Природа космических лучей
Алдошкин Ю. Г. Новые пути в физике Природа космических лучей В маленькой энциклопедии «Физика космоса» читаем: КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ – заряженные частицы высокой энергии, приходящие из космического пространства. Иногда интенсивность К. л. Резко возрастает за счет потоков частиц, порождаемых вспышками на Солнце (т. н. солнечные космические лучи). И далее: Вопрос о возможных механизмах ускорения частиц до энергий ~10^21Эв в деталях еще далек от окончательного решения. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. 2-е изд., - М.: Сов. энциклопедия, 1986. Конец цитаты. Обратимся также к учебному пособию В. С. Мурзина «Астрофизика космических лучей». Здесь сказано: Космические лучи – это стабильные частицы и ядра атомов, зародившиеся и ускоренные до высоких энергий где-то вне Земли, в необозримых просторах Вселенной. Еще одна цитата: В настоящее время отсутствует завершенная теория происхождения космических лучей … Мурзин В. С. Астрофизика космических лучей: Учебное пособие. – М.: Университетская книга; Логос, 2007. Конец цитаты. Исторически сложилось так, что космические частицы, обладающие высокой энергией, назвали космическими лучами. Мы придерживаемся сложившейся терминологии. В 20 веке осталась нераскрытой природа космических лучей, т. е. источник космических лучей и механизм ускорения заряженных частиц в космическом пространстве. После исправления ошибок в теории Максвелла стало возможным решить проблему. Решение укладывается в одно предложение, а именно: Космические лучи появляются в результате рассеяния заряженных частиц (протонов, электронов, ядер атомов) в космическом пространстве. Явление имеет электромагнитную природу. В процессе рассеяния заряженные частицы вступают в электромагнитное взаимодействие. В результате появляется некоторое количество частиц, энергия которых превосходит максимальную энергию частиц не начало рассеяния. Процесс происходит с соблюдением закона сохранения энергии системы частиц. Имеет место перераспределение энергии. С законом электромагнитного взаимодействия заряженных частиц можно ознакомиться в лекции 3 или в моей книге по электродинамике заряженных частиц. Подчеркну, мы рассматриваем случай скоростей частиц много меньших скорости света. Пока основным методом исследования динамики системы заряженных частиц является математическое моделирование. Приведены результаты моделирования. Рассмотрен для примера электронный газ, который на начало рассеяния сосредоточен в сфере объемом 1 см3 (радиус равен 0.62 см). По каждой координате примем случайное равномерное распределение. Начальное распределение скоростей также является равномерным по каждой координате. Величина каждой координаты скорости не превышает 100 см/сек. Результаты двух вариантов моделирования. Вариант 1. Число электронов N=300. Будем сравнивать средние скорости 4-х самых быстрых электронов в начале и конце моделирования (после окончания релаксации). В начале моделирования 〖v0〗_((4) )=152 см/сек, в конце моделирования 〖vf〗_((4) )=230 см/сек. Отношение второй величины к первой (коэффициент усиления скорости) k_v=1.5. Вариант 2. N=1200, 〖v0〗_((4) )=160 см/сек, 〖vf〗_((4) )=230 см/сек, коэффициент усиления скорости k_v=2.6. Таким образом, увеличение количества частиц приводит к росту коэффициента усиления скорости. На рисунках представлены типичные графики распределения положений и скоростей частиц после релаксации. Под релаксацией мы понимаем интервал времени, после которого распределения практически не изменяются. Радиус сферы, содержащей частицы, увеличивается. Графики относятся к варианту, котором количество частиц равно 1200. По оси абсцисс отложено расстояние от начала координат. На нижних графиках представлены распределения для нейтральных частиц. Их масса равна массе электрона. Начальные распределения такие же, что и у электронов. Эти графики приведены для сравнения поведения нейтральных и заряженных частиц. На левых графиках представлено распределение положений частиц в сферических слоях. Количество слоев равно 15-и. По оси ординат отложена величина отношения числа частиц в каждом сферическом слое к общему количеству частиц, т. е. к 1200. На правых графиках представлено распределение скоростей. Оно характеризуется средней скоростью частиц в каждом сферическом слое. Эффект появления быстрых частиц очевиден. Облако заряженных частиц работает как генератор быстрых частиц.
