Семестр_4_Лекция_26 (1001765), страница 4
Текст из файла (страница 4)
лет тому назад интенсивность космических лучей заметно отличалась от современной. Пик интенсивности связывают со взрывомблизкой к Солнечной системе (~50 парсек) Сверхновой.Замечание. Парсек (русское сокращение пк, международное сокращение: pc) - распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояния. Название происходит от параллакс угловой секунды и обозначает расстояние до объекта, годичный тригонометрический параллакс (изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости отположения наблюдателя) которого равен одной угловой секунде.
Согласно другому эквивалентному определению, парсек - это такое расстояние, с которого средний радиус земной орбиты (равный одной астрономической единице), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в одну угловую секунду (1″): 1 пк ≈ 206 265 а. е. ≈ 3,08568⋅1013 км ≈ 3,2616 световых лет.В околоземном космическом пространстве различают несколько типов космических лучей. К стационарным принято относить галактические космические лучи (ГКЛ), частицы альбедо и радиационный пояс.
К нестационарным - солнечные космические лучи (СКЛ).Основными источниками первичных космических лучей являются взрывы сверхновыхзвезд (галактические космические лучи) и Солнце. Большие энергии (до 1016 эВ) галактическихкосмических лучей объясняются ускорением частиц на ударных волнах, образующихся взрывахсверхновых.
Природа космических лучей сверхвысоких энергий пока не имеет однозначной интерпретации.Галактические космические лучи (ГКЛ)8Семестр 4. Лекция 26.Галактические космические лучи (ГКЛ) состоят из ядерразличных химических элементов с кинетической энергией Еболее нескольких десятков МэВ/нуклон, а также электронов ипозитронов с Е>10 МэВ. Эти частицы приходят в межпланетноепространство из межзвёздной среды. Источником этих частицявляются сверхновые звезды нашей Галактики.
Возможно, однако, что в области Е<100 МэВ/нуклон частицы образуются засчет ускорения в межпланетной среде частиц солнечного ветраи межзвездного газа. Дифференциальный энергетическийспектр ГКЛ носит степенной характер.Солнечные космические лучиСолнечными космическими лучами (СКЛ) называются энергичные заряженные частицы(электроны, протоны и ядра) выброшенные Солнцем в межпланетное пространство. ЭнергияСКЛ простирается от нескольких кэВ до нескольких ГэВ. В нижней части этого диапазона СКЛграничат с протонами высокоскоростных потоков солнечного ветра.
Частицы СКЛ появляютсявследствие солнечных вспышек.Космические лучи ультравысоких энергийЭнергия некоторых частиц превышает так называемый предел Грайзена-ЗацепинаКузьмина - теоретический предел энергии для космических лучей 6⋅1019 эВ. Несколько десятковтаких частиц за год было зарегистрировано обсерваторией AGASA. Эти наблюдения ещё неимеют достаточно обоснованного научного объяснения.Длительное воздействие космической радиации способно очень негативно отразиться наздоровье человека. Для дальнейшей экспансии человечества к иным планетам Солнечной системы следует разработать надёжную защиту от подобных опасностей.Регистрация космических лучейДолгое время после открытия космических лучей, методы их регистрации не отличалисьот методов регистрации частиц в ускорителях, чаще всего - газоразрядные счётчики или ядерные фотографические эмульсии, поднимаемые в стратосферу, или в космическое пространство.Но данный метод не позволяет вести систематические наблюдения частиц с высокой энергией,так как они появляются достаточно редко, а пространство, в котором такой счётчик может вести наблюдения, ограничено его размерами.Современные обсерватории работают на других принципах.
