книги из ГПНТБ / Печенюк И.Л. Из глубин Вселенной
.pdf«ПРЕДДВЕРИЕ» НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ
День 4 октября 1957 года, когда был запу щен первый советский искусственный спутник Земли, стал началом нового этапа в изучении космического пространства. Открылись новые, интереснейшие страницы космической книги.
Прошло то время, когда к космическому излучению могли подобраться лишь «летающие лаборатории» на громоздких резиновых шарах. В послевоенные годы для исследования косми ческих лучей запускались также и ракеты — зонды. Поднимались они на высоту немногим больше 100 километров, и время их «работы» было крайне ограничено. Всего лишь несколько коротких минут могли провести приборы в стра тосфере. Изучались космические лучи и с помо щью высотных самолетов. Но все эти исследо вания по своим результатам, по своему значе нию не могут идти ни в какое сравнение с телт, что стало возможным за последние годы.
39
Уже первые советские искусственные спут ники штурмовали небо на высоту до 2 тысяч километров. Облетая вокруг земного шара, по стоянно сталкиваясь с космическим излучением, улавливая его своими приборами, спутники сооб щали по радио новые и новые сведения о таин ственных пришельцах из космоса. Проносясь над нашей планетой в течение многих месяцев, приборы спутников могли изучать явления, происходящие в стратосфере на разной высоте, днем и ночью, на освещенной солнцем стороне и в земной тени, над различными участками зем ного шара. Спутники встречались с частицами различных энергий, прибывающими в земную атмосферу со всех сторон вселенной.
Теперь стало возможно со всей полнотой изучать состав первичного космического излу чения.
Своими полетами спутники подтвердили вы воды ученых о том, что интенсивность космичес ких лучей постоянна, во все времена примерно одна и та же и что космические лучи прибывают на нашу планету равномерно со всех сторон.
Информация из космоса подтвердила многие догадки ученых. Вместе с тем космические иссле дования принесли на Землю целый ряд самых неожиданных открытий.
Однажды во время полета второго советского искусственного спутника, 7 ноября 1957 года в
40
4 часа 40 минут по московскому времени ученые наблюдали необычное явление. Установленные на борту спутника счетчики отметили исключи тельно сильное возрастание числа космических частиц. А между тем все приборы, непрерывно регистрирующие космические лучи в наземных лабораториях, показали, что число космических частиц, попадающих на Землю, в этот момент не возросло.
Высокая интенсивность |
заряженных частиц |
в экваториальных широтах |
была отмечена и |
приборами американских искусственных спутни ков. Одновременно с советскими учеными в США работал видный физик Дж. Ван-Аллен.
Исследуя космическое пространство |
над эква |
тором до высоты 1000 километров, |
Ван-Аллен |
и его сотрудники открыли .новое |
явление: |
когда спутник поднимался на определенную вы соту, то установленный на нем счетчик переста вал работать, передача радиосигналов на Зем лю прекращалась. Ван-Аллен нашел этому вер ное объяснение. Он предположил, что прибор на таких высотах попадал в область столь интен сивной радиации, что отдельные импульсы в счетчике сливались и счет частиц прекращался.
Ученые пришли к общему выводу: вокруг земного шара существует обширная зона заря женных частиц. Огромных размеров невидимая
41
«корона», состоящая из частиц высоких энергий, плотно охватывает Землю.
Откуда вдруг взялся этот мощный источник излучений? Что он собой представляет?
Определить природу этого неожиданного яв ления удалось при помощи третьего советского искусственного спутника. Более 10 тысяч раз он облетел земной шар, побывал на высотах до '1900 километров, обследовал зоны различных географических широт, начиная от Северного полярного круга до экватора и дальше, вплоть до Антарктиды.
Раскрыть загадку излучения помог неболь шой, но весьма хитроумный прибор — сцинтилляционный счетчик, установленный С. Н. Всрновым и А. Е. Чудаковым на борту третьего искусственного спутника. Этот чувствительный прибор устроен довольно просто. Состоит он из прозрачного кристалла йодистого натрия, сое диненного с фотоэлектронным умножителем. Заряженные частицы, попадая в кристалл, вы зывают в нем световую вспышку, мерцание. Чем больше энергии выделяет частица в кри сталле, тем значительней и заметней яркость этой вспышки. Мерцание улавливается фотоум ножителем, который преобразует каждую вспыш ку в электрический сигнал, передающийся затем по радио на Землю. А там, в лабораториях, при боры точно регистрируют интенсивность излу
43
чения, подсчитывают энергию частиц в различ ных областях пространства, через которые про летает спутник.
Этот несложный в общем счетчик оказался поистине находкой для физиков. Очень трудно создать прибор, который бы отвечал требова ниям работы в космосе. Мало того, что он дол жен быть надежен в условиях космического по лета. Нужно до предела уменьшить вес прибора и размеры, он не должен бояться встряски, ударов. Сцинтилляционный счетчик, находив шийся на борту третьего искусственного спут ника, оказался удачным во всех отношениях.
