54). Космические лучи и магнитные поля в Галактике.

Косми?ческие лучи? — элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве.

Физику космических лучей принято считать частью физики высоких энергий и физики элементарных частиц.

Проходя через земную атмосферу, космические лучи сталкиваются с молекулами воздуха и порождают много новых энергичных частиц (вторичные космические лучи).

По химическому составу первичные космические лучи отличаются от вещества большинства звезд относительно большим содержанием некоторых элементов, особенно лития, бериллия и бора, которые практически отсутствуют в космосе, так как легко “выгорают” в звездах из-за ядерных реакций.

Аномально высокое содержание лития, бериллия и бора в космических лучах объясняется расщеплением более тяжелых ядер из-за столкновений с ядрами атомов межзвездного газа (в основном с протонами и альфа-частицами). Эти столкновения увеличивают относительное количество легких ядер и уменьшают содержание тяжелых элементов (особенно железа). Для того чтобы в потоке космических лучей образовалось наблюдаемое количество Li, Be и В, необходимо, чтобы они прошли слой вещества, содержащий не менее 3 г/см². Поскольку космические лучи обладают изотропией, в отличие от распределения горячих звезд и межзвездной среды, для оценки величины пройденного ими пути необходимо принять плотность межзвездной среды, усредненную по всему сферическому объему с диаметром, равным поперечнику диска Галактики. Такое среднее значение плотности составляет около 10^-26 г/см³ или 0,01 атома водорода в 1 см³.

В общем случае движение заряженной частицы происходит по спирали вокруг силовых линий магнитного поля. Для типичной частицы космических лучей, движущейся в магнитном поле напряженностью 10^-6 э, радиус витка такой спирали составляет около стотысячной доли парсека (310¹³ см), или две астрономические единицы, что ничтожно мало по сравнению с размерами Галактики.

Изотропия космических лучей, т.е.

Среднее время, за которое одна частица проходит свой сложный путь от источника до Земли, получится, если найденное выше значение пути (10²⁷ см) поделить на скорость, близкую к световой, т.е. 310¹⁰ см/сек. Тогда получим, что это время порядка 3¹⁶ сек, т.е. составляет миллиарды лет. Зная время, в течение которого существуют наблюдаемые космические лучи, легко рассчитать необходимую мощность ихисточников.

Сущность явления межзвездной поляризации света заклю­чается в том, что от звезды к наблюдателю приходят волны о преимущественно одинаково ориентированным электрическим вектором.

среде из случайно движущихся магнитных облаков частицы должны испытывать статистическое ускорение. Действительно, если облако движется навстречу частице со скоростью и, то при отражении от облака, как от магнитной стенки, частица приобретает столько энергии, сколько при упругом ударе.

При образовании большей части основных структур межзвездной среды велика роль магнитного поля.

Первые свидетельства существования галактического магнитного поля были получены в 1949 г. на основе изучения распределения космических лучей. Космические лучи с энергиями частиц 3-Ю8 — 1018 эВ распределены в высокой степени изотропно, т. е. приходят в равном количестве со всех сторон (имеются в виду космические лучи несолнечного происхождения). Такая изотропия и необходимость удержания их в Галактике должны означать, что частицы имеют ларморовский радиус меньше толщины Галактики, а значит, магнитное поле должно быть не слабее 0,1 нТл (1 мкГс == = 10~6 Гс). Как показал С. Б. Пикельнер, такое поле должно существовать не только в диске Галактики, но и вне его (в гало).