«Космические исследования»

«Косми'ческие иссле'дования», научный журнал Академии наук СССР, издаваемый в Москве. Основан в августе 1963 на базе непериодического сборника «Искусственные спутники Земли» (всего 17 выпусков); периодичность 6 номеров в год. В «К. и.» публикуются оригинальные исследования по динамике полёта космических аппаратов, результаты исследований в области космической физики и астрономии, в том числе теоретические работы, описания приборов для космических исследований и конструкций космических аппаратов, исследования в области космической биологии и медицины. Публикуются также обзоры по основным проблемам космических исследований и хроника. Тираж (1971) около 1700 экз. «К. и.» на английском языке издаются в США.

Космические лучи

Косми'ческие лучи', поток частиц высокой энергии, преимущественно протонов, приходящих на Землю из мирового пространства (первичное излучение), а также рожденное ими в атмосфере Земли в результате взаимодействия с атомными ядрами вторичное излучение, в котором встречаются практически все известные элементарные частицы.

  К. л. — уникальный природный источник частиц высоких и сверхвысоких энергий, позволяющих изучать процессы превращения элементарных частиц и их структуру. Наряду с этим К. л. дают возможность обнаруживать и изучать астрофизические процессы большого масштаба, связанные с ускорением и распространением частиц космического излучения в межпланетной, межзвёздной, а возможно, и в межгалактической среде.

  Большинство частиц первичного космического излучения имеет энергию больше 10⁹ эв (1 Гэв ), а энергия отдельных частиц достигает 10²⁰ —10²¹ эв (а может быть, и выше). До создания мощных ускорителей заряженных частиц К. л. были единственным источником частиц высоких энергий. В К. л. были впервые обнаружены многие неизвестные ранее элементарные частицы и получены первые данные об их распадах и взаимодействиях с атомными ядрами. Хотя современные ускорители (в особенности ускорители на встречных пучках) позволяют проводить тщательное изучение процессов взаимодействия частиц вплоть до энергий 10¹¹ —10¹² эв, К. л. по-прежнему являются единственным источником сведений о взаимодействиях частиц при ещё более высоких энергиях.

  Подавляющая часть первичных К. л. приходит к Земле извне Солнечной системы — из окружающего её галактического пространства ( Галактики ), т. н. галактические К. л., и лишь небольшая их часть, преимущественно умеренных энергий (<1 Гэв ), связана с активностью Солнца, т. н. солнечные К. л. Однако в периоды высокой солнечной активности могут происходить кратковременные сильные возрастания потоков солнечных К. л. в межпланетном пространстве. Частицы самых высоких энергий (>10¹⁷ эв ) имеют, возможно, внегалактическое происхождение (приходят из Метагалактики ).

  Общий поток энергии, приносимой К. л. на Землю (~0,01 эрг на 1 см² в 1 сек ), чрезвычайно мал по сравнению с излучаемым на Землю потоком солнечной энергии и сравним с энергией видимого излучения звёзд. Однако не исключено, что в далёком прошлом К. л. сыграли определённую роль в ускорении эволюции жизни на Земле.

  В масштабах всей Галактики средняя плотность энергии К. л. велика (~ 1 эв/см³ ) — порядка плотностей всех других видов энергии: энергии тяготения (гравитации), магнитных полей, кинетической энергии движения межзвёздного газа, энергии электромагнитного излучения звёзд. Поэтому К. л. могут оказывать заметное влияние на эволюцию Галактики в целом.

  В физике К. л. четко выделяются 2 основных направления исследований: ядерно-физическое (взаимодействие К. л. с веществом; генерация, свойства и взаимодействия элементарных частиц) и космо-физическое (состав и энергетический спектр первичных К. л.; генерация и распространение солнечных и галактических К. л.; изменение во времени интенсивности К. л. и взаимодействие К. л. с магнитосферой Земли , с солнечным ветром и ударными волнами в межпланетном пространстве и др.). По мере развития техники ускорителей область исследований на первом направлении постепенно сдвигается в сторону высоких энергий. Всё более глубокое изучение ближнего космоса прямыми методами с помощью спутников и космических ракет перемещает центр тяжести второго направления на более далёкие космические объекты. Поэтому научные результаты, получаемые с помощью К. л., носят, как правило, разведывательный, первооткрывательский, характер и имеют фундаментальное значение как для развития физики микромира (в области характерных размеров ?10^-13 см ), так и для развития физики космоса (10⁸ —10²⁸ см ).

  Открытие и основные этапы исследования К. л. Существование К. л. было установлено в 1912 В. Гессом по производимой ими ионизации молекул воздуха; возрастание ионизации с высотой доказывало их внеземное происхождение. Наблюдения следов частиц К. л. в Вильсона камере , помещенной в поле лабораторного магнита (Д. В. Скобельцын , 1927), и отклонения их в магнитном поле Земли с помощью газоразрядных счётчиков, поднимаемых в стратосферу на баллонах (С. Н. Вернов и Р. Милликен , 1935—37), доказали, что первичные К. л. представляют собой поток заряженных частиц, в основном протонов (ядер атомов водорода). При этом были измерены и энергии большей части К. л. (до 15 Гэв ). С помощью ядерных фотографических эмульсий , поднятых на высоту ~ 30 км (Б. Питерс и др., 1948), в составе первичных К. л. были обнаружены следы ядер более тяжёлых элементов, чем водород, вплоть до ядер железа (рис. 1 ).

  Детальное изучение зарядов и масс частиц вторичных К. л. привело к открытию многих новых элементарных частиц, в частности позитрона , мюона , пи-мезона , К-мезона , L- гиперона (1932—49). В 1932 П. Блэкетт и Дж. Оккиалини впервые обнаружили в камере Вильсона группы близких по направлению генетически связанных частиц космического излучения — т. н. ливни. В опытах 1945—49 на высокогорных станциях К. л. (В. И. Векслер , Н. А. Добротин и др.) и в стратосфере (С. Н. Вернов и др.) было установлено, что вторичное космическое излучение образуется в результате взаимодействия первичных К. л. с ядрами атомов воздуха. Позднее Г. Т. Зацепин показал, что тот же механизм, но при более высоких энергиях (³10¹⁴ эв ) объясняет развитие открытых ранее в К. л. (П. Оже , 1938) широких атмосферных ливней — потоков из многих миллионов частиц, покрывающих на уровне моря площади порядка 1 км² и более.

  Для правильного подхода к проблеме происхождения К. л. большую роль сыграли успехи радиоастрономии . Связанное с К. л. нетепловое космическое радиоизлучение позволило обнаружить их возможные источники. В 1955 В. Л. Гинзбург и И. С. Шкловский на основе радио-астрономических наблюдений и энергетических оценок впервые количественно обосновали гипотезу о сверхновых звёздах как одном из основных галактических источников К. л.