Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Член-корреспондент Академии наук СССР С. Н. Вернов в статье «Проникновение в тайны Вселенной» [6] См. газету «Правда» от 18 ноября 1957 г. указывает, что с созданием искусственных спутников Земли впервые появились возможности создать научную лабораторию, помещенную вне Земли. Приборы, установленные в такой лаборатории, могут проводить разнообразные измерения, в том числе и наблюдения того излучения, которое приходит к нам из мирового пространства, — космических лучей.

Это излучение представляет собой поток ядер атомов различных элементов, летящих со скоростями, весьма близкими к скорости света. Как показали опыты Д. В. Скобельцына, осуществленные еще в 1927 году, отдельные частицы космических лучей обладают очень большой энергией. Большинство из них обладает энергией в миллиарды и десятки миллиардов электроновольт. В составе космических лучей имеются и частицы значительно бóльших энергий. До настоящего времени удалось обнаружить частицы с энергией вплоть до миллиарда миллиардов электроновольт. Столь высокая энергия частиц космических лучей дает возможность физикам весьма эффективно использовать их для «бомбардировки» атомных ядер, для изучения тех закономерностей, которые имеют место лишь при исключительно высокой энергии сталкивающихся частиц.

Естественно, возникает вопрос: каким путем создаются космические лучи? Не подлежит сомнению, что они, как правило, начинают свой путь далеко от Земли и даже от солнечной системы. Иногда, хотя и крайне редко, источником космических лучей становится Солнце. В этих случаях на Солнце наблюдались взрывные процессы.

Космические лучи, созданные на Солнце, состояли из частиц, обладающих небольшой энергией. Это показывает, что масштабы явлений, происходящих на Солнце, еще очень малы по сравнению с теми, которые ответственны за образование космических лучей.

Где же во Вселенной происходят эти гигантские процессы?

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего изучить состав первичного космического излучения. При столкновении с ядрами атомов атмосферы частицы космического излучения передают часть, иногда весьма значительную, своей энергии вторичным излучениям. Благодаря большой энергии частиц космических лучей возникает целый ряд поколений вторичных частиц. Поэтому не только на поверхности Земли, но даже в стратосфере мы изучаем не то первичное излучение, которое пришло из космоса, а в основном его многочисленное потомство.

Чтобы изучить первичные космические лучи, необходимо поднять научную аппаратуру за пределы земной атмосферы.

До настоящего времени мы могли поднимать приборы на большие высоты лишь с помощью шаров-зондов, стратостатов и ракет. В первых двух случаях первичное излучение маскировалось вторичным. В последнем случае время измерения было ограничено несколькими минутами.

Искусственные спутники Земли дают возможность изучить со всей полнотой состав первичного космического излучения. По-видимому, удастся найти такие новые компоненты космического излучения, которые раскроют нам многие тайны Вселенной.

Уже давно физики стремятся определить возраст космических лучей, узнать, сколько времени прошло с тех пор, как частицы космического излучения приобрели большую энергию и начали свои блуждания во Вселенной. На этот, казалось бы очень трудный, вопрос можно ответить, воспользовавшись тем обстоятельством, что, чем дольше космические лучи путешествуют во Вселенной, тем большее число соударений они испытывают с атомами межзвездной среды. При таких столкновениях входящие в состав космических лучей ядра атомов сравнительно тяжелых элементов будут разрушаться, а из их «осколков» возникнут ядра более легких элементов.

В космических лучах мы обнаруживаем ядра атомов различных элементов. Чем больше в космосе ядер атомов определенного элемента, тем больше их число ускорится и приобретет высокую энергию. Опыты показывают, что состав космических лучей в основном соответствует распространенности различных элементов во Вселенной. Некоторых элементов, например, лития, бериллия и бора, очень мало в космосе. В то же время ядра этих элементов часто возникают при разрушении более тяжелых ядер.

Поэтому если в составе первичных космических лучей окажутся такие ядра, то это будет означать, что космическое излучение долго путешествует во Вселенной.

Обнаружить ядра атомов различных элементов в составе космических лучей — весьма трудная задача.

Успех может быть достигнут путем применения специальных счетчиков, регистрирующих излучение Вавилова–Черенкова. Интенсивность этого излучения резко возрастает с ростом атомного номера ядра, пролетающего через такой счетчик. Как показали опыты [7] С. Н. Вернов, В. Л. Гинзбург, Л. В. Курносова, Л. А. Разоренов, М. И. Фрадкин , Исследование состава первичного космического излучения. Журнал «Успехи физических наук», сентябрь 1957 г., т. ⅬXⅢ, вып. 1а и вып. 1б, Гостехиздат, Москва. , выполненные Л. В. Курносовой, Л. А. Разореновым и М. И. Фрадкиным, таким путем можно проводить анализ первичного космического излучения и, в частности, попытаться обнаружить в его составе ядра лития, бериллия и бора. Таким же путем можно искать ядра атомов многих других, в частности тяжелых, элементов в составе космических лучей. Большие возможности, предоставленные спутниками, позволяют предпринять новые попытки найти среди первичного излучения электроны, а также мельчайшие частицы света — фотоны. Если бы удалось обнаружить хотя бы в очень малом числе эти новые компоненты, наши знания о происхождении космических лучей сильно продвинулись бы вперед.

Чтобы в этом убедиться, достаточно вспомнить, что в космосе существуют магнитные поля. Поэтому обладающие электрическим зарядом первичные частицы космического излучения двигаются по сильно искривленным траекториям. Наблюдая эти частицы на Земле, мы не можем узнать, где они зародились, так как из-за отклонения в магнитных полях первоначальное направление их движения было полностью потеряно.

В противоположность этому фотоны движутся практически прямолинейно. Поэтому если их удастся обнаружить, то они смогут лучше, чем какое-либо другое излучение, указать нам, где в мировом пространстве расположены источники космических лучей.

Таким образом, изучение состава первичного излучения даст возможность обнаружить ряд явлений, происходящих в космосе, пролить свет на вопросы происхождения космических лучей и, в частности, проверить ряд следствий гипотезы В. Л. Гинзбурга о возникновении космических лучей при возгорании сверхновых звезд.

С помощью искусственных спутников Земли можно проводить длительные наблюдения первичного космического излучения. Появляется возможность обнаружить даже сравнительно небольшие изменения интенсивности различных компонент этого излучения.