м еж п лан етн о й ср ед е. Н о ... эти ч асти ц ы , во -п ервы х, каки м -то об р азо м д о лж н ы п р о н и кн уть вн утр ь м агн и то сф ер ы , а во -вто р ы х — зн ач и тельн о увели ч и ть свою эн ер ги ю . В ед ь эн ер ги я ч асти ц со лн еч н о й п лазм ы (~1 кэВ ) зн ач и тельн о м ен ьш е эн ер ги и ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в. В кратц е, кар ти н а Р и с. 15.5 М ехан и зм ы обр азов ан и я п р отон ам и Г К Л эл ек тр он ов с эн ер ги я м и до сотен к эВ и п р отон ов в сотн и М эВ в р ади ац и он н ы х п оя сах (1) и в ы сок оэн ер ги ч н ы х эл ек тр он ов в сотн и М эВ п од р ади ац и он н ы м и п оя сам и (2). В о б о и х случаях ч асти ц ы со зд аю тся в р езультате яд ер н ы х р еакц и й ко см и ч ески х луч ей с атм о сф еро й . Н овы е ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п оясов являю тся п ро д укто м р асп ад а н ей тр о н о в, а электро н ы п о д п оясам и о б р азую тся в р езультате р асп ад а п и -м езон о в. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 150 221 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 151 зап о лн ен и я м агн и то сф ер ы ч асти ц ам и со лн еч н о го ветр а и и х у скор ен и я вы гляд и т след у ю щ и м о б р азо м . Т а д о ля ч асти ц со лн еч н о го ветр а, ко то р ая «су м ела п р о со ч и ться» вн у тр ь м агн и тн о го п о ля, зап о лн яет вн еш н и е о б ласти : м еж д у у д ар н о й во лн о й и гр ан и ц ей м агн и то сф ер ы , х во ст м агн и то сф ер ы , п о ляр н ы е о б ласти ... (см . р и с. 1 3 .6 ). О со б ен н о акти вн у ю р оль в п о п о л н ен и и ч асти ц ам и р ад и ац и о н н ы х п оясо в вы п о л н яет х во ст м агн и то сф ер ы . В о вр ем я м агн и тн ы х б у р ь и м ен н о зд есь п р о и сх о д ят м о щ н ы е д еф о р м ац и и м агн и тн о го п о ля, п р и во д ящ и е к ген ер ац и и и н д у кц и о н н ы х электр и ч ески х п о лей , ко то р ы е и у скор яю т ч асти ц ы со лн еч н о й п лазм ы . Ч асть эти х ч асти ц , у ж е у скор ен н ы х в х во сте, д о сти гает вн еш н и х гр ан и ц р ад и ац и о н н о го п о яса, и зд есь н ач и н ается д ру го й п р о ц есс, п р о ц есс и х п ер ен о са вн у тр ь, в н ап р авл ен и и З ем ли . «Д ви ж у щ ей си ло й » это го п р о ц есса такж е является со лн еч н ы й ветер , вер н ее, его ф лу кту ац и и , как кр у п н ом асш таб н ы е (ти п а С М Е ), так и б о л ее слаб ы е, п р акти ч ески п о сто ян н о су щ еству ю щ и е в м еж п лан етн о й ср ед е. Ф лу кту ац и и со лн еч н о го ветр а со зд аю т ко леб ан и я м агн и тн о го п о ля З ем ли , ко то р ы е, со б ствен н о , и «заго н яю т» ч асти ц ы вн у трь м агн и тн о й ло ву ш ки . В п р о ц ессе и х п ер ен о са к З ем ле, о н и ещ е б о льш е у вели ч и ваю т сво ю эн ер ги ю . И так, у ж е д ва и сто ч н и ка — ко см и ч ески е лу ч и вы со ко й эн ер ги и и со лн еч н ая п лазм а м о гу т п о п о лн ять р ад и ац и о н н ы е п о яса. Н о это ещ е н е все и сто ч н и ки . В ели ко б ы л о у д и влен и е у ч ен ы х в н ач але 7 0 -х го д о в, ко гд а ср ед и ч асти ц во вн у тр ен н ей м агн и то сф ер е о н и у ви д ели ч асти ц ы зем н о го п р о и сх о ж д ен и я — и о н о сф ер н ы е! К ак о тли ч и ли эти ч асти ц ы о т со лн еч н ы х ? С п о м о щ ью п р и б о р о в, ко то р ы е р азд еляю т ч асти ц ы п о и х эн ер ги ям , м ассе и зар яд у . В х о д е эксп ер и м ен то в н а сп у тн и ках б ы ло о б н ар у ж ен о , ч то и о н о сф ер а «ф о н тан и р у ет» в о кру ж аю щ ее п р о стр ан ство ки сло р о д (р и с. 1 5 .6 ). П р и ч ем это т ки сло р о д и м еет зар яд 1 + — о н слаб о и о н и зи р о ван , в о тли ч и е о т со лн еч н о го , ко тор ы й п о лн о стью , как го во р ят, «о б о д р ан » — у н его о тсу тству ю т электр о н н ы е о б о ло ч ки . С о лн еч н ы й ки сло р о д (п о су щ еству , это го лы е яд р а) 222 Р и с. 15.6. И он осф ер н ая п л азм а — и сточ н и к р ади ац и он н ы х п оя сов . О д н о кр атн о зар яж ен н ы е и о н ы и н ж екти р у ю тся и у ско р яю тся п о вр ем я м агн и тн ы х б у р ь и з и о н о сф ер ы , р асп р о стр ан яясь вд о л ь м агн и тн ы х си ло вы х ли н и й п о п о лн яя, тем сам ы м , ко льц ево й то к. и м еет зар яд 8 + . Т ак о тли ч и ли со лн еч н о е вещ ество о т зем н о го. Т аки м о б р азо м , б ы л о б н ар у ж ен ещ е о д и н и сто ч н и к ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в - и о н о сф ер н ы й . А в н ач але 9 0 -х го д о в н аш ли ещ е о д и н - м еж звезд н о е вещ ество . У ж е у п о м и н ало сь о б ан о м ал ьн о й ко м п о н ен те ко см и ч ески х лу ч ей . Э ти ч асти ц ы (ки сло р о д , гели й , н ео н и д р .) с эн ер ги ей ~10-20 М эВ /н у кл и м ею т зар яд , б ли зки й к 1 + и , сл ед о вател ьн о , б о льш у ю ж естко сть. Т аки е ч асти ц ы н е м о гу т зах ваты ваться м агн и тн о й л о ву ш ко й : сли ш ко м вели к у н и х р ад и у с кр и ви зн ы тр аекто р и й в м агн и тн о м п о ле. О д н ако б ы л п р ед ло ж ен м ех ан и зм , ко то р ы й п о лу чи л эксп ер и м ен тал ьн ы е п о д твер ж д ен и я, о б есп еч и ваю щ и й зап о лн ен и е р ад и ац и о н н о го п о яса ч асти ц ам и м еж звезд н о го вещ ества. Э то т м ех ан и зм со сто и т в след у ю щ ем (р и с. 1 5 .7 ). А К Л п р о н и каю т в глу б ь м агн и то сф ер ы и в вер х н и х сло ях атм о сф ер ы п р о и сх о д и т и х п ер езар яд ка н а н ей тр ал ьн ы х ато м ах . В р езу льтате и х зар яд у вел и ч и вается, р ад и у с кр и ви зн ы тр аекто р и и р езко у м ен ьш ается и , тем сам ы м , П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 152 о б есп еч и ваю тся у сло ви я д ля у сто й ч и во го зах вата. Т ако й п о яс д ей стви тельн о б ы л 223 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 153 Р и с. 15.7. М ехан и зм ф ор м и р ов ан и я захв ач ен н ы х ч асти ц ан ом ал ь н ы х к осм и ч еск и х л уч ей п р едстав л я ет собой п р он и к н ов ен и я о дн ок р атн о зар я ж ен н ы х и он ов А К Л в н утр ь м агн и тн ого п ол я , и х п ер езар я дк у н а атом ах атм осф ер ы - и п осл едую щ и й захв ат в м агн и тн ое п ол е. о б н ар у ж ен в х о д е о теч ествен н ы х эксп ер и м ен то в н а сп у тн и ках сер и и « К о см о с». О казало сь (см . р и с. 1 5 .3 ), ч то о н р асп о лагается н а р ассто ян и ях , н ем н о го п р евы ш аю щ и х 2 р ад и у са З ем л и (R3) о т ее п о вер х н о сти (в п ло ско сти эквато р а). О д н ако эти м м ех ан и зм о м н е о гр ан и ч и вается р о ль галакти ч ески х ко см и ч ески х лу ч ей в ф о р м и р о ван и и р ад и ац и о н н о го о кру ж ен и я З ем л и . Д ело в то м , ч то п ер ви ч н ая ко м п о н ен та Г К Л , взаи м о д ей ству я с атм о сф ер о й , ген ер и ру ет п о ток вто р и ч н ы х н ей тр ал ьн ы х п и -м езо н о в (π °). Э ти ч асти ц ы ко р о тко ж и ву щ и е и р асп ад аю тся н а м ю -м езо н ы (μ ) и электр о н ы . Н еко то р ая ч асть электр о н о в м о ж ет вы х о д и ть ввер х , в о ткр ы ты й ко см о с, со зд авая ал ьб ед н ы й п о то к (см . р и с. 1 5 .5 ). Р асч еты п о казы ваю т, ч то эн ер ги я эти х электр о н о в д о сти гает со тен М эВ , и о н и со зд аю т н а м алы х вы со тах сво ео б р азн ы й о р ео л альб ед н ы х ч асти ц во кру г З ем ли , вн о ся д о п о лн и тел ьн ы й вклад в р ад и ац и о н н о е о кру ж ен и е З ем ли . В ц ело м , р ад и ац и о н н ы е п о яса зап о лн яю т д о во льн о о б ш и р н у ю о б ласть во кр у г З ем ли — и х вн еш н яя гр ан и ц а р асп о л о ж ен а н а р ассто ян и и д о ~7R3 (р и с. 1 5 .3 ). В н еш н яя зо н а п о ясо в зап о лн ен а м ен ее эн ер ги ч н ы м и ч асти ц ам и п о ср авн ен и ю с вн у тр ен н ей . И м ен н о во вн у тр ен н ей зо н е, н а р ассто ян и и м ен ее 224 2,5R3 о б н ар у ж ен ы п р о то н ы с эн ер ги ям и д о 1 Г эВ . В о вн еш н ей зо н е эн ер ги и п р о то н о в н е п р евы ш аю т М эВ 'о в. М агн и тн ая ло ву ш ка, п о м и м о п р о то н о в, зап о л н ен а д р у ги м и яд р ам и и электр о н ам и . Э н ер ги я электр о н о в в п о ясах д о сти гает р ел яти ви стски х зн ач ен и й — н еско лько М эВ . М ы п о зн ако м и ли сь с р ад и ац и о н н ы м и п о ясам и З ем ли . И сто р и я и х о ткр ы ти я и п о след у ю щ и е и ссл ед о ван и я — яр ки й п р и м ер у сп еш н о го р еш ен и я н ау ч н о й п р о б лем ы , во м н о го м б ази р у ю щ ей ся н а ф и зи ке п лазм ы . Э то м у зн ач и тельн о сп о со б ство вали и н телл екту альн ы й п о тен ц и ал у ч ен ы х , п о лу ч ен н ы й в х о д е р еали зац и и ато м н о го п р о екта и н ач альн о го п ер и о д а тер м о яд ер н ы х и ссл ед о ван и й , а такж е ко см и ч ески е и сслед о ван и я, ко то р ы е б ы ли о со б ен н о и н тен си вн ы м и в н ач альн о м п ер и о д е ко см и ч еско й эр ы . 15.3. Н ей тр он н ы й ор еол З ем л и Н есм о тр я н а сво ю ко р о тку ю ж и зн ь, н ей тр о н ы , б езу сло вн о , п р и су тству ю т в м еж звезд н о й ср ед е, Г алакти ке и в С о лн еч н о й си стем е. Н о зар еги стр и р о вать м ы м о ж ем ли ш ь те, ко то р ы е р о ж д аю тся б ли зко о т н ас. Г д е? С о лн ц е — м о щ н ы й и сто ч н и к м н о ги х элем ен тар н ы х ч асти ц , яд ер и , ко н еч н о , н ей тр о н о в. П о след н и е о б р азу ю тся в р езу льтате яд ер н ы х р еакц и й С К Л с вещ ество м со лн еч н о й ко р о н ы . О д н ако н аб л ю д ать н ей тр о н ы о т С о лн ц а д о стато ч н о тру д н о . В п ер ву ю о ч еред ь, д ело в то м , ч то и зза ко р о тко го вр ем ен и ж и зн и ли ш ь н еб о льш ая ч асть и х д о сти гает З ем ли . А те, ко то р ы е все ж е п о п ад аю т в атм о сф ер у , н ач и н аю т взаи м о д ей ство вать с яд р ам и во зд у ха, п р евр ащ аясь вн о вь в д р у ги е ч асти ц ы . И все ж е ш ан сы и х зар еги стр и р о вать сп ец и альн ы м и д етекто р ам и есть. В о вр ем я м о щ н ы х солн еч н ы х со б ы ти й сам ы е эн ер ги ч н ы е электр о н ы м о гу т д о сти ч ь о кр естн о сти З ем ли , и п р и б о р ы н а сп у тн и ках м о гу т и х зар еги стр и р о вать. Н о п р и б о р ы д о лж н ы б ы ть ч у встви тельн ы к н ей тр о н ам п р и х о д ящ и м и м ен н о о т С о лн ц а. А это м у м еш ает сам сп у тн и к, то ч н ее те ко н стр у кц и о н н ы е м атер и алы , и з ко то р о го о н п остр о ен . О казы вается, ч ем 225 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 154 тяж елее (м асси вн ее) сп утн и к, тем б о льш е о б р азуется н ей тр о н о в м естн о го , ло кальн о го п ро и схо ж д ен и я, как р езультат взаи м о д ей стви я зар яж ен н ы х ко см и ч ески х ч асти ц с м атер и алом , и з ко то ро го сд елан ап п ар ат. П оэто м у н ей тро н н ы й д етектор б уд ет «зах леб ы ваться» о т и зб ы тка ли ш н и х , ло кальн ы х н ей тр о н о в, р о ж д ен н ы х сам и м сп утн и ком . О д н ако, если п о то к со лн еч н ы х н ей трон о в д о стато ч н о м ощ н ы й и эксп ер и м ен т п р о во д и тся н а д о стато ч н о легко м сп утн и ке, ш ан с зареги стр и р овать со лн еч н ы е части ц ы есть. И это б ы ло сд елан о уж е м н о го р аз. С олн еч н ы е н ей тр о н ы н есут важ н ую и н ф о р м ац и ю о ген ер ац и и ч асти ц н а С о лн ц е. В ед ь о н и , б уд уч и н ей тр альн ы м и , н е след ую т вд о ль сп и р алей А рх и м ед а м еж п лан етн о го м агн и тн о го п о ля как зар яж ен н ы е части ц ы , а летят п о п рям ы м тр аекто р и ям . Э то т п уть треб ует м ен ьш его вр ем ен и и м о ж ет д а ть и н ф о рм ац и ю уч ен ы м о н ач але и м есте и н ж екц и и ч асти ц н а С о лн ц е, а зао д н о и свед ен и я о п ар ам етр ах вещ ества со лн еч н о й коро н ы , гд е о н и сам и и ро ж д аю тся. Р и с. 15.8. Н ей тр он н ы е п оток и в бл и ж н ем к осм осе состоя т и з тр ех к ом п он ен т: н ей тр он ов от сол н еч н ы х в сп ы ш ек , а так ж е л ок ал ь н ы х и ал ь бедн ы х н ей тр он ов , р ож даю щ и хся в р езул ь тате в заи м одей ств и й Г К Л соотв етств ен н о с м атер и ал ом к осм и ч еск ого к ор абл я и атом ам и азота и к и сл ор ода атм осф ер ы . 