Поиски сверхтяжелых ядер в космических лучах до сих пор не увенчались успехом. И физики пока не дали удовлетворительного объяснения этому явлению.
Взрывающиеся сверхновые как будто время от времени снабжают межзвездный газ ядрами тяжелых элементов. По современным представлениям о нуклеосинтезе на поверхность Земли должны попадать из космоса сверхтяжелые галактические путешественники. Ядерная астрономия, то есть изучение космоса по регистрации потоков сложных ядер больших энергий, могла бы дать свой серьезный вклад в решение астрофизических проблем, но пока не удается установить контакт даже с нашей родной Галактикой на этом языке. Почему?
Пока не совсем ясно, что происходит с ядрами космического излучения от рождения до того момента, когда они достигают поверхности Земли. Межзвездный газ и пыль очень разрежены. Космическое пространство практически пустое. Однако потоки элементарных частиц и ядер — посланцы далеких звезд — преодолевают столь гигантские расстояния, что даже редкие встречи с космическими пылинками сильно изменяют их первоначальную энергию и массу. По дороге к Земле тяжелые ядра «теряют в весе» за счет реакции распада на легкие осколки при столкновении с другими ядрами. После подобных «дорожных происшествий» поток космических лучей постепенно обогащается изотопами легких химических элементов, и ученые могут только строить разные предположения об исходном составе ядер галактического излучения.
Релятивистская ядерная физика позволяет моделировать процессы столкновения тяжелых ядер больших энергий внеземного происхождения. Измеряя вероятность разбивания ядер на осколки и изучая распределение энергии между ними, ученые, возможно, сумеют намного точнее воссоздать условия рождения и ускорения тяжелых и сверхтяжелые ядер в Галактике.
Пока человек не шагнул в космические просторы, зарождающиеся там потоки элементарных частиц и ядер были интересны лишь с точки зрения решения научных вопросов, не имеющих отношения к биологии или медицине. Теперь возник совершенно новый аспект старой проблемы космического излучения. Как оно действует на человека, не защищенного толстым слоем земной атмосферы? Какую радиационную опасность несут быстрые ядра тяжелых элементов?
Хорошо известно, что тяжелые многозарядные частицы отличаются от всех других ионизирующих излучений большей плотностью разрушений, которые они производят на своем пути. Много ли таких частиц в открытом космосе?
Первые эксперименты с целью проверки степени угрозы радиационного поражения, которую таит в себе космическое пространство, были выполнены в 50-х годах с помощью аэростатов, поднятых на высоту 25 километров. В аппаратах находились черные мыши. Известно, что пигментация каждого волоска обеспечивается всего несколькими особыми клетками, весьма чувствительными к действию ионизирующих излучений. Поражение этих клеток ведет к обесцвечиванию волоска, поседению, что очень легко заметить. На спину каждому животному прикрепили стопки ядерных эмульсий. По возвращении на Землю эмульсии проявили и просмотрели под микроскопом. Затем ученые сопоставили следы, оставленные в эмульсии космическими частицами с участками поседения волосков. Результаты этих экспериментов и опыты с животными на ускорителях подтвердили, что быстрые ядра из потока галактических частиц приводят к гибели пигментирующих клеток. Причем для этого достаточно попадания лишь одного тяжелого иона.
Во время серии космических полетов на кораблях «Аполлон» радиобиологи обнаружили сильное влияние релятивистских космических ядер на споры бактерий, семена растений, корешки, проростки и на яйца ракообразных.
Наиболее интересным было открытие американскими астронавтами так называемого явления фосфенов. Участники космического полета периодически ощущали световые «вспышки» при адаптации глаз к темноте. Это наблюдение, сделанное за пределами Земли, было проверено в лаборатории на бэватроне (США) с помощью искусственно ускоренных тяжелых ядер азота. Фосфены возникали в момент разрушения сильноионизирующими частицами светочувствительных элементов сетчатки глаза.
По-видимому, сверхбыстрые тяжелые ядра космического излучения наибольшую опасность представляют для клеток нервной ткани, не обладающих способностью к восстановлению. В шлемах американских космонавтов, находившихся на борту космических кораблей «Аполлон», были обнаружены следы частиц, пробивших их насквозь.