Ирина Радунская - Проклятые вопросы

Теперь учёные располагают исчерпывающими данными и о распределении, и о мощности этих поясов космических частиц, окружающих Землю. Оказалось, что наибольшая интенсивность внешнего поля проявляется на высоте в 20 тысяч километров от поверхности Земли. Причём мощность слоёв достигает наибольшей величины в области земного экватора и оказывается наименьшей в полярных областях. Ракета или спутник, которые пересекают внутренний пояс радиации, подвергаются бомбардировке частицами, создающими внутри космического корабля опасное для жизни излучение. Теперь конструкторы обитаемых космических аппаратов знают, что им надо позаботиться о защите космонавтов от этого излучения и выбрать траекторию так, чтобы она проходила по наименее опасному пути.

…Учёные продолжают рисовать карту мира космических лучей. Каждый новый запуск искусственного спутника Земли, ещё более тяжёлого, несущего на своем борту ещё более совершенную аппаратуру, каждая бороздящая просторы космоса ракета вписывают новую страницу в историю космических частиц.

Рождение гамма-астрономии, то есть наблюдение гамма-лучей приборами, расположенными на искусственных спутниках Земли и межпланетных аппаратах, позволило определить долю протонов и ядер в космических лучах. При этом используют известный механизм, который ведёт к рождению нейтральных пионов при столкновениях быстрых протонов и ядер между собой и с медленными протонами и ядрами, блуждающими в космическом пространстве. Известно, что пионы распадаются и при этом рождаются гамма-лучи. Если их интенсивность измерена, то остальное — дело математики.

Минувшее десятилетие породило ещё одно направление в физике космических лучей — нейтринную астрономию. Нейтрино, рождённое интуицией Паули как частица, необходимая для спасения законов сохранения энергии импульса при бета-распаде, так редко взаимодействует с веществом, что может беспрепятственно проходить через толщу Земли и выходить из недр Солнца — никакие взаимодействия с другими частицами не задержат её на этом пути.

В 1946 году итальянец, действительный член Академии наук СССР Б. М. Понтекорво, принимал участие в создании ядерного реактора в Канаде и искал способ экспериментально подтвердить теорию, предсказывающую выделение нейтрино при ядерных реакциях.

Он решил использовать реакцию нейтрино с ядром изотопа хлор-37, которое превращается в ядро изотопа аргон-37. Это ядро распадается, выделяя фотон рентгеновских лучей и электрон. Экспериментируя с ядрами аргона-37, Понтекорво, как он пишет, случайно установил неизвестную ранее возможность обнаруживать рождение электронов с чувствительностью, в миллион раз превышающую чувствительность известных тогда методов. Хлор-аргонный метод не только позволил изучать нейтрино, порождаемые в ядерных реакторах, и определить, что там рождаются не сами нейтрино, а их античастицы — антинейтрино, но и привёл к рождению нейтринной астрономии.

Нейтринной астрономией называют исследование нейтрино, приходящих к Земле в составе космических лучей.

Первый эксперимент с космическими нейтрино чуть не подорвал доверие к общепризнанной теории происхождения энергии Солнца и большинства звёзд.

Гипотеза о том, что солнечная энергия образуется в результате термоядерных реакций, была выдвинута в 1920 году А. Эддингтоном. В конце тридцатых годов Г. Бете детально проанализировал ход соответствующей реакции, в которой в результате ряда промежуточных шагов осуществляется объединение четырёх протонов в ядра гелия. При этом два положительных заряда выделяются в виде двух позитронов, что сопровождается выделением двух антинейтрино и большой (в масштабах ядерной реакции) порции энергии. Часть её превращается в кинетическую энергию и таким образом нагревает Солнце, остальная часть выделяется в виде фотонов, которые, теряя по пути часть своей энергии, доходят до поверхности Солнца и выявляются в форме солнечного света. Не вдаваясь в подробности, нужно сказать, что цепная реакция, рассмотренная Бете, состоит из ряда звеньев, в которых участвуют ядра углерода, азота и кислорода.

Здесь не место для подробного описания деталей этой реакции. Достаточно сказать, что измерения температуры и яркости поверхности Солнца показывают, что поток испускаемых им антинейтрино должен быть огромным. Но из-за большого расстояния плотность этого потока на поверхности Земли должна была быть несравненно ниже; «только» по сто миллиардов нейтрино на каждый квадратный сантиметр земной поверхности за каждую секунду.