Когда высокоэнергетичнаячастица входит в атмосферу она, взаимодействуя с атомами воздуха на первых 100 г/см², рождает целый шквал частиц, в основном пионов и мюонов, которые в свою очередь рождают другие частицы, и так далее. Образуется конус из частиц, который называют ливнем. Такие частицы двигаются со скоростью превышающей скорость света в воздухе, благодаря чему возникаетчеренковское свечение, регистрируемое телескопами. Такая методика позволяет следить за областями неба площадью в сотни квадратных километров.Радиационный пояс.Радиационный пояс - область магнитосфер планет, в которой накапливаются и удерживаются проникшие в магнитосферу высокоэнергичные заряженные частицы (в основном протоны и электроны).Радиационный пояс Земли (другое название радиационный пояс Ван Аллена - Van Allenradiation belt) - был открыт американским учёным Джеймсом ван Алленом после полета первого американского спутника Эксплорер-1 (внутренний пояс) и независимо советскими учёными С.Н.
Верновым и А.Е.Чудаковым после полёта Спутник-3 (внешний пояс) в 1958 году.Радиационные пояса Земли – это внутренние области земной магнитосферы в которыхмагнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, α-частицы), обладающие кинетической энергией от десятков кэв до сотен Мэв - в разных областях радиационного пояса Земли энергия частиц различна.
Выходу заряженных частиц из радиационного пояса9Семестр 4. Лекция 26.Земли мешает особая конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц магнитную ловушку (или как принято говорить - зону захвата.)Захваченные в ловушку Земли частицы под действием Лоренца силы совершают сложное движение, которое можно представить как колебательное движение по спиральной траектории вдоль силовой линии поля из Северного полушария в Южное и обратно с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли.
Когда частица движется по спирали в сторону увеличения поля (приближаясь к Земле), радиус спирали и ее шагуменьшаются. Вектор скорости частицы, оставаясь неизменным по величине, приближается кплоскости, перпендикулярной направлению поля. Наконец, в некоторой точке (ее называютзеркальной) происходит «отражение» частицы. Она начинает двигаться в обратном направлении - к сопряженной зеркальной точке в др. полушарии. Одно колебание вдоль силовой линиииз Северного полушария в Южное протон с энергией ~ 100 Мэв совершает за время ~ 0,3 сек.Время нахождения («жизни») такого протона в геомагнитной ловушке может достигать 100 лет(~ 3⋅109 сек), за это время он может совершить до 1010 колебаний.
В среднем захваченные частицы большой энергии совершают до нескольких сотен миллионов колебаний из одного полушария в другое. Долготный дрейф происходит со значительно меньшей скоростью. В зависимости от энергии частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минутдо суток. Положительные ионы дрейфуют в западном направлении, электроны - в восточном.Частицы альбедо - это вторичные частицы, отраженные от атмосферы Земли.
Нейтроныальбедо обеспечивают радиационный пояс протонами с энергией до 10³ МэВ и электронами сэнергией до нескольких МэВ. Максимум интенсивности протонов низких энергий расположенна расстояниях ~3 радиусов Земли от её центра. Малоэнергичные электроны заполняют всю область захвата. Для них нет разделения на внутренний и внешний пояса. Поток протонов вовнутреннем поясе довольно устойчив во времени.Процесс взаимодействия ядер первичного космического излучения с атмосферой сопровождается возникновением нейтронов.
Поток нейтронов, идущий от Земли (нейтроны альбедо),беспрепятственно проходит сквозь магнитное поле Земли. Поскольку нейтроны нестабильны(среднее время распада ~ 900 с), часть из них распадается в зонах, недоступных для заряженныхчастиц малых энергий. Таким образом, продукты распада нейтронов (протоны и электроны)рождаются прямо в зонах захвата. В зависимости от энергии и направления движения эти протоны и электроны могут либо оказаться захваченными, либо покинуть эту область.Частицы высоких энергий могут быть удержаны лишь сильным магнитным полем, т.
е.во внутренних областях магнитосферы.В околоземном пространстве можно выделить две торообразные области, расположенные в экваториальной плоскости примерно на расстоянии от 300 км до 6000 и от 12000 км до40000 км. Обычно выделяют внутренний ивнешний радиационные пояса Земли, пояспротонов малых энергий (пояс кольцевого тока) и зону квазизахвата частиц, или авроральной радиации (латинское название полярныхсияний).Внутренний радиационный пояс характеризуется наличием протонов высоких энергий (от 20 до 800 Мэв).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