226 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 155 А есть ли ш ан сы зар еги стр и р о вать со лн еч н ы е н ей тр о н ы н а З ем ле? Ш ан со в ещ е м е н ьш е, ч ем в ко см о се. Э то м у м еш ает атм о сф ер а, в то лщ е ко то р о й д о лж н ы п о ги б н у ть эти ч асти ц ы . О д н ако во вр ем я о ч ен ь м о щ н ы х и звер ж ен и й (так, н ап р и м ер , б ы ло в ко н ц е о ктяб р я 2 0 0 3 г.) н а н азем н о й стан ц и и , о б р ащ ен н о й к С о лн ц у , в р ай о н е п олу д н я б ы л зар еги стр и р о ван си гн ал о п р и хо д е со лн еч н ы х н ей тр о н о в с о ч ен ь вы со ко й (~1 0 0 М эВ ) эн ер ги ей . В это м б ы л элем ен т везен и я: если б ы и звер ж ен и е п р о и зо ш ло р ан ьш е и ли п о зж е, со л н еч н ы м н ей тр о н ам п р и ш ло сь б ы п р ео д о левать зн ач и тел ьн о б о льш у ю толщ у атм о сф ер ы , и о н и вр яд ли д о сти гли б ы п о вер х н о сти З ем ли . И м ен н о п о это м у соб ы ти я, связан н ы е с п р и х о д о м со лн еч н ы х н ей тр о н о в, ч р езвы ч ай н о тру д н о эксп ер и м ен тальн о и ссл ед о вать. У ж е р ассказы вало сь о б альб ед н ы х н ей тр о н ах в о кру ж аю щ ей ко см и ч еско й ср ед е. Э то те ч асти ц ы , ко то р ы е являю тся п р о д у ктам и яд ер н ы х р еакц и й ко см и ч ески х л у ч ей с атм о сф ер о й . О н и вы л етаю т и з атм о сф ер ы и со зд аю т д о п о лн и тел ьн ы й р ад и ац и о н н ы й «ф о н » в б ли ж н ем ко см о се. П о это м у косм и ч ески й ап п ар ат, зап у щ ен н ы й в б ли ж н и й ко см о с, и сп ы ты вает тр о й н у ю р ад и ац и о н н у ю н агру зку о т н ей тр о н ов. С р ед и н и х ло кальн ы е, альб ед н ы е, а и н о гд а, и со лн еч н ы е (р и с. 1 5 .8 ) П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 156 Гл ав а 16. РА Д И А Ц И О Н Н Ы Е Б У Р И В К О С М О С Е Н еб о и зем ля р азд елен ы , н о о н и д елаю т од н о д ело . К онф уц ий П р и сутстви е р ад и ац и и в ко см о се со зд ает н ем ало п р о б лем н е то лько ко н стр уктор ам ко см и ч ески х ап п ар атов, н о и ко см о н автам , летаю щ и м н а ор б и тальн ы х стан ц и ях и ко см и ч ески х ко р аб лях. Е щ е н а зар е ко см и ч ески х п о летов со зд атели сп утн и ко в сто лкн ули сь с п ро б лем о й ж и вуч ести солн еч н ы х б атар ей . О казало сь, ч то п од д ей стви ем и н тен си вн ы х п о то ко в ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в о н и д о во льн о б ы стро д егр ад и р овали : и х электр и ч ески й то к, н ео б х од и м ы й д ля п и тан и я б о рто вы х си стем , ум ен ьш ался. П р и ш ло сь и х защ и щ ать от р ад и ац и и — п р ед охр ан ять сло й кр ем н и я стекло м , п о гло щ аю щ и м б о льш ую д о лю р ад и ац и и . Т ак н ач и н алась эр а «б ор ьб ы » с ко см и ч еской р ад и ац и ей . В п о след стви и уч ен ы е, и зуч ая ее, узн али д о во льн о м н ого н о во го и , п о ж алуй , д аж е н ео ж и д ан н о го... 16.1. Р ади ац и я н а бл и ж н и х п одступ ах к З ем л е П ер ед п ервы м п о лето м в ко см о с ч ело века, во п ро сы рад и ац и о н н о й б езо п асн о сти тщ ательн о и зуч али сь. В ко см о се б ы ли п р о вед ен ы эксп ер и м ен ты п о о п р ед елен и ю д о з рад и ац и и н а п р ед п о лагаем ы х о р б и тах . О казало сь, что н а ор б и тах 300 -400 км (и м ен н о н а таки х ор б и тах летаю т п и ло ти р уем ы е ко см и ч ески е ко р аб ли ) п о токи р ад и ац и и ср авн и тельн о 228 н евели ки . Т ак, п о д ан н ы м п р и б о р о в, у стан о влен н ы х вн у тр и ор б и тал ьн о й стан ц и и «М и р », д о зы р ад и ац и и и зм ен яли сь в д о во льн о ш и р о ки х п р ед елах : о т 1 0 0 и д о 8 0 0 м кГ р ей (10-6Г р ) в су тки , ч то явл яется д о п у сти м о й вели ч и н о й д ля ч ело века, н о все ж е б о льш е, ч ем п о л у ч ает п ер со н ал ато м н ы х стан ц и й в н о р м альн ы х у сло ви ях . Э та вели ч и н а со зд ается, в о сн о вн о м , за сч ет ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в, п р и ч ем ли ш ь в о д н о м м есте: в р ай о н е Ю ж н о й А тл ан ти ки . И м ен н о зд есь р ад и ац и о н н ы е п о яса «п р о ви саю т» н ад З ем лей и з-за н али ч и я глу б о ко п о д З ем лей м агн и тн о й ан о м али и . К о см и ч ески е к о р аб ли , летаю щ и е н ад З ем лей , как б ы « ч и р каю т» п о яса р ад и ац и и в теч ен и е о ч ен ь н еп р о д о лж и тел ьн о го вр ем ен и (р и с. 16.1) н а ви тках , п р о х о д ящ и х р ай о н ан о м али и . Н а д р у ги х ви тках п о то ки р ад и ац и и о тсу тству ю т и н е со зд аю т х ло п о т у ч астн и кам ко см и ч ески х эксп ед и ц и й . Р и с. 16.1. П р остр ан ств ен н ы е р асп р едел ен и я р ади ац и и в р ай он е Ю ж н о А тл ан ти ч еск ой м агн и тн ой ан ом ал и и . Д озы р ади ац и и ув ел и ч и в аю тся в м и н и м ум е ц и к л а сол н еч н ой ак ти в н ости . Н а р и сун ке п р и вод и тся н аб ор ви тко в ор б и ты М еж д ун ар о д н о й ко см и ч еско й стан ц и и , ко тор ы е, как эт о ви д н о , ли ш ь в теч ен и е коротко го п ро м еж утка вр ем ен и п ер есекаю т эту р ад и ац и о н н о -о п асн ую о б ласть. 229 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 157 О д н ако вп о след стви и о казало сь, ч то р ай о н р ад и ац и о н н о й ан о м али и «д ы ш и т». П ер и о д и ч н о сть д ы х ан и я ан о м али и -и зм ен ен и е п о то ко в части ц — со о тветству ет ц и клу со лн еч н о й акти вн о сти : в м и н и м у м е акти вн о сти п о то ки у вели ч и ваю тся, а в м акси м у м е, н ао б о р о т, у м ен ьш аю тся. К азало сь б ы , п ар ад о кс? В го д ы , ко гд а н аш е свети ло с о со б о й щ ед р о стью и звер гает в п р о стр ан ство м о щ н ы е п о то ки со лн еч н о й п лазм ы и ч асти ц , р ад и ац и о н н ая ан о м али я... зати х ает. Э то — так. И п р о и сх о д и т это за сч ет п о гло щ ен и я ч асти ц атм о сф ер о й , ко то р ая н агр евается и о х лаж д ается в со о тветстви и с акти вн о стью С о лн ц а. В го д ы м акси м у м а о н а р азо гр евается, п ло тн о сть ее ч асти ц н а о р б и те п и ло ти р у ем ы х ко р аб лей у вели ч и вается. В эти п ер и о д ы ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п о ясо в н ач и н аю т все ч ащ е и ч ащ е сталки ваться с м о леку лам и , ато м ам и атм о сф ер ы и тер ять сво ю эн ер ги ю . О н и п р екр ащ аю т сво ю ж и зн ь как эн ер ги ч н ы е ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п о ясо в. В го д ы м и н и м у м а н аб лю д ается о б р атн ая кар ти н а: п о то ки и д о зы р ад и ац и и зн ач и тел ьн о у вели ч и ваю тся. О д н ако м агн и тн ая ан о м али я в р ай о н е Ю ж н о й А тлан ти ки — н е ед и н ствен н ая р ад и ац и о н н ая «н ап асть» д ля ко см о н авто в. С о лн еч н ы е всп ы ш ки , ген ер и ру ю щ и е п о д ч ас весьм а эн ер ги ч н ы е ч асти ц ы (всп о м н и ли ? — вп ло ть д о Г эВ 'о в), м о гу т со зд ать б о л ьш и е сло ж н о сти д ля п о лето в ко см о н авто в. К акая д о за р ад и ац и и м о ж ет б ы ть п о лу ч ен а ко см о н авто м в слу ч ае п р и х о д а со лн еч н ы х ч асти ц к З ем ле — во м н о го м во ля слу ч ая. Э та вели ч и н а о п р ед ел яется, в о сн о вн о м , д ву м я ф акто р ам и : степ ен ью и скаж ен и я д и п о льн о го м агн и тн о го п о ля З ем ли во вр ем я м агн и тн ы х б у р ь и п ар ам етр ам и о р б и ты ко см и ч еско го ап п ар ата в теч ен и е со лн еч н о го со б ы ти я. Д еп р есси я м агн и тн о го п о ля во вр ем я б у р ь у м ен ьш ает м и н и м ал ьн ы й п о р о г о б р езан и я п о ж естко сти С К Л , п о зво ляя и м п р о н и кать н а н и зки е ш и р о ты . С д р у го й сто р о н ы , вли ян и е гео гр аф и ч еско го п о ло ж ен и я ко см и ч еско го ап п ар ата — д ей стви тельн о н ем ал о важ н ы й ф акто р . Э ки п аж у м о ж ет п о везти , есл и о р б и ты в м о м ен т вто р ж ен и я С К Л н е п р о х о д ят о п асн ы х вы со ко ш и р о тн ы х у ч астко в. В ы ш е р ассказан о о во зм о ж н о й о п асн о сти , к о то ру ю м о ж ет вы звать ко см и ч еская р ад и ац и я. Н аско л ько защ и щ ен ы о т 230 р ад и ац и и ко см и ч ески е стан ц и и , сп у тн и ки и сам и ко см о н авты ? Д авай те р ассм о тр и м эту п р о б лем у н а п р и м ер е н еко то р ы х н аи б о лее си льн ы х п р о явлен и й со лн еч н о й акти вн о сти . О д н о и з н аи б о лее м о щ н ы х п р о то н н ы х и звер ж ен и й — р ад и ац и о н н ая б у р я со лн еч н ы х и звер ж ен и й , вы звавш ая р ад и ац и о н н у ю б у р ю вб ли зи З ем л и , п р о и зо ш ло со всем н ед авн о — 20 ян вар я 2 0 0 5 г. А н ало ги ч н о е п о м о щ н о сти со лн еч н о е и звер ж ен и е б ы ло 1 6 лет н азад , в о ктяб р е 1 9 89 г. М н о ж ество п р о то н о в с эн ер ги ям и , п р евы ш аю щ и м и со тн и М эВ , д о сти гло м агн и то сф ер ы З ем ли . К стати , таки е п р о то н ы сп о со б н ы п р ео д о леть защ и ту то лщ и н о й , экви вален тн о й п р и м ер н о 1 1 сан ти м етр ам во д ы . С каф ан д р ко см о н авта — то н ьш е. Б и о л о ги сч и таю т, ч то если в это вр ем я ко см о н авты о казали сь б ы вн е М еж д у н аро д н о й ко см и ч еско й стан ц и и , то , б езу сло вн о , во зд ей стви е р ад и ац и и сказало сь б ы н а зд о р о вье ко см о н авто в. Н о о н и н ах од и ли сь вн у тр и н ее. З ащ и та М К С д о стато ч н о вели ка, ч то б ы о б езо п аси ть эки п аж о т н еб лаго п р и ятн о го во зд ей стви я р ад и ац и и во м н о ги х слу чаях . Т ак б ы л о и во вр ем я д ан н о го со б ы ти я. К ак п о казал и и зм ер ен и я с п о м о щ ью р ад и ац и о н н ы х д о зи м етр о в, «сх вач ен н ая» ко см о н автам и д о за р ад и ац и и н е п р евы ш ала то й д о зы , ко то ру ю ч ело век п о лу ч ает п р и о б ы ч н о м р ен тген о вско м о б след о ван и и . К о см о н авты М К С п о л у ч и ли 0 ,0 1 Г р и ли ~ 0 ,0 1 З и вер т (д ля б и о ло ги ч ески х о б ъ екто в ц елесо о б р азн ей и сп о л ьзовать б и о ло ги ч ески е экви вален ты д о з в ед и н и ц ах , у ч и ты ваю щ и х р азли ч и е в степ ен и п о гло щ ен и я р азли ч н ы х ви д о в и злу ч ен и й в б и о ло ги ч ески х ткан ях (см . сло вар ь тер м и н о в в ко н ц е кн и ги ). П р авд а, сто ль м алы е д о зы связан ы и с тем , ч то , как о б это м н ап и сан о р ан ее, стан ц и я н ах о д и лась н а «м агн и тн о -защ и щ ен н ы х » ви тках , ч то м о ж ет слу ч и ться н е всегд а. Н еско л ько З и вер то в — о п асн ая д о за. О д н ако и эта д о за, если о н а п о л у ч ен а ч ело веко м н е м гн о вен н о , а п о степ ен н о , м о ж ет и н е п р и вести к н еб лаго п р и ятн о м у и сх о д у . К то м у ж е, н е н ад о заб ы вать о во зм о ж н о й м ед и ц и н ско й п о м о щ и в сл у ч ае р ад и ац и о н н о го заб о леван и я. 231 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru В таб ли ц е 1 п р и вод ятся зн ач ен и я д о з р ад и ац и и , п р и вод ящ и х к во зн и кн овен и ю р ад и ац и о н н ы х эф ф ектов. 158 о п р ед елен н ы х Т абл и ц а 16.1. Т абл и ц а р ади ац и он н ы х р и ск ов Д о за,З в В ер о ятн ы е эф ф екты 0-0,25 Н ет эф ф екта, за и зм ен ен и й в кр ови и склю ч ен и ем ум ер ен н ы х 0,25-1 Р ад и ац и о н н ы е заб о леван и я у 5 -10 % лю д ей об луч ен н ы х 1-1,5 Р ад и ац и о н н ы е заб о леван и я у ~25 % лю д ей об луч ен н ы х 1,5-2 Р ад и ац и о н н ы е заб о леван и я у ~50 % лю д ей об луч ен н ы х 2-3,5 Р ад и ац и о н н ы е заб о леван и я п о ч ти у всех лю д ей , ~2 0 % с летальн ы м и схо д о м 4 50% летальн ы х и сх о д о в 7 ~1 00 % летальн ы х и схо д о в М о ж н о заклю ч и ть, ч то р ад и ац и о н н ая ср ед а н а вы со тах о рб и тальн ы х стан ц и й п р и сам ы х н еб лаго п р и ятн ы х гели о -ф и зи ч ески х усло ви ях вр яд ли м о ж ет п ри вести к п о след н ей ч ер те — д о зам в н еско лько 3 в. Т еп ер ь п о см отр и м какова рад и ац и о н н ая о б стан о вка п од альш е о т н аш ей п лан еты . 16.2. Р ади ац и он н ы е бур и н а ок р аи н е ок ол озем н ого п р остр ан ств а Д о си х п ор м ы р ассм атр и вали о тн о си тельн о м алы е вы со ты н ад З ем лей . Г о р азд о б о лее о п асн ы м и с то ч ки зр ен и я р ад и ац и о н н о го вли ян и я о казы ваю тся вы со ты вы ш е «п и ло ти р уем ы х » ор б и т. З д есь ко см он авты сей ч ас н е летаю т. Н о эта о б ласть, вп ло ть д о 7R3 о ч ен ь си льн о «н аселен а» авто м а232 ти ч ески м и ко см и ч ески м и ап п ар атам и . К ак о н и « вы ж и ваю т»? В о сн о вн ом за сч ет п р и м ен ен и я сп ец и альн о й защ и ты д ля электр о н и ки , и сп о льзо ван и я м атер и ало в н аи м ен ее ч увстви тельн ы х к р ад и ац и и . О д н ако, п р об лем а р ад и ац и о н н о й б езо п асн о сти авто м ати ч ески х ап п ар ато в все ж е сущ ествует. П ер ед ко н стр уктор ам и сто и т зад ач а со зд ан и я н о во го п о колен и я о ко ло зем н ы х сп утн и ко в со сро ко м акти вн о го сущ ество ван и я д о 15 лет. С о гласи тесь, это — н ем ало , б о льш е, ч ем солн еч н ы й ц и кл . Т ако й ап п арат д о лж ен в п о лн о й м ер е и сп ы тать н а себ е во зд ей стви е ко см и ч ески х рад и ац и о н н ы х б ур ь. П ом и м о вто рж ен и я С К Л , р ад и ац и о н н ы е б ур и со зд аю т и ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п оясов. П о то ки п о след н и х сущ ествен н о м ен яю тся во вр ем я м агн и тн ы х б ур ь и со лн еч н ы х во зм ущ ен и й . В кач естве п р и м ер а м о ж н о п р и вести п о вед ен и е р еляти в и стски х электр он о в в р ад и ац и о н н ы х п оясах . Н а р и с. 1 6.2 п о казан о «п о вед ен и е» электро н ов во всей о б ласти п о ясов в теч ен и е о д н о го го д а. С огласи тесь, ам п ли туд ы и х вар и ац и й Р и с. 16.2. И зм ен ен и я п оток ов эл ек тр он ов с эн ер ги ей > 400 к эВ в р ади ац и он н ы х п оя сах в теч ен и е 1 года. О ттен ки сер о -ч ер н о го ц вета д ем о н стр и рую т и зм ен ен и е п о то ка ч асти ц : ч ем ч ер н ее о ттен о к, тем б о льш е п о то к ч асти ц . В и д н о , ч то н аи б о льш и е п ото ки ч асти ц н аб лю д аю тся во вр ем я м агн и тн ы х б ур ь. В эти м ом ен ты вр ем ен и о н и такж е зап о лн яю т зазор м еж д у вн утр ен н ей и вн еш н ей зо н ам и р ад и ац и и н а р ассто ян и ях ~2,5 Rз. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 159 233 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 160 во вр ем я м агн и тн ы х б у р ь о ч ен ь зн ач и тел ьн ы как п о и н тен си вн о сти , так и п о п р о стр ан ству . В ы м о ж ете ви д еть, ч то во вр ем я б у р ь п о то ки ч асти ц «сп о л заю т» б л и ж е к З ем ле, зап о лн яя р ан ее п у сто вавш и е о б ласти зах вач ен н о й р ад и ац и и . О б н ар у ж ен о , ч то и х п о то ки си л ьн о у вели ч и ваю тся во вр ем я м агн и тн ы х б у р ь и в п ер и о д ы у вели ч ен и я ско р о сти со лн еч н о го ветр а. О н и со зд аю т р еал ьн у ю у гро зу сп у тн и кам , н ах о д ящ и м ся в зо н е всп леско в. П о д ч ас это закан ч и вается весьм а п лач евн о д л я сп у тн и ко в. У ж е о тм еч ен о д о во л ьн о м н о го слу ч аев, ко гд а вы х о д и з стр о я о тд ельн ы х си стем сп у тн и ко в и ли д аж е п р екр ащ ен и е и х ф у н кц и о н и ро ван и я связан о с р езки м у си лен и ем п о то ка р еляти ви стски х электр о н о в. П р ед ставьте себ е м о щ н ы й п о то к электр о н о в с эн ер ги ей в н еско л ько М эВ , сп о со б н ы й н аскво зь п р о б и ть о б о ло ч ку сп у тн и ка и со зд ать б о л ьш о й п о то к вто р и ч н о го тор м о зн о го и злу ч ен и я, со сто ящ его и з н и зко эн ер ги ч н ы х гам м а-кван то в. Э лектр о н и ка сп у тн и ка м о ж ет н е вы д ер ж ать... О д и н и з эф ф екто в во зд ей стви я эн ер ги ч н ы х электр о н о в п о казан н а р и с. 1 6 .3 . Э лектр о н н ы й п у ч о к таки х ч асти ц , п р о н и кая вн у тр ь н ем еталл и ч ески х ко н стру кц и й (н ап р и м ер , п ласти ка) вы зы вает в н ем вн у тр ен н и й электр и ч ески й п р о б о й . Р и с. 16.3. Р ади ац и он н ы й эф ф ек т в оздей ств и я р ел я ти в и стск и х эл ек тр он ов — в н утр ен н и й эл ек тр и ч еск и й п р обой в п л асти к е. 234 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 161 В н утр и о б р азую тся п о вреж д ен и я — о ч ен ь кр аси вая ф и гур а Л и х тен б ер га. М о ж н о, п р ед стави ть п о след стви я во зд ей стви я тако й «кр асоты » н а б о р товую электро н и ку сп утн и ка, гд е м н о го п ласти ко вы х д еталей . Н ед ар ом эн ер ги ч н ы е электр о н ы н азвали ки ллер ам и сп утн и ко в. Н а р и с. 16 .4 н агляд н о д ем о н стр и р уется связь н аб лю д аю щ и х ся ан ом али й ф ун кц и о н и р ован и я сп утн и ка и и зм ен ен и я п ото ка р еляти ви стски х электро н о в. С п утн и ки тер п ят б ед стви я, ко гд а в ко см о се п о являю тся м ощ н ы е п о токи эти х ч асти ц . И м ен н о п о том у, ч то р ад и ац и я в ко см о се является о д н и м и з н аи б о лее н еб лаго п р и ятн ы х ф актор ов, вли яю щ и х н а вы п о лн ен и е п о летн ы х зад ан и й — б уд ь то эки п аж и ли сам ко см и ч ески й ко р аб ль, ей уд еляется о соб о е вн и м ан и е ещ е н а этап е п ро екти р ован и я. П о м и м о п о и ска и п р и м ен ен и я р азл и ч н ы х р ад и ац и о н н о сто й ки х защ и тн ы х м атер и ало в, д уб ли рован и я и д аж е «тр о и ро ван и я» электро н и ки , н а б о р ту п р акти ч ески всех ко см и ч ески х ап п ар ато в устан авли ваю т д о зи м етр и ч ес- Р и с. 16.4. И зм ен ен и я п оток ов р ел я ти в и стск и х эл ек тр он ов (> 5М эВ ) в р ади ац и он н ы х п оя сах, ч астота н абл ю даем ы х ан ом ал и й в р аботе сп утн и к а и и зм ен ен и я сол н еч н ой ак ти в н ости . А н ом ал и и в р аботе к осм и ч еск ого ап п ар ата ув ел и ч и в аю тся с р остом п оток ов р ел я ти в и стск и х эл ек тр он ов . 235 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 162 ку ю ап п ар ату ру , ко то рая п о зво ляет о п ер ато р ам н а З ем ле о тслеж и вать р ад и ац и о н н у ю о б стан о вку в ко см о се и , если это н ео б х о д и м о , п р о во д и ть и зм ен ен и я в п о летн о м зад ан и и , ч то б ы м и н и м и зи р о вать во зм о ж н ы й у щ ер б . И н о гд а д аж е п р о сто е вы клю ч ен и е эн ер го п и тан и я всего сп у тн и ка и ли о тд ельн ы х его си стем п о зво ляет со х р ан и ть ем у ж и зн ь. Р ад и ац и о н н ы е п о ля во кру г З ем ли со зд аю т н е то лько С К Л и ч асти ц ы р ад и ац и о н н ы х п о ясо в. В ед ь есть ещ е и ч асти ц ы свер х вы со ки х эн ер ги й — ко см и ч ески е лу ч и . И х п о то к о чен ь м ал п о ср авн ен и ю с о стал ьн ы м и ко м п о н ен там и ко см и ч еско й р ад и ац и и . К азало сь б ы , ч то о н и н е м о гу т п р ед ставл ять со б о й у гр озу ко см и ч еско й тех н и ке и ж и вы м о р ган и зм ам . О д н ако ... 16.3. В сп ы ш к и в гл азах и в эл ек тр он н ы х ч и п ах Ч и татель х о р о ш о зн ает о ко см и ч еско й о д и ссее ам ер и кан ски х астр о н авто в н а Л у н у . З ем лян е в теч ен и е н еско льки х эксп ед и ц и й п у теш ество вал и н а Л у н у н а ко см и ч ески х ап п ар атах «Apollo». Н еско л ько д н ей астр о н авты н ах о д и л и сь в ко см и ч еско м п р о стр ан стве, в то м ч и сле д ли тельн ы й п р о м еж у то к вр ем ен и — вн е п р ед ело в зем н о й м агн и то сф ер ы . Н и л А р м стр о н г (п ер вы й астр о н авт, сту п и вш и й н а Л у н у ) со о б щ и л н а З ем л ю о сво и х н ео б ы ч н ы х о щ у щ ен и ях во вр ем я п о лета: п о р о й о н н аб лю д ал яр ки е всп ы ш ки в гл азах . И н о гд а и х ч асто та д о сти гала о ко ло со тн и в д ен ь (р и с. 1 6 .5 ). У ч ен ы е стал и р азб и р аться в это м явлен и и и б ы стр о п р и ш ли к вы во д у , ч то о тветствен н ы за это ... галакти ч ески е ко см и ч ески е лу ч и . И м ен н о эти ч асти ц ы вы со ко й эн ер ги и , п р о н и кая в гл азн о е яб ло ко , вы зы ваю т ч ер ен ко вско е свеч ен и е п р и взаи м о д ей стви и с вещ ество м , и з ко то р о го со стои т гл аз. В р езу льтате астр о н авт и ви д и т яр ку ю всп ы ш ку . Н аи б о лее эф ф екти вн о с вещ ество м взаи м о д ей ству ю т н е п р о тон ы , ко то р ы х в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей б о льш е всех о стальн ы х ч асти ц , а тяж ел ы е ч асти ц ы — у глер о д , ки сло р о д , ж елезо . Э ти ч асти ц ы , о б лад ая б о льш о й м ассо й , тер яю т зн ач и тел ьн о б о льш е сво ей эн ер ги и н а ед и н и ц у п р ой д ен н о го п у ти , ч ем и х б о лее л егки е со б р атья. 236 Р и с. 16.5. Н и л А р м стр он г — п ер в ы й ч ел ов ек н а Л ун е. И м ен н о о н и и о тветствен н ы за ген ер ац и ю ч ер ен ко вско го свеч ен и я и во зб у ж д ен и е р ети н ы — ч у встви тельн о й о б о ло ч ки глаза. Т еп ер ь это явлен и е ш и р о ко и звестн о . О н о , вер о ятн о , н аб лю д ало сь и д о Н . А р м стр о н га, то лько н е все ко см и ч ески е п и ло ты о б этом со о б щ али н а З ем лю . С ей ч ас н а б о р ту М еж д у н ар о д н о й ко см и ч еско й стан ц и и п р о во д и тся сп ец и ал ьн ы й эксп ер и м ен т п о б о лее гл у б о ко м у и зу ч ен и ю это го явлен и я. В ы гляд и т о н так: н а го ло ву ко см о н авта о д евается ш лем с д етекто р ам и д ля р еги стр ац и и зар яж ен н ы х ч асти ц . К о см о н авт д о л ж ен ф и кси р о вать м о м ен т п р о х о ж д ен и я ч асти ц ы п о н аб лю д аем ы м и м всп ы ш кам , а д етекто р ы д ел аю т н езави си м у ю «эксп ер ти зу » и х п р о лета ч ер ез гл аз и д етекто р . С вето вы е всп ы ш ки в глазах ко см о н авто в и астр о н авто в — п р и м ер то го , как о рган зр ен и я ч ело века — глаз — м о ж ет слу ж и ть д етекто р о м ко см и ч ески х ч асти ц . О д н ако н а это м н еп р и ятн ы е п о сл ед стви я п р и су тстви я в ко см о се ко см и ч ески х лу ч ей вы со ко й эн ер ги и н е закан ч и ваю тся... Г д е-то л ет д вад ц ать н азад б ы ло зам еч ен о , ч то р аб о та б о р то вы х ко м п ью тер о в сп у тн и ко в м о ж ет н ар у ш аться. Э ти н ар у ш ен и я м о гу т б ы ть д ву х ти п о в: ко м п ью тер м о ж ет « зави сн у ть», 237 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 163 а ч ер ез н екото ро е вр ем я во сстан ови ться, н о и н о гд а и вы й ти и з стро я. О п ять -таки , и зуч ая это явлен и е, уч ен ы е п р и ш ли к вы во д у, ч то о тветств ен н ы за н его тяж елы е ч асти ц ы Г К Л . Т ак ж е, как и в с случ ае глазн ы м яб ло ко м , о н и п р о н и каю т вн утр ь ч и п а и вы зы ваю т ло кальн ы е, м и кроско п и ч ески е н ар уш ен и я в его «сер д ц е» — ч увстви тельн о й о б ласти п о луп р о во д н и ко во го м атер и ала, и з котор о го о н и зго то влен . М ех ан и зм это го эф ф екта п о казан н а р и с. 1 6.6. В р езультате д о во льн о сло ж н ы х п р о ц ессов, связан н ы х с н ар уш ен и ем д ви ж ен и я н о си телей электри ч ески х то ков в м атер и але ч и п а и п р о и сх од и т сб о й в его р аб о те (и х н азы ваю т «о д и н о ч н ы м и сб о ям и » ). Э то н еп р и ятн о е явлен и е д ля б о ртов о й ап п ар атуры со вр ем ен н ы х сп утн и ко в, н ап и ч кан н ы х ко м п ью тер н ы м и си стем ам и , Р и с. 16.6. М ехан и зм ф ор м и р ов ан и я оди н оч н ого сбоя в м и к р осхем е: тя ж ел ая зар я ж ен н ая ч асти ц а к осм и ч еск и х л уч ей , п р он и к ая в н утр ь ч ув ств и тел ь н ой обл асти , создает л ок ал ь н ы е н ар уш ен и я эл ек тр оп р ов одн ости , ч то п р и в оди т к сбою в р аботе. Д р уго й вар и ан т — зар яж ен н ая ч асти ц а, взаи м о д ей ствуя с ко н струкц и о н н ы м и м атер и алам и сп утн и ка, со зд ает н ей тро н ы , ко тор ы е, в сво ю о ч ер ед ь, м о гут со зд ать тяж елы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы (н ап р и м ер, α ч асти ц ы ). О н и то ж е вы зовут сб о и в р аб о те м и кро сх ем . 238 уп р авляю щ и м и его р аб о той . К ак р езультат - сп утн и к м о ж ет п о терять ор и ен тац и ю и ли н е вы п о лн и ть н ео б хо д и м ую ко м ан д у о п ер ато р а с З ем ли . В х уд ш ем случ ае, если н ет н а б ор ту н ео б хо д и м о й д уб ли р ую щ ей ко м п ью тер н ой си стем ы , м ож н о сп утн и к и п о терять. О б р ати те вн и м ан и е н а р и с. 16 .7 . Н а н ем и зо б раж ен а ч асто та сб о ев, н аб лю д аю щ аяся н а о д н ом и з сп утн и ко в в теч ен и е р яд а лет. З д есь такж е н ан есен а кр и вая солн еч н о й акти вн о сти . Н али ц о вы со кая ко рр еляц и я об о и х явлен и й . В го д ы м и н и м ум а со лн еч н о й акти вн о сти , ко гд а п о то к Г К Л м акси м ален (всп ом н и те явлен и е м о д уляц и и ), ч асто та сб о ев н ар астает, а п ад ает о н а в м акси м ум е, ко гд а п о то к Г К Л м и н и м ален . Н ево зм о ж н о б ор оться с эти м н еп р и ятн ы м явлен и ем . Н и какая защ и та н е сп асает сп утн и к о т эти х ч асти ц . У ж сли ш ком вели ка и х гром ад н ая эн ер ги я и п рон и каю щ ая сп о соб н о сть. Д аж е н ао б о рот, увели ч ен и е то лщ и н ы о б ш и вки п р и во д и т к о б р атн о м у эф ф екту. Н ей тро н ы , об р азую щ и еся в р езультате яд ер н ы х р еакц и й Г К Л с вещ еством защ и ты , созд аю т си льн ы й Р и с. 16.7. Д ок азател ь ств о св я зи м еж ду и зм ен ен и ем п оток а Г К Л и оди н оч н ы м и сбоя м и в к ом п ь ю тер н ы х си стем ах сп утн и к а: м одул я ц и я Г К Л в теч ен и е ц и к л а сол н еч н ой ак ти в н ости п р и в оди т к ан ал оги ч н ы м и зм ен ен и я м ч астоты сбоев . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 164 239 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 165 р ад и ац и о н н ы й ф о н вн утр и ко раб ля. Э ти вто р и ч н ы е н ей тр он ы , взаи м од ей ств уя с м атер и алом р асп о ло ж ен н ы м вб ли зи чи п а, ген ер и р ую т, в свою оч ер ед ь, тяж елы е ч асти ц ы , ко то р ы е, п рон и кая вн утр ь ч и п о в, со зд аю т сб о и . З д есь н ео б х од и м о н ап ом н и ть ч и тателю , ч то тяж елы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы встр еч аю тся н е то лько в ко см и ч ески х луч ах . О н и п ри сутствую т и в со ставе р ад и ац и о н н ы х п о ясо в, о со б ен н о м н о го и х во вн утр ен н ей , б ли ж н ей к З ем ле, ч асти . З д есь есть и п рото н ы , и б о лее тяж елы е яд р а. И эн ер ги я и х м о ж ет п р евы ш ать со тн и М эВ . Т еп ер ь всп о м н и м п р о Ю ж н о -А тлан ти ч ескую ан о м али ю , ко тор ая «п р о ви сает» н ад З ем лей . Э лектр о н и ка ко р аб ля, летаю щ его н а вы со те ки лом етро в в 500 д о лж н а «ч увство вать» эти ч асти ц ы . Т ак о н о и есть. В зглян и те н а р и с 1 6.8 : н а н ем м ож н о уви д еть, ч то н аи б о льш ая ч асто та сб о ев н аб лю д ается как р аз в р ай о н е ан о м али и . А н ало ги ч н о е явлен и е п р о и сх од и т и п р и м о щ н ы х со лн еч н ы х всп ы ш ках. П р о тон ы и тяж елы е яд р а в со ставе С К Л м о гут Р и с. 16.8. Т ак в ы гл я ди т п р остр ан ств ен н ое р асп р едел ен и е оди н оч н ы х сбоев в м и к р осхем ах п о и зм ер ен и я м н а в ы соте ~500 к м . Б о льш ая ч асть сб о ев п ро и сх од и т в р ай о н е м агн и тн ой ан о м али и в Ю ж н о й А тлан ти ке. И м ен н о зд есь р ад и ац и о н н ы е п о яса «п р ови саю т» н ад З ем лей . 