100 лет открытию космических лучей - RuLife.ru

Наука
15.10.2012
100 лет открытию космических лучей

100 лет открытию космических лучей

Первые измерения в августе 1912 года Виктор Франц Гесс (Victor Francis Hess) проводил, поднимаясь на воздушном шаре на несколько километров. Сегодня изучению космических лучей посвящено множество космических экспериментов.

На Земле и в космосе

Название "космические лучи" может ввести в заблуждение. На самом деле, собственно лучи - фотоны высоких энергий - составляют лишь ничтожную часть космического ионизирующего излучения. Большая часть космических лучей - это заряженные частицы, разогнанные до очень высоких энергий. Их основная часть - ядра водорода, они же протоны, а также ядра гелия (два протона). Название же "космические лучи" (cosmic rays) придумал американский физик Роберт Милликен (Robert Andrews Millikan), когда стало понятно, что это излучение идёт из космоса.

Тогда, в 1920-е гг. шли споры о его природе. Одни ученые полагали, что это - фотоны высоких энергий, вторые считали, что речь идёт о заряженных частицах. Доказать правоту можно было только экспериментально: если правы вторые, то заряженные частицы должны отклоняться магнитным полем Земли, так что их интенсивность будет меняться в зависимости от высоты и широты. Для проверки было проведено несколько экспедиций: корабли с аппаратурой отправились в разные точки земного шара, чтобы провести измерения "на месте". Так был открыт широтный эффект космических лучей в стратосфере - зависимость их интенсивности от широты наблюдений.

В числе исследователей-первопроходцев были и советские ученые: измерениями ионизирующего излучения (читайте подробнее об измерениях на www.radek.ru) в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе в 20-х годах занимался Дмитрий Скобельцын, а затем - Сергей Вернов, вначале в Ленинграде (ныне Санкт-Петербурге), потом - в Москве, и многие их коллеги. Вернову принадлежит честь быть одним из первых исследователей космических лучей собственно в космосе: первые счетчики были установлены на Втором спутнике, том самом, что впервые отправил в космос живое существо - собаку Лайку.

Позже Вернов вел проект по исследованию космических лучей "Протон": четыре спутника, на борту которых были установлены ионизационные калориметры (массой от 7 до 12,5 тонн) для изучения энергетического спектра и элементного состава галактических космических лучей. И это лишь малая часть приборов, которые изучали космические лучи только в космосе - а параллельно с ними работали и наземные установки.

Бесконечная история

Как ни странно, но загадка космических лучей до конца не разгадана и сегодня. До сих пор нет полной ясности в том, каким образом частицы ускоряются до столь высоких энергий (максимальная энергия космических лучей на несколько порядков превышает ту, что можно достичь на Большом адронном коллайдере). Предполагается, что основной “ускоритель” - взрывы сверхновых звёзд, но точный механизм этого процесса пока не восстановлен.

Да и сами космические лучи оказалось далеко не однородными. Сегодня выделяют несколько их компонент, главные из которых - солнечные (СКЛ) и галактические. Именно последние, согласно современным представлениям, рождаются во время взрывов сверхновых. Говорят также о внегалактических, а также о аномальных космических лучах. Они отличаются происхождением и механизмом ускорения, и изучение каждой из этих компонент даёт исключительно важную информацию об "устройстве" нашей Вселенной.

Но космические лучи сегодня - не только объект, но и инструмент изучения космоса. Например, нейтронные спектрометры используют частицы космических лучей как естественный зонд для "выбивания" нейтронов из поверхности планет со слабой атмосферой или вообще без неё. Анализ энергетического спектра этих "выбитых" нейтронов даёт информацию о составе грунта планеты, и в первую очередь о присутствии в нём водорода или водородсодержащих соединений, прежде всего, воды. По такому принципу работают российские нейтронные детекторы ХЕНД и ЛЕНД, которым принадлежит честь открытия воды на Марсе и Луне соответственно.

Также космические лучи - результат работы "космического ускорителя", мощность которого несопоставима с тем, что может дать наземные установки. Поэтому наблюдения за космическими лучами - окно в мир физики сверхвысоких энергий, на Земле недостижимых. Именно в составе космических лучей были впервые открыты некоторые элементарные частиц, такие как позитрон и мюон.

Наконец, в частицах космических лучей могут быть указания и на те виды материи, которые пока не удавалось обнаружить экспериментально. В первую очередь, речь идёт про поиски "тёмной материи" - специфического вида материи, которая, согласно современным представлениям, взаимодействует с привычной нам (барионной) материей только гравитационно. Иными словами, мы можем почувствовать притяжение "темной материи", но не можем её увидеть.

Однако, согласно некоторым моделям "темной материи", её частицы могут взаимодействовать друг с другом с рождением более привычных нам частиц. Таким образом, если при длительных наблюдениях в космосе удастся зарегистрировать некоторое количество этих "привычных частиц", причём в соотношении, определенном в той или другой модели, то такие наблюдения могут стать подтверждением этой модели. Так работает, например, российско-итальянский эксперимент "РИМ-Памела" на борту спутника "Ресурс-ДК" №1, а также магнитный альфа-спектрометр AMS-2 (НАСА) на борту МКС.

Впрочем, эти исследования чрезвычайно сложны, поскольку требуется очень точно оценивать состав космических лучей, который можно ожидать без присутствия частиц "темной материи". Однако на кону - понимание устройства нашей Вселенной.

Расскажи о сайте:
Эту новость ещё не комментировалиНаписать комментарий
для комментирования нужно зарегистрироваться
Мир

Наука