Например, мы до сих пор не знаем, какова плотность энергии космических лучей (суммарная энергия всех частиц, находящихся в единице объема) в Метагалактике или хотя бы в прилегающей к Галактике ее части. Поэтому наряду с галактическими моделями происхождения космических лучей продолжают обсуждаться, а иногда даже считаются предпочтительными метагалактические модели. Согласно галактическим моделям, наблюдаемые у Земли и в Галактике космические лучи поставляются источниками, находящимися в самой Галактике (такими источниками могут быть, например, вспышки Сверхновых звезд), а в межгалактическом пространстве плотность энергии космических лучей значительно меньше, чем в Галактике. Напротив, в метагалактических моделях принимается, что вся Метагалактика или обширная ее часть, включающая Галактику, заполнена космическими лучами, которые им
Уже давно установлено, что из космического пространства приходит на Землю какое-то излучение, названное «космическими лучами». Это излучение сейчас довольно хорошо исследовано. Оно состоит из высокоэнергичных заряженных частиц: протонов, электронов, ядер. Как выяснилось, большая часть энергии космических лучей заключена в протонно-ядерном компоненте: каждая сотня частиц одинаковой энергии в среднем содержит только один электрон, а остальные протоны и ядра. Несмотря на столь явное количественное превосходство протонов и ядер над электронами,P практически вся информация о космических лучах вдали от Земли относится к электронной компоненте. Это объясняется тем, что радиоастрономы принимают в основном электромагнитные волны, которые испускаются высокоэнергичными электронами (энергия больше 1 Гэв), вращающимися в магнитном поле. Это излучение называют магнитотормозным, или синхротронным. Любые заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, будут излучать аналогичным образом, но поскольку частота этого излучения определяется величиной отношения полной энергии частицы и ее энергии покоя, равной произведению массы частицы на квадрат скорости света, то две частицы разной массы излучают на одинаковой частоте лишь в том случае, если отношение их энергий равно отношению масс. Протон тяжелее электрона в 1840 раз, поэтому протон и электрон будут излучать на одинаковой частоте, если энергия протона в 1840 раз больше. В то же время измерения у Земли показали, что количество высокоэнергичных частиц в космических лучах падает с увеличением энергии. Поэтому в космических лучах на каждый протон, излучающий на данной частоте, приходится три миллиона электронов, излучающих на той же частоте, то есть синхротронное радиоизлучение протонов и ядер пренебрежимо мало. Следовательно, радиоизлучение несет информацию только об электронной компоненте космических лучей. И все таки из радиоданных можно было бы попытаться извлечь сведения о распределении протонов и ядер космических лучей вдали от Земли, если бы мы могли быть уве-, рены, что всюду во Вселенной от ношение числа протонов к числу электронов в космических лучах такое же, как в Солнечной системе. Однако для такого далеко идущего предположения не всегда есть основания.
Здесь мы расскажем о другой возможности изучения космических лучей исследовании порождаемого ими электромагнитного излучения с длиной волны меньше 0,1 А, то есть с энергией фотонов больше 0,1 Мэв. Такие фотоны называют обычно гамма-лучами, а занимающуюся ими область астрономии гамма-астрономией.
В последнее десятилетие самые интересные открытия сделаны в радиодиапазоне. Достаточно напомнить об обнаружении квазаров и пульсаров. А с тех пор как астрономы поняли, что космические радиоволны очень часто излучаются высокоэнергичными электронами, радиоастрономия оказалась тесно связанной с астрофизикой космических лучей и в течение продолжительного времени оставалась практически единственным источником информации о космических лучах в нашей и других галактиках.
