1.Ғс туралы жалпы мәлімет.

Ғарыштық сәулелер(сәулелену)-ол әлемнің әйтеуір бір қойнауында жоғарғы энергияларға дейін үдетілген зарядталған бөлшектер мен тұрақты атом ядролары(кейде Ғс-ке ғарыштық гамма сәулеленуді де жатқызады,бірақ әдетте Ғс-деп тек зарядталған бөлшектерді атайды).

Ғс бөлшектерінің энергиялары ~1-10МэВ-тен 10²¹ эВ-ке дейін жатады. Эрг=10¹²=1эВ

Төменгі шекара-ол шартты түрдегі шекара.Одан аз энергиялы бөлшектер ғарыштың қай жерінде де бола береді, бірақ оларды Ғс-ке жатқызбайды. Сөйтіп, Ғс-ті генерациялау немесе тудыру- ол аз энергиялы бөлшектерді жоғарғы энергияға дейін үдету.10²¹ эВ- Ғс-ң тіркелген ең жоғарғы энергиясы.Бұл энергия элементар бөлшек үшін өте үлкен энергия.

Мысал. 1)ҮАК( Үлкен Адрондық коллайдер)-энергиясы 10¹⁴ эВ.

2)Күннің жарқ ету кезінде бірнеше минут ішіндегі жердегі мұнай, көмір т.б. барлық қорды өртеген кезінде шығатындай энергия бөлінеді.Осы құбылыс кезінде бөлшектер тек 1-10 ГэВ-ке дейін ғана үдетіледі. 10²¹ эВ~100Дж.

Энергиялары бойынша Ғс былай бөлінеді:

1)~10¹⁵ эВ жоғары - аса жоғары энергиялы Ғс деп аталады.

2)~ 10¹⁸ эВ жоғары Ғс-шекті жоғары энергиялы Ғс деп аталады.

Қазіргі заманғы түсініктер бойынша 10¹⁵ эВ Ғс біздің галактикада, көбісі аса жаңа жұлдыздардың жарылысы кезінде пайда болады(әр галактикада өзінікі болады). Ал одан жоғары энергиялы Ғс мүмкін басқа Галактикаларда да болуы мүмкін(негізгі белсенді галактикада).

Шыққан тегі бойынша Ғс:

1)Галактикалық Ғс( ГҒС);

2)Күндік Ғс(КҒС) болып бөлінеді.

КҒС-гелиомагнитосфера шегінде негізінде Күн жарқ етулер кезінде пайда болған.

Гелиомагнитосфера-Күн желімен толтырылған ғарыштық кеңістіктің бөлігі. Гелиомагнитосфера радиусы R~ 100 а.б.

Күн желі- оған қатырылған магнит өрістерімен бірге үнемі кеңейіп тұрған Күн тәжі .Күн тәжінің кеңеюі-Күн желінің қысымы жұлдызаралық орта қысымымен теңескенге дейін кеңейіп тұрады. Күн желінің таралуы аса дыбысты жылдамдықпен болғандықтан ,екі орта әрекеттесу аралығында соққы толқын пайда болады да, гелиомагнитосфераның анық шекарасы пайда болады .

Ені қалың емес ауыспалы қабаттардың бер жағына жұлдызаралық орта кірмейді және ол жер Күн желімен толтырылған болады.

КҒС-ң энергиялары көбісі бірнеше 10 МэВ болады, кейде 1-10 Гэв-ке дейін жетеді.

ГҒС- гелиомагнитосферадан тыс пайда болған Ғс. Оның энергиялары барлық біз айтқан аралықта жатады.

Тағы да Ғс былай бөлінеді:

1) Алғашқы ҒС- Жер атмосферасынан тыс Ғс ( кейде ГҒс-тің гелиомагнитосферада таралуын қарастырған кезде алғашқы Ғс деп гелиомагнитосферадан тыс Ғс-ті айтады).

2) Екінші реттік ҒС- алғашқы Ғс-ң жер атмосферасының атом ядроларымен әрекеттесу нәтижесінде пайда болған Ғс.

