ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2024
Просмотров: 35
Скачиваний: 0
новинками неожиданной ионизации газов оказа лись пришельцы из далеких мировых про странств.
Так в начале нашего столетия были открыты космические излучения. Само название «косми ческие лучи» происходит от греческого слова «космос», что означает мир, вселенная.
Разумеется, перед учеными сразу же возник вопрос: откуда берут свое начало космические лучи? Где, в каких далеких мирах зарождаются таинственные неземные излучения? Это была главная проблема, которую выдвинула рождаю щаяся наука о космических лучах. Это был «во прос № 1».
Прежде всего, необходимо было произвести разведку: узнать, из чего же состоят космичес кие лучи?
Над решением этой задачи трудились уче ные-физики различных стран. После многочис ленных опытов академику Д. В. Скобельцыну удалось установить, что космические лучи со стоят из отдельных электрически заряженных частиц. Для своих исследований он применил хитроумный прибор, названный по имени изо бретателя — известного английского физика — «камерой Вильсона». Камера эта послужила своеобразным «окном» в таинственный мир ато мов.
Воздух, которым мы дышим, всегда насыщен
9
водяными парами. Пар представляет собой от дельные молекулы воды, распределенные раз номерно в пространстве. Эти молекулы соби раются вместе, образуя водяные капельки. Из множества легких капелек состоят облака и ту маны. Туман можно создать искусственно, на пример, в каком-нибудь закрытом сосуде. Для этого нужно прежде всего резко снизить в нем температуру, вызвать этим хорошо знакомое нам явление конденсации. Влагой, инеем покрывают ся окна в морозный день. Тот, кто носит очки, знает, что когда войдешь с холода в теплое по мещение, очки запотевают: это конденсируются, соприкасаясь с охлажденной поверхностью, час тицы пара, имеющиеся в воздухе. А охлажде ние в камере можно вызвать внезапным увели чением объема, понижением давления. Но этого недостаточно. Нужно, чтобы в воздушной среде находились еще пылинки, на которых могли бы собираться молекулы воды, образуя туман.
В камере Вильсона — небольшом закрытом цилиндре — создается пересыщенное состояние пара, туман. Заряженная частица, проходя сквозь туман, расщепляет на своем пути моле кулы, отрывает у них мельчайшие осколки — ионы. На каждом сантиметре пути в воздухе образуется около сотни пар таких осколков, на стоящая цепочка ионов. Они-то и обрастают
10
капельками жидкости. Путь частицы через ка меру становится видимым.
Д. В. Скобельцыну первому удалось сфото графировать следы движения частиц. Когда уче ные увидели эти фотографии — белые прерыви стые полоски на черном фоне пластинки, они по няли, что открыт новый подход к изучению час тиц. Жизнь микромира, движение простейших, элементарных частиц вещества теперь можно было детально рассмотреть, изучать на фотогра фическом снимке.
В 1927 году академик Д. В. Скобельцын усо вершенствовал метод исследования этих мель чайших частиц, поместив камеру Вильсона в сильное магнитное поле.
Физикам хорошо известен закон: на заря женную частицу, движущуюся в магнитном по ле, действует сила, изменяющая направление движения этой частицы, ее траекторию.
Фотографируя следы движения космических частиц, Д. В. Скобельцын обнаружил, что тра ектория их очень слабо искривляется в магнит ном поле. Это значило, что космические части цы обладают колоссальной энергией, не обна руженной в то время ни у одной из частиц «земного» происхождения.
ШАР УЛЕТАЕТ В СТРАТОСФЕРУ
Таковы были знания о космических лучах три десятилетия назад. Немногие решались тогда вступать в дебри этой неисследованной области науки: она казалась такой далекой от острых, злободневных вопросов жизни, такой чуждой живой практике действительности. Еще не стало тогда очевидным, что в космических исследованиях, — казалось, столь отдаленных от «земных» забот, — заложен глубокий смысл, что разгадка тайн космоса поможет увидеть зав трашний день науки о бесконечной вселенной.
В глубинах вселенной образуются потоки таинственного излучения. Громадные, поистине космические расстояния преодолевают они. На их пути громадные газовые туманности, косми ческая пыль, вечный холод и мрак. Но вот встре тилось еще одно препятствие. Излучение попа дает в атмосферу Земли. Стремительные части-
12
цы испытывают здесь особенно большое сопро тивление. В плотных слоях воздуха пробивать путь труднее, чем в разреженной среде мирового пространства. Пришельцы из космоса сталки ваются с ядрами атомов различных веществ, разбивают их, при этом возникают новые, вто ричные частицы — осколки атомных ядер.
Именно они, эти производные частицы, и по падают в земные лаборатории, в приборы уче ных. Физики уже успели неплохо познакомиться с этими вторичными частицами.
Но как уловить те, «настоящие» космичес кие частицы, которые постоянно прибывают из далеких миров в нашу земную атмосферу? Не зря ученые называют их первичными — ведь там, на высоте, они находятся в своем наиболее «чистом» виде, сохраняя значительную часть своей первоначальной энергии. Они могут при нести нам очень важные сведения о космосе. Ведь до сих пор наши знания о многих небес ных телах были получены лишь путем изучения света, который излучается ими. Интересно было бы установить, каково происхождение косми ческих частиц, каков их возраст, какой путь они прошли.
Однако ловить эти невидимые космические частицы нужно в самом начале их пути сквозь земную атмосферу — на огромной высоте, в стратосфере, «перехватывая» их в полете до
13
того, как они стали причиной потока вторичных, производных частиц. Физики понимали: чем значительней высота, тем больше неизмененных частиц можно встретить, тем плодотворней бу
дут исследования.
