Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://nuclphys.sinp.msu.ru/pilgrims/cr13.htm
Дата изменения: Fri Dec 5 13:49:10 2014 Дата индексирования: Sun Apr 10 02:05:04 2016 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: межзвездная пыль |
13. Последнее пристанище странников
Космические лучи, рождаясь и распространяясь во Вселенной, попадают и в Солнечную систему - среду, где их параметры могут изменяться. Что именно происходит с космическими лучами в окрестности Солнца - предмет рассмотрения данной главы. 13.1. Солнечная метлаОбратите внимание на рис. 12.3. Cпринклер - архимедовы спирали солнечной плазмы с вмороженным в них магнитным полем - будут, безусловно, взаимодействовать с заряженными частицами, попадающими в гелиосферу из внешнего пространства. Межпланетное магнитное поле будет искривлять траектории галактических космических лучей, стремясь уменьшить интенсивность входящих в это пространство частиц. Известно, что на частицу, попавшую в магнитное поле, будет действовать сила Лоренца, величина которой зависит от ее скорости. Для описания движения частиц в магнитном поле используется величина жесткости R, являющейся отношением импульса частицы (mv) к ее заряду (Q). Частицы с одинаковой жесткостью имеют одинаковые траектории в магнитном поле.С увеличением скорости частицы, или ее энергии, сила Лоренца уменьшается. Поэтому, чем больше энергия частицы, или ее жесткость, тем менее эффективно воздействует магнитное поле на частицу. Следовательно, для галактических космических лучей можно ожидать ослабление их потока только в низкоэнергичной части спектра
Чем вам не метла? Это явление
называется модуляцией космических лучей.
Эффективность модуляции зависит не только от
расстояния до Солнца, но и от солнечной
активности. В периоды более сильной активности
Солнца, когда потоки плазмы более мощные, а
магнитное поле более неоднородное в
пространстве, мы будем наблюдать менее
интенсивные потоки галактических космических
лучей внутри гелиосферы. И, наоборот, в минимуме
цикла солнечной активности потоки космических
лучей будут максимальны. Это наглядно
демонстрируется сравнением кривых, отображающих
число солнечных пятен и потоков космических
лучей (рис.13.1). Они, как говорят физики, находятся
в 'противофазе': минимум солнечной активности
соответствует максимуму потока космических
лучей и наоборот. |
|
Оказалось, что степень модуляции
космических лучей над полюсами вовсе не такая
эффективная, как это предполагалось ранее
(рис.13.2). Модуляционная картина галактических
космических лучей оказалась мало отличающейся
от той, которая наблюдается в плоскости
эклиптики. А это значит, что упомянутый выше
модуляционный эллипсоид не такой уж и
приплюснутый: |
13.2. Аномальные частицы в гелиосфере Гелиосфера заполнена разнообразными
частицами - это и галактические частицы,
проникающие в нее извне, из межзвездного
пространства, и солнечные: плазма солнечного
ветра и солнечные космические лучи. Однако есть
еще один компонент, открытый в начале 70-х годов.
Американский астрофизик Л. Фиск вскоре после
их экспериментального обнаружения предложил
весьма оригинальную гипотезу (рис. 13.4) их
происхождения. Она состояла в том, что эти
частицы рождаются из межзвездной пыли,
'подхватываемой' нашей гелиосферой из
межзвездного пространства. Эти частицы
проникают в гелиосферу, т.к. она движется в
галактическом пространстве со скоростью 25
км/сек, и та часть нейтральных пылинок, которая
достигает окрестности Солнца - ионизируется за
счет его ультрафиолетового излучения и обмена
зарядами с плазмой солнечного ветра. Частицы
становятся заряженными. Но их энергия пока очень
мала по сравнению с аномальными космическими
лучами (сопоставима с энергией частиц солнечного
ветра). Эти частицы надо ускорить. |
Магнитное поле Земли
существует не в вакууме, а в среде, наполненной
потоками солнечной плазмы и межпланетным
магнитным полем. Безусловно, они взаимодействуют
друг с другом. Для солнечного вещества и
магнитного поля Земля с ее собственным магнитным
полем представляет собой реальную преграду: они
вынуждены 'обтекать' ее. В результате такого
'обтекания' магнитное поле Земли, изначально
имевшее дипольную форму, превращается в сложную
структуру, названную магнитосферой (рис.13.6). |
13.4. Земная ловушка для космических странников В середине прошлого века магнитное
поле Земли сыграло решающую роль в определении
природы космического излучения. Безусловно,
исследователей космических лучей с самого
начала волновал вопрос о том, какая доля
первичного космического излучения проходит
через магнитное поле, и от каких факторов зависят
условия проникновения частиц.
Движение заряженных частиц в
магнитном поле описывается уравнениями, в основе
которых лежат законы Ньютона и сила Лоренца. Для
вычисления траекторий частиц по этим уравнениям
нужны модели магнитного поля и параметры
первичных космических лучей. Мы видели (см. рис.
13.6), что магнитное поле Земли - магнитосфера -
это существенно искаженный магнитный диполь под
воздействием солнечного ветра. Поэтому
траектории частиц в реальном поле далеки от
плавной кривой для частиц, изображенной на рис.
13.5. Скорее, они напоминают запутанные
спиралевидные линии с уменьшающимися радиусами
кривизны по мере продвижения частицы к Земле
(рис. 13.7). Однако в этой сложной картине можно
выделить три основные закономерности.
Что такое возмущенная магнитосфера?
Оказывается, это не только та деформация поля,
которая вызывается набегающим на Землю потоком
солнечной плазмы. Как правило, после этого вблизи
Земли происходит грандиозное явление,
называемое магнитной бурей. Рассмотрение этого
очень интересного геофизического явления
выходит за рамки этой книги. Здесь лишь отметим,
что магнитная буря - глобальное искажение
магнитного поля Земли - обусловлена генерацией
электрических токов внутри самой магнитосферы
через некоторое время (минуты-десятки минут)
после первоначального толчка облака солнечной
плазмы. Именно электрические токи, связанные с
движением заряженных частиц плазмы внутри
магнитосферной полости, вызывают искажение
естественного магнитного поля Земли. Почему? Из
физики известно, что ток, текущий по проводнику,
генерирует вокруг себя магнитное поле (его
называют индукционным). То же самое происходит и
в магнитосфере. Индукционное поле создается
токами и в области его локализации общее,
суммарное магнитное поле, конечно, будет
отличаться от естественного. |