Алғашқы Ғс-ң химиялық құрамы: ~90%-протондар;

~8%-альфа бөлшектер;

~2%-гелийден ауыр ядролар;

~аз мөлшердегі электрондар;

~ одан да аз мөлшердегі позитрондар мен антипозитрондар

Екінші реттік Ғс химиялық құрамы: қазіргі заманда белгілі барлық дерлік элементар бөлшектер кіреді.Одан ары элементар бөлшектер көбісі алғаш рет Ғс құрамында табылды .

Аса жоғары энергиялы бөлшектерден Жер атмосферада млн- млрд 2 –ші ретті Ғс пайда болуы мүмкін. Олар бір-бірінен бірнеше шақырым қашықтыққа таралады .Бұл құбылыс Күн атмосфералық нөсер деп аталады.

Ғс физикасының 2 аспектісі бар:

1) астрофизикалық

2)ядрофизикалық

Астрофизикалық аспектіде-Ғс-ң пада болу механизмдері, Ғс-ң мүмкін болатын көздері,Ғс-ң ғарыштық кеңістікте таралуы.

Ядрофизикалық аспекті- Ғс –тің затпен әсерлесуі, көбісі жер атмосферасымен әсерлесуінен зерттеу нәтижесінде жоғары энергиялардағы ядролық пен элементар бөлшектердің әрекеттесуі және қасиеттері туралы жаңа мәліметтер алу.

2.ҒС-ң табиғаттағы, ғылымдағы және техникадағы ролі

ҒС арналған зерттеулер тек ядролық физика, астрофизика, геофизика білімдеріне ғана емес, биология, археология, палеонтология, метерология, экология, т.б. ғылымдарға да зор пайда келтіретіні анықталды. Қазіргі уақытта ҒС галактикалар эволюциясына, жұлдызаралық ортаның дйнамикасына, жер климатының құрылуына, жер бетіндегі өмір эволюциясына өте маңызды, кейде тіпті шешуші роль атқаратыны белгілі болды.

ҒС-ң ядролық физика мен элементарлық бөлшектер физикасы үшін орны-маңызды.

ҒС физикасы мен астрофизиканың байланыстылығы да түсінікті. Астрофизикадағы барлық үлкен жеңістіктер ҒС зерттеудегі маңызды жаңалықтармен расталады және керісінше ҒС-ң пайда болуы әлемдік құбылыс екені анықталды, яғни релятивтік бөлшектер жұлдыз аралық кеңістіктерде, аса жаңалардың қабыршығы мен галактикаларда, әсіресе радиогалактикаларда болады. Сондықтан ҒС -ті зерттеудің соңғы 10-жылдықтарда ашылған квазар, пульсар сияқты объектілерді, рентген мен -сәулелену көздері, қалдық (реликтік) фотондық сәулелену, т.б. тану үшін маңызы зор, және керісінше .

Қазір Ғарыштық сәулелер пирамидалар құпияларын ашуға да көмектеседі. Америка физигі Л.Альварец идеясын қолданып, АҚШ-Египет бірлескен «Пирамида» жобасы, атап айтқанда, пирамидалар ішіндегі қуыстар мен жасырын есік, құпия жолдарды табу, іске кірісті. Сол үшін 1967 ж. фараон Хефрен пирамидасының астыңғы бір қуысына ғарыштық сәуле тіркейтін сезгіш құрал қойылады. Бөлшектер құралға жан-жақтан келеді, және де олар бағытқа, өткен зат қалыңдығына байланысты әртүрлі жұтылады. Егер бөлшектердің жолында қуыс кездессе, олар аз жұтылады да, құрал көбейген ағынды тіркейді.

Ғарыштық сәулелердің тағы бір қызық қолдануы –радиокөміртегі әдісімен хронология жүргізу (нәрселердің жасын анықтау). Ғарыштық сәулелердің ғылым мен техникадағы қолданулары осындай.

Олардың табиғаттағы ролі(орны): Галактикадағы ғарыштық сәулелердің энергия тығыздығы эрг/см жұлдызаралық магнит өрісінің энергия тығыздығына және жұлдызаралық газдың құйынды қозғалысының энергия тығыздығына тең. Осыдан барып ғарыштық сәулелердің ғарыштағы динамикалық және энергиялық маңызы бар екендігі көрінеді. Осы жерде Галактиканың жалпы магнит өрісінің табиғаты белгісізге (түсініксізге) жақын, оның үстіне, галактиканың жалпы магнит өрісінің бар екендігі дәлелденбеді деседе болады. Біздің ғалымдар Коломец пен Генкин екеуі Галактиканың реттелген спиральды ірі масштабты магнит өрісі тек қана ғарыштық сәулелер арқасында бар деген гипотеза ұсынды.