Но как проводить исследовательскую работу на высотах в 20—30 километров? В те годы столь высокие «потолки» самолетам были не доступны. Полеты стратостатов производились очень редко, обходились дорого, использовать их для систематических каждодневных наблю дений было нельзя. Лишь изредка удавалось ученым подниматься со своими приборами в стратосферу, но этих одиночных полетов было явно недостаточно.
Необходимо было придумать и освоить ка кой-то другой метод исследований.
Это была первая проблема, которую при шлось решать начинающему тогда физику С. Н. Вернову. «Конечно, хорошо бы отказать ся от стратостатов, — думал молодой ученый.— Но что можно предложить взамен? Ведь жела телен такой способ подъема аппаратуры, кото рый помог бы избежать непосредственного уча стия в полете человека».
В то время некоторые ученые уже пробова ли поднимать приборы на тонких резиновых шарах-зондах, наполненных водородом. При боры автоматически записывали данные о кос-
14
Радиозонд летит в атмосферу,
мических лучах. И лишь после благополучного приземления шаров эти записи попадали в руки ученых. Но опыты эти чаще всего кончались не удачей: после того как прибор побывал в стра тосфере, его относило ветром далеко от места за пуска, и он мог приземлиться в глухом лесу, высоко в горах, разбиться при спуске. И полу чалось, что результаты запуска зондов оказы вались безвозвратно пропавшими.
Вернов учел недостатки таких приборов. Он решил создать небольшую «летающую лабора торию», в которой приборы не только работают автоматически, но и одновременно передают на Землю по радио данные всех измерений. Внизу радиосигналы принимает специальная, также автоматическая аппаратура, записывает их, и ученому остается только расшифровать полу ченную запись, чтобы тут же узнать точные ре зультаты исследований. Изобретатель радио зондов советский ученый П. А. Молчанов ис пользовал их для передачи с высоты метеороло гических данных — о температуре, давлении, влажности воздуха. «Летающие лаборатории» Вернова передавали по радио ценные данные о космических лучах. Этот метод был особенно удобен, когда изучение космических лучей при ходилось проводить в экспедициях, работающих в отдаленных, необжитых районах.
Правда, обширных исследований с помощью
16
этих первых «летающих» приборов вести было нельзя. Специальный счетчик, помещаемый в «лаборатории», мог лишь подсчитать количе ство заряженных частиц, проходящих через него, то есть измерялась интенсивность космического излучения. Для того чтобы на работу счетчика не влияло ни резкое изменение давления воз духа, ни уменьшение температуры, необходимо было укутать «лабораторию» шерстью и внутри поставить химический обогреватель. Пришлось установить в «лаборатории» даже миниатюрную высоковольтную батарею. Вся «лаборатория» Еесила около 12 килограммов, и резиновые ша ры легко могли поднять ее на высоту в несколько десятков километров.
3 4 3 7 -2
ЗЕМЛЯ — МАГНИТ
Ученые получили «доступ» к первичным кос мическим лучам. Теперь можно было ближе с ними познакомиться, попытаться узнать их свой ства, особенности.
Так что же представляет собой первичное космическое излучение? Может быть, оно яв ляется потоком заряженных частиц? Смогли же ученые обнаружить потоки вторичных космичес ких частиц на поверхности Земли. Правда, для своих опытов академик Скобельцын использо вал камеру Вильсона, был в его распоряжении и сильный магнит, создающий магнитное поле. Ну, а как поднять на высоту нескольких десятков километров мощные магниты — ведь без них не получишь магнитного поля?
Оказалось, что магниты можно и не подни мать. .Науке помогла сама природа. Размышляя над тем, как провести опыт в стратосфере, уче-
1J
ные решили использовать магнитные свойства Земли. Земной шар, как известно, является огромным магнитом.
На уроке физики учитель проделывал опыт: на лист бумаги высыпал железные опилки, а под листом помещал магнит. Встряхнешь лист — и железные крошки выстраиваются в строго опре деленном порядке, плавно изогнутыми линиями соединяют оба полюса магнита. Так мы полу чали возможность представить себе силовые ли нии магнитного поля.
Всех нас в школе учили пользоваться ком пасом: один конец стрелки всегда поворачивает ся на север, другой показывает на юг. Именно магнитное поле Земли устанавливает намагни ченную стрелку в одном определенном направ лении. Правда, земное магнитное поле в десятки тысяч раз слабее того, которое может быть ис пользовано в лаборатории. Но зато колоссаль ны размеры этого поля — оно окружает земной шар-магнит на протяжении десятков тысяч кило метров. Подходящий простор для космических опытов!
Ученые рассуждали так: если космические лучи представляют собой потоки заряженных частиц, то в земном магнитном поле пути их движения будут искривляться. Магнитные си ловые линии окажут на частицы настолько силь ное воздействие, что многим из них так и не
19
удастся пробиться к Земле, проникнуть в зем ную атмосферу.
Наиболее сильно магнитное поле действует в районе экватора, менее сильно ■— на средних широтах, например в районе Москвы, и совсем слабо — на больших широтах, в полярных обла стях. Поэтому, если измерить число первичных частиц космического излучения на различных широтах, то можно будет сделать важные выво ды. Путем расчетов легко установить, что на данную широту могут попадать заряженные частицы, обладающие энергией выше опреде ленного уровня. В районе экватора заряжен ные частицы будут с особой силой отклоняться в магнитном поле, и в земную атмосферу попа дут лишь частицы значительных энергий. На больших широтах, ближе к полюсам, отклоняю щее действие магнитного поля незначительно. Сопоставляя измерения, сделанные на разных широтах, можно было бы определить энергию первичных частиц космического излучения.
Итак, нужно начать изучение частоты, интен сивности космических лучей на высоте десят ков километров в различных районах земного шара, на разных высотах. В 1936 году советские ученые приступили к таким исследованиям.