Чтение онлайн

Испускание коротковолнового конца спектра Солнца (далекого ультрафиолетового и рентгеновского излучения), а также радиоизлучение связано с физическими процессами, протекающими в малоизученных внешних слоях атмосферы Солнца (хромосфере и короне), и оказывает серьезнейшее влияние на атмосферу Земли. Основное излучение хромосферы Солнца сосредоточено в спектральной линии водорода с длиной волны 1.215 ангстрем (1 ангстрем равен одной стомиллионной части сантиметра), расположенной в далекой ультрафиолетовой области спектра, а излучение короны — в области мягких рентгеновских лучей (3-100 ангстрем). Корона, состоящая из очень разреженной материи, имеет температуру, близкую к одному миллиону градусов, причем, по-видимому, в короне имеются области с еще более высокой температурой. Природа короны до настоящего времени в значительной мере остается еще загадочной.

Общая энергия коротковолнового излучения Солнца сравнительно невелика — она в десятки тысяч раз меньше энергии, излучаемой Солнцем в видимом свете, однако именно это излучение оказывает чрезвычайно большое влияние на земную атмосферу. Объясняется это тем, что коротковолновое излучение обладает чрезвычайно высокой активностью и способно ионизировать молекулы воздуха, вызывая образование ионосферы — сильно ионизированных верхних слоев атмосферы. Согласно существующим представлениям, нижний слой ионосферы, лежащий на высоте 70-90 километров (слой D), образован ионизацией молекул воздуха излучением спектральной линии водорода, испускаемой хромосферой, а следующий слой — на высоте 90-100 километров (слой Е) — рентгеновским излучением короны.

Состояние верхних слоев Солнца и ионосферы не остается постоянным — оно непрерывно изменяется. Установлено наличие тесной связи между активностью Солнца — появлением так называемых хромосферных вспышек и поглощением радиоволн в ионосфере, приводящим к прекращению радиосвязи. Это заставляет предполагать существование непосредственной связи вариаций интенсивности коротковолнового излучения Солнца с процессами в ионосфере.

Земная атмосфера полностью поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, пропуская лишь область близкого ультрафиолетового излучения, примыкающую к фиолетовому краю видимого спектра. Это поглощающее действие земной атмосферы предохраняет живые организмы от губительного для них коротковолнового излучения Солнца. В то же время оно делает невозможным исследование этого излучения с Земли. Поглощение молекулами воздуха настолько велико, что для наблюдения этого коротковолнового излучения необходимо полностью выйти за пределы земной атмосферы, поместив аппаратуру на искусственный спутник Земли. Хотя применение высотных ракет дало ценные результаты, только использование спутника дает возможность проведения систематических измерений на протяжении длительных отрезков времени, необходимых для изучения вариаций интенсивности коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Приемниками излучения служат три специальных фотоэлектронных умножителя, расположенных под углом в 120 градусов друг к другу. Каждый фотоумножитель последовательно перекрывается несколькими фильтрами из тонких металлических и органических пленок, а также из специальных оптических материалов, что позволяет выделить различные диапазоны в рентгеновской области спектра Солнца и линию водорода в далекой ультрафиолетовой области. Электрические сигналы, даваемые фотоумножителем, который был направлен на Солнце, усиливались радиосхемами и передавались на Землю с помощью телеметрической системы.

Вследствие того, что спутник непрерывно изменял свою ориентацию относительно Солнца, а также часть времени проводил на не освещенном Солнцем участке своей орбиты, для экономии источников питания электрические цепи аппаратуры включались только при попадании Солнца в поле зрения одного из трех приемников света. Это включение осуществлялось с помощью фотосопротивлений, освещаемых Солнцем одновременно с фотоумножителями, и системы автоматики.

Параллельно с наблюдениями излучения Солнца со спутника производятся наблюдения Солнца всей сетью земных станций «службы Солнца», ведущих работу по программе Международного геофизического года. Эти наблюдения проводили астрофизические обсерватории, станции по изучению ионосферы и по приему радиоизлучения Солнца. Сопоставление всех этих наблюдений позволит сделать первые выводы о связи ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца с процессами,происходящими в хромосфере и короне Солнца, и состоянием ионосферы Земли. Эти данные послужат основой для последующих систематических наблюдений.