240 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 166 вы звать в ч и п ах таки е ж е о д и н о ч н ы е сб о и . И о н и д ей стви тел ьн о н аб лю д аю тся. О д и н и з таки х п р и м ер о в п о казан н а р и с. 1 6 .9. В о вр ем я м о щ н о й со лн еч н о й б у р и 20 0 0 г. (вви д у того , ч то о н а п р о и зо ш ла 1 4 и ю ля, в д ен ь взяти я Б асти ли и , ей п р и сво и ли и м я «Д ен ь Б асти ли и » ) н а м агн и то сф еру З ем ли «о б р у ш и ли сь» и н тен си вн ы е п о то ки со лн еч н ы х п р о то н о в, вы звавш и х сб о и в р аб о те сп у тн и ко в. Е д и н ствен н о е сп асен и е о т Г К Л — ки лл ер о в ч и п о в — это тех н и ч ески е ср ед ства, связан н ы е с д у б ли р о ван и ем о со б о важ н ы х электр о н н ы х элем ен то в б о р то во й ап п ар ату р ы . Н е то лько и н ж ен ер ы , со зд атели б о р то во й электр о н н о й ап п ар ату р ы , о б есп о ко ен ы п р и су тстви ем в ко см о се вы со ко эн ер ги ч н ы х ко см и ч ески х лу ч ей . Б и о ло ги такж е и зу ч аю т м ех ан и зм ы во зд ей стви я эти х ч асти ц . В кр атц е о н и вы гл яд ят сл ед у ю щ и м о б р азо м . В о д а, о сн о вн о е вещ ество б и о ло ги ч ески х ткан ей , п о д д ей стви ем р ад и ац и и и о н и зи р у ется, о б р азу ю тся сво б о д н ы е р ад и калы , ко то р ы е м о гу т р азру ш и ть м о леку ляр н ы е связи Д Н К . Н е и склю ч ен и сц ен ар и й п р ям о го п о вр еж д ен и я м о леку лы Д Н К п р и то р м о ж ен и и тяж ело й зар яж ен н о й ч асти ц ы (р и с. 1 6 .1 0 ). Р и с. 16.9 Э н ер ги ч н ы е сол н еч н ы е ч асти ц ы тож е в оздей ств ую т н а ф ун к ц и он и р ов ан и е сп утн и к ов н а ор би те. 241 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 167 Р и с. 16.10. В заи м одей ств и е тя ж ел ы х ч асти ц Г К Л с м ол ек ул ой Д Н К в п р ед ел ах ее л и н ей н ы х р азм ер ов (~20 ан гстр ем ) м ож ет п р и в оди ть к н ар уш ен и я м в ее стр ук тур е дв ум я п утя м и : л и бо ч ер ез обр азов ан и е св ободн ы х р ади к ал ов , л и бо н ап р я м ую — п утем п ов р еж ден и я сам ой м ол ек ул ы . Р езу льтат? Н еп р и ятн ы е ген ети ч ески е п о след стви я, в то м ч и сле к ан ц ер о ген н ы е. Н а р и с 16 .11 н агляд н о д ем о н стр и ру ется эф ф ект во зд ей стви я тяж елы х ч асти ц н а б и о ло ги ч еску ю ткан ь: ч и сло п о вр еж д ен н ы х клето к в слу ч ае во зд ей стви я ч асти ц , б о л ее тяж ел ы х , ч ем п р о то н ы , р езко во зр астает. Б езу сло вн о , н ельзя сч и тать, ч то тяж елы е элем ен ты в со ставе ко см и ч ески х лу ч ей — ед и н ствен н ы й аген т, сп о со б н ы й вы звать р ак. Б и о л о ги , н ап р о ти в, п о лагаю т, ч то ср ед и всех п р о ч и х ф акто р о в вн еш н ей ср ед ы , сп о со б н ы х во зд ей ство вать н а Д Н К , р ад и ац и и п р и н ад л еж и т о тн ю д ь н е ли д и р у ю щ ая р о ль. С каж ем , н еко то р ы е х и м и ч ески е со ед и н ен и я сп о со б н ы вы звать ку д а б о лее ч у встви тельн ы е н ар у ш ен и я, ч ем р ад и ац и я. О д н ако в у сло ви ях д ли тел ьн о го ко см и ч еско го п о лета, вн е м агн и тн о го п о ля З ем ли , ч ело век о казы вается н аед и н е, в о сн о вн о м , и м ен н о с р ад и ац и ей . П р и ч ем это н е со всем о б ы ч н ая, п р и вы ч н ая д ля ч ело века р ад и ац и я. Э то гал акти ч ески е ко см и ч ески е лу ч и , в со ставе ко то р ы х , как м ы теп ер ь зн аем , есть тяж елы е зар яж ен н ы е ч асти ц ы . О н и , д ей стви тельн о , вы зы ваю т н ар у ш ен и я Д Н К . 242 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 168 Р и с. 16.11. А л ь ф а-ч асти ц ы и др уги е тя ж ел ы е ч асти ц ы в оздей ств ую т н а к л етк и бол ее эф ф ек ти в н о, ч ем л егк и е эл ек тр он ы . Т я ж ел ы е ч асти ц ы тер я ю т в в ещ еств е гор аздо бол ь ш е эн ер ги и н а еди н и ц у п ути , н еж ел и бол ее л егк и е. Э то н агляд н о д ем о н стр и р уется н а этом р и сун ке: п р и о д н о й и то й ж е д о зе р ад и ац и и о т электро н о в и тяж елы х ч асти ц ч и сл о п овреж д ен н ы х клето к в п о след н ем случ ае б о льш е. Э то — о ч еви д н о . Н е вп о лн е о ч еви д н ы п о след стви я это го взаи м од ей стви я. Ч то зн ач и т утверж д ен и е о во зм о ж н ы х , н ап р и м ер , кан ц ер о ген н ы х, п ослед стви ях тако го взаи м о д ей стви я? З д есь н ад о о тм ети ть, ч то н а сего д н яш н и й д ен ь сп ец и али сты п о косм и ч еско й м ед и ц и н е и б и о ло ги и н е сп о со б н ы д ать и сч ер п ы ваю щ и й о твет. Е сть п ро б лем ы , ко тор ы е н ад о р еш ать в б уд ущ и х и сслед о ван и ях. С ам о п о себ е н ар уш ен и е Д Н К н е о б язательн о п ри во д и т к раку. М о лекулы Д Н К , п о лучи в си гн ал о н ар уш ен и и сво ей стр уктуры , стар аю тся вклю ч и ть «п ро гр ам м у р ем он та» сам о стоятельн о . И это п р о и сх од и т, п о ро й , н еб езусп еш н о . Л ю б ая ф и зи ч еская тр авм а, то т ж е уд ар м о лотко м п о телу, вы зы вает горазд о б о льш е н ар уш ен и й н а м о лекулярн о м уро вн е, ч ем рад и ац и я. Н о клетки во сстан авли ва ю т Д Н К , и ор ган и зм «заб ы вает» об это м со б ы ти и . С таб и льн о сть Д Н К ч р езвы ч ай н о вели ка: вер оятн о сть м утац и и н е п р евы ш ает 1 н а 1 0 м и лли он о в вн е зави си м о сти о т ло кальн ы х усло ви й . Э то ф ан тасти ч еская н ад еж н о сть б и о ло ги ч еской стр уктур ы , о тветствен н ой за во сп ро и зво д ство ж и зн и . 243 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 169 Д аж е свер х си льн ы е р ад и ац и о н н ы е п о ля н е м о гу т ее н ар у ш и ть. Е сть р яд б актер и й , ко то р ы е н е м у ти ру ю т в о гр о м н ы х п о м о щ н о сти р ад и ац и о н н ы х п о лях , д ости гаю щ и х м н о ги х ты сяч Г р . Т аку ю д о зо ву ю н агру зку н е вы д ер ж и вает д аж е кр и стал ли ч ески й кр ем н и й и м н о ги е ко н стр у кц и о н н ы е м атер и ал ы . П р о б лем а зд есь, как это п р ед ставл яется б и о ло гам , со сто и т в то м , ч то м о ж ет б ы ть сб о й в п р о гр ам м е рем о н та: н ап р и м ер , х р о м осо м а в р езу льтате м о ж ет о казаться в со всем н ен у ж н о м м есте в стр у кту р е Д Н К . В о т эта си ту ац и я стан о ви тся у ж е о п асн о й . О д н ако и зд есь во зм о ж н а м н о го вар и ан тн о сть п о сл ед о вательн о сти со б ы ти й . В о -п ер вы х , н ад о у ч есть, ч то п р о ц есс м у тац и и — р азм н о ж ен и е «н еп р ави л ьн ы х клето к» зан и м ает б о льш о й п р о м еж у то к вр ем ен и . Б и о ло ги п о лагаю т, ч то м о гу т п ро й ти д есяти лети я м еж д у п ер ви ч н ы м н еб л аго п р и ятн ы м во зд ей стви ем и н егати вн о й р еали зац и ей это го эф ф екта. Э то вр ем я н ео б х о д и м о , ч то б ы сф о р м и р о вать н о во о б р азо ван и е кл ето к, п о д вер гн у ты х м у тац и ям , со сто ящ ее и з м н о ги х м и лли ар д о в. П о это м у п ро гн о з р азви ти я н еб л аго п р и ятн ы х п о след стви й - д ело о ч ен ь п р о б лем ати ч н о е. Д ру гая сто р о н а п р о б лем ы во зд ей стви я рад и ац и и н а б и о ло ги ч ески е стр у кту р ы со сто и т в то м , ч то н ед о стато ч н о и зу ч ен п р о ц есс во зд ей стви я м алы х д о з. Н е су щ еству ет п р ям о й связи м еж д у вел и ч и н о й д о зы и р ад и ац и о н н ы м и п о вр еж д ен и ям и . К ак п о л агаю т б и о ло ги , р азн ы е ти п ы х р о м о сом р азли ч н ы м о б р азо м р еаги ру ю т н а р ад и ац и ю . О д н и м и з н и х д ля п р о явлен и я эф ф екта «тр еб у ю тся» зн ач и тел ьн ы е д о зы , а д р у ги м д о стато ч н о и свер х м алы х . В ч ем зд есь п р и ч и н а? О твета н а это п о ка н ет. Б о лее то го , н е вп о лн е ясн ы п о след стви я во зд ей стви я н а б и о л о ги ч ески е стр у кту р ы од н о вр ем ен н о д ву х и ли н еско л ьки х ви д о в р ад и ац и и : скаж ем , Г К Л и С К Л , и ли Г К Л , С К Л и рад и ац и о н н ы х п о ясо в. С о став эти х ви д о в ко см и ч еско го и злу ч ен и я разн ы й , и каж д ы й и з н и х м о ж ет п р и во д и ть к сво и м п о сл ед стви ям . Н о н е ясен эф ф ект и х со вм естн о го во зд ей стви я. О ко н ч ательн ы й о твет н а эти во п р о сы — ли ш ь в р езу льтатах б у д у щ и х эксп ер и м ен то в. 244 16.4. «Ч ел ов еч еств о н е остан ется в еч н о н а З ем л е...» Т ак п и сал К .Ц и о лко вски й . Ч ело век у ж е п о б ы вал н а Л у н е. Н ед ал еко вр ем я, ко гд а вн о вь во зо б н о вятся п о леты н а н аш у сп у тн и ц у , а затем , вер о ятн о , и н а М ар с. П р и д ал ьн и х ко см и ч ески х п о летах во зр астает р о ль галакти ч ески х и со лн еч н ы х ко см и ч ески х лу ч ей как рад и ац и о н н о -о п асн ы х ф акто р о в. П о д сч и тан о , ч то п р и п о лете н а М ар с и м ен н о Г К Л стан о вятся о сн о вн о й р ад и ац и о н н о й о п асн о стью . П о лет н а М ар с д ли тся п о р яд ка 6 м есяц ев, и су м м ар н ая д о за р ад и ац и и о т Г К Л и С К Л за это т п ер и о д в н еско лько р аз вы ш е д о зы р ад и ац и и н а М К С за то ж е вр ем я. П о это м у ри ск р ад и ац и о н н ы х п о след стви й , связан н ы х с вы п о лн ен и ем д ал ьн и х ко см и ч ески х м и сси й , зн ач и тел ьн о во зр астает. Т ак, за го д п о лета н а М ар с, п о гло щ ен н ая д о за, связан н ая с Г К Л , со стави т 0 ,2 -0 ,3 З в (б ез защ и ты ). Е е м о ж н о ср авн и ть с д о зо й о т о д н о й и з сам ы х м о щ н ы х всп ы ш ек п р о ш ло го сто лети я — авгу ста 1 9 7 2 г. В о вр ем я это го со б ы ти я о н а б ы ла в н еско л ько р аз м ен ьш е: ~ 0 ,0 5 З в. Р ад и ац и о н н у ю о п асн о сть, со зд аваем у ю Г К Л , м ож н о о ц ен и ть и п р ед сказать. С ей ч ас н ако п лен б о гаты й м атер и ал п о вр ем ен н ы м вар и ац и ям Г К Л , связан н ы м с со лн еч н ы м ц и кло м . Э то п о зво ли ло со зд ать м о д ель, н а о сн о ве ко то р о й у д ается п р ед сказать п о то к Г К Л н а лю б о й п ер и о д вр ем ен и . Г о р азд о сло ж н ее о б сто ят д ела с С К Л . С о лн еч н ы е всп ы ш ки во зн и каю т слу ч ай н ы м о б р азом , и н е о ч еви д н о , ч то м о щ н ы е со лн еч н ы е со б ы ти я во зн и каю т в го д ы , о б язател ьн о б ли зки е к м акси м у м у акти вн о сти . П о кр ай н ей м ер е, о п ы т п о след н и х л ет п о казы вает, ч то о н и п р о и сх о д ят и во вр ем ен а зати х ш его свети ла. П р о то н ы со лн еч н ы х всп ы ш ек н есу т р еальн у ю у гр о зу ко см и ч ески м эки п аж ам д ал ьн и х м и сси й . В зяв вн о вь в кач естве п р и м ер а всп ы ш ку авгу ста 1 9 7 2 г., м о ж н о п о казать, ч то ч ер ез 1 0 ч асо в п о сл е н ач ала со б ы ти я, о н а п р евы си ла летальн о е зн ач ен и е д ля эки п аж а ко см и ч еско го ко р аб ля, если б ы о н о казал ся вн е ко р аб ля н а М ар се и ли , скаж ем , н а Л у н е. 245 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 170 З д есь ум естн о всп ом н и ть п о леты ам ер и кан ско го «Apollo» к Л ун е в ко н ц е 60 -х - н ач але 70 -х . В 19 72 г., в августе, б ы ла такая ж е п о м ощ н о сти всп ы ш ка н а С о лн ц е, как и в о ктяб р е 1 989 г. «Apollo-1 6 » п р и зем ли лся п о сле сво его лун н о го п утеш естви я в ап р еле 1 972 г., а след ую щ и й — «А ро1 1о -1 7 » стартовал в д екаб р е. П овезло эки п аж у «Apollo-16 »? Б езусло вн о . Р асч еты п оказы ваю т, б уд ь астро н авты «Apollo» в августе 1 972 г. н а Л ун е, о н и б ы п о д вер гли сь о б луч ен и ю с д о зо й р ад и ац и и в ~ 43 в. Э то о ч ен ь м н о го . Е сли ... если б ы стро н е во звр ати ться н а З ем лю д ля экстр ен н о го леч ен и я. Д р уго й вар и ан т - п ер ей ти в каб и н у лун н о го м од уля «Apollo». З д есь д о за р ад и ац и и ум ен ьш и лась б ы в 1 0 р аз. Д ля ср авн ен и я скаж ем , ч то защ и та М К С в 3 р аза то лщ е, ч ем лун н о го м о д уля «Apollo». О б ы ч н о то лщ и н у защ и ты о ц ен и ваю т в ед и н и ц ах , п р ед ставляю щ и х со б о й п р о и звед ен и е п ло тн о сти вещ ества ρ (г/см 3) н а его гео м етр и ч еску ю то лщ и н у в см , т.е. в г/см 2. Т аки м о б р азо м , уд о б н о сравн и вать д ли н у п р о б ега ч асти ц ы , зави сящ ую о т ρ, д ля р азн ы х вещ еств. В таб ли ц е 16 .2 п р и во д ятся ти п и ч н ы е вели ч и н ы защ и ты д ля р азн ы х ко см и ч ески х ап п ар ато в и скаф ан д ро в. Т абл и ц а 16.2. Т ол щ и н ы защ и т к осм и ч еск и х ап п ар атов и ск аф ан др а к осм он ав та. К о см и ч ески й ап п ар ат Т о лщ и н а, г/см 2 К о м ан д н ы й м о д уль «A p o llo» 7-8 «S h u ttle» М КС С каф ан д р ко см о н авта д о 10 -11 д о 15 0,25 В о зм о ж н ы й сц ен ар и й н еп ри ятн ы х п о след стви й свер хм ощ н о й всп ы ш ки ти п а августа 19 72 г. п о казан н а р и с. 1 6.12 . Т олько уб еж и щ е н а Л ун е и ли ж и ло й о тсек н а о р б и тальн о й стан ц и и м о ж ет сп асти ко см о н авто в от губ и тельн о го во зд ей стви я рад и ац и и такой всп ы ш ки . Б уд ущ и е и сслед о ватели М ар са (эта п лан ета п р акти ч ески б ез м агн и тн о го п оля и атм о сф ер ы ) такж е д о лж н ы заб лаго вр е246 Р и с. 16.12. Е сл и бы н а С ол н ц е п р ои зош л а так ая ж е гр ан ди озн ая в сп ы ш к а, к ак это бы л о в ав густе 1972 г., то к осм он ав ты , н аходя щ и еся в это в р ем я в отк р ы том к осм осе и л и н а п ов ер хн ости Л ун ы , м огл и бы п ол уч и ть л етал ь н ы е дозы р ади ац и и . З ащ и та совр ем ен н о й о рб и тальн о й стан ц и и и б уд ущ и х ж и ли щ -уб еж и щ н а Л ун е зн ач и тельн о сн и ж ает р и ск р ад и ац и о н н ы х о б луч ен и й д аж е о т таки х м ощ н ы х всп ы ш ек. м ен н о п о заб оти ться об укр ы ти и в уб еж и щ ах о т косм и ч еско й р ад и ац и и , о б усло влен н о й солн еч н ы м и всп ы ш кам и . И з то го , ч то сказан о вы ш е, след ует, ч то свести р и ск р ад и ац и о н н о го п о р аж ен и я к н улю в теч ен и е тако го д ли тельн о го ко см и ч еско го п о лета, каки м является п утеш естви е н а М ар с, н ельзя. Н о м о ж н о его м и н и м и зи ро вать. К аки м о б р азо м это м ож н о сд елать? В о -п ер вы х , н ео б х о д и м о п р ави льн о сп лан и р о вать п о лет н а М ар с. К ак и звестн о , во вр ем я м акси м ум а ц и кла со лн еч н о й акти вн о сти п о ток Г К Л б уд ет м ен ьш е и з-за со лн еч н о й м о д уляц и и (см . главу 1 2 ). П оэто м у старт н ад о вы б и р ать и м ен н о в это вр ем я. В о -втор ы х, н ео б хо д и м о об есп еч и ть н ад еж н ую защ и ту ко р аб ля. П рав и льн о вы б ран н ая защ и та, б езусло вн о , зн ач и тельн о сн и зи т р ад и ац и о н н ы е д озы о т С К Л , д аж е во вр ем я си льн ы х всп ы ш ек. Н у, а если кон с 247 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 171 тру кто р ы косм и ч еско го ко р аб ля п р ед у см о тр ят сп ец и альн ы й о тсек -у кр ы ти е с б о лее м о щ н ой защ и то й , это ещ е б о л ьш е сн и зи т р и ск р ад и ац и о н н о го п о раж ен и я. Н о , в о сн о вн о м , то лько о т о тн о си тел ьн о н и зко эн ер ги ч н о й ко м п о н ен ты ко см и ч ески х лу ч ей — со лн еч н о й . И з како го м атер и ал а м о ж ет б ы ть со зд ан а защ и та ко р аб ля? Н аи б о лее р асп р о стр ан ен н ы й в ко см и ч ески х ко р аб лях м атер и ал - ал ю м и н и й , в си лу сво его м ало го у д ельн о го веса и д о стато ч н о й п р о ч н о сти . Р асч еты п о казы ваю т, ч то м о ж н о со зд ать м еж п л ан етн ы й ко р аб ль с р азу м н ы м весо м и д о стато ч н о эф ф екти вн о й защ и то й о т С К Л . Р азр аб аты ваю тся н о вы е ви д ы защ и тн ы х м атер и ало в. К н и м о тн о сятся, н ап р и м ер , во д о р о д о со д ер ж ащ и е п л асти ки (н ап р и м ер , ти п а п о ли эти лен а). С п о м о щ ью таки х м атер и ало в м о ж н о со зд ать защ и ту , ко то р ая п р и то лщ и н е 7 см б у д ет у м ен ьш ать д о зу р ад и ац и и н а 3 0 -3 5 % . Н о и это го м ало , и след у ет ли б о у вели ч и вать то лщ и н у защ и ты , ли б о у м ен ьш ать д ли тельн о сть п о лета. И п ер во е, и вто р о е - н ер еальн о . Е сть ещ е о д и н сп о со б б о р ьб ы с это й п р о б лем о й — м ед и ко -м ен то зн ы й . В п о лн е вер о ятн о , ч то б у д у щ и е м ар си ан ски е п и ло ты б у д у т сн аб ж ен ы эф ф екти вн ы м и п р о ти во р ад и ац и о н н ы м и п р еп ар атам и . И все ж е: как у м ен ьш и ть р и ск р ад и ац и о н н о го п о раж ен и я п р и д ли тельн о м ко см и ч еско м п о лете о т Г К Л ? Н еу ж ели н ет н и каки х вар и ан то в? Н а сам о м д еле, ещ е н а зар е ко см и ч ески х п о лето в у ч ен ы е и и н ж ен ер ы д у м али о тех н и ч ески х ср ед ствах б о р ьб ы с р ад и ац и ей . И в это м п лан е и зу ч ен и е во зм о ж н о сти и сп о льзо ван и я и ску сствен н ы х м агн и тн ы х и электр и ч ески х п о лей и гр ало п ер во степ ен н у ю р о ль. В сп о м н и те н аш у п лан ету с ее м агн и тн ы м п о лем . И м ен н о м агн и тн о е п о ле н е п о зво ляет б о льш ой д о ле ко см и ч ески х лу ч ей д о сти гн у ть З ем ли . Н у , а если во кру г ко см и ч еско го ко р аб ля со зд ать и ску сствен н о е м агн и тн о е п о ле? Т аки е п р о екты есть. П о см о тр и те н а р и с. 1 6 .1 3 . Н а н ем и зоб р аж ен м агн и т с м акси м ал ьн о й н ап р яж ен н о стью п о ля 7 0 0 00 Г с. В н у тр и и вн е это го м агн и та п о ле п р и б ли ж ается к н у лю (это о б есп еч и вается сп ец и альн о р азр аб о тан н о й ко н стр у кц и ей ). 248 Р и с. 16.13. К осм и ч еск и й к ор абл ь с м агн и тн ой защ и той дл я п ол ета н а М ар с. Т о р о и д альн ы й свер х п р о во д ящ и й м агн и т н е п о зво ли т б о льш ей ч асти ко см и ч ески х лу ч ей п р о н и кн у ть в каб и н у п и ло то в, р асп о ло ж ен н у ю вн у тр и м агн и та, и , тем сам ы м , сн и зи т су м м ар н ы е д о зы р ад и ац и и о т Г К Л в теч ен и е всего п о лета в н еско лько р аз. П о ле тако го м агн и та «о тм етет» б о л ьш у ю д о лю Г К Л — как п р о то н о в, так и яд ер . Р асч еты п о казы ваю т, ч то п р и м ен ен и е тако го м агн и та п о зво ли т сн и зи ть в 3 -4 р аза д о зу р ад и ац и о н н о го о б лу ч ен и я за 2 ,5 -летн ю ю эксп ед и ц и ю н а М ар с. Э то н ем ало . А н ало ги ч н о е сн и ж ен и е д о зы во зм о ж н о , ко н еч н о , и с и сп о льзо ван и ем алю м и н и ево й защ и ты . Н о такая защ и та б у д ет веси ть 8 0 0 то н н ! К о р аб ль с м агн и тн о й защ и то й — 3 0 то н н . Н о ... как со зд ать тако е м о щ н о е м агн и тн о е п о ле? Э то м о ж н о сд елать то л ько с и сп о льзо ван и ем свер х п р о во д ящ и х м агн и то в. В ы скаж ете - ф ан тасти ка? Н ет. П р о о б р аз тако го м агн и та у ж е со зд ан , и о н б у д ет и сп о л ьзо ван в эксп ер и м ен те AMS-02 (р и с. 1 0 .3 ) д ля и сслед о ван и я ко см и ч ески х лу ч ей н а б о р ту М еж д у н ар о д н о й ко см и ч еско й стан ц и и . Т ак ч то , казал о сь б ы , о т ф ан тасти ч еско й и д еи д о ее р еали зац и и , п у ть н е тако й у ж и б о льш о й . 249 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 172 16.5. Т р ан ск он ти н ен тал ь н ы е ав и ар ей сы в бл и зи п ол ю са С о лн еч н ы е всп ы ш еч н ы е п р о то н ы м о гут со зд ать п р об лем ы н е то лько д ля ко см о н авто в и сам и х сп утн и ко в. Е сли б ы м ы с д о зи м етром п о летели о т п о вер х н о сти З ем ли ввер х (п ом н и те? - вп ервы е это сд елал В .Г есс, н о то лько с электр ом етр ом в р уках в 191 2 г.), то уви д ели б ы увели ч ен и е ко ли чества р ад и ац и и : д о зы б уд ут во зр астать п ри м ер н о вд во е каж д ы е 2 ,2 км . В н ач але, д о вы со т в 2 0 -30 км , это в о сн о вн ом связан о с ч асти ц ам и Ш А Л (р и с. 16 .14 ). Н а вы со тах ор б и тальн ы х стан ц и й (~4 00 км ) д о зы р ад и ац и и п р евы ш аю т вели ч и н ы , н аб лю д аю щ и еся н а п о верх н о сти З ем ли , в ~2 00 р аз! В о сн о вн о м за сч ет ч асти ц р ад и ац и он н ы х п о ясо в. Н екотор ы е трассы м еж ко н ти н ен тальн ы х сам о лето в п р охо д я т вб ли зи север н о й п о ляр н о й о б ласти . Э та о б ласть н аи м ен ее защ и щ ен а о т вто р ж ен и я эн ер ги ч н ы х части ц , и п оэтом у во Р и с. 16.14. С ув ел и ч ен и ем в ы соты дозы р ади ац и и р астут: н а в ы соте ор би тал ь н ой стан ц и и М К С он и в 200 р аз п р ев ы ш аю т ти п и ч н ы е дозы н а п ов ер хн ости З ем л и . Н а вы со тах п о летов сам о лето в о н и б езоп асн ы , н о д о тех п ор , п о ка н е п ро и зо й д ет м ощ н ая со лн еч н ая всп ы ш ка. 250 вр ем я со лн ечн ы х всп ы ш ек о п асн о сть рад и ац и о н н о го о б луч ен и я эки п аж а и п ассаж и р о в во зр астает. С о лн еч н ы е всп ы ш ки увели ч и ваю т д о зы р ад и ац и и н а вы со тах п о лето в сам о летов в 20 -30 р аз. В п о след н ее вр ем я эки п аж и н еко тор ы х ави али н и й и н ф о рм и р ую тся о н ач але н аступ лен и я вто р ж ен и я со лн еч н ы х ч асти ц . О д н о и з н ед авн и х м о щ н ы х со лн еч н ы х и звер ж ен и й , случ и вш еееся в н о яб р е 2 003 г., застави ло эки п аж «Д ельты » р ей са Ч и каго — Г о н г-К о н г свер н уть с п ути и лететь к п ун кту н азн ач ен и я б о лее н и зко ш и р о тн ы м м арш р утом . В р езультате б ы ло со ж ж ен о м н о го ли ш н его гор ячего . А это н ем алы е д ен ьги . Э то н ельзя н е п р и н и м ать во вн и м ан и е. С ей ч ас Е вро п ей ски й С о ю з п ри н ял д аж е н о вы й зако н д ля б е р ем ен н ы х ж ен щ и н -п и лото в сам о лето в — и м зап р ещ ается н алет ч асо в с сум м ар н о й д о зо й рад и ац и и б о лее, чем 1 -6 м Зв в го д . А н екотор ы е и сслед о вательски е гр уп п ы п р и ступ и ли к р азр аб о тке м од елей , ко тор ы е п озво лят д елать п р о гн о з во зр астан и я д оз р ад и ац и и н а вы со тах п о лето в сам о летов во вр ем я со лн ечн ы х всп ы ш ек. П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 173 П О СЛ ЕСЛ О ВИ Е З акан ч и вая эту кн и гу , авто р п о стар ался у б ед и ть ч и тателя в то м , ч то астр оф и зи ка ко см и ч ески х лу ч ей н ах о д и тся сей ч ас н а п о д ъ ем е. П о ч ти за 1 0 0 -летн ю ю и сто р и ю и ссл ед о ван и й ч асти ц и з В сел ен н о й б ы ли н е то лько и зу ч ен ы сво й ства эти х ч асти ц и о ткр ы ты н о вы е, н о с и х п о м о щ ью и ссл ед о ван ы м н о ги е ф и зи ч ески е п р о ц ессы и о б ъ екты В селен н о й . Д о си х п о р ко см и ч ески е лу ч и о стаю тся у н и кал ьн ы м и н стр у м ен том и зу ч ен и я д алеки х п р о сто р о в косм о са. И ч ем д ал ьш е р азви вается эта н ау ка, тем о ч еви д н ее стан о ви тся ее связь н е то лько с астр о н о м и ей и ко см о ло ги ей , н о и с ф и зи ко й элем ен тар н ы х ч асти ц , б ази р у ю щ ей ся н а н азем н ы х у ско р и тельн ы х эксп ер и м ен тах . З ад ач а у ско р и тельн о й ф и зи ки элем ен тар н ы х ч асти ц — п р о н и кн у ть в глу б ь вещ ества, п о зн ать стр о ен и е каж у щ и х ся н ед ели м ы м и ч асти ц , и зу ч и ть х ар актер и х взаи м о д ей стви й . Н о , п р о н и кая в глу б ь вещ ества, м ы , тем сам ы м , и зу ч аем п р ош ло е В селен н о й . Т е н о вы е ч асти ц ы , ко то р ы е о б н ар у ж и ваю тся в н азем н ы х эксп ер и м ен тах , и х ф и зи ч ески е взаи м о д ей стви я ср о д н и тем , ч то су щ ество вал и в зар о д ы ш е В селен н о й ср азу п осле Б о л ьш о го взр ы ва. А стр о ф и зи ка и ф и зи ка элем ен тар н ы х ч асти ц у ж е р яд лет и д у т в о д н о м н ап р авл ен и и с ц ел ью п о зн ан и я стр о ен и я н е п р о сто вещ ества, а п о зн ан и я стр о ен и я н аш его м и р а. В связи с эти м , вер н ем ся вн о вь к во п р о су о м акси м альн о д о сти ж и м ы х эн ер ги ях ч асти ц н а З ем ле и во В сел ен н о й . М о ж н о ли п о д вер гн у ть эксп ер и м ен тал ьн о й п р о вер ке тео р и ю В ели ко го О б ъ ед и н ен и я? Л и ш ь ч асти ч н о . П р о б лем а заклю ч ается в ги ган тско й эн ер ги и В ели ко го О б ъ ед и н ен и я — 1024-1025 эВ . 252 П о д сч и тан о , ч то если со зд ать у ско ри тел ь, о х ваты ваю щ и й п о п ер и м етр у всю н аш у З ем лю , то и з-за си н х р о тр о н н ы х п о тер ь эн ер ги я п р о то н а н е п р евы си т 1 0 17 эВ (зд есь у казан ы эн ер ги и ч асти ц , со о тветству ю щ и е сто л кн о вен и ям п р о то н о в с н еп о д ви ж н о й м и ш ен ью ). В селен н ая сп о со б н а п р ед о стави ть в р асп о р яж ен и е и сслед о вателей ч асти ц ы го р азд о б о льш и х эн ер ги й , ч ем со зд ан н ы е ч ело веко м н азем н ы е у ско р и тели . В п о лн е во зм о ж н о , ч то ко см и ч ески е лу ч и у льтр авы со ко й эн ер ги и как р аз и являю тся «н о си телям и и н ф о р м ац и и » о сам ы х р ан н и х ф азах эво лю ц и и В селен н о й п о сл е Б о льш о го В зр ы ва. И х и зу ч ен и е п о м о ж ет д етальн о р азо б р аться в сп р авед ли во сти ги п о тез о со тво р ен и и м и р а. И н азем н ая ф и зи ка вы со ки х эн ер ги й м о ж ет вн ести зн ач и тел ьн ы й вклад в астр о ф и зи ку ко см и ч ески х ч асти ц . М ы ви д ели , ч то п о ка ещ е н е все ясн о с со ставо м ч асти ц в р ай о н е «ко л ен а» сп ектр а Г К Л . А вед ь это , п о ж алу й , о д н а и з сам ы х зн ач и м ы х п р о б лем ко см и ч ески х лу ч ей . В о п р о с стави тся д о стато ч н о п р о сто : есть ли эксп ер и м ен тал ьн ы е д о казател ьства у ско р ен и я ч асти ц н а о статках свер х н о вы х ? О твет леж и т в то ч н ы х и зм ер ен и ях о тд ельн ы х ко м п о н ен т ко см и ч ески х лу ч ей . И н тер п р етац и я д ан н ы х н азем н ы х у стан о во к, о б лад аю щ и х п о ка зн ач и тел ьн о б о л ьш и м и « свето си лам и », ч ем п р и б о р ы ко см и ч еско го б ази р о ван и я, н атал ки вается н а тр у д н ости . Э то связан о с н ед о стато ч н ы м и зн ан и ям и в о б ласти м о д ели р о ван и я взаи м о д ей стви я ч асти ц , н ео б х о д и м ы м и , как м ы ви д ели р ан ее, д ля во сстан о влен и я эн ер гети ч еско го сп ектр а п ер ви ч н ы х ч асти ц . И м ен н о зд есь и м о гу т сы гр ать р еш аю щ у ю ро ль б у д у щ и е эксп ер и м ен ты н а стр о ящ ем ся у скор и теле в CERN. Э н ер ги я у ско рен н ы х там ч асти ц п ер екр о ет «ко лен о » ко см и ч ески х лу ч ей и п о зво ли т д етал ьн о и ссл ед о вать х ар актер взаи м о д ей стви й ч асти ц п р и таки х вы со ки х эн ер ги ях . Н а у скор и теле LHC б у д ет м о ж н о и зу ч ать сто лкн о вен и я н е то лько легки х ч асти ц с тяж елы м и (н ап р и м ер , п р о то н о в с ки сло р о д о м ) н о д аж е и сви н ц а со сви н ц о м . Д ля это го стр о ятся ги ган тски е д етекто р ы , ко то р ы е б у д у т р азм ещ ен ы в п о д зем н о м ко льц е LHC). О д и н и з н и х - ATLAS, ко то р ы й п о казан н а р и с. 1 .9 . 