Образование химических элементов в космических телах 1

Известно, что Земля — это огромный магнит, его поле простирается на очень большое расстояние от Земли. Заряженные частицы, попадающие в магнитное поле, отклоняются от своего первоначального направления. Степень отклонения тем больше, чем меньше масса или скорость движущейся частицы. Частицы с относительно небольшой энергией вообще не могут пролететь сквозь магнитное поле Земли. Магнитное ность Земли. Частицы космических лучей, достигавшие границы атмосферы, обладали огромными первоначальными энергиями. Только такие частицы способны пролететь сквозь магнитное поле Земли. Магнитное поле слабее к полюсам; его действие усиливается к экватору. Этим и обусловлена «широтная» зависимость в интенсивности космических лучей, которая увеличивается по направлению от экватора к полюсам. Б настоящее время установлено, что космические лучи до попадания в земную атмосферу состоят в основном из ядер водорода и гелия (их сумма составляет 32 %). Содержание ядер более тяжелых элементов равно только около 8 % полного числа частиц. В табл. 7 приведены данные о составе космических лучей и о средней космической распространенности.

Таблица 7

Относительное содержание ядер элементов в космических лучах

Видно, что наибольшие различия наблюдаются только для лития, бериллия и бора. Содержание этих ядер в космических лучах в 1,6–6,4 · 10⁵ раз больше, чем их средняя космическая распространенность. Следует отметить также повышенную распространенность в космических лучах ядер железа. Недавно советские физики Л. В. Курсанова, Л. А. Лазаренов и М. И. Фрадкин сообщили, что в течение первых десяти дней полета третьего советского спутника была зарегистрирована всего одна частица с Ζ> 30, в то время как с Ζ ≥ 15–16 — 1,2 частицы в минуту. Этот факт свидетельствует о чрезвычайно малой распространенности в космических лучах элементов, более тяжелых, чем железо.

В настоящее время благодаря многочисленным наблюдениям установлено, что при взаимодействии космических протонов, обладающих очень высокой энергией, с атомами элементов в атмосфере образуется несколько вторичных частиц, которые, в свою очередь, способны при столкновении с другими ядрами давать еще несколько частиц. Таким образом, одна быстрая частица, пришедшая в атмосферу из космоса, дает начало целой гамме вторичных частиц — протонов, нейтронов, мезонов, электронов, позитронов и, наконец, фотонов. Такие «ливни» частиц образуются в атмосфере повсеместно. Иногда они бывают очень больших размеров и захватывают огромные площади земной поверхности. Образующиеся в ливнях позитроны и электроны поглощаются в очень тонком слое земной коры. Они и образуют мягкую компоненту космического излучения. Нейтроны и мезоны составляют жесткую компоненту этого излучения; они могут полностью поглотиться только большим слоем земной коры и поэтому проникаю] далеко вглубь ее.

Наша Галактика окружена своеобразной «короной» из космических лучей. Эта «корона» имеет форму сферы, в области экватора которой расположена основная часть звезд нашей Галактики. Радиус такой сферы составляет примерно 5 · 10²² см, или 50 000 световых лет. В ней обнаружены и магнитные поля, которые в основном расположены произвольно. Частицы космических лучей проходят в Галактике очень большие расстояния. Вследствие отсутствия какой-либо направленности магнитных полей космические лучи в Галактике равномерно распределены во всем объеме сферы. Таким же образом распространены космические лучи и в галактике созвездия Андромеды и, по-видимому, во всех спиральных галактиках.

На основании рассмотренного материала можно сделать вывод, что вещество во Вселенной находится в основном в трех видах — в виде плазмы, состоящей из ионизированных атомов с различной плотностью и температурой (звезды с их оболочками, оболочки планет, газовые туманности, космические лучи), в виде разнообразных химических соединений при сравнительно низкой температуре (планеты, астероиды, метеориты, кометы, пылевые туманности) и, наконец, в виде сверхплотного вещества (белые карлики, нейтронные звезды, ядра планет). Ниже мы покажем, что состояние вещества, так же как и его химический состав, тесно связано с процессом эволюции звезд, планет и других космических тел во Вселенной.

9. Основные закономерности в распространенности элементов и их изотопов