19.Магнит ырғалу.

Магнит ырғалу-бөлшектің магнит біртекті еместікте шашырау арқылы болатын изотропизация(изотроптану комбинациясы).

B₁=kB₀

Релаксация уақыты- τ₀

τ _1<< τ_0< τ₂ ,

τ₀- изотроптану уақыты(бөлшек біртекті еместікпен соқтығысып импульс алмасады).

P┴ = ⅔р , Р‖ = ⅓р → изотропты(барлық бағытта бірдей) қозғалады

Р‖ өссе, бір бөлігін P┴ -ға береді. Әр периодта ортамен алғанда, толық импульс өседі.

*Перпендикулярлық және параллельдік біртекті магнит өрісіне сәйкес келетін _Р┴ және р_ıı құраушылары бар бөлшектің Р импульсін қарастырайық. Егер өрістің қысымы(напряженность) жай өзгерсе, онда импульс құраушылары мына қатынасқа бағынады:

_Р┴²/B=const (1), р_ıı=const (2)

р_ıı құрауыштары инвариант болып табылады_, ал р-толық импульсі t уақыттың кез-келген моментінде кейбір алдыңғы t₀ уақыт моментінен және t мен t₀ уақыт моменттеріндегі В өрістің қысымынан тәуелді. Осылайша, магнит өрісі өскен кезде, өріске перпендикуляр импульс құраушысы(сәйкесінше, толық момент) да өседі. Бірақ, егер магнит өрісінің өзгеруінде флуктуация болса, онда (1) және (2) –де энергияның орта мәні өзгермейді.

Егер импульсті әртүрлі құраушыларға қайта бөлетін(таралатын) болса, белгілі жағдайда р толық импульс өседі, тіпті егер флуктуация тудыратын магнит өрісі ұлғаймаса да. Осы құбылыс магнит ырғалу деп аталады. Импульстардың қайта бөлінуі бөлшектердің ұсақ масштабты біртекті емес магнит өрістерімен соқтығысуы нәтижесінде болады. Магнит ырғалу механизмінің негізгі түрі туралы мәлімет(анықтама) алу үшін, магниттік өрісінің өзгеруінің ерекше бір жағдайын қарастырайық. Магнит өрісі 1- суреттегідей өзгереді дейік, және импульс бойынша изотроптық таралуы τ₂ релаксация уақытымен сипатталатын жылдамдықпен анықталады делік , ол мына шартты қанағаттандырады:

T_g<< τ_1<< τ_2<< τ₀ (3)

T_g-айналу периоды, τ₁ және τ₀ 1- сурет бойынша анықталады.

Суретте магнит өрісі өзгерісінің 5 уақыт моменті көрсетілген.

(t₁, t₂) қысқа уақыт интервалында импульстің перпендикуляр құраушысы k^1/2 коэффициентпен өседі; импульстардың қайта бөлінуі(таралуы) болмайды. t₂ нүктесінде импульстар бойынша таралу анизотропты; толық энергия бастапқыға қарағанда көп. Келесі (t₂, t₃) уақыт интервалында изотропия қалпына келеді. Бұл бетатрондық үделу процесінде пайда болған энергияның бір бөлігі импульстың параллель құраушысына берілетінін білдіреді, және өрістің келесі төмендеуінде(құлауында) бұл энергия өзгеріссіз қалады. (t₃, t₄) интервалында өрістің құлауы, k^-1/2 коэффициентті перпендикуляр импульстің азаюына әкеледі. Бірақ, импульстің перпендикуляр құраушысы қайта таралуға(бөлуге) дейінгіге қарағанда аз болғандықтан, өрістің құлауы кезіндегі энергия жоғалту, оның өсуі(өрістің) кезіндегі энергияның өсуіне қарағанда аз. (t₄, t₅) уақыт интервалында таралу(бөліну) қайтадан изотропты болады, ал энергиясы өзгермейді. Демек, t₅ уақыт моментінде, яғни өрістің өзгеруінің толық циклі аяқталғанда, толық импульс (р₁) алғашқыдан (р₀) үлкен.

20.ҒС-ң Жер магнит өрісіндегі қозғалысы. Геомагниттік кесілу қатаңдығы. Ендіктік эффект.

Жерге бағытталған ғарыштық сәулелер, өз жолында, жердің магнит өрісіне тап болады. Егер магнит өрісінің аясынан шыға алса (магнит өрісін жарып отырып), онда атмосфераға тап болады. Жер ядросындағы электр тоғы мен күн желі магнит өрісін құрайды. Әлдеқайдан келетін ғарыштық сәулелер, магнит өрісінде күрделі траекториядан өтеді, энергиясы төмен болса атмосфераға жетпей қалуы мүмкін. Магнитосферадағы сүзгіш (фильтр), нейтронды монитор көмегімен, кезкелген орында ғарыштық сәулелердің спектрі мен ұшып келу бағытын анықтаудын мүмкіндігін береді.