Соңғы жылдарда ғарыштық сәулелердің жер климатын жасауда үлкен ролі бар екені табылды. Ауадағы бу конденсациясы үшін конденсация болу керек, ал жер бетінен жеткілікті үлкен биіктіктерде шаң болмайды да, конденсация центрлері ролін ауа молекуласының иондары атқарады. Ал, ауаны молекулаларын иондайтын нәрсе - ғарыштық сәулелер. Демек ғарыштық сәулелер болмаса, бұлт болмай, сондықтан жауын шашын болмас еді. Соңғы 50 жылда(ғарыштық сәулеленуді үсдіксіз байқау болған уақыт) ғарыштық сәулелер тренд бар екені табылды, яғни ғарыштық сәулелер ағыны кемиді. Мұның себебі белгісіз. Егер бұл (ғарыштық сәулелер тренді) жалғаса берсе, онда 100 – 150 жылдан кейін жерде түгел құрғақшылық болады да, ылғалдық өзен, көл, теңіздер төңірегінде ғана болады.

Ғарыштық сәулелер жер бетіндегі өмір эволюциясында да үлкен әсер еткен. Меториттерді зерттеу (радиокөміртегі әдісіне ұқсас) арқылы алыс замандарда(1.5 - 2.5 млрд жыл бұрын) ҒС қарқындылығы шамамен осы уақыттағыдай болған, сосын ол 2 – 3 есе төмендеген де тағы осы күнгі деңгейіне көтерілгені анықталды. Демек, жердегі өмір табиғи радиация қазіргі деңгейде болған жер қабығында, суда және ауада пайда болған және дамыған. Бұндай шарттарға тірі организімдер мың жылдар бойы бейімделді.

Сонымен қатар жердегі тірі организімдер эволюцясында мутация(генетикалық секіру) маңызды роль атқарғаны биологиядан белгілі. Бұл құбылыстың мәні мынада: кейде(сирек болсада) жас түлектер өздерінің енелерінен өте өзгеше туады да жаңа пайда болған белгілер (мысалы,қанның нашар тиылуы,ергежейлік т.с.с.) келесі ұрпақтарда сақталады. Ал, мутация қайдан шығады? Бұл өзгерістер ұрық ағзаларындағы болатын секірістерге байланысты. Биологтардың болжауы бойынша бұл секірістерді туғызатын ғарыштық сәулелер және табиғи радиоактивтік заттардың сәулеленуі. Бұл болжамды тексеру үшін барлық объектлерді үдеткіштерден алған жоғары электрлы бөлшектермен сәулелендірді. Сонда қосымша сәулелендіру мутацияны елеулі болып көбейтетіні, және де мутациялардың басым көпшілігі зиян болса да, кейде олар бұрынғыларға қарағанда артықшылықтары бар жаңа түрлер пайда болуына әкелетіні байқалды. Демек ғарыштық сәулелердің жердегі өмір эволюциясында атқарған ролі өте үлкен, мүмкін, анықтаушы болған деп ойлауға болады.

Бұдан шамамен айтқанда 70 млн жыл бұрын зеңгір рептиялардың(диназаврлардың) жойылып кетуі, мүмкін, ғарыштық сәулелер қарқындылығының кенет үлкеюінен болған (диназаврлар радиацияның өлтіретін дозасын алған).

Ғарыштық сәулелердің маңызы эволюцияның алғашқы кезеңінде әсіресе үлкен болуға тиісті, өйткені сол уақытта атмосфера қалыңдығы қазіргіден айтарлықтай аз болды (демек жер бетіндегі ҒС қарқындылығы көп болды), және де бастапқы өмір, осы күнгі ұйғарым бойынша, әлемдік мұхиттың жағалаудағы суларында пайда болған, ал мұхит бетіндегі табиғи радиация түгел дерлік ғарыштық сәулелер үлесіне байланысты, себебі теңіз суында радиоактвті заттар өте аз. Сонымен, табиғатта ҒС болмаса, жердегі өмір эволюцясы басқаша болуы мүмкін.