Интересно, что физики, поместившие первый раз этот прибор на борту спутника, не ставила перед собой задачу специально изучать радиа ционную «корону» — сведений о ней тогда по чти не было. Перед сцинтилляционным счетчи ком ученые ставили более простую задачу — исследовать вообще космические лучи и найти рентгеновское излучение Солнца.
Обнаружение радиационной «короны» Зем ли явилось одним из самых замечательных от крытий физики космоса за многие годы.
ПОЯСА ОПАСНОСТЕЙ
Полчища заряженных частиц носятся во круг земного шара. Они приближаются к Земле и снова удаляются. Частицы слабеют, теряют свою энергию. Но тут же из бездны вселенной прибывают другие, со «свежими силами», с ноЕым запасом энергии. Ни на мгновение не пре кращается эта пляска, стремительная, необу зданная.
Таковы были первые представления физиков, близко столкнувшихся с нашествием космичес ких пришельцев.
Но далее обнаруживалось, что дело обстоит вовсе не так уж просто. Оказалось, что суще ствует множество частиц, которые движутся в определенных направлениях — от одного полю са к другому, потом обратно. Они собираются, накапливаются в определенной зоне, имеющей свои границы.
Как объяснить это явление?
44
Вспомним еще раз о магнитном поле Земли. Магнитное поле образует преграду на пути час тиц, обладающих электрическим зарядом. Сквозь него к поверхности Земли могут про биться лишь частицы с очень большой энер гией — свыше 10 миллиардов электроновольт. Остальные частицы (а их подавляющее боль шинство), откуда бы они ни прибыли, будут увлечены в сторону, станут двигаться по при чудливо искривлённым траекториям.
Движение их будет направлено вдоль сило вых линий магнитного поля. Частицы как бы навиваются на них, словно спирали. Двигаясь с огромной скоростью, близкой к скорости све та, не встречая в безвоздушном пространстве почти никакого сопротивления, они штопором ввинчиваются в газовую оболочку Земли. Без торможения проходят они большие расстояния вдоль силовых линий, постепенно приближаясь к нижним слоям атмосферы Земли. Но боль шинство частиц в эти слои не попадает. Ведь линии магнитных сил сходятся к полярным об ластям, к земным магнитным полюсам. Здесь число линий сгущается и образуется своеобраз ная «магнитная пробка». Частицы отражаются от нее, словно световой луч от зеркала, и несут ся уже в противоположном направлении, к дру гому полюсу. Так, по силовым линиям поля они могут странствовать очень долго, перекочевывая
45
из северного полушария в южное и обратно, Здесь, в безвоздушном пространстве, каждая из частиц затрачивает при своем движении весьма мало энергии — менее 0,01 электроновольта. Частица, обладавшая первоначальной энергией в 1 миллион электроновольт, в состоянии будет совершить 100 миллионов перемещений между двумя «магнитными зеркалами» — полюсами Земли. Одна частичка способна за минуту «про бежать» почти 10 миллионов километров вдоль силовых линий, побывать во множестве точек одного и другого полушария. Поистине, везде сущая частичка!
Создается, таким образом, своеобразная ло вушка, которая пополняется прибывающими из космоса частицами. И хотя в ловушке частиц сравнительно немного (в каждом сантиметровом кубике пространства примерно по одной), там создается высокая плотность излучения, нака пливается значительная энергия.
Пополнялись материалы исследований, сопо ставлялись наблюдения, и постепенно станови лось ясно, что зона сосредоточения вновь откры того излучения раскинулась на огромные рас стояния от Земли и не так уж проста по своему строению.
На ракетах, стартовавших в сторону Луны, было установлено уже несколько сцинтилляционных счетчиков, которые регистрировали частицы
46
Космические лучи и магнитное ноле Земли.
с различными энергиями. Ракеты удалялись от Земли на десятки тысяч километров, и приборы отмечали непрерывное возрастание интенсивно сти излучения. Наибольшего значения иониза ция достигала примерно в 20 тысячах километ ров от Земли. Здесь она в сотни раз превышала все известные ранее величины интенсивности космических лучей.
Ракеты уходили еще дальше в мировое про странство, и ионизация постепенно уменьшалась.
Но, как это часто бывает в науке, по мере углубления в проблему, загадки, возникающие перед учеными, становились все сложнее и запу таннее.
Когда показания приборов были расшифро ваны более детально, когда сравнили данные ра боты многих спутников и ракет, выяснилось, что насыщенная частицами околоземная зона неоднородна. Эта, на первый взгляд, незначи тельная особенность разрушила гипотезы неко торых видных физиков. Известный уже нам уче ный Ван-Аллен, основываясь на материалах полетов первых американских спутников, пред полагал, что интенсивность излучения просто растет с высотой. Его аргументы казались мно гим достаточно убедительными: чем выше заби рались. приборы, установленные на американ ских спутниках, тем сильней оказывалось дей ствие и|злучения,
48