КҒС-ң Жер орбитасындағы энергиялық спектрін анықтағанда ендік эффект, яғни ҒС қарқындылығының бақылау нүктесінің геомагниттік ендігіне тәуелділігін қолданcақ болады. Бұл тәуелділік геомагниттік кесілу қатаңдығына байланысты пайда болады. Жер магнит өрісін жеңіп, Жер бетіне дейін блегілі бір бағыттан келіп, жете алу үшін бөлшектің магнит қатаңдығы сол нүктенің сол бағыт үшін геомагниттік кесілу қатандығынан аз болмауы керек, ал егер ол аз болса, Жер магнит өрісі бөлшекті сол нүктеге дейін жібермейді. Негізі, бөлшектің магнит қатаңдығы дегеніміз, R=p_┴c/Ze, мұндағы p_┴ – бөлшек импульсінің магнит өрісіне перпендикуляр құраушысы, Ze - оның заряды, ультрарелятивтік бөлшектер үшін ол сан жағынан бөлшектің бірлік зарядына сәйкес келетін энергиясына тең. Жер магнит өрісінің құрылысы, берілген (мысалы, тік) бағыт үшін геомагниттік кесілу қатандығы геомагниттік экваторда максимал (шамамен 17 ГВ) болады да, геомагнитттік полюстерге қарай 0-ге дейін азаяды(кемиді). Яғни, вертикаль бағыттан Жер бетіне геомагниттік экватор аймағында жету үшін, бөлшек кемінде 17 ГВ магнит қатандығына ие болу тиіс, қатандықтары төмен бөлшектер экватордағы Жер бетіндегі нүктеге өтпейді, олар кесіледі дейді. Геомагнит полюстеріндегі Жер бетіндегі нүктелерге қатандықтары әртүрлі бөлшектер жете алады. Сонымен, Жер бетінде бақыланатын ҒС қарқындалығы полюстерден экваторға қарай азаяды. Геомагниттік ендіктер географиялықтарға жақын.

Күнде жарылыс болғанда Жерге соғады, сонда қақпандар бұзылады, қақпаннан шығады, атмосферамен әсерлеседі, сөйтіп жарқыл пайда болады(полярное сияние).

21. ҒС-ң Жер орбитасындағы 10 ГэВ пен 10⁹ ГэВ аралығындағы энергиялық спектрі

Өте кең ~10¹⁰ және ~10¹⁸ эВ энергиялар аймағында Ғс-ң энергиялық спектрін дәрежелік функциямен сипаттауға болады: I(E)~E ^–ϒ

ϒ- спектр көрсеткіші

~10 ¹⁰ -10 ¹⁵эВ аймағындада ϒ=2.7

~10 ¹⁰ -10 ¹⁸ эВ аймағындада ϒ=3.2

~10¹⁵~10¹⁸ эВ аймағында спектр қатаңданады(дәреженің өсуі-спектр қатаңданады).

~10¹⁵ эВ –та 1 бөлшек 1 секундта 1м²-қа келеді.

~10¹⁸ эВ –та 1 бөлшек 1 жыл ішінде 1 км² –қа келеді.

I(E)*E^2.7~E^-2.7*E^2.7

Тізе ашылғаннан кейін алғашқы кезде ғалымдардың көбі бұл тізе алғашқы Ғс-те бақыланбайды, тек 2-ші реттік Ғс-те байқалады деді. Яғни, тізенің себебі: мұндай жоғарғы энергияларда әсерлесу қасиеттері атмосфераның төменгі энергияларында басқаша болады, тізе сол себептен болады деген болжам айтылды.

Тізенің атмосферамен байланысын бастапқыда жоққа шығарды. Бірақ кейіннен ғалымдардың болжамы бойынша тізенің атмосферамен байланысы бар деп ойлады.

Спектр тізесінің табиғаты әлі де анық белгісіз. Алғаш кездерде ғалымдардың бір жартысы “тізе алғашқы Ғс-те бақыланбайды, оның пайда болуы ҒС-ң Жер атмосферасымен әсерлесуі сипатының жоғары энергияларда өзгеруімен байланысты ” деп ойлады.

Қазіргі таңда ғалымдардың көбісі келіскен болжам-Тізенің пайда болуы мынамен байланысты: Галактиканың жалпы магнит өрісі бар, оның күш сызықтары шиыршықты тармақтар бойымен бағытталған.

Энергиялары 10¹⁵ эв-тен төмен бөлшектердің бұл өрістегі қозғалысының Лармор радиусы Галактикалық дискісінің қалыңдығынан аз болады да, Галактика ішінде қармалып(жиналып) қалады.

Ал энергиялары 10¹⁵ эв-тан жоғары бөлшектер Галактикалық дискінің қалыңдығынан көп болады. Галактикада ұсталып қалмайды, одан еркін, берік шыға алады. Сондықтан бұл бөлшектер Галактика ішінде жиналмайды және энергия көп болса, соғұрлым бөлшектер галактикадан оңай шығады. Энергия өсуімен бөлшектер қарқындылықтың азаюы тізеге дейінгі аймаққа қарағанда тез болады.

Аса жаңалардың жарылысы бөлшектерді үдете алады. Тізе болуының тағы бір себебі: Ғс-тың галактикадағы ең маңызды көздері болып табылатын жарылыстары кезінде бөлшектер ~10¹⁵ эв дейін үдете алады . Ал бұдан жоғары бөлшектердің көзі басқа болуы тиіс, бұрын олардың тегі галактикадан тыс болып табылады деп ойлаған ғалымдар, бірақ соңғы кезде қуаты аса жаңалардың қуаты 100 есеге дейін гипер жаңалар табылды. Бәрі бір тізе осы себептен болуы мүмкін.