253 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 174 Т аки м о б р азо м , эксп ер и м ен ты н а н о во м ускор и теле м о гут сы гр ать важ н ую р о ль и в р азви ти и астро ф и зи ки ко см и ч ески х луч ей . О д н ако сей ч ас б о льш и н ство уч ен ы х , р аб о таю щ и х в о б ласти ускор и тельн о й ф и зи ки вы со ки х эн ер ги й , сх од ятся во м н ен и и , ч то в д о лго сро чн о й п ер сп екти ве - б уд ущ ее за ко см и чески м и эксп ер и м ен там и . Б езусло вн о, р езультати вн о сть эксп ер и м ен тов б уд ет зави сеть о т степ ен и со вер ш ен ства тео р ети ч ески х м о д елей , о п и сы ваю щ и х явлен и я во В селен н о й . И м ен н о п о этом у в н асто ящ ее вр ем я н ет н ед о статка как в п р ед лагаем ы х п р о ектах д ля и сслед о ван и я В селен н о й , так и м н о го ч и слен н ы х теор и ях , п ы таю щ и х ся о б ъ ясн и ть н аб лю д аем ы е явлен и я и заглян уть в н еи звед ан н о е. У астр о ф и зи ки ко см и ч ески х луч ей , как это п о казан о вы ш е, есть и важ н ая п р и клад н ая со ставляю щ ая. К о см и ч ески е ч асти ц ы п о сто ян н о б ом б ард и р ую т о ко лозем н о е п р о стр ан ство и , н есо м н ен н о, м огут о казы вать вли ян и е н е то лько н а п р о ц ессы , п р о и сх од ящ и е в это й ср ед е, н о такж е н а тех н и ку, со зд ан н ую ч ело веко м , н а сам о го ч еловека, д р уги е ж и вы е ор ган и зм ы и б и о ло ги чески е стр уктур ы . И зд есь н е все ясн о . П ред сто ят ещ е го д ы уп ор н ы х и сслед о ван и й д ля р еш ен и я сто ящ и х п еред уч ен ы м и п р об лем . А вто р стар ался заи н тер есовать ч и тателя эти м и увлекательн ы м и п р о б лем ам и . Е сли это уд ало сь, то м о ж н о сказать, ч то ц ель д о сти гн ута. Д оп ол н и тел ьн ая л и тер атур а Б .Р осси . К о см и ч ески е луч и . А то м и зд ат, М о сква, 196 6. В .С .М ур зин. В вед ен и е в ф и зи ку ко см и ч ески х луч ей . И зд ательство М о сковско го У н и вер си тета, М о сква, 1988. Н .А .Д о бро т ин. К осм и ч ески е луч и . И зд ательство А Н С С С Р , М о сква, 196 3. Г .Б .Ж д ано в. Ч асти ц ы вы соки х эн ер ги й . И зд ательство «Н аука», М о сква, 1 965 . А .М .Ч ер еп а щ ук, А .Д . Ч ер нин. В селен н ая, ж и зн ь, ч ер н ы е д ы р ы . И зд ательство «В ек 2 », Ф р язи н о , 2 003 . Г .В .К ланд ор -К лай нгро т ха уз, К .Ц ю б ер . А стр о ф и зи ка элем ен тар н ы х ч асти ц . Р ед акц и я ж ур н ала «У сп ех и ф и зи ч ески х н аук», 2 000 . В .Л .Г инзб ур г, С .И .С ы ро ват ский . П ро и сх о ж д ен и е ко см и ч ески х луч ей . И зд ательство А кад ем и и н аук, М о сква, 196 3. И . Д . Н о ви ко в. К ак взор валась В селен н ая. И зд ательство «Н аука», М о сква, 1 988 . И .М .К апи т о но в. В вед ен и е в ф и зи ку яд р а и ч асти ц . «Е д и то р и ал У Р С С », М о сква, 20 02 . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 175 С Л О ВА РЬ А Д Р О Н Ы — элем ен тар н ы е ч асти ц ы , у ч аству ю щ и е в си льн ы х взаи м о д ей стви ях (б ар и о н ы и м езо н ы ). А Н Г С Т Р Е М — ед и н и ц а д ли н ы , р авн ая 1 0 -10 м = 1 0 -8 см . А Н Н И Г И Л Я Ц И Я — у н и ч то ж ен и е ч асти ц и ан ти ч асти ц . О д и н и з ви д о в ан н и ги ляц и и взаи м о д ей стви я электр о н а и п о зи тр о н а с и злу ч ен и ем гам м а-кван то в. А Н Т И Ч А С Т И Ц Ы — элем ен тар н ы е ч асти ц ы , и м ею щ и е те ж е зн ач ен и я м асс, сп и н о в и д р у ги х ф и зи ч ески х х ар актер и сти к, ч то и «о б ы ч н ы е» ч асти ц ы , н о о тли ч аю щ и еся о т н и х зн акам и н еко то р ы х хар актер и сти к взаи м о д ей стви я (н ап р и м ер , зн ако м электр и ч еско го зар яд а). А Э Р О З О Л И — о б р азован и я, со сто ящ и е и з ч асти ц твер д о го тела и кап ель ж и д ко сти в о взвеш ен н о м со сто ян и и в газо во й ср ед е (н ап р и м ер , в атм о сф ер е — д ы м , ту м ан ). Б А Р И О Н Ы — эл ем ен тар н ы е ч асти ц ы , о тн о сящ и еся к кл ассу тяж елы х , т.е. с м ассо й н е м ен ее п р о то н н о й . В заи м о д ей стви я ф у н д ам ен тал ьн ы е — 4 ви д а: Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О Е , в ко то р о м у частву ю т зар яж ен н ы е ч асти ц ы . О н о о п р ед еляет м акр о ско п и ч ески е явл ен и я: взаи м о д ей стви е м еж д у яд р ам и и электр о н ам и в ато м ах и м о леку лах ; п р и во д и т к и злу ч ен и ю электр о м агн и тн ы х во лн . 256 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 176 С И Л Ь Н О Е , в ко то р о м у ч аству ю т ад р о н ы ; и м еет р ад и у с взаи м о д ей стви я 1 0 -13 см (н ап р и м ер , вн у тр и ато м н о го яд р а); С Л А Б О Е , в ко то р о м у частву ю т все ч асти ц ы ; и м еет р ад и у с взаи м о д ей стви я 1 0 15 см (н ап р и м ер , р асп ад эл ем ен тар н ы х ч асти ц ); Г Р А В И Т А Ц И О Н Н О Е — сам о е слаб о е и з 4 -х ф у н д ам ен тальн ы х взаи м о д ей стви й , о п р ед ел яет взаи м о д ей стви е всех ви д о в м атер и и , н о , п р еи м у щ ествен н о , кр у п н ы х тел, н ап р и м ер , астр о ф и зи ч ески х о б ъ екто в В селен н о й . Г А М М А -И З Л У Ч Е Н И Е — о б ласть ко р о тко во лн о во го электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я с д ли н о й во лн ы ко р о ч е 1 ан гстр ем а (λ≤ 10-10 м ). П р ед ставляет со б о й ф ото н ы — ч асти ц ы с эн ер ги ей Eγ=ћ v, гд е ћ — п о сто ян н ая П лан ка, a v — ч асто та во лн ы . В н асто ящ ее вр ем я это т тер м и н п р и м ен яется д ля о б о зн ач ен и я ж естко го электр о м агн и тн о го и злу чен и я с эн ер ги ей кван то в Е γ> 1 0 кэВ . Ф о то н ы с б о лее н и зки м и эн ер ги ям и о тн о сят к р ен тген о вско м у и злу ч ен и ю . Г Е Л И О П А У З А — вн еш н яя гр ан и ц а гели о сф ер ы . Г Е Л И О С Ф Е Р А — о б ласть ко см и ч еско го п р о стр ан ства, зан ятая со лн еч н ы м ветр о м . Г Е Н — ч асть м о леку лы Д Н К , со д ер ж ащ ая и н ф о р м ац и ю о стр о ен и и о д н о го б елка. Г Е О М А Г Н И Т Н О Е П О Л Е - м агн и тн о е п о ле З ем ли , со зд ан н о е вн у тр и зем н ы м и и сто ч н и кам и . В п ер во м п р и б ли ж ен и и и м еет ф о рм у д и п о ля. Н а п о вер х н о сти вб ли зи эквато р а о н о и м еет н ап р яж ѐн н о сть 0 ,3 1 2 Г с и у вели ч и вается д о 0 ,6 2 Г с вб ли зи п о лю со в. Д О З А Р А Д И А Ц И И — ко ли ч ество эн ер ги и , вы д ел ен н о й (п о гло щ ен н о й ) в м атер и але в р езу льтате во зд ей стви я рад и ац и и . И зм ер яю т в Р ад . В си стем е С И и сп о льзу ется ед и н и ц а 1 Г р ей (Г р ) = 1 0 0 Р ад , и ли 1 д ж о у ль/кг. Д ля и зм ер ен и я б и о ло ги ч ески х п о гло щ ен н ы х д о з и сп о л ьзу ю т такж е З и вер ты (З в) и Р Э М 'ы — б и о л о ги ч ески 257 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 177 экви вален тн ы е д о зы . С о о тн о ш ен и я м еж д у эти м и ед и н и ц ам и след у ю щ и е: 1 З в = 1 0 0 Р эм (1 3 в = 1 Д ж /кг) 1 Р ад — 1 0 0 эр г/гр ам м (эн ер ги я в 1 0 0 эр г, п о гло щ ѐн н ая в 1 г вещ ества). 1 Р эм = 1 Р ад χ Q, гд е Q — ф акто р кач ества, у ч и ты ваю щ и й эф ф ект во зд ей стви я р ад и ац и и н а ко н кр етн у ю б и о ло ги ч еску ю стру кту ру . Q = 1 0 д л я п р о то н о в и Q = 3-1 0 д л я н ей тр о н о в; Q = 20 д л я б о лее тяж ел ы х ч асти ц . Q и зм ен яется о т 1 д о 2 0 в зави си м о сти о т ви д а и злу ч ен и й : Q=l д л я гам м акван то в и эл ектр о н о в. Д Н К — д езокси р и б о н у клеи н о вая ки сло та, о сн о ва клето к ж и вы х о р ган и зм о в. Д Н К вм есте с б елкам и о б р азу ет вещ ество х р о м о со м . Я вляется н о си телем ген ети ч еско й и н ф о р м ац и и , со о тветству ю щ ей ее о тд ельн ы м у ч асткам . И О Н И З А Ц И Я - п р евр ащ ен и е н ей тр альн ы х ато м о в и м о л еку л в и о н ы п р и во зд ей стви и электр о м агн и тн о го и злу ч ен и я (ф о то и о н и зац и я), н агр еве (тер м и ч еская и о н и зац и я), а такж е п р и сто лкн о вен и и ч асти ц с эл ектр о н ам и и д р у ги м и ч асти ц ам и . К В А Р К И - элем ен тар н ы е ч асти ц ы , вх о д ящ и е в со став ад р о н о в (б ар и о н о в и м езо н о в). В р ам ках со вр ем ен н ы х п р ед ставл ен и й квар ки — то ч еч н ы е и б есстр у кту р н ы е о б ъ екты с р азм ер о м м ен ее 1 0 -16 см . К О Р О Н А — вн еш н яя ч асть атм о сф ер ы С о лн ц а, х ар актер и зу ю щ аяся н и зко й п ло тн о стью (~1 ч асти ц а в ку б и ч еско м м етр е) и вы со ко й тем п ер ату р о й (>106 К ) п лазм ы . К О Р О Н А Л Ь Н А Я И Н Ж Е К Ц И Я М А С С Ы (coronal mass ejection - С М Е ) - вы б р о с со лн еч н о й п лазм ы в м еж п лан етн о е п р о стр ан ство с о б р азо ван и ем у д ар н о й в о лн ы . С М Е вы зы ваю т д еф о р м ац и ю м агн и тн о го п о ля З ем ли и п лан ет, и м агн и тн ы е б у р и . К О С М И Ч Е С К И Е Л У Ч И — вы со ко эн ер ги ч н ы е яд р а ато м о в и элем ен тар н ы е ч асти ц ы ко см и ч еско го п р о и сх о ж д ен и я. 258 Е сть ещ е о д н о о п р ед елен и е: зар яж ен н ы е ч асти ц ы , лар м о р о вски й р ад и у с ко то р ы х п ревы ш ает р азм ер п р о стр ан ствен н о й н ео д н о р о д н о сти ло кал ьн о го м агн и тн о го п о ля. К О С М И Ч Е С К О Е П Р О С Т Р А Н С Т В О - п р о стр ан ство за п р ед елам и атм о сф ер ы З ем ли . К О С М И Ч Е С К О Е Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н О Е И З Л У Ч Е Н И Е - и злу ч ен и е в р ад и о , и н ф р акр асн о м , ви д и м о м , у льтр аф и о лето во м , р ен тген о вско м и гам м а д и ап азо н ах в ко см и ч еско м п р о стр ан стве. К О С М О Л О Г И Я - н ау ка о н аи б о лее о б щ и х сво й ствах В селен н о й . К Р А С Н О Е С М Е Щ Е Н И Е — эф ф ект у вели ч ен и я д ли н ы во лн ы в си стем е о тсч ета н аб лю д ателя п о ср авн ен и ю с д ли н о й во лн ы в сам о м и сто ч н и ке. Т ако й эф ф ект во зн и кает п р и д ви ж ен и и , н ап р и м ер , и сто ч н и ка света о тн о си тельн о н аб л ю д ателя. О н стал о сн о вн ы м н аб л ю д ательн ы м ф акто м в п о льзу н естац и о н ар н о й ко см о ло ги ч еско й м о д ели р асш и р яю щ ей ся В селен н о й . Л Е П Т О Н Ы — элем ен тар н ы е части ц ы , у ч аству ю щ и е в си л ьн о м взаи м о д ей стви и (эл ектр о н ы , м ю о н ы , н ей тр и н о и и х ан ти ч асти ц ы ). М А Г Н И Т Н А Я Ж Е С Т К О С Т Ь (R) - м ер а п р о ти во д ей стви я ч асти ц ы си ле, о ткло н яю щ ей ее в м агн и тн о м п о ле. О п р ед еляется как R (В о л ьт) = pc/q, гд е ρ — и м п у льс ч асти ц ы , q — зар яд и с — ско р о сть света. М А Г Н И Т Н О Е П О Л Е — си ло во е п о л е, во зд ей ству ю щ ее н а о б ъ екты , о б лад аю щ и е м агн и тн ы м м о м ен то м . И сто ч н и кам и м агн и тн о го п о ля м о гу т б ы ть электр и ч ески е то ки , п ер ем ен н ы е электр и ч ески е п о ля и м агн и тн ы е м о м ен ты . М агн и тн ы м п о л ем о б лад аю т р яд п лан ет С о лн еч н о й си стем ы . Н аи б о лее м о щ н о е м агн и тн о е п о ле у Ю п и тер а. М агн и тн ы й м о м ен т З ем ли во м н о го р аз м ен ьш е ю п и тер и ан ско го . М А Г Н И Т Н Ы Е Б У Р И - и зм ен ен и е м агн и тн о го п о ля п лан еты п о д во зд ей стви ем н ер егу ляр н ы х п р о ц ессо в как в м еж п лан етн о й ср ед е (вар и ац и й д авлен и я со лн еч н о го 259 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 178 ветр а и м еж п л ан етн о го м агн и тн о го п о ля), так и вн у тр и м агн и то сф ер ы п лан еты (вар и ац и и со б ствен н ы х электр и ч ески х то ко в вн у тр и м агн и то сф ер ы ). М агн и тн ы е б у р и со п ро во ж д аю тся ко м п лексо м гео ф и зи ч ески х явлен и й , ср ед и ко то р ы х : п о лярн ы е си ян и я, п у льсац и и м агн и тн о го п о ля, ген ер ац и я электр о м агн и тн ы х во лн и д р . М А Г Н И Т О С Ф Е Р А З Е М Л И - о б л асть о ко ло зем н о го п р о стр ан ства, зан ятая гео м агн и тн ы м п о лем . М Е Ж П Л А Н Е Т Н О Е М А Г Н И Т Н О Е П О Л Е - м агн и тн о е п о ле в м еж п лан етн о м п р о стр ан стве вн е м агн и то сф ер п лан ет, п р еи м у щ ествен н о со лн еч н о го п р о и сх о ж д ен и я. М Е Ж П Л А Н Е Т Н О Е П Р О С Т Р А Н С Т В О - о б л асть ко см и ч еско