Сейчас уже, конечно, нельзя установить, кто и когда провел первые астрономические наблюдения, но совершенно ясно, что единственным инструментом первого наблюдателя были его глаза. Многое переменилось с тех пор. В наши дни в распоряжении астрономов гигантские оптические и радиотелескопы, специализированные спутники и орбитальные солнечные обсерватории, подземные детекторы нейтрино и приемники гравитационного излучения. Достижения космонавтики, которые постоянно описываются в , позволили начать непосредственные исследования Луны и ближайших планет. Но как и раньше, астрономы лишены возможности «пощупать» далекие небесные тела, они могут только созерцать их и анализировать исходящее от них излучение. Вот почему так важно любое расширение диапазона частот электромагнитных волн, принимаемых из Космоса, или регистрация излучения совершенно иной природы, например, гравитационного или нейтринного.
Автор: Проект "Космос"
P.S. Наука наукой, но о близких людей забывать никогда не нужно. Уже совсем скоро(последнее воскресение ноября) мы, в России, празднуем день матери. И к такому событию нужно хорошо подготовится. Сайт pozdravok.ru предлагает , да не один, а множество вариантов. Праздник могут подготовить сами дети и приятно удивить своих мам.
Таким образом, протонно-ядерную компоненту космических лучей можно было бы исследовать, анализируя гамма-излучение, рождающееся в ядерных взаимодействиях. Однако нужно отличать ядерные гамма-лучи от гамма-лучей, которые образуются за счет других механизмов, например тормозного излучения, возникающего при столкновении энергичных электронов с ядрами межзвездного газа, или комптоновского излучения, появляющегося при рассеянии высокоэнергичных электронов на оптических квантах света звезд. К счастью, спектр ядерного гамма-излучения совершенно не похож на спектры гамма-лучей другой природы. При энергиях, меньших 50 70 Мэв, потоки ядерных гамма-лучей резко падают, а потоки комптоновских и тормозных возрастают. Если во время измерения потока гамма-излучения от какого-то небесного объекта детектор зафиксирует меньше гамма-квантов с энергиями 30 Мэв, чем квантов с энергиями, скажем, 70 Мэв, у нас будут все основания утверждать, что гамма-лучи образовались при взаимодействии протонов и ядер космических лучей с протонами и ядрами газа в этом объекте. Если, кроме того, из каких-то других источников известна масса газа в небесном объекте (обычно она измеряется радиоастрономическими методами), то можно определить и количество космических лучей. Нет необходимости еще раз подчеркивать исключительную важность такой информации.
Ядерные взаимодействия, в которых рождаются гамма-лучи, довольно хорошо изучены в экспериментах на ускорителях элементарных частиц. Оказалось, что основной ьклад в излучение гамма-квантов дают процессы образования нейтральных пи-мезонов с последующим их распадом на два кванта. Каждый из них имеет довольно значительную энергию, так как кванты, возникающие при распаде нейтрального пи-мезона, уносят всю его энергию, включая энергию покоя, равную примерно 135 Мэв. Поэтому при распаде покоящегося нейтрального пи-мезона энергия одного гамма-кванта составляет 67,5 Мэв.
Ядра и протоны космических лучей при движении сквозь межзвездный газ испытывают столкновения с ядрами его атомов. В результате взаимодействий протонов и ядер космических лучей с ядрами межзвездного газа возникают новые частицы, имеющие малые времена жизни и распадающиеся с образованием гамма-квантов. Такое гамма-излучение мы и будем называть для краткости ядерными гамма-лучами.
Радиоастрономические исследования нашей и других галактик убедительно доказали, что пространство между звездами заполнено хотя и очень малым, но вполне ощутимым количеством газа, состоящего в основном из водорода. Плотность газа, по земным масштабам, ничтожна. Например, в нашей Галактике средняя плотность межзвездного газа равна примерно одному атому в кубическом сантиметре, а в ряде областей еще ниже (для сравнения укажем, что в одном кубическом сантиметре воздуха находится 3*10^19 молекул). Несмотря на такую крайнюю разреженность, этот газ можно обнаружить по радиоизлучению с длиной волны 21 см.
Автор: Проект "Космос"
Октябрь – 2011 – Проект "Космос": Лента космических статей и новостей
Комментариев нет:
Отправить комментарий