8. Лучи из мировых глубин
Первые сведения о космических лучах были получены только в начале нашего столетия. В 1912 г. немецкий физик В. Гесс впервые установил, что степень ионизации воздуха совершенно неожиданно увеличивается с высотой. До тех пор считалось, что ионизация воздуха вызывается действием излучения радиоактивных элементов, находящихся на поверхности Земли. Однако в этом случае степень ионизации должна уменьшаться по мере удаления от нее. Космические лучи представляют собой поток заряженных частиц, приходящих на Землю из космического пространства. Частицы космических лучей движутся с огромными скоростями — от 106 до 1018 эв. Средняя интенсивность космических лучей, приходящих на Землю, меняется незначительно даже в течение длительного времени, хотя наблюдается вариация с периодическим повторением через 27 дней. Максимумы 27-дневных изменений интенсивности космических лучей совпадают с тем же максимумом вариаций солнечной активности. Во время вспышек на Солнце интенсивность космических лучей, приходящих на Землю, сильно увеличивается. Наибольшая их интенсивность наблюдалась 23 февраля 1956 г. во время мощной вспышки на Солнце. Максимум интенсивности достигал в Москве 200–400 %., в Свердловске 300–500 %, в Тбилиси — 80—200 %, на мысе Шмидта — 200 %. Эта вспышка была примерно в десять раз сильнее, чем вспышки, которые наблюдались до сих пор.
В настоящее время проводится всестороннее изучение космических лучей. Достаточно сказать, что в первом международном геофизическом году (с 1 июля 1957 г. по 31 декабря 1958 г.), в котором принимали участие ученые 50 стран, было создано более 100 станций по изучению космических лучей. Только в Советском Союзе работало 14 таких станций. Установлено, что интенсивность космического излучения увеличивается на 40 % при подъеме от 225 до 700 км. На высоте свыше 700 км, как показали приборы, установленные на искусственных спутниках Земли, интенсивность космических лучей вновь возрастает. Это возрастание обусловлено прежде всего тем, что по мере увеличения высоты уменьшается экранирующее действие земного магнитного поля.
Известно, что Земля — это огромный магнит, его поле простирается на очень большое расстояние от Земли. Заряженные частицы, попадающие в магнитное поле, отклоняются от своего первоначального направления. Степень отклонения тем больше, чем меньше масса или скорость движущейся частицы. Частицы с относительно небольшой энергией вообще не могут пролететь сквозь магнитное поле Земли. Магнитное ность Земли. Частицы космических лучей, достигавшие границы атмосферы, обладали огромными первоначальными энергиями. Только такие частицы способны пролететь сквозь магнитное поле Земли. Магнитное поле слабее к полюсам; его действие усиливается к экватору. Этим и обусловлена «широтная» зависимость в интенсивности космических лучей, которая увеличивается по направлению от экватора к полюсам. Б настоящее время установлено, что космические лучи до попадания в земную атмосферу состоят в основном из ядер водорода и гелия (их сумма составляет 32 %). Содержание ядер более тяжелых элементов равно только около 8 % полного числа частиц. В табл. 7 приведены данные о составе космических лучей и о средней космической распространенности.
Таблица 7
Относительное содержание ядер элементов в космических лучах
Видно, что наибольшие различия наблюдаются только для лития, бериллия и бора. Содержание этих ядер в космических лучах в 1,6–6,4 · 105 раз больше, чем их средняя космическая распространенность. Следует отметить также повышенную распространенность в космических лучах ядер железа. Недавно советские физики Л. В. Курсанова, Л. А. Лазаренов и М. И. Фрадкин сообщили, что в течение первых десяти дней полета третьего советского спутника была зарегистрирована всего одна частица с Ζ> 30, в то время как с Ζ ≥ 15–16 — 1,2 частицы в минуту. Этот факт свидетельствует о чрезвычайно малой распространенности в космических лучах элементов, более тяжелых, чем железо.