Cтраница 3
Быстрые частицы естественного происхождения ( космические лучи) уже давно используются как важный источник астрофизической и геофизической информации. Изучение энергетических и временных характер стик, состава, градиентов и анизотропии космических лучей ( КЛ) позволяет получать сведения как о физических условиях в областях их генерации, так и о той среде, в которой они распространяются. Поэтому астрофизическому аспекту физики КЛ уже посвящен ряд монографий. Главная из них - книга Гинзбурга и Сыроватского Происхождение космических лучей ( 1963), которая, однако, в основном посвящена КЛ в Галактике. Вопросы физики околосолнечного пространства отражены в ней весьма сжато. Впоследствии были опубликованы монографии, целиком посвященные физике межпланетной среды и КЛ в межпланетном пространстве. Это - книги Дормана ( 1963, 1975), Паркера ( 1965), Дормана и Мирошниченко ( 1968) и некоторые другие. [31]
Почему Вселенная так изотропна. Убедительных ответов на эти вопросы нет, хотя в каждом случае должны были быть какие-то свои серьезные причины. Сейчас эти вопросы активно изучаются. Для нас все это важно для подготовки к обсуждению происхождения космических лучей. Ниже мы увидим, что изучение космических лучей облегчает исследование различных аспектов космологической проблемы. [32]
Описанные здесь механизмы ускорения частиц в настоящее время используются в различных экспериментальных исследованиях, целью которых является получение высокотемпературной плазмы. В опытах такого типа, сжимая плазму нарастающим магнитным полем в радиальном направлении и сдавливая ее с помощью подвижных магнитных зеркал, мы, по-видимому, копируем то, что в грандиозных масштабах само собой совершается в природе. Как известно, на Землю из космоса приходят потоки частиц очень высокой энергии, так называемые космические лучи. Хотя и до сего времени мы не имеем прямых экспериментальных данных, которые позволили бы считать вопрос о происхождении космических лучей окончательно решенным, однако самый факт разгона частиц до очень высоких энергий уже не представляется необъяснимым, так как эти частицы могут ускоряться при взаимодействии с магнитными полями звезд и туманностей во время долгого блуждания в просторах космоса. На основании астрономических данных следует считать, что такие облака с магнитными полями блуждают в пределах галактики, создавая запутанные клубки силовых линий. Если заряженная частица сталкивается с магнитным облаком, движущимся ей навстречу, то ее энергия должна увеличиваться. [33]
Такой поток недоступен современным у-телескопам. Если поток окажется значительно меньше предсказанного, то можно будет с уверенностью сказать, что наблюдаемые на Земле космические лучи образуются в нашей Галактике. Согласно внегалактической гипотезе, поток космических лучей должен быть постоянным по всей Галактике и в ее окрестостях. Поэтому, зная распределение газа в Галактике, можно предсказать интенсивность у - из л учения во всех направлениях. Дархэмская группа показала, что в области антицентра градиенты интенсивности у-излучения не соответствуют градиентам плотности холодного вещества в том смысле, что в случае метагалак-тического происхождения космических лучей в этом направлении должен был бы наблюдаться больший поток у-из лучения. Трудности при таком подходе связаны с определением надежного нижнего предела на плотность холодного вещества во внешних областях Галактики. Таким образом, хотя имеются свидетельства против метагалактической гипотезы, окончательными их считать трудно. Общая идея всех этих тестов состоит в том, что если космические лучи имеют метагалактическое происхождение, любая область, в которой высока плотность холодного вещества, должна быть источником у-излучения. [34]
В полярных сияниях наблюдаются частицы, обладающие энергией 104 - ЧО5 эв. Частицы с такой же энергией и даже с энергией на несколько порядков выше обнаружены в радиационных поясах Земли. Энергия частиц космического излучения достигает 1018 эв. Все это наводит на мысль, что в космическом пространстве должны существовать механизмы ускорения. Можно предполагать, что такие механизмы действуют в магнитосфере Земли, межпланетном, межзвездном и, возможно, межгалактическом пространствах. Вопрос о локализации этих механизмов, а также отдельные - стороны самого явления по-разному трактуются различными авторами. Однако все они сходятся на том, что в основе ускорительных процессов лежит взаимодействие заряженных частиц с изменяющимися магнитными полями. Обсуждение вопросов происхождения космических лучей, а также, других видов корпускулярного излучения выходит за рамки данной книги. [35]