го п р о стр ан ства, о гр ан и ч ен н о го сф ер о й р ад и у со м , р авн ы м ср ед н ем у р ассто ян и ю сам о й д ал еко й п лан еты о т С о лн ц а. М Е З О Н Ы — н естаб и л ьн ы е элем ен тар н ы е ч асти ц ы , п р и н ад леж ащ и е к классу ад р о н о в. Э то — п и о н ы (π -м езо н ы ), као н ы (K-м езо н ы ) и р яд д р у ги х . В х о д ят в со став вто р и ч н ы х ч асти ц ш и р о ки х атм о сф ер н ы х ли вн ей . М О Д У Л Я Ц И Я К О С М И Ч Е С К И Х Л У Ч Е Й - и зм ен ен и е п о то ка ко см и ч ески х лу ч ей , о б у сло влен н о е во зд ей стви ем со лн еч н о го ветр а, м еж п лан етн о го м агн и тн о го п о ля и со лн еч н о й акти вн о сти . Н Е Й Т Р И Н О — о ч ен ь л егкая (во зм о ж н о , ч то во о б щ е н е и м еет м ассы ) стаб и льн ая элем ен тар н ая ч асти ц а, с электр и ч ески м зар яд о м , р авн ы м н у лю . П р и н ад л еж и т к сем ей ству леп то н о в. Р азли ч аю т тр и ви д а н ей тр и н о — электр о н н ы е (ν e) м ю о н н ы е (ν μ ) и тау -н ей тр и н о (ν τ) с со о тветству ю щ и м и ан ти ч асти ц ам и . Н Е Й Т Р О Н — ч асти ц а с электр и ч ески м зар яд о м р авн ы м н у лю и м ассо й , со о тветству ю щ ей м ассе п р о то н а. В сво б о д н о м со сто ян и и — вр ем я ж и зн и ~1 5 м и н . В со ставе яд р а стаб и лен : в связан н о м со сто ян и и его вр ем я ж и зн и н е м ен ее 1 0 32 лет. 260 Н Е Й Т Р О Н Н А Я З В Е З Д А - звезд а, со сто ящ ая и з н ей тр о н о в. О б р азу ется в р езу льтате ко ллап са р о д и тельско й звезд ы . И м еет ч р езвы ч ай н о вы со ку ю п ло тн о сть ~2•1014 г/см 3 и м алы й р ад и у с ~20 км . П Е Р Е З А Р Я Д К А И О Н О В — п р о ц есс взаи м о д ей стви я п о л о ж и тел ьн о го и о н а с н ей тр альн ы м ато м о м и ли м о леку ло й , п р и ко то р о м о д и н и з электр о н о в н ей тр альн о й ч асти ц ы п ер ех о д и т к и о н у . П О Л Н А Я Э Н Е Р Г И Я Ч А С Т И Ц Ы - су м м а ки н ети ч еско й эн ер ги и и м ассы п о ко я Е o= т oс 2 (mo — м асса п о ко я ч асти ц ы и с — ско р о сть света). Д ля п р о то н а Е o= 9 3 8 ,2 3 2 М эВ , а н ей тр о н а Е o=539,526 М эВ и д ля электр о н а Е o=5 1 0 ,9 84 кэВ . П Р О Т О Н - стаб и л ьн ая элем ен тар н ая ч асти ц а с п о ло ж и тельн ы м электр и ч ески м зар яд о м и м ассо й в 1 8 3 6 м асс электр о н а, о тн о сящ аяся к б ар и о н ам . П р ото н ы и н ей тр о н ы о б р азу ю т ато м н ы е яд р а. Р А Д И А Ц И О Н Н Ы Е П О Я С А — вн у тр ен н и е об ласти м агн и то сф ер п лан ет с зах вач ен н ы м и м агн и тн ы м п о лем эн ер ги ч н ы м и зар яж ѐн н ы м и ч асти ц ам и . В ер х н и й д и ап азо н эн ер ги й зах вач ен н ы х ч асти ц о п р ед еляется м агн и тн ы м м о м ен то м п лан ет. Д ля З ем ли м акси м альн ая эн ер ги я п р о то н ов со ставляет ~ 1 Г эВ , а электр о н о в ~10 М эВ . Р Е Л И К Т О В О Е И З Л У Ч Е Н И Е - ф о н о во е ко см и ч еско е р ад и о и злу ч ен и е с тем п ер ату р о й 2 ,7 3 К , ко то р о е о б разо вало сь н а р ан н и х стад и ях р азви ти я В селен н о й . О тн о си тся к м и кр о во лн о во м у д и ап азо н у с д ли н о й во лн ы 1 ,5 м м . С О Л Н Е Ч Н А Я В С П Ы Ш К А — вн езап н ая эм и сси я эл ектр о м агн и тн о го и злу ч ен и я, ч асти ц и п лазм ы в со лн еч н о й атм о сф ер е. С О Л Н Е Ч Н А Я К О Р О Н А - вн еш н яя р азр яж ѐн н ая ч асть атм о сф ер ы С о лн ц а с тем п ер ату р о й от 106 д о 2 •106К . 261 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 179 С О Л Н Е Ч Н А Я П О С Т О Я Н Н А Я - о б щ ая эн ер ги я, п о сту п аю щ ая о т С о лн ц а н а З ем лю в ед и н и ц у вр ем ен и и н а ед и н и ц у п ло щ ад и . С то ч н о стью д о 0 ,1 % эта вел и ч и н а (1,37•10б эр г/см 2сек) п о сто ян н а, н есм о тр я н а л ю б ы е п р о явлен и я со лн еч н о й акти вн о сти . С О Л Н Е Ч Н Ы Й В Е Т Е Р — п лазм а, п о сто ян н о и стекаю щ ая и з С о лн ц а. С П И Н — м о м ен т ко ли ч ества вр ащ ательн о го д ви ж ен и я элем ен тар н о й ч асти ц ы . С Ц И Н Т И Л Л Я Ц И О Н Н Ы Й С Ч Е Т Ч И К (детек тор ) - п р и б о р д ля р еги стр ац и и зар яж ен н ы х ч асти ц . П р и н ц и п д ей стви я о сн о ван н а во зб у ж д ен и и ч асти ц ам и в р яд е сп ец и альн ы х м атер и ало в свето вы х всп ы ш ек, ко то р ы е р еги стр и ру ю тся ф о тоу м н о ж и тел ем . Т Е М Н А Я Э Н Е Р Г И Я (к осм и ч еск и й в ак уум ) - од н о р о д н ая п о п ло тн о сти ср ед а во В селен н о й , со зд аю щ ая эф ф ект ан ти гр ави тац и и и у п р авляю щ ая п р о ц ессо м р асш и р ен и я В сел ен н о й . Т Е М Н О Е В Е Щ Е С Т В О (ск р ы тая м атер и я ) - о д и н и з о сн о вн ы х ви д о в м атер и и во В селен н о й . Е го м асса н а п о р яд о к б о льш е х о р о ш о и звестн о й ф о р м ы су щ ество ван и я м атер и и — б ар и о н н о й . С о став н еи звестен . У Д А Р Н А Я В О Л Н А — о б ласть п р о стр ан ства, в ко то р о й п р о и сх од и т р езко е и зм ен ен и е п ар ам етр о в вещ ества (п ло тн о сти , д авлен и я, тем п ер ату р ы ). В м еж п л ан етн о м п р о стр ан стве н аб лю д аю тся у д ар н ы е во лн ы , во зн и каю щ и е п р и со лн еч н ы х всп ы ш ках . Д р у го й п р и м ер — у д ар н ы е во лн ы о т взр ы ва свер х н о вы х звезд . Ф Е Р М И О Н Ы - элем ен тар н ы е ч асти ц ы с п о лу ц елы м сп и н о м . Ф О Р Б У Ш -Э Ф Ф Е К Т в к осм и ч еск и х л уч ах — и зм ен ен и е п о то ка ко см и ч ески х лу ч ей , связан н о е с п р о х о ж д ен и ем м еж п лан етн ы х у д ар н ы х во лн . 262 Ф О Т О Н — н ей тр альн ая элем ен тар н ая ч асти ц а с н у лево й м ассо й . Я вл яется п ер ен о сч и ко м электр о м агн и тн о го взаи м о д ей стви я. Х Р О М О С Ф Е Р А С ол н ц а — сло й со лн еч н о й атм о сф ер ы вы ш е ф о то сф ер ы и н и ж е ко р о н ы . Ч Е Р Е Н К О В С К О Е св еч ен и е — и злу ч ен и е света, ко то р о е во зн и кает п р и д ви ж ен и и в вещ естве зар яж ен н ы х ч асти ц со ск о р о стью , п р евы ш аю щ у ю ф азо ву ю ско р о сть света в это м вещ естве. О кр ы то П .Ч ер ен ко вы м и С .В ави ло вы м . Ч Е Р Н А Я Д Ы Р А - астр о ф и зи ч ески й о б ъ ект с м ассо й , д о стато ч н о й д ля то го , ч то б ы гр ави тац и о н н ы е си лы см о гли во сп р еп ятство вать вы х о д у лю б о го ко ли ч ества вещ ества и и злу ч ен и я за ее п р ед ел ы . Ш А Л (ш и р ок и й атм осф ер н ы й л и в ен ь ) — каскад вто р и ч н ы х ч асти ц в атм о сф ер е З ем л и , вы зван н ы й взаи м о д ей стви ем ко см и ч ески х лу ч ей с яд р ам и атм о сф ер ы . Э Л Е К Т Р О Н — о тр и ц ател ьн о зар яж ен н ая стаб и л ьн ая ч асти ц а с м ассо й о ко ло 9 1 0 28 г. О тн о си тся к леп то н ам . В н у тр и ато м а о б р азу ет электр о н н ы е о б о ло ч ки во кр у г яд р а. Э Л Е К Т Р О Н В О Л Ь Т - эн ер ги я зар яж ен н о й ч асти ц ы , ко то ру ю о н а п р и о б р етает п р и у ско р ен и и в электр и ч еско м п о ле с р азн о стью п о тен ц и ало в в 1 В о льт. 1 эВ = 1 ,6 •10-12 эр г. Ю Ж Н О -А Т Л А Н Т И Ч Е С К А Я А Н О М А Л И Я - п р о стр ан ствен н ая о б л асть, р асп о ло ж ен н ая в Ю ж н о й А тлан ти ке вб ли зи б ер его в Б р ази ли и (и н о гд а н азы ваю т Б р ази л ьско й м агн и тн о й ан о м али ей ), х ар актер и зу ю щ аяся си льн ы м о слаб лен и ем гео м агн и тн о го п о ля. Э то о слаб лен и е связан о с аси м м етр и ей р асп о ло ж ен и я и сто ч н и ка зем н о го м агн и тн о го п о ля. С у щ ество ван и е ан о м али и п р и во д и т к явл ен и ю «п р о ви сан и я» р ад и ац и о н н ы х п о ясо в н ад 263 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 180 З ем лей . В это й о б ласти н аб лю д аю тся п о вы ш ен н ы е п о то ки ч асти ц р ад и ац и о н н ы х п о ясо в н а вы со тах 3 0 0 -5 0 0 км , п о ср авн ен и ю с о стальн ы м и о б ластям и . А н о м ал и я вы зы вает у вели ч ен и е р ад и ац и и . П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 181 С О Д Е РЖ А Н И Е П Р Е Д И С Л О В И Е ................................................................................................................5 Г лава 1. П О С Л Е Б О Л Ь Ш О Г О В ЗР Ы В А ................................................................8 1.1. У б егаю щ и е галакти ки ................................................................................9 1.2. С отворен и е вещ ества...............................................................................14 1.3. Г и б ель звезд ..................................................................................................17 1.4. Н аш м и р — тем н ы й и светлы й и ли ж и зн ь в вакуу м е..........22 1.5. «Б ольш ой взры в» н а Зем ле ...................................................................28 Г лава 2. С Т Р А Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й ....................................................................32 Г лава 3. К А К П О Й М А Т Ь К О С М И Ч Е С К И Е Л У Ч И ...........................................37 3.1. К осм и чески е лу чи в атм осф ере ........................................................37 3.2. Л ову ш ки для части ц ................................................................................39 Г лава 4. Ч Т О М Ы ЗН А Е М О К О С М И Ч Е С К И Х Л У Ч А Х ..............................54 4.1. К ру тая траектори я п озн ан и я состава косм и ческого и злу чен и я ..............................................................54 4.2. И з чего состоят косм и чески е лу чи .................................................59 4.3. Э н ергети чески е сп ектры яд ер косм и чески х лу чей ................61 Г лава 5. О Т К У Д А В Ы , С Т Р А Н Н И К И В С Е Л Е Н Н О Й ? .....................................69 5.1. П ои ск звезд н а н еб е .................................................................................69 5.2. С верхн овы е стары е звезд ы ...................................................................71 Г лава 6. П У Ш К И В С Е Л Е Н Н О Й ..............................................................................75 6.1. К осм и чески й у скори тель — П эватрон ...........................................75 6.2. П ревращ ен и я звезд н ого вещ ества и ли о возрасте косм и чески х стран н и ков.............................................82 6.3. О чем говорят резу льтаты эксп ери м ен тов.................................84 6.4. Э лектрон ы в косм и чески х лу чах ......................................................91 265 Г лава 7. М И С Т Е Р И Я О Б Р Е ЗА Н И Я .......................................................................93 7.1. Д и аграм м а Х и лласа и ли в п ои сках Зэватрон а .........................93 7.2. Р ели ктовое и злу чен и е и «кон ец » сп ектра ком и чески х лу чей ..................................................1 00 7.3. С верху — вн и з, и ли вп еред к экзоти ке......................................103 7.4. Н овая астрон ом и я?..................................................................................110 Г лава 8. К О С М И Ч Е С К О Е О К О ..............................................................................115 8.1. У льтраф и олетовы й след косм и ческой части ц ы ....................115 8.2. Зеркало н а орб и те ..................................................................................120 Г лава 9. Г А М М А -И ЗО Б Р А Ж Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й .........................................124 9.1. Г ам м а-свечен и е М лечн ого П у ти .....................................................125 9.2. З агад оч н ы е всп лески гам м а-и злуч ен и я .....................................1 32 Г лава 10 . Ч А С Т И Ц Ы И З ЗА З Е Р К А Л Ь Я ...........................................................140 10.1. Д р уго е со сто ян и е вещ ества............................................................14 0 10.2. П о го н я за ан ти вещ ество м ...............................................................143 Г лава 11 . Ч А С Т И Ц Ы П О Л Т Е Р Г Е Й С Т А .............................................................1 49 11.1. П р и клю ч ен и я «н еуло ви м ы х » ...........................................................14 9 11.2. Н ей тр и н н о е м ор е р ели кто в ............................................................151 11.3. Н ей тр и н о сверх н о вы х ........................................................................1 52 11.4. Н ей тр и н н ая астро н о м и я свер х н о вой S N 19 87A ...................15 4 11.5. К ап кан ы д ля н еуло ви м ы х ................................................................155 11.6. О н ей три н о п р ед ельн о вы со ки х эн ер ги й ...............................16 0 Г лава 12 . Д В У Л И К И Й Я Н У С ................................................................................164 12.1. Н аш а звезд а н а звезд н о й ш кале .................................................1 64 12.2. С п р и н клер С о лн еч н о й си стем ы ....................................................168 12.3. А кти вн ая ж и зн ь н аш ей звезд ы ....................................................171 12.4. С о лн еч н ы е б ур и .....................................................................................17 4 12.5. П лазм ен н ая б уты ль солн еч н о й си стем ы ................................180 Г лава 13 . П О С Л Е Д Н Е Е П Р И С Т А Н И Щ Е С Т Р А Н Н И К О В .............................183 13.1. С о лн еч н ая м етла.....................................................................................1 83 13.2. А н ом альн ы е ч асти ц ы в гели о сф ер е............................................1 87 13.3. М агн и тн ая «б ро н я» З ем ли ................................................................190 13.4. З ем н ая ло вуш ка д ля косм и ч ески х стр ан н и ко в ..................192 266 Г лава 14 . С Л Е Д Ы С Т Р А Н Н И К О В .......................................................................199 14.1. А тм о сф ер н ы й след стран н и ко в - кли м ат сегод н я ..........199 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 182 14.2. Г ром и м о лн и и стр ан н и ко в ............................................................20 3 14.3. К ли м ат д о н аш ей эр ы и сп и р альн ы е р укава Г алакти ки .............................................................206 14.4. С о лн еч н ая б о м б ар д и ро вка атм о сф ер ы ....................................208 14.5. С алю т ко см и ч ески м луч ам ...............................................................2 12 Г лава 15 . Р А Д И О А К Т И В Н Ы Й К О С М О С ...........................................................21 5 15.1. К о см и ч ески й «Т О К А М А К » .................................................................215 15.2. Р од и тели п лен н и ков м агн и тн ой лову ш ки .............................220 15.3. Н ей трон н ы й ореол Зем ли ................................................................225 Г лава 16. Р А Д И А Ц И О Н Н Ы Е Б У Р И В К О С М О С Е .......................................228 16.1. Р ад и ац и я н а б ли ж н и х п од сту п ах к Зем ле.............................228 16.2. Р ад и ац и он н ы е бу ри н а окраи н е околозем н ого п ростран ства........................................................................232 16.3. В сп ы ш ки в глазах и в электрон н ы х чи п ах ...........................236 16.4. «Ч еловечество н е остан ется вечн о н а Зем ле...» ..................245 16.5. Т ран скон ти н ен тальн ы е ави арей сы вб ли зи п олю са ..........250 П О С Л Е С Л О В И Е ...........................................................................................................252 Д оп олн и тельн ая ли терату ра .............................................................................255 С Л О В А Р Ь .......................................................................................................................256 С кан и р о ван и е и ф о р м ати р о ван и е: Я н ко С лава (Б и б ли о тека Fort/Da) || slavaaa@yandex.ru || yanko_slava@yahoo.com || http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Б и б ли о тека: http://yanko.lib.ru/gum.html || Н о м ер а стр ан и ц - вн и зу update 24.08.06 сер и я «Н аука д л я в сех» Г ен ом , к л он и р ов ан и е, п р ои схож ден и е ч ел ов ек а. П о д р ед акц и ей Л . И . К о р о ч ки н а. Ч то тако е ген о м ч ело века, ч ем о тли ч ается кло н и ро ван и е о т ко п и ро в ан и я, как ген ы о п р ед еляю т р азви ти е о р ган и зм а и со ц и альн о е п о вед ен и е ч ело века, ч то тако е ген н ая и н ж ен ер и я и как о н а и сп ользуется в п р о и зво д стве п р о д укто в и лекар ств. П о след н и е д о сти ж ен и я ген ети ки , в том ч и сле сен сац и о н н ы е р езультаты в р еш ен и и п ро б лем ы п ро и сх о ж д ен и я и м и гр ац и и ч еловека. A. М . Ч ер еп ащ ук, А . Д . Ч ер н и н . В сел ен н ая , ж и зн ь , ч ер н ы е ды р ы . И зло ж ен о со вр ем ен н о е п р ед ставлен и е о во зн и кн овен и и и р азви ти и В селен н о й ; о то м , как вед утся п о и ски ж и зн и вн е З ем ли и о р езультатах эти х п о и сков; о загад о ч н ы х и ф ан тасти ч ески х -сво й ствах ч ер н ы х д ы р и о то м , как и х н ах о д ят и «взвеш и ваю т»; о сам ы х п о след н и х о ткр ы ти ях в астр о ф и зи ке — ан ти гр ави тац и и , «тем н о й м атер и и » и «тем н о й эн ер ги и ». Е . Л . Ф ей н б ер г. Д в е к ул ь тур ы . И н туи ц и я и л оги к а в и ск усств е и н аук е. З ач ем и скусство н у ж н о ч ело веч еству. К ако вы взаи м оотн о ш ен и я и скусства и н ауки . Г д е ко н ч ается ло ги ка и н ач и н ается и н туи ц и я. О б щ и е п р об лем ы «д вух культур » — естествен н о н ауч н ого зн ан и я, с од н о й стор о н ы , и скусства и гум ан и тар н ы х н аук — с д р уго й р ассм атр и ваю тся с ф и ло со ф ской то ч к и зр ен и я и звестн ы м ф и зи ко м , акад ем и ком Е . Л . Ф ей н б ер гом . Т р етье, р асш и р ен н о е и д о п олн ен н о е и зд ан и е. B. Г . Р о тш тей н . П си хи атр и я . Н аук а и л и и ск усств о? П си х и ч ески е р асстр о й ства: ч то н уж н о зн ать всем , а ч то — п ац и ен там и и х ро д ствен н и кам . К ак п си х и атры ставят д и агн о з и н аско лько о н д о сто вер ен . П ро б лем а б алан са м еж д у п р авам и ли ч н о сти , п о льзо й д ля б о льн о го и и н тер есам и об щ ества. Б . М . В лад и м и р ски й и д р . К осм и ч еск ая п огода и н аш а ж и зн ь. Н ауч н о -п о п уляр н ая м о н о граф и я, р ассказы ваю щ ая о вли ян и и со лн еч н о й акти вн о сти н а ш и р о ки й кр уг б и о ло ги ч ески х явлен и й . П ри вед ен ы н ео б х од и м ы е свед ен и я о со лн еч н о й акти вн о сти , м еж п лан етн о й ср ед е и важ н ей ш и х об о лоч ках н аш ей п лан еты , защ и щ аю щ и х ср ед у о б и тан и я о т во зд ей стви я кап р и зов «ко см и ч еской п о го д ы ». М н о го вн и м ан и я уд елен о вли ян и ю со лн ечн о й акти вн о сти н а б актери и , р астен и я и ч ело века зд ор ово го и б о льн о го, его п си х и ку и п о вед ен и е. П од ро б н о р ассказан о о связи со лн еч н о й акти вн о сти с явлен и ям и об щ ествен н о й ж и зн и . И зло ж ен а то ч ка зр ен и я автор ов н а п ро и сх о ж д ен и е астро ло ги и и о р ац и о н альн ом «яд р е» д р евн ей вави ло н ской астро ло ги и . Μ Л . Б уто вская. Т ай н ы п ол а. М уж ч и н а и ж ен щ и н а в зер к ал е эв ол ю ц и и . К н и га зн ако м и т ч и тателя с со вр ем ен н ы м и п р ед ставлен и ям и о б эво лю ц и и п о лово го п о вед ен и я ч ело века. Р азъ ясн яю тся о сн о вн ы е п реи м ущ ества п о ло во го р азм н о ж ен и я. Д ается о б ъ ясн ен и е ф ен о м ен ов н еп о ро ч н о го зач ати я (п ар тен о ген ез), герм аф ро д и ти зм а и гом о сексуали зм а, п о д р об н о и злагается тео р и я п о лово го отб ор а и ее актуальн ость д ля п о н и м ан и я стр атеги й сексуальн о го п о вед ен и я. Р ассм о трен ы р азли ч и я м уж ско го и ж ен ско го тела, во зн и кш и е п утем п о ло во го о тб о р а. О соб о е м есто в кн и ге зан и м аю т п р ед ставлен и я о м уж ской П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 183 и ж ен ско й п ри влекательн ости и п ути ф о рм и ро ван и я стер ео ти п о в п о вед ен и я в п р о ц ессе и н д и ви д уальн о го р азви ти я. К н и га и зо б и лует и н тер есн ы м и сю ж етам и : о сп ец и ф и ке м уж ско го и ж е н ско го п овед ен и я в усло ви ях гор од ско й культуры , о ро ли сексуальн ы х о б р азо в в р еклам е. И зд ан и е п р ед н азн ач ен о ан тр о п о ло гам , п си х о ло гам , культур о ло гам , со ц и о ло гам , сп ец и али стам п о р еклам е и м ар кети н гу, ш и ро ко м у кругу ч и тателей . Л . Б . В и ш н яц ки й . И стор и я одн ой сл уч ай н ости и л и п р ои схож ден и е ч ел ов ек а. П оявлен и е ч ело века воо б щ е и ви д а Homo sapiens в ч астн о сти рассм атр и вается, с о д н о й стор о н ы , как н аи б о лее ярко е п ро явлен и е «м аги стр альн о й » тен д ен ц и и в р азви ти и ж и во й п р и р од ы н а З ем ле, а с д р уго й как случ ай н о сть, п р о и зош ед ш ая б лаго д ар я ун и кальн о м у стеч ен и ю сто ль ж е ун и кальн ы х о б сто ятельств. С ко ль б ы естествен н ы м и сам о со б о й разум ею щ и м ся н и казался н ам то т ф акт, ч то и м ен н о чело век и его п р ед ки стали н о си телям и вы сш и х ф ор м со зн ан и я и культур ы , н и ч то н е д ает о сн о ван и й д ум ать, ч то тако й х од со б ы ти й б ы л ед и н ствен н о во зм о ж н ы м . А . И . К о зло в. П и щ а л ю дей . Т р ад и ц и о н н ая кух н я — сво еоб р азн о е о тр аж ен и е эко си стем ы , в ко то ро й ф орм и ро валась та и ли и н ая гр уп п а о б и тателей п лан еты . В кн и ге с точ ки зр ен и я вр ач а и ан тро п о ло га р ассм отр ен ы п р и ч и н ы во зн и кн о вен и я р азли ч и й в п и тан и и у п р ед стави телей разли ч н ы х гр уп п н аселен и я п лан еты — ж и телей тр о п и ко в, ж ар ки х п усты н ь, ум ер ен н о го кли м ата, вы со ко гор ья, А р кти ки . В о сн ову кн и ги п о ло ж ен ы кур сы лекц и й п о эко ло ги и и ан тро п о ло ги и п и тан и я, ч и таем ы х авто ро м студ ен там и асп и р ан там р яд а ун и вер си тето в Р о сси и и И тали и . Ю . Н . Е ф р ем ов. Зв ездн ы е остр ов а. Г ал ак ти к и зв езд и В сел ен н ая гал ак ти к . К н и га р ассказы вает о н аш ей и д р уги х галакти ках , о н аселяю щ и х и х звезд ах и звезд н ы х ско п лен и ях , о м етод ах, ко тор ы м и б ы ло д о сти гн уто н аш е зн ан и е. О б суж д аю тся п р об лем ы вн езем н о го р азум а и го р и зо н та н ауки . К н и га ад р есо ван а всем , и н тер есую щ и м ся устро й ство м м и р озд ан и я. М . Б . М ен ски й Ч ел ов ек и К в ан тов ы й м и р . К ван то вая м ех ан и ка, сам ы й , п о ж алуй , уд и ви тельн ы й р азд ел ф и зи ки , о б суж д ается в это й кн и ге с р азли ч н ы х то ч ек зр ен и я. В ч асти I и злагается и сто р и я со зд ан и я кван то во й м ехан и ки и ее о сн о вн ы е и д еи , ро ж д авш и еся в п р о ц ессе труд н о го п р ео д о лен и я п р и вы ч н о й класси ч еско й кар ти н ы м и р а. Н а н еко то р ы х важ н ы х п р и м ер ах (свер х п р овод и м о сть и свер хтек уч есть, лазер ы , н ан о тех н о ло ги я, кван то вая и н ф ор м ати ка) и ллю стр и р ую тся п р и ло ж ен и я кван то во й м ехан и ки в со вр ем ен н о й тех н и ке. Ч асть II п о свящ ен а д о си х п о р н ер еш ен н ы м ко н ц еп туальн ы м во п ро сам (п ар ад о ксам ) кван то вой м ех ан и ки . П о казы вается, как п о п ы тка и х р еш ен и я п р и во д и т к кар ти н е п ар аллельн ы х м и р ов (так н азы ваем ая и н тер п р етац и я Э вер етта), а ее ло ги ч еско е п ро д о лж ен и е — к н о вом у п о н и м ан и ю ф ен о м ен а со зн ан и я и к о б ъ ясн ен и ю его н ео б ы ч н ы х во зм о ж н о стей , ко тор ы е н а п ер вы й взгляд п ро ти во р еч ат зако н ам ф и зи ки . сер и я «Н аука сего д н я » Р азм ер 105x165, 64 с, об лож ка А р тур Ч ер н и н . К осм ол оги я : Б ол ь ш ой В зр ы в . А н ато ли й Ч ереп ащ ук. Ч ер н ы е ды р ы в о В сел ен н ой . М ар и н а Б утовская. В л асть , п ол и р еп р одук ти в н ы й усп ех. М ар и н а Б утовская. Г ом осек суал и зм и эв ол ю ц и я . Го то вятся к и зд а н и ю : Л ео н и д К оро чки н К л он и р ов ан и е. В лад и м и р С ур д и н Н еул ов и м ая п л ан ета. Ю р и й Е ф р ем о в М л еч н ы й п уть . С ветлан а Б ори н ская, Н и колай Я н ко вски й Н и ти судьбы . Л ю ди и и х ген ы . О О О «В ек 2 », тел. (095) 785-56-39, д о б . *15-14; E-mail: vek-2@mail.ru, www.vek2.nm.ru В ы сы лаем кн и ги н ало ж ен ы м п латеж ом . Заявки п о ад р есу; 141195, Ф р язи н о -5, М о сковско й о б л., а/я 10 7, О О О «В ек 2» или п о E-mail: vek-2@mail.ru П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ). Я н ко С л ава (Б и б л и о тека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru 184 Н аучно -по п улярно е и зда ни е П ан асю к М и хаи л И гор еви ч С тр ан н и ки В селен н о й и ли эх о Б о льш о го взр ы ва П од п . в п еч . 11 .1 1.200 5. Ф ор м ат 84x 108 /32 . У сл. п . л. 14 ,2 8· Т и р аж 15 00 экз. З аказ № 17 19 . О О О «В ек 2 », 14 119 5, г. Ф р язи н о -5 , М о ск. о б л., а/я 1 07 . Т ел. (095) 785-56-39, д об . *15-14, E-mail: vek2@mail.ru. Ф р язи н о , п л. В вед ен ско го, 1 , к. 1 02 . И зд . Л и ц . Л Р № 07 044 0 от 11 .0 4.97 . О тп еч атан о в О А О «М о ж ай ски й п о ли гр аф ко м б и н ат» 14 320 0, г. М о ж ай ск, ул. М и ра, 93 . С кан и р о ван и е и ф о р м ати р о ван и е: Я н ко С лава (Б и б ли о тека Fort/Da) || slavaaa@yandex.ru || yanko_slava@yahoo.com || http://yanko.lib.ru || Icq# 75088656 || Б и б ли о тека: http://yanko.lib.ru/gum.html || Н о м ер а стр ан и ц - вн и зу update 24.08.06 П ан асю к М . И . С тр ан н и ки В селен н о й и ли эхо Б о льш ого взр ы ва. Ф рязи н о : «В ек 2», 20 05 . - 272 с. - (Н аука д ля всех ).