Алдошкин Ю. Г. Новые пути в физике Природа космических лучей В маленькой энциклопедии «Физика космоса» читаем: КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ – заряженные частицы высокой энергии, приходящие из космического пространства. Иногда интенсивность К. л. Резко возрастает за счет потоков частиц, порождаемых вспышками на Солнце (т. н. солнечные космические лучи). И далее: Вопрос о возможных механизмах ускорения частиц до энергий ~10^21Эв в деталях еще далек от окончательного решения. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. 2-е изд., - М.: Сов. энциклопедия, 1986. Конец цитаты. Обратимся также к учебному пособию В. С. Мурзина «Астрофизика космических лучей». Здесь сказано: Космические лучи – это стабильные частицы и ядра атомов, зародившиеся и ускоренные до высоких энергий где-то вне Земли, в необозримых просторах Вселенной. Еще одна цитата: В настоящее время отсутствует завершенная теория происхождения космических лучей … Мурзин В. С. Астрофизика космических лучей: Учебное пособие. – М.: Университетская книга; Логос, 2007. Конец цитаты. Исторически сложилось так, что космические частицы, обладающие высокой энергией, назвали космическими лучами. Мы придерживаемся сложившейся терминологии. В 20 веке осталась нераскрытой природа космических лучей, т. е. источник космических лучей и механизм ускорения заряженных частиц в космическом пространстве. После исправления ошибок в теории Максвелла стало возможным решить проблему. Решение укладывается в одно предложение, а именно: Космические лучи появляются в результате рассеяния заряженных частиц (протонов, электронов, ядер атомов) в космическом пространстве. Явление имеет электромагнитную природу. В процессе рассеяния заряженные частицы вступают в электромагнитное взаимодействие. В результате появляется некоторое количество частиц, энергия которых превосходит максимальную энергию частиц не начало рассеяния. Процесс происходит с соблюдением закона сохранения энергии системы частиц. Имеет место перераспределение энергии. С законом электромагнитного взаимодействия заряженных частиц можно ознакомиться в лекции 3 или в моей книге по электродинамике заряженных частиц. Подчеркну, мы рассматриваем случай скоростей частиц много меньших скорости света. Пока основным методом исследования динамики системы заряженных частиц является математическое моделирование. Приведены результаты моделирования. Рассмотрен для примера электронный газ, который на начало рассеяния сосредоточен в сфере объемом 1 см3 (радиус равен 0.62 см). По каждой координате примем случайное равномерное распределение. Начальное распределение скоростей также является равномерным по каждой координате. Величина каждой координаты скорости не превышает 100 см/сек. Результаты двух вариантов моделирования. Вариант 1. Число электронов N=300. Будем сравнивать средние скорости 4-х самых быстрых электронов в начале и конце моделирования (после окончания релаксации). В начале моделирования 〖v0〗_((4) )=152 см/сек, в конце моделирования 〖vf〗_((4) )=230 см/сек. Отношение второй величины к первой (коэффициент усиления скорости) k_v=1.5. Вариант 2. N=1200, 〖v0〗_((4) )=160 см/сек, 〖vf〗_((4) )=230 см/сек, коэффициент усиления скорости k_v=2.6. Таким образом, увеличение количества частиц приводит к росту коэффициента усиления скорости. На рисунках представлены типичные графики распределения положений и скоростей частиц после релаксации. Под релаксацией мы понимаем интервал времени, после которого распределения практически не изменяются. Радиус сферы, содержащей частицы, увеличивается. Графики относятся к варианту, котором количество частиц равно 1200. По оси абсцисс отложено расстояние от начала координат. На нижних графиках представлены распределения для нейтральных частиц. Их масса равна массе электрона. Начальные распределения такие же, что и у электронов. Эти графики приведены для сравнения поведения нейтральных и заряженных частиц. На левых графиках представлено распределение положений частиц в сферических слоях. Количество слоев равно 15-и. По оси ординат отложена величина отношения числа частиц в каждом сферическом слое к общему количеству частиц, т. е. к 1200. На правых графиках представлено распределение скоростей. Оно характеризуется средней скоростью частиц в каждом сферическом слое. Эффект появления быстрых частиц очевиден. Облако заряженных частиц работает как генератор быстрых частиц.