Изучение космических лучей

В недрах мирового пространства атомные ядра различных элементов ускоряются и приобретают очень большую энергию. Возникшие таким образом космические лучи дают возможность исследовать космос на больших расстояниях от Земли и даже от солнечной системы. На пути от места зарождения к Земле космические лучи испытывают на себе воздействие среды, через которую они проходят. В результате целого ряда процессов изменяются состав и интенсивность этого излучения. В частности, число частиц космических лучей возрастает в том случае, если на Солнце происходят интенсивные взрывные процессы и создаются условия для ускорения атомных ядер до больших энергий. Таким путем возникает дополнительный поток космических лучей, созданный на Солнце.

Солнце является также источником корпускулярного излучения. В потоках корпускулярного излучения имеются интенсивные магнитные и электрические поля, которые воздействуют на космические лучи. С помощью космических лучей можно изучать эти потоки на больших расстояниях от Земли.

Проходя сквозь магнитное поле Земли, частицы космических лучей сильно отклоняются в этом поле. Лишь частицы, обладающие очень большой энергией, могут беспрепятственно достигать любых районов нашей планеты. Чем меньше энергия частиц, тем меньше размер тех областей на Земле, которые оказываются доступными для этих частиц. Частицы малых энергий достигают лишь районов Арктики и Антарктики.Таким образом, Земля как бы окружена энергетическим барьером, причем высота этого барьера, наибольшая на экваторе, уменьшается с ростом геомагнитной широты. Экваториальных районов могут достигать лишь космические протоны, обладающие энергией больше 14 миллиардов электроновольт. Южные районы Советского Союза доступны для частиц с энергией больше 7 миллиардов электроновольт. Наконец, района Москвы могут достигать все частицы с энергией больше 1,5 миллиарда электроновольт. Измерение космических лучей на различных широтах дает возможность определить, сколько частиц и каких именно энергий присутствует в составе космических лучей. Зависимость числа частиц космического излучения от широты, так называемый широтный эффект, определяет распределение частиц по энергиям, то есть энергетический спектр космических лучей.

В результате ряда процессов, которые происходят в мировом пространстве с космическими лучами, число и состав их изменяются. В некоторых случаях, как например при возникновении частиц на Солнце, есть основания ожидать, что увеличивается лишь число частиц, обладающих малой энергией, а число частиц высокой энергии остается без изменений. В противоположность этому изменение магнитного поля Земли и воздействие на космические лучи корпускулярных потоков, испускаемых Солнцем, изменяет не только число частиц, обладающих малой энергией, но и число частиц с большой энергией.

Для того, чтобы выяснить природу изменений, которые происходят с космическими лучами, необходимо не только установить факт возрастания или уменьшения интенсивности космических лучей, но и определить, как изменилось число частиц различных энергий. Двигаясь со скоростью 8 километров в секунду, спутник за очень короткий промежуток времени переходит с одной широты на другую. Таким образом, с помощью измерения космических лучей на спутнике можно определить широтный эффект этого излучения и тем самым распределение частиц этого излучения по энергиям. Особенно существенно то, что такие измерения проводятся большое число раз. Поэтому с помощью спутника можно следить не только за изменением интенсивности космического излучения, но и изменениями его состава.

Частицы, входящие в состав космического излучения, регистрируются на спутнике с помощью счетчиков заряженных частиц. При прохождении сквозь счетчик электрически заряженной частицы возникает искра, дающая импульс на радиотехническую схему на полупроводниковых триодах, назначение которой состоит в том, чтобы сосчитать число частиц космических лучей и дать сигнал тогда, когда сосчитано определенное число частиц. После передачи по радио сигналов о том, что сосчитано определенное число частиц, снова производится регистрация частиц космического излучения, и после того, как сосчитано то же число частиц, подается новый сигнал. Разделив число зарегистрированных частиц на время, в течение которого они были сосчитаны, можно получить число частиц, проходящих через счетчик в секунду, или интенсивность космических лучей.

На спутнике установлено два одинаковых прибора для регистрации заряженных частиц. Оси счетчиков обоих приборов расположены во взаимно-перпендикулярных направлениях.

Предварительная обработка данных о космических лучах, переданных со спутника, показала, что оба прибора функционировали нормально. Отчетливо выявилась зависимость числа частиц космического излучения от геомагнитной широты. Обработка большого числа измерений энергетического спектра первичных космических частиц дает возможность исследовать изменения этого спектра со временем и сопоставить с теми процессами, которые происходили в это время в окружающем нас мировом пространстве.