|
|
планетном пространстве на орбите Земли соответствует периоду вращения Солнца и обусловлена асимметрией потока магн. неоднородностей в солнечном ветре. Солнечно-суточная вариация с амплитудой ^2% связана с суточным вращением Земли и обусловлена различием свойств солнечного ветра в направлении па Солнце .и в антисолнечном направлении. Эффект Фор б yj.ua представляет собой кратковрем. понижение интенсивности КЛ (на ~50% в межпланетном пространстве ги до 25 ≈ 30% на поверхности Земли), обычно связанное с геомагн. бурей. Этот эффект вызывается рассеянием ГКЛ магн. нолями, переносимыми солнечными корпускулярными потоками после вспышек на Солнце, когда поля оказываются у Земли и как бы «закрывают» е╦ от КЛ.
Исследования вариаций ГКЛ и СКЛ позволили оценить напряж╦нность квазирегулярного межпланетного магн. поля (ср. значение на орбите Земли ~1Q-6 Гс). Неоднородности межпланетного магн. ноля имеют характерные размеры ~1010 ≈ 1011 см (для сравнения ≈ диаметр Земли равен 1,28 -10й см). Вариации КЛ дают уникальную возможность исследовать свойства солнечного ветра перпендикулярно плоскости эклиптики на больших расстояниях от Солнца. Исследования вариаций КЛ помогают в изучении свойств земной магнитосферы (определение параметров кольцевого тока, возникающего при развитии геомагн. бури), ионосферы (образование ионизованного слоя за сч╦т ГКЛ и усиленная ионизация в полярной ионосфере во время вспышек СКЛ).
Попадая в магн. поле Земли, ГКЛ отклоняются от первоиач, направления вследствие действия на них Лоренца силы. На заданную широту вблизи Земли с данного направления приходят частицы только с энергией, превышающей нек-рое пороговое значение. Этот эффект наз. геомагн. обрезанием. Отклоняющее действие магн. поля проявляется тем сильнее, чем меньше геомагн. широта места наблюдения. Так, ban р., с вертикального направлении на экватор но-иадают протоны только с анергией £"к^?1,5т1010 эВ, на геомагн. широту 51° ≈ С энергией £К^2,5-10В эВ. Поскольку ГКЛ имеют падающий спектр, их интенсивность на экваторе меньше, чем на высоких широтах, ≈ т. н. широтный эффект КЛ.
Взаимодействие КЛ с атмосферой Земли. Попадая в атмосферу Земли, высокоэнергичные первичные КЛ (протоны и др. ядра) испытывают столкновения с ядрами атомов воздуха (в основном азота н кислорода). В результате взаимодействия происходит расщепление ядер п рождение нестабильных элементарных частиц (т. н. множественные процессы). Ср. пробег до ядерного взаимодействия в атмосфере для протонов ^80 г/см2, что составляет Via часть всей толщи атмосферы, следовательно, протон успеет неск, раз вступить во взаимодействие с ядрами атомов воздуха, Поэтому вероятность дойти до уровня моря у первичных КЛ крайне мала. На больших глубинах в атмосфере регистрируется вторичное излучение, разделяемое в соответствии с природой и свойствами на ядерно-активн ую, мюонную и электронно-фотонную компоненты (рис, 2).
В элементарном акте взаимодействия первичной частицы К Л с ядрами атомов воздуха ро/кдаются почти все известные элементарные частицы, среди к-рых гл. роль играют я-мезоны, как заряженные, так и нейтральные. Нуклоны и не успевшие распасться
п--мезоны образуют ядерно-активную компоненту вторичного излучения. Взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, они, подобно нервичной частице К Л, рождают новые каскады частиц до тех пор, пока их энергия не снизится до £K~lGft эВ. На уровне моря оста╦тся менее 1% ядерно-активных частиц, Мюонная и нейтринная компоненты образуются
ври распаде заряженных л^-мсзонов [^--^fi^+v
Высокоэнергичньге мюоны взаимодействуют с веществом, поэтому они доходят до уровня моря и проникают глубоко под землю. Нейтроны и мюоны вторичного излучения постоянно регистрируются сетью наземных станций. На основе этих измерений исследуются вариации интенсивности первичных КЛ.
Атмосфера
<Ж%$^^
Рис. 2. Схема взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли: 1 ≈ электронно-фотонная, 2 ≈ мюонная, 3 ≈ нуклон-
ная компоненты.
Возникновение электронно-фотонной компоненты связано с распадом л°-мезонов: я°-»-2у. В кулоновском поле ядер каждый у-фотон рождает электрон-позит-ронную пару (у-ье+ + е-). За сч╦т тормозного излучения этой пары вновь возникают у-фотоны, к-рые рождают, в свою очередь, электрон-позитронные пары. Повторение этого процесса приводит к лавинообразному размножению числа частиц до тех пор, пока при нек-рой й'криг преобладающими не станут конкурирующие процессы потери анергии у-фотоыами и электронами (позитронами). После этого происходит за-тухание каскада. Число частиц в максимуме каскада пропорц, энергии первичной частицы. Каскады, образующиеся при КЛ с £K>10U эВ, содержат 1C6≈ 10" частиц; они наз. широкими атмосферными ливнями (ШАЛ), С помощью ШАЛ проводится исследование КЛ в области сверхвысоких энергий.
Происхождение КЛ. Для ГКЛ, наблюдаемых у Земли, характерна высокая степень изотропии: с точностью до 0,1% интенсивность частиц с £к;>10и≈ Ю1* эВ
" ЗВ I /О
шо
Рис. 3. Амплитуда анизотро. пии космических лучей в зависимости от энергии в интервале £≈1Q11 ≈ Ю20
10
D.QI
о о.
10'
10'
to
17
10
13
)].
по всем направлениям одинакова. При более высоких энергиях амплитуда анизотропии постепенно раст╦т (рис. 3) и в интервале ^к ≈Ю19≈1020 эВ достигает неск. десятков %. Анизотропия 0,1% с максимумом вблизи 19Л зв╦здного времени примерно совпадает с направлением магн. поля галактич, спирали, в к-poii находится Солнце; вероятно, она связана с вытеканием
ш
и
ш
Т
I
и
о
473
