Арыштық сәулелер. Ғарыштық сәулелердің түрлері, құрамы, энергетикалық спектрі.

Ғарыштық сәулелер деп Жер атмосферасы мен бетіне Әлемнің барлық бөліктерінен келіп тиетін және олардың әсерінен Жер атмосферасында түзілетін зарядты және зарядсыз субатомдық бөлшектер ағынын атайды. Олардың біріншісін ─ Жерге Әлемнің барлық бөлігінен келетін нұрларды бірінші реттік, ал екіншілерін ─ Жер атмосферасында түзілетіндерін екінші реттік ғарыштық сәулелер дейді.

Бірінші реттік ғарыштық сәулелер ғарыштық кеңістіктің барлық бағытынан бірдей, изотропты келеді. Күн жүйесіне ғарыштық сәулелер негізінен жұлдызаралық кеңістікте біздің Галактиканың ішінде жатқан көздерден келеді.

Жер атмосферасына кірген бірінші реттік ғарыштық сәулелер ауа атомдарымен және олардың ядроларымен соқтығысып, көптеген екінші реттік бөлшектер (протондар, электрондар, мезондар, фотондар ж.т.б.) – екінші реттік ғарыштық сәулелер түзеді.

Ғарыштық сәулелердің Жер атмосферасына әсерін ─ оның ауаны иондауын бірінші рет 1912-жылы В.Гесс байқады. Иондалу дәрежесінің биіктікпен бірге артуы олардың көздерінің Жерден тыс жататының куәсі ретінде қабылданды. Ғарыштық сәулелердің магнит өрісінде бұрылуы олардың зарядталған бөлшектер ағыны екенін көрсетеді.

Ғарыштық сәулелер аса сиретілген газға ұқсас, олардың бөлшектері өзара соқтығыспайды, бірақ затпен және жұлдызаралық және планетарлық кеңістіктердегі электромагниттік өрістермен әсерлеседі. Ғарыштық сәулелер құрамында әртүрлі атомдар толық иондалған ядролар күйінде ғана кіреді және олар орасан зор кинетикалық энергияларға (10²⁰ эВ-қа дейін) ие. Жер атмосферасына тиетін ғарыштық сәулелердің қосынды ағынының мардымсыздығына (~1 бөл/см²×с) қарамастан, олардың энергиясының тығыздығы (~1 эВ/см³) жұлдыздардың сәулелік энергиясының жұлдызаралық ортадағы тығыздығымен, жұлдызаралық газдың жылулық қозғалысының энергиясымен, оның турбуленттік қозғалысының кинетикалық энергиясының тығыздығымен және Галактика магнит өрісінің энергиясының орташа тығыздығымен мөлшерлес.

Ғарыштық сәулелер ─ ғарыштық кеңістіктің әртүрлі аймақтарындағы электромагниттік жағдайлар туралы маңызды мәліметтер көзі. Олар энергиялары Е»10¹⁵ч10²⁰ эВ бөлшектер ағындарының спектрі, қарқыны және анизотропиясы туралы мәліметтер көзі. Бұл мәліметтер ғарыштық нұрлардың көздері мен бөлшектердің үдетілу механизмдерін анықтау үшін өте маңызды. Ғарыштық сәулелер үдеткіштердің көмегімен қол жеткізу мүмкін емес энергияларға ие бөлшектердің бірден-бір көзі болып қала береді.

Бірінші реттік ғарыштық сәулелердің құрамындағы бөлшектердің 90% протондар, 7% альфа-бөлшектер (гелий─4 ядролары), тек 1%-дай кішкене бөлігін ғана басқа ауырырақ элементтердің ядролары құрады. Осыған қарамастан атомдық нөмерлері Z>1 ядролардың үлесіне энергия ағының жартысы тиеді.

Ғарыштық сәулелердің химиялық құрамы элементтердің Әлемде таралуының орташа мәнімен бірдей дерлік. Тек ғарыштық сәулелердің құрамында жеңіл () және ауыр Z³20 ядролардың үлесі көбірек. Жеңіл ядроларының саны ауыр ядролардың жұлдызаралық ортаның атомдарының ядроларымен соқтығысу кездерінде жарқыншақталуының салдарынан артатын болуы керек.

Ғарыштық сәулелер құрамындағы жеңіл (Z=3ч5) ядролардың үлесі мен берилийдің изотоптық құрамынан ғарыштық сәулелердің көзден Жерге дейінгі өткен жолы мен жүру уақытын анықтайды. Оларға сәйкес, ғарыштық сәулелер Жерге тигенше орта есеппен жыл уақыт ішінде ~3г/см² немесе 3×10²³м жол жүреді.

Ғарыштық сәулелердің құрамында релятивтік энергиясы Е_к³1 ГэВ электрондар (£1%), позитрондар (~1%) және g-кванттар (~0,01% энергиясы >100 МэВ) кездеседі.

Күн жүйесінен тыс кеңістіктен келетін ғарыштық сәулелердің спектрі белгісіз болса да, ғарыштық сәулелердің қарқынының МэВ энергиялар кезінде төмендеуін, күн желі туғызатын, планетаралық магниттік өрістің әсерімен түсіндіреді.

Күн желі деп Күннен радиал бағыттарда таралатын магниттелген плазманы атайды. Планетаралық магнит өрісінің сипаттамалары Күннің активтілігінің өзгерісіне сәйкес 11 жылдық периодпен өзгереді. Бұл ғарыштық сәулелердің қарқынын ғана емес, оның спектрін де өзгертеді. 1-суреттегі спектр Күндік ғарыштық сәулелердің минимумына сәйкес келетін, Күннің тыныш мезгілі кезіндегі ғарыштық сәулелерге сәйкес келеді.

Энергияның 10¹⁰ эВ-тан жоғары мәндері үшін, спектр, дәрежесі g=2,7, дәрежелік функциямен біркелкі төмендейді. Энергияның эВ мәнінде қисық сынып, одан әрі g=3,2 мәніне сәйкес төмендейді. Энергияның эВ мәнінен бастап спектр жеткілікті зерттелмеген. Дегенмен, қисықтың қайтадан баяуырақ төмендейтігіне меңзеулер байқалады. Энергияның 10¹⁹ ч10²⁰ эВ мәндері үшін спектр, бөлшектердің галактикааралық кеңістікке шығып кетуінен, күрт үзілуі тиіс. Аса жоғары энергиялы бөлшектердің ағыны өте сирек: ауданы 10 км² алаңға жылына энергиясы эВ бір ғана бөлшек тиеді.

Жердің магнит өрісі, оған кірген галактикалық ғарыштық сәулелерге Лоренц күшімен әсер етіп, оны бастапқы бағытынан бұрады. Берілген ендікке сәйкес келетін Жер бетіне жақын кеңістікке энергиясы берілген мәннен жоғары бөлшектер ғана ене алады. Бұл құбылыс геомагниттік қырқу деп аталады. Бақылау орнының ендігі неғурлым кіші болса, солғурлым геомагниттік қырқу күштірек болады. Мысалы, экваторға тік бағытта энергиясы эВ протондар ғана тие алады, ал 51^° геомагниттік ендікте Жер бетіне энергиясы эВ протондар ғана жете алады. Галактикалық ғарыштық сәулелердің құрамындағы бөлшектердің саны энергия өскенде кемиді. Сондықтан, экваторға бөлшектер жоғары ендіктерге қарағанда аз тиеді.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: