Космические лучи

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ

      История производительных сил, так же как и история военной техники, неразрывно связана с развитием энергетики. Невозможно представить себе даже само существование таких мощных средств современной армии, как артиллерия, авиация, бронетанковые и механизированные войска, без использования в массовых масштабах тех или иных энергетических ресурсов. Без рационального использования энергии, заключенной в порохе, бензине, угле, не могли бы действовать и те сложнейшие механизмы, из которых состоит арсенал современной военной техники. На использовании наиболее мощных источников энергии, заключенных в недрах атомного ядра, основана колоссальная разрушительная сила атомной и водородной бомб.
      Советский Союз в июне 1954 г. сделал крупный шаг в деле мирного использования атомной энергии, введя в строй первую промышленную электростанцию на атомной энергии, которая дает ток для промышленности и сельского хозяйства. Таким образом, в деле мирного использования атомной энергии СССР уже оказался впереди капиталистических стран.
      Пуск первой атомной электростанции является важным событием в истории развития производительных сил, в истории человечества. Советская атомная электростанция — это великая победа человека над силами природы, решающий шаг в практическом использовании атомной энергии для мирных целей.
      Советские ученые неустанно заботятся об овладении самыми совершенными и мощными из известных им источников атомной энергии. Они знают, что их открытия будут направлены прежде всего на решение задач созидательного труда, для наиболее полного удовлетворения материальных и культурных потребностей трудящихся. Но и в этой области развитие техники всегда опиралось и будет опираться на достижения энергетики.
      В вопросах мирного использования атомной энергии советские ученые добились больших успехов и подходят к технически приемлемому решению задач использования атомной энергии для развития народного хозяйства. Причина здесь заключается прежде всего в том, что советские ученые начинают глубоко проникать в закономерности тех форм движения материи, которые определяют собой превращение атомных ядер и частичный переход их энергии в другие виды движения — тепло, свет, электричество.
      В свою очередь, труднейшая задача современной физики — познание свойств атомного ядра — требует от ученых овладения самыми разнообразными средствами воздействия на атомные ядра. Одним из таких весьма эффективных методов воздействия являются космические лучи. Именно это обстоятельство и привело к тому, что открытые почти полвека назад, но в свое время совершенно загадочные по своей природе и свойствам космические лучи лишь в течение примерно последних десяти лет попали в водоворот актуальнейших проблем современной физики. Характерной особенностью взаимодействия космических лучей с атомным ядром является то, что космические лучи могут приносить в ядра запасы энергии, во много раз превышающие все запасы самого ядра. В результате уже сами ядра становятся источником излучений совершенно новой, своеобразной природы. О необычных свойствах космических лучей, о воздействии их на атомные ядра и будет рассказано читателю в этой брошюре.
     
      КАК БЫЛИ ОТКРЫТЫ КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ?
     
      Задумывались ли вы когда-либо всерьез над выражением «ни зги не видно?» Иными словами, много ли света нужно человеческому глазу для того, чтобы получить какое-то, пусть самое неопределенное зрительное восприятие? Как показал впервые в своих опытах известный советский физик С. И. Вавилов, хорошо привыкший к темноте человеческий глаз обладает такой чувствительностью к световым вспышкам, которая может с успехом соперничать с наиболее тонкими из современных приборов, в частности с так называемыми фотоумножителями.
      Однако и такая огромная, в тысячи раз повышенная против нормальной чувствительность глаза становится совершенно бесполезной, как только вместо обычного видимого света мы будем облучать человека «светом» другого состава, например, тепловыми (инфракрасными) или ультрафиолетовыми лучами. В то же время с точки зрения физика разница между видимым и невидимым светом не так уж велика: и то и другое явление представляет собой высокочастотное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с огромной скоростью, около 300 тысяч километров в секунду, и все дело заключается лишь в сравнительно небольшой разнице в частоте колебаний этого поля.
      Наглядную физическую картину света можно получить, если представить себе особые волны, которые бегут во все стороны от источника света подобно волнам на поверхности воды от упавшего в воду предмета. Расстояние между соседними «гребнями» световых волн или так называемая длина волны по человеческим масштабам ничтожна — она измеряется десятыми долями микрона, причем именно эта длина волны (или обратно пропорциональная ей частота колебаний электромагнитного поля) целиком определяет собой цвет видимого нами света. Оказывается, что переход между всеми цветами радуги или, иными словами, по всему диапазону видимого света совершается при сравнительно небольшом изменении длины волны, примерно от 0,3 до 0,7 микрона.
      Любые световые волны, лежащие за пределами этого диапазона, уже не в состоянии оказывать фотохимического воздействия на сетчатку человеческого глаза, и это означает, что зрительное восприятие становится невозможным.
      Если речь идет об ультрафиолетовых, т. е. более коротких световых волнах, то более удачным, чем глаз, «индикатором» света является обычная фотографическая пластинка. В конце XIX века с помощью фотопластинок и других средств наблюдения ученые открыли невидимые лучи совершенно своеобразной природы, так называемые рентгеновы лучи, а затем и радиоактивные излучения. Характерной и практически очень важной особенностью рентгеновых лучей оказалась их способность глубоко проникать сквозь плотные вещества, причем совершенно независимо от того, насколько прозрачны эти вещества для видимого света.
      В чем здесь дело? Тщательные физические измерения показали, что длина волны у рентгеновых лучей в тысячи раз меньше, а частота колебаний соответственно в тысячи раз больше, чем у видимого света. С другой стороны, у видимого света длина волны во много раз превышает размеры отдельных атомов1 любого вещества, а частота колебаний электромагнитного поля примерно совпадает с частотой колебаний внешних электронов в атомах. Причем именно эти электроны, как правило, и определяют собой химические свойства данного вещества, являясь так называемыми валентными электронами.
      1 Напомним, что каждый атом состоит из положительно заряженного тяжелого ядра и легких, отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг ядра.
      Каков «механизм» поглощения видимого света в непрозрачном веществе? Встречая на своем пути атомы вещества, световые волны раскачивают внешние, наиболее слабо связанные в атоме электроны и затрачивают на это много энергии, которая переходит затем в тепловое движение атомов (или самих электронов). Лишь в тех, сравнительно редких случаях, когда частота колебаний электромагнитного поля отличается от всех частот колебаний различных электронов в атомах и молекулах, вещество оказывается прозрачным — световой луч проходит через него либо без всякого изменения, либо с изменением своего направления, т. е. испытывает рассеяние без поглощения.
      Как ведут себя в том же веществе рентгеновы лучи? Частота электромагнитных колебаний оказывается в этом случае настолько большой, что характерным видом взаимодействия лучей с веществом оказывается уже не «раскачивание» или «возбуждение» электронов в атомах, а полное их выбрасывание, процесс, который физики называют обычно ионизацией атома. Для правильного понимания этого процесса очень важно учитывать уже не волновые, а квантовые свойства излучения. Дело в том, что поглощение, так же как и испускание любого излучения, может происходить только отдельными порциями или квантами (их называют также фотонами). Оказывается, что энергия каждого кванта строго пропорциональна частоте колебаний электромагнитного поля (и тем самым обратно пропорциональна длине волны). Поэтому поток рентгеновых лучей в отличие от видимого света представляет собой как бы довольно разреженный поток фотонов, каждый из которых имеет очень большой запас энергии. При этом для передачи этой энергии отдельному электрону фотон должен пройти от него очень близко — на расстоянии порядка длины волны, т. е. в данном случае порядка размеров самого атома.
      Поскольку вероятность такой близкой «встречи» фотона с электроном очень мала, весь поток фотонов может проникать почти без потерь сквозь большие толщи вещества, будь то дерево, металл или человеческий организм.
      В результате «столкновения» фотона с одним из электронов атома электрон вылетает прочь, а сам атом превращается в положительно заряженный ион.
      Если процесс происходит в воздухе (или в другом газе), то в нем постепенно накапливаются положительные и отрицательные заряды. Такой процесс ионизации делает воздух проводником электричества. Основанный на явлении ионизации воздуха прибор — электроскоп (рис. 1), хорошо известный нам из школьного курса физики, является поэтому очень чувствительным индикатором рентгеновых лучей. Принцип его действия состоит в том, что утечка электричества через ионизированный воздух приводит к разрядке и спаду листочков. Благодаря этому скорость разрядки листочков может служить мерой ионизации воздуха.
      Электроскоп, как и другой, усовершенствованный для количественных измерений прибор электрометр (рис. 2), оказался неплохим средством и для обнаружения радиоактивных лучей, в частности гамма-лучей. Последние очень похожи на рентгеновы лучи, но получаются уже не искусственным путем (в рентгеновских трубках), а естественным — они имеют своим источником неустойчивые, самопроизвольно распадающиеся вещества (радий, уран и др.).
      Спустя несколько лет после открытия рентгеновых и гамма-лучей физики обнаружили один весьма загадочный факт. Оказалось, что ионизация воздуха в объеме электрометра происходит (хотя и в меньшей степени) даже в отсутствии каких-либо явных источников любого из указанных излучений.
      Многочисленные измерения с электрометрами, поставленные на ледниках, над поверхностью кристально чистых горных озер и на высоких башнях, куда, казалось бы, могла доходить лишь ничтожная часть гамма-лучей от радиоактивных «загрязнений», встречающихся в почве и земной коре, неизменно приводили к одному и тому же результату. Этот результат заключался в том, что в любых условиях опыта в каждом кубическом сантиметре атмосферного воздуха ежесекундно образуется не менее двух пар ионов.1
      1 Как будет ясно из дальнейшего, эта интенсивность ионизации воздуха относится только к уровню моря.
      Пытаясь найти объяснение этого непонятного явления все еще в радиоактивных излучениях земной коры, физики Гоккель, В. Гесс, В. Кольхерстер и другие совершили один за другим ряд полетов на воздушных шарах, достигнув высот вплоть до 9 км.
      Эти опыты, выполненные незадолго до начала первой мировой войны 1914 — 1918 гг., привели к новому, исключительному по своей неожиданности результату. Оказалось, что с увеличением высоты ионизация воздуха не только не падает, но, наоборот, возрастает весьма заметным образом. Как показали последующие опыты, выполненные уже с помощью шаров-зондов, нарастание ионизации с высотой происходит настолько сильно, что на высотах около 20 км она превышает нормальную почти в 200 раз.
      Единственно возможное и, как потом было доказано, совершенно верное объяснение этого странного явления заключалось в том, что из мирового пространства непрерывно приходит на Землю какое-то неизвестное ранее излучение, обладающее огромной проникающей способностью, по сравнению с которой проникающая способность любых рентгеновых лучей кажется поистине убогой.
      В любое время дня и ночи, в любом пункте земного шара и при любой погоде это излучение пронизывает все находящиеся на его пути препятствия, в том числе и человеческое тело.
      К счастью, интенсивность этого излучения сравнительно невелика, так что даже за пределами земной атмосферы каким-либо вредным воздействием этих лучей на живой организм, судя по всем имеющимся данным, можно практически пренебречь.
      Названное вначале «высотным» излучением или «ультраизлучением», это таинственное излучение вскоре получило в науке «права гражданства» под термином «космическое излучение», подчеркивающим происхождение этих лучей из мирового пространства — космоса.
     
      ЛУЧИ ИЛИ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ?
     
      Пытаясь разобраться в свойствах вновь открытых лучей, физики вначале причисляли их к тем же электромагнитным волнам, что и рентгеновы или гамма-лучи радия. Серьезным аргументом в пользу такого, как выяснилось потом, заблуждения была именно необычайная проникающая способность космических лучей.
      Действительно, если проанализировать состав различных радиоактивных лучей, то среди них можно выделить не только электромагнитные волны, но и потоки электрически заряженных частиц — легких отрицательных электронов (бета-частицы) или сравнительно тяжелых, положительно заряженных частиц (альфа-частицы).
      Проникающая способность бета-частиц и особенно альфа-частиц во много раз меньше, чем у гамма-лучей, несмотря на то, что все они несут примерно одинаковые запасы энергии.1
      1 Мерой энергии гамма-лучей является при этом энергия, которую несет каждый квант или фотон.
      Дело в том, что взаимодействие электрически заряженных частиц с атомарными электронами вещества простирается гораздо дальше, чем те небольшие расстояния, которые характерны для «столкновений» фотонов с электронами. Это приводит к тому, что потеря энергии альфа- и бета-частиц на ионизацию атомов вещества происходит гораздо чаще, чем потеря энергии в пучке фотонов. Однако нельзя забывать, что полное поглощение частиц или лучей произойдет только при полной потере их энергии, а если бы начальный запас энергии был очень велик, то и проникающая способность могла бы стать достаточно большой.
      Впервые правильная постановка альтернативы — «лучи или частицы» — возникла после опытов известного советского физика Д. В. Скобельцына. В 1927 году Скобельцын впервые применил к изучению космических лучей не обычный электрометр, а камеру Вильсона. Это прибор, который позволяет не просто регистрировать, а наблюдать, если не сами по себе невидимые лучи, то во всяком случае следы, оставленные ими при взаимодействии с веществом. Принцип устройства и работы этого прибора, названного по имени его изобретателя английского физика Ч. Вильсона, в общих чертах можно пояснить следующим образом (рис. 3).
      Сосуд с прозрачными стенками содержит в себе смесь насыщенных паров спирта (или другой жидкости) с каким-либо газом. Опусканием поршня или вообще путем расширения можно добиться резкого охлаждения газа в рабочем объеме, в связи с чем пар переходит в «пересыщенное» состояние и конденсируется в мельчайшие капельки тумана. Однако при соблюдении идеальной чистоты газа и всего объема камеры можно осуществить такие условия, когда туман, вообще говоря, не образуется, несмотря на наличие пересыщенного пара. И только при появлении отдельных ионов в объеме камеры на них начинают оседать молекулы жидкости, а пар конденсируется в капельки. Конденсация пара на ионах позволяет хорошо проследить путь любой заряженной частицы, которая разбивает на ионы молекулы газа вдоль всего своего пути в камере. Освещая камеру сильным пучком обычного света, можно не только наблюдать, но и фотографировать следы заряженных частиц.
      Важным дополнением к камере Вильсона в опытах Скобельцына явился магнит, который искривлял следы заряженных частиц (в частности бета-частиц радия) и позволял тем самым измерять их энергию.
      Действительно, хорошо известно, что магнитное поле отклоняет не только проводник с током1 но и отдельные заряженные частицы, заставляя их двигаться в простейшем случае по дуге окружности. Чем больше скорость и энергия (точнее, чем больше импульс — произведение скорости на массу частицы), тем слабее сказывается отклоняющее действие магнитного поля, тем меньше следы частиц будут отличаться от прямолинейных. Производя соответствующие наблюдения над бета-частицами радия, которые довольно сильно искривлялись магнитным полем, Скобельцын впервые обнаружил на отдельных снимках в камере Вильсона какие-то совершенно прямолинейные следы неизвестного происхождения.
      1 На этом явлении основана работа всех электромоторов.
      Понадобилась немалая прозорливость ученого, чтобы связать эти прямолинейные следы с космическими лучами, увидеть возможность объяснения огромной проникающей способности космических лучей за счет заряженных частиц огромной энергии. На рис. 4 приведен один из более поздних снимков в камере Вильсона с магнитным полем. В камере дополнительно помещена горизонтальная пластина свинца, которая позволяет исследовать взаимодействие заряженных частиц большой энергии с веществом.
      Здесь нам необходимо сделать небольшое отступление, чтобы познакомить читателя с той единицей, которой привыкли измерять энергию физики, работающие над исследованием отдельных «элементарных», в том числе и заряженных частиц материи. Этой единицей служит электрон-вольт, и он равен энергии, которую получает любая частица с зарядом электрона после разгона ее в электрическом поле с разностью потенциалов 1 вольт.
      Таким образом, например, каждый электрон, проходящий через нить лампы накаливания в городской сети, выделяет на своем пути энергию 120 электрон-вольт (сокращенно 120 эв). Измеренная в тех же единицах энергия одной бета-частицы радия составляет уже миллионы электрон-вольт. Скобельцын своими опытами впервые показал, что энергия заряженных частиц, связанных с космическими лучами, должна измеряться по крайней мере сотнями миллионов электрон-вольт (сокращенно Мэв).1
      1 Для сравнения укажем, что при взрыве атомной бомбы в расчете на один атом вещества выделяется не более 200 Мэв энергии.
      Дальнейшие опыты других физиков, которые проводились с помощью более совершенных камер Вильсона и более сильных магнитных полей, привели к еще более неожиданным открытиям. При изучении следов заряженных частиц различной энергии американский физик К. Андерсон и вслед за ним англичане Блеккет и Оккиалини (в 1933 году) обнаружили интересное явление, один из примеров которого изображен на прилагаемом снимке (рис. 5). Из одной и той же точки выходят две частицы одинаковой массы, одна с отрицательным, а другая с положительным зарядом. Как показали многие точные измерения аналогичных следов, отрицательно заряженная частица — это обычный электрон, каких много имеется в любом атоме вещества. Зато вторая частица (названная позитроном) была совершенно неизвестного типа, не встречавшаяся никогда раньше в «земных», лабораторных условиях. Как выяснилось впоследствии, позитрон в паре с электроном может появляться при прохождении
      гамма-кванта достаточно большой энергии сквозь электрическое поле атомного ядра, причем сам квант полностью исчезает, превращаясь в две новые заряженные частицы.1
      С другой стороны, пролетая с большой скоростью мимо других атомных ядер, и электрон и позитрон испытывают своеобразное торможение, теряя часть своей энергии на испускание новых гамма-квантов или фотонов.
      Именно второй процесс2 и происходит, например, в лабораторной рентгеновской трубке электронного типа, но только энергия получаемых здесь фотонов гораздо меньше, чем в космических лучах, когда она измеряется уже не тысячами, а многими миллионами электрон-вольт.
      Итак, было установлено, что гамма-лучи большой энергии могут рождать электроны (в паре с позитронами), но и электроны с тем же «успехом», точнее, примерно с той же вероятностью могут рождать гамма-лучи. Поэтому в земной атмосфере всегда имеется смешанный поток заряженных частиц и фотонов. Каков же состав исходного или, как принято говорить, первичного космического излучения, попадающего на границу земной атмосферы?
      1 Такой процесс физики называют теперь рождением электронно-позитронных пар.
      2 Этот процесс называют тормозным излучением.
     
      РЕЗУЛЬТАТЫ СТРАТОСФЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
     
      Для ответа на поставленный выше вопрос оставался, повидимому, единственный способ — подняться на достаточно большие высоты и провести там наблюдения над составом первичного космического излучения. Достаточно большими в данном случае приходится считать высоты, для которых слой воздуха над головой наблюдателя составляет порядка процента от всей толщи атмосферы и где, следовательно, давление воздуха измеряется миллиметрами ртутного столба. Это означает, что надо было подняться на высоты до 30 км над уровнем моря. Ясно, что не только в то время (30-е годы), но и сейчас подъем людей с камерами Вильсона на такие высоты пока невозможен3.
      3 Лишь в последние годы удалось осуществить подъем на эти высоты автоматически действующих камер.
      Выход состоял в том, чтобы заменить камеру Вильсона другим, более простым регистрирующим прибором, заставить работать всю аппаратуру без участия человека и поднять ее в стратосферу.
      В качестве такой аппаратуры американский физик Р. Милликен решил использовать самопишущие электрометры с ионизационными камерами, т. е. герметически закрытыми сосудами, в рабочем объеме которых и осуществляется ионизация газа, измеряемая электрометром.
      Еще более остроумный способ применил советский физик С. Н. Вернов, который вместо самопишущих устройств разработал метод радиозондов, т. е. устройств с автоматически действующими радиопередатчиками. При этом, наряду с ионизационными камерами, радиозонды могли снабжаться и другими, более чувствительными приборами. Речь идет о применении газоразрядных счетчиков, изобретенных немецким физиком Гейгером еще в 1913 году и называемых часто счетчиками Гейгера-Мюллера, или просто счетчиками Гейгера.
      Устройство и принцип действия счетчика Гейгера-Мюллера (в его современном виде) легко понять из рис. 6. Счетчик имеет катод, т. е. цилиндрическую оболочку из металла или из стекла с нанесенным на внутренней поверхности проводящим слоем. По оси цилиндра натянута металлическая нить, которая находится под большим 1000 в) положительным потенциалом по отношению к катоду. Герметически закрытый рабочий объем счетчика наполнен газом специального состава при сравнительно небольшом давлении. Напряжение на нить подбирается так, чтобы оно было заметно ниже того напряжения, при котором в счетчике может поддерживаться самостоятельный электрический разряд. При прохождении сквозь счетчик одной заряженной частицы, когда в рабочем объеме появляется несколько пар ионов, ускоряющее действие электрического поля вблизи от нити приводит к развитию бесшумного и весьма кратковременного электрического разряда. Связанный с этим разрядом скачок (импульс) напряжения на нити легко можно усилить специальным радиотехническим устройством и затем передать через радиопередатчик.
      Таким образом, счетчик Гейгера, как и камера Вильсона, обладает предельно высокой чувствительностью к заряженным частицам. Он способен считать их поодиночке, в отличие от ионизационной камеры, которая обычно может фиксировать лишь целую группу одновременно или последовательно проходящих через нее частиц.
      Казалось бы, счетчик все-таки никогда не заменит камеру Вильсона, в которой отклонение частиц магнитным полем позволяет не просто регистрировать, но и измерять энергию частиц. На самом деле, Вернову, как и Милликену, удалось все же использовать в своих опытах магнитное поле, но уже не искусственное, а естественное — то самое земное магнитное поле, которое действует на стрелку компаса.
      Вспомним, что отклоняющее действие магнитного поля на ток (или движущийся заряд) проявляется тем сильнее, чем больше угол между направлением тока и направлением магнитных силовых линий. Начертив схематически земной шар с силовыми линиями магнитного поля (рис.7), допустим, что из мирового пространства к Земле движется какая-либо заряженная частица. Ясно, что вблизи от магнитных полюсов Земли эта частица не будет испытывать никакого отклоняющего действия, зато вблизи от экватора отклоняющее действие должно быть максимальным.
      Расчеты показывают, что вблизи от экватора все вертикально падающие заряженные частицы с энергией менее 15 миллиардов электрон-вольт (1,5 х 10 в 10ст. эв) должны полностью заворачиваться магнитным полем Земли и уходить обратно в мировое пространство. В то же время, если бы все первичное излучение состояло из фотонов, а заряженные частицы возникали бы только в атмосфере (или в стенках измерительного прибора), никакой разницы между экватором и полюсом не было бы.
      Опыты, проведенные Верновым во время советской экваториальной экспедиции в 1937 — 1938 гг., показали, что интенсивность космических лучей в стратосфере в экваториальных широтах падает в 4 раза по сравнению с широтой Ленинграда. Отсюда можно было сделать вывод, что, по крайней мере, 75% первичного космического излучения состоит из заряженных частиц с энергиями до 15 миллиардов электрон-вольт.
      В дальнейшем было установлено, что и остальные 25% — это также заряженные частицы, но с энергиями свыше 15 миллиардов электронвольт. Наиболее точные измерения со счетчиками показали, что полный поток первичного излучения составляет около 1 частицы на 1 см2 поверхности в 1 секунду (у границы атмосферы на высоких широтах).
      Исключительная разреженность этого потока (и вместе с тем большая чувствительность соответствующей измерительной аппаратуры) станет ясной, если учесть, что идущий через обычную осветительную электролампу ток силой порядка 1 ампера представляет собой поток электронов с интенсивностью около 6 • 1018 частиц в 1 секунду, т. е. в миллиарды миллиардов раз больше.
      Таким образом, если бы даже космические лучи относились к типу видимых глазом излучений, то и предельно адаптированный (т. е. привыкший к полной темноте) человеческий глаз не смог бы получить от них никакого зрительного восприятия просто вследствие недостаточной интенсивности излучения.
      Помимо энергии частиц и интенсивности их потока, одной из важнейшей характеристик первичного космического излучения является его состав. Как выяснилось лишь сравнительно недавно (1949 год), первичное излучение состоит примерно на 80% из протонов (атомных ядер водорода), почти на 20% из ядер гелия (альфа-частиц) и лишь доли процента составляет «примесь» других, еще более тяжелых атомных ядер (углерода, азота, кислорода и других элементов).
      Анализируя процентное содержание различных ядер в первичном излучении, ученые обратили внимание на то, что оно в основном совпадает с относительной распространенностью тех же ядер, изученной методом спектрального анализа в составе звездных атмосфер и туманностей. Отсюда было сделано предположение, что поток космических лучей непрерывно черпается из атомов звездного вещества, лишенных своих электронов вследствие колоссальных температур окружающей среды.
      Подведем краткий итог всему, что было сказано выше о природе первичного, истинно космического излучения. Космические лучи представляют собой весьма разреженный поток атомных ядер, приходящих в земную атмосферу из мирового пространства с огромными энергиями, которые измеряются в среднем миллиардами электронвольт. Эти колоссальные энергии определяют собой исключительные свойства космических лучей, резко отличающие их от всех остальных излучений, свойства, которые раскрываются в процессах воздействия этих лучей на вещество.
     
      ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
      НА АТОМНЫЕ ЯДРА ВЕЩЕСТВА
     
      Если бы приведенные выше современные представления о природе первичного излучения изложить лет 20 назад специалистам-физикам, то они были бы отвергнуты, казалось бы, с полным к тому основанием. Дело в том, что состав космических лучей, регистрируемых различной аппаратурой на уровне моря и даже на высоких горах, не имеет почти ничего общего с излучением, приходящим в атмосферу Земли из мирового пространства. Вместо атомных ядер здесь наблюдаются, если говорить только о заряженных частицах, в основном электроны, позитроны и особые частицы — мезоны, о свойствах которых будет рассказано ниже. Кроме того, в составе излучения можно наблюдать и гамма-лучи большой энергии и электрически нейтральные частицы, входящие в состав всех атомных ядер (кроме водородного), — нейтроны. Положение осложняется тем, что, кроме этих основных частиц, космические лучи содержат в себе сравнительно небольшую «примесь» других, никому ранее неизвестных частиц (и заряженных и нейтральных), список которых продолжает пополняться вплоть до самого последнего времени.
      В чем же заключается причина столь резкого различия в природе первичного излучения и той весьма «пестрой» смеси различных частиц и лучей, которую объединяют обычно под общим термином «вторичные излучения»?
      Для того, чтобы подойти к ответу на этот вопрос, придется сделать небольшое отступление в сторону и ознакомить читателя еще с одним, наиболее простым по своей идее и при этом наиболее наглядным методом изучения космических лучей. Речь идет о фотографических пластинках, которые уже давно применяются в художественной и документальной фотографии для получения изображений всех тех предметов, которые можно видеть как простым, так и оптически вооруженным глазом.
      Еще в 1928 году ленинградский физик Л. В. Мысовский высказал идею о том, что при некотором усовершенствовании фотопластинок их можно приспособить для изучения следов заряженных частиц и, в частности, альфа-частиц, испускаемых радиоактивными препаратами.1
      1 Следует иметь в виду, что из-за малой толщины этих следов их рассматривают под микроскопом с увеличением и сотни раз.
      Усовершенствование состояло прежде всего в увеличении толщины нанесенного на стекле слоя фотоэмульсии (до 50 микрон вместо 20), а также в изменении рецептуры приготовления и проявления самой фотоэмульсии. По сравнению с современными фотопластинки того времени обладали малой чувствительностью и позволяли регистрировать далеко не все заряженные частицы, а лишь те, наиболее тяжелые и сравнительно медленно движущиеся, которые обладали сильно повышенной способностью ионизировать атомы и молекулы вещества. Типичная микрофотография следа одной из таких частиц приведена на рис.9.
      Применение фотопластинок Мысовского к изучению космических лучей началось в СССР двадцать лет назад (в 1934 году), с тех пор как ученик Мысовского А. П. Жданов попробовал проявить партию пластинок, специально поднимавшихся самолетом на довольно большие высоты.
      Большой интерес к этим опытам возник после того, как физики стали подмечать в проявленных ими фотоэмульсиях особые явления, получившие название «звезд». Одна из таких «звезд» изображена (при большом увеличении) на рис. 10. Характерным признаком «звезды» (с которым и связан сам термин) являются расходящиеся из общего центра следы заряженных частиц. Предложенное Мысовским и другими объяснение этого своеобразного явления заключается в следующем. Частицы космического излучения обладают настолько большой энергией, что, проникая вглубь вещества, они не только выбивают из атомов отдельные электроны, но, сталкиваясь в некоторых, довольно редких случаях с положительно заряженными ядрами атомов, могут разрушать и сами ядра. Как известно, все атомные ядра состоят из частиц двух сортов — положительно заряженных протонов и электрически нейтральных частиц — нейтронов. При достаточно эффективном воздействии на ядро из него могут вылетать не только отдельные протоны и нейтроны, но может произойти вообще полный «развал» ядра на все его составные части. Вылетающие при этом нейтроны ускользают от наблюдения, зато многие, а в современных пластинках и все протоны дают хорошо различимые следы, образующие «звезду».1
      1 Причина, почему только заряженные частицы могут давать изображение в фотоэмульсии, состоит в том, что фотографический процесс имеет много общего с процессом ионизации атомов и обусловлен электрическим взаимодействием исходной частицы с внешними (валентными) электронами атомов.
      Как выяснилось уже в первых исследованиях, далеко не все частицы космического излучения могут одинаково успешно воздействовать на атомные ядра. Это связано не только с тем, что разные частицы имеют разную энергию, но прежде всего с глубоким различием их свойств.
      Входящие в состав первичного излучения протоны и более сложные атомные ядра вызывают очень интенсивные ядерные превращения или, как их принято называть, ядерные расщепления. Точно так же некоторые выбитые при этих расщеплениях новые ядерные частицы (как протоны, так и нейтроны) обладают все еще достаточно большой энергией, чтобы расщеплять встречающиеся на их пути новые ядра атомов воздуха.1
      1 Процесс таких последовательных расщеплений получил название ядерно-каскадного процесса.
      В результате этого космические лучи оказываются причиной непрерывно идущих в атмосфере ядерных превращений различного типа, и в этом их коренное отличие от всех остальных, известных ранее типов излучений.
      Хорошо известно, что даже видимый свет способен вызывать в некоторых веществах химические превращения (реакции), и это связано с воздействием света на внешние электроны атомов. Обладающие более высокими энергиями кванты (или фотоны) рентгеновых лучей могут вызывать гораздо более серьезные и глубокие изменения в движении электронов, окружающих атомное ядро. Одним из следствий этих изменений является, в частности, холодное свечение (люминесценция) некоторых веществ — явление, которым с успехом пользуются, например, в медицине при рентгеновском просвечивании человеческого организма. Однако рентгеновы лучи никогда не вызывают никаких ядерных превращений (их называют также ядерными реакциями), а физическая природа вторичного свечения в общем та же, что и природа самих рентгеновых лучей.
      Между тем характерным свойством космических лучей2 является то, что они не только интенсивно вызывают ядерные реакции в атмосфере и вообще во всех встречающихся на их пути веществах, но и радикально изменяют при этом свой состав.
      2 В данном случае имеется в виду первичное космическое излучение.
      В течение примерно 10 лет после первых наблюдений над ядерными реакциями под действием космических лучей эта связь между превращением ядер вещества и превращением первичного излучения во вторичное оставалась неуловимой. Решающие сдвиги в этом вопросе наметились лишь в результате исследований, проведенных советскими физиками уже после Великой Отечественной войны.
      Во время исследований, проводившихся Академией наук СССР в горах Памира и в стратосфере под руководством Д. В. Скобельцына, В. И. Векслера, Н. А. Добротина и С. Н. Вернова, ученые обнаружили вызванные космическими лучами ядерные реакции особого типа. Оказалось, что ядерно-активные частицы (протоны и нейтроны) большой энергии именно в процессе расщепления атомных ядер могут образовывать электроны и другие, непохожие на протон заряженные частицы. В отличие от обычных «звезд» такие мощные ядерные расщепления были названы электронно-ядерными ливнями. Снимок одного из типичных электронно-ядерных ливней в камере Вильсона приведен на рис. 11. Дальнейшие опыты, проведенные английской группой физиков во главе с С. Ф. Поуэллом, помогли окончательно разобраться в свойствах электронно-ядерных ливней с помощью специально усовершенствованных фотопластинок высокой чувствительности.
      Как выяснилось, характерной особенностью любого электронно-ядерного ливня является то, что в результате ядерного взрыва образуются новые частицы — мезоны. Обладая массой, промежуточной между массами электрона и протона1 мезоны могут быть нескольких сортов, отличающихся между собой как по массе, так и по наличию или отсутствию электрического заряда2.
      1 Отсюда и произошло название «мезон» (или мезотрон), т. е. частица с промежуточной массой.
      2 Аналогичная частица (так называемый мю-мезон) была обнаружена впервые еще в 1937 году, но ее происхождение тогда представлялось совершенно загадочным.
      Несмотря на большое разнообразие в типах мезонов, все мезоны, возникающие в электронно-ядерных ливнях, обладают двумя характерными особенностями, которые заслуживают того, чтобы остановиться на них более подробно.
     
      «СЕКРЕТ» УСТОЙЧИВОСТИ АТОМНЫХ ЯДЕР
      И САМОПРОИЗВОЛЬНЫЙ РАСПАД МЕЗОНОВ
     
      Примерно в те же годы, когда производились первые исследования космических лучей, ученые начали подходить и к правильным представлениям о строении атома. Как показали впервые опыты английского физика Резерфорда, почти вся масса атома сосредоточена в пределах ничтожно малой центральной его части — атомного ядра, размеры которого примерно в сто тысяч раз меньше размеров самого атома.
      Лишь два десятка лет спустя физики на основании различных наблюдений над ядерными превращениями выяснили, что в составе атомного ядра имеются положительно заряженные частицы — протоны и электрически нейтральные частицы — нейтроны, но нет ни одной отрицательно заряженной частицы (впервые эта мысль была высказана советским физиком Д. Д. Иваненко в 1933 году). Между тем хорошо известно, что одноименные электрические заряды отталкиваются, причем на очень малых расстояниях силы отталкивания очень возрастают.
      Как можно объяснить, что, несмотря на это отталкивание и на отсутствие электрического заряда у нейтронов, атомное ядро представляет собой все-таки очень устойчивую и притом очень «компактную» систему? Единственно правильное объяснение этого удивительного факта состоит в том, что силы электрического отталкивания с избытком компенсируются какими-то другими силами, которые действуют между любыми двумя ядерными частицами независимо от того, заряжены они или нет. Эти особые, неизвестные ранее силы получили название «ядерных» сил. Одной из своеобразнейших особенностей ядерных сил оказалось то, что они, как говорят физики, имеют обменную природу. Пояснить этот термин можно на примере взаимодействия нейтрона с протоном, наглядное представление о котором дает рис.12.
      И нейтрон и протон являются своего рода источниками непрерывного испускания мезонов (положительных и отрицательных), подобно тому, как все электрически заряженные частицы могут быть источником квантов (или фотонов) электромагнитного поля и, в частности, обычного света. Испуская положительный мезон, протон одновременно превращается в нейтрон1 зато другой нейтрон, поглотив почти мгновенно этот положительный мезон, сразу же превращается в протон, и в результате обе частицы обмениваются не только зарядами, но и какой-то энергией.
      1 Это превращение происходит в соответствии с законом сохранения общего электрического заряда.
      Таким образом, взаимодействие нейтрона с протоном представляет собой своеобразный непрерывный обмен заряженными мезонами и точно так же взаимодействие двух одинаковых частиц (протона с протоном или нейтрона с нейтроном) — это обмен электрически нейтральными мезонами.
      Спрашивается, как можно проверить изложенные здесь представления о ядерных силах? Очевидно, для этого надо найти какой-то способ выделить в «чистом виде» мезоны, «извлечь» эти частицы из атомного ядра, Положение дел здесь аналогично тому, какое было в физике до опытов А. С. Попова и Г. Герца с радиоволнами. До тех пор, пока ученые не научились выделять в чистом виде электромагнитное поле (в виде радиоволн), они не могли доказать, что электромагнитное поле это такая же реальность, как и обычное вещество. Орудием, с помощью которого сама природа непрерывно осуществляет выделение, точнее «выбивание» мезонов из атомного ядра, и являются космические лучи.
      Как было уже отмечено выше, лишь совсем недавно (около пяти лет назад), изучая в космических лучах процессы образования электронно-ядерных ливней, физики получили возможность ознакомиться и со свойствами тех мезонов, которыми обмениваются между собой частицы любого атомного ядра. Среди многих сортов мезонов наиболее важным оказался так называемый п-мезон (пи-мезон) — частица, которая в 275 раз тяжелее электрона и в 6,7 раза легче протона и нейтрона.
      Основным свойством этого мезона является интенсивное взаимодействие его как с отдельными ядерными частицами, так и с любыми сложными ядрами. Почти каждое столкновение п-мезона е ядром завершается его поглощением.
      Наблюдая поглощение наиболее медленных, почти совершенно остановившихся мезонов, можно убедиться, что каждый из них приносит с собой довольно значительный запас энергии — около 140 миллионов электрон-вольт (140 Мэв) — по сравнению с тем запасом, которым обладает «нормальное» устойчивое ядро. Эта избыточная энергия настолько велика, что ядро как бы «вскипает», выбрасывая из себя несколько ядерных частиц, протонов и нейтронов.
      Однако взаимодействие пи-мезонов с ядрами не является тем основным процессом, который определяет их судьбу после рождения в электронно-ядерных ливнях.
      В то время, как непрерывное испускание и поглощение мезонов обеспечивает устойчивость любого атомного ядра, сам по себе мезон в свободном состоянии оказывается крайне неустойчивой частицей. Особенно недолговечен нейтральный пи-мезон — он «живет» всего лишь около 10-14 секунды, после чего самопроизвольно «рассыпается» или, как принято говорить, распадается на два обычных электромагнитных кванта (фотона). Более устойчив заряженный пи-мезон, который «живет» в среднем несколько стомиллионных долей секунды (точнее, 2,5 х 10 в -8ст. сек.).
      Одним из продуктов распада пи-мезона является снова неустойчивая частица — м-мезон (м — греческая буква мю).
      Распад остановившегося ц-мезона можно наблюдать без труда (снимок подобного события в камере Вильсона показан на рис. 13), но распад его «на лету» происходит сравнительно медленно, ц-мезон «живет» уже достаточно долго для того, чтобы во многих случаях успеть пройти не только сквозь всю земную атмосферу, но и далеко (на несколько километров) вглубь земли.
      Характерной особенностью ц-мезона по сравнению с л-мезоном является то, что он слишком слабо взаимодействует с атомными ядрами и именно поэтому может почти беспрепятственно проникать сквозь огромные толщи вещества. Так, например, м-мезон с энергией в 1 миллиард электрон-вольт может пройти сквозь стальную броню толщиной 65 см. Для того, чтобы подсчитать проникающую способность м-мезонов любой энергии, удобно измерять толщину пройденного ими слоя вещества в особых единицах — г/см2. Эти единицы показывают вес (в граммах) того столбика, который вырезается из всего слоя при поперечном сечении 1 см2.
      В слое вещества толщиной 1 г/см2 м-мезон теряет около 2 Мэв энергии; вся эта энергия уходит на ионизацию атомов вещества, а ее величина довольно слабо зависит от конкретного химического состава.1
      1 Так, например, разница между воздухом и наиболее тяжелыми по атомному весу веществами (свинец, золото) получается меньше, чем вдвое.
      Таким образом, появление заряженных мезонов определяет собой исключительную проникающую способность космических лучей, далеко превышающую все то, что характеризует остальные известные науке виды излучений. Поэтому мезоны (точнее, именно ц-мезоны) принято называть проникающей или «жесткой» компонентой космических лучей.
      Совсем по-иному ведут себя «потомки» нейтральных п-мезонов. Те фотоны (гамма-лучи), которые являются продуктами их распада, к дальнейшим распадам уже неспособны. Зато для них характерны превращения другого, уже отмеченного ранее типа — превращения в электронно-позитронные пары при прохождении вблизи от атомных ядер. Особенно интенсивно этот процесс происходит при прохождении вблизи от атомных ядер с большим атомным весом, таких, как, например, свинец. Поэтому свинцовая броня толщиной около 10—15 см оказывается уже надежной защитой от фотонов даже очень большой энергии. С другой стороны, процессы превращения фотонов в пары легких заряженных частиц (электронов и позитронов) сопровождаются дальнейшим испусканием новых фотонов каждой из этих заряженных частиц1. Получается своеобразная лавина или каскад, в котором по мере увеличения общего числа частиц постепенно снижается их средняя энергия до тех пор, пока энергии становится уже недостаточно для образования новых электронно-позитронных пар. Таким образом, под действием космических лучей в земной атмосфере, да и в плотных веществах (особенно таких тяжелых, как свинец) непрерывно образуются потоки или ливни2, состоящие из смеси большого числа фотонов, электронов и позитронов.
      1 Этот процесс тормозного излучения характерен только для легких заряженных частиц (электрон, позитрон), а для таких тяжелых, как мезон или протон, он практически не идет.
      2 Эти ливни называются каскадными в отличие от электронноядерных.
      Эти ливни поглощаются в сравнительно небольших толщинах вещества и поэтому входят в состав так называемой «мягкой» (т. е. легко поглощаемой) компоненты космических лучей.
      Снимок электронно-ядерного ливня в камере Вильсона, иллюстрирующий образование многих разнообразных частиц, уже приведен на рис. 11, а на рис. 14 дается схема тех основных процессов, которые определяют собой образование вторичного измерения за счет электронно-ядерных ливней в атмосфере.
      Подводя итог всему, что сказано в этом разделе, можно проследить, как процесс образования и распада различных мезонов приводит к развитию вторичного космического излучения. Это вторичное излучение состоит в основном из «жесткой» (ц-мезоны) и «мягкой» (электроны, позитроны, гамма-лучи) частей, и оно уже неспособно к сколько-нибудь эффективному воздействию на атомные ядра вещества. Этим и объясняется то обстоятельство, что наиболее интересные и характерные для первичного излучения ядерные процессы большой энергии были обнаружены и изучены в космических лучах лишь в самое последнее время.
     
      КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ
      НА СЛУЖБЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ
     
      Несмотря на крупные достижения за последние годы в раскрытии основных свойств космического излучения и законов взаимодействия его с веществом (значительная часть которых связана с именами советских ученых), было бы ошибкой считать, что это сложное явление природы уже не содержит в себе проблем и загадок. Достаточно сказать, что каждый год приносит открытия все новых и новых частиц вторичного излучения, список которых сейчас далеко выходит за пределы десятка.
      Значительно проще обстоит дело с выяснением состава первичного космического излучения, зато именно с первичным излучением связана одна из наиболее трудных и «старых» проблем — проблема происхождения космических лучей. Сравнительно нетрудно выяснить, как получается то или иное невидимое излучение, источник которого находится в лаборатории физика или в окружающей его горной породе, как это было, например, с рентгеновыми или радиоактивными излучениями.
      Но как можно узнать, где и как образуется излучение, равномерно и непрерывно падающее на земной шар из мирового пространства, откуда черпают отдельные частицы этого излучения свою гигантскую (по атомным масштабам) энергию? Вплоть до самого последнего времени эта область физики космических лучей была ареной самой необузданной фантазии и совершенно необоснованных гипотез. Лишь после выяснения, с одной стороны, состава первичного космического излучения, а с другой, — тех физических условий, которые имеются вблизи крупных небесных тел и в межзвездном пространстве, можно было намечать правильные пути решения задачи.
      Детальное изучение природы и многочисленных свойств космических лучей позволило физикам найти правильный научный подход к разрешению проблемы их происхождения. Дело в том, что вплоть до самого последнего времени представлялось невозможным не только указать на источник космических лучей в мировом пространстве, но и понять хотя бы принципиальную возможность появления лучей столь исключительной энергии.
      Если бы, например, космические лучи приходили на Землю непосредственно от Солнца, то их интенсивность в разное время суток была бы совершенно различна, как и интенсивность обычного солнечного света в дневное и ночное время. Между тем многочисленные опыты позволили установить лишь весьма незначительную зависимость излучения от времени суток или года.
      Советские физики-теоретики Я. П. Терлецкий, В. Л. Гинзбург, зарубежные ученые Ферми, Альфвен и
      другие немало потрудились над анализом тех возможностей, которые представляются в различных местах нашей звездной системы (Галактики) для появления заряженных частиц большой энергии.
      Принципиально новые, уже не только теоретические, но и экспериментальные возможности открылись в связи с крупными успехами радиоастрономии — науки, занимающейся изучением радиоволн, приходящих на Землю от далеких звезд и туманностей. Именно радиоастрономия позволяет обнаруживать в мировом пространстве источники заряженных частиц большой энергии, источники, которые скорее всего имеют прямое отношение и к образованию космических лучей.
      В связи с успехами астрофизики и радиоастрономии сейчас уже можно утверждать, что наиболее многообещающий путь в решении проблемы происхождения космических лучей связан с изучением свойств тех громадных по своей протяженности, хотя и довольно слабых электромагнитных полей космического происхождения, в которых отдельные заряженные частицы (атомные ядра) могут ускоряться, накапливая огромную энергию.
      Плодотворность этого научного направления подтверждается и тем, что именно ускорение в различного рода электромагнитных полях является основой для решения одной из труднейших технических проблем — проблемы получения искусственных космических лучей.
      Принципиальное решение этой проблемы связано с идеями, которые впервые были высказаны советским физиком В. И. Векслером еще в 1944 году. Однако лишь в самое последнее время удалось практически осуществить машины (так называемые «космотроны»), дающие пучки заряженных частиц (протонов) с энергиями, близкими к космическим, но с гораздо большими интенсивностями излучения.
      Колоссальные затраты материальных и энергетических ресурсов, которые связаны со строительством и обслуживанием «космотронов»1 уже сейчас в значительной степени оправдываются теми преимуществами, которые сулит применение искусственных лучей по сравнению с естественными.
      1 По сообщениям американской печати, эти затраты исчисляются миллионами долларов и десятками тысяч киловатт электроэнергии.
      В чем же состоят недостатки естественных космических лучей и какое применение могут найти в науке или технике такие лучи, будь они естественного или искусственного происхождения? Основные недостатки природного космического излучения связаны, во-первых, с разреженностью их потока и, во-вторых, с неуправляемостью как в отношении распространения этого потока в воздухе или веществе, так и в отношении состава частиц. Необычайная разреженность природного излучения приводит прежде всего к тому, что какие-либо надежды на использование его в качестве источника энергии заведомо обречены на неудачу. Простые подсчеты показывают, что, даже научившись собирать всю энергию космических лучей с площади в сотни квадратных километров, мы смогли бы иметь двигатель мощностью около 1 лошадиной силы.
      Та же разреженность в сочетании со сложностью состава космических лучей в глубине атмосферы приводит к тому, что наблюдать интересующие нас процессы взаимодействия космических лучей большой энергии с атомными ядрами удается сравнительно редко. Причем, как правило, невозможно определить ни энергию, ни природу той частицы, которая создала данный ливень на одном из атомных ядер вещества.
      И тем не менее именно космические лучи являются основным орудием, посредством которого современная физика проникает далеко вглубь атомного ядра, постигает самые сокровенные тайны строения материи.
      Мы уже говорили о том, что воздействие космических лучей с их огромной энергией позволяет «выбивать» из атомных ядер и наблюдать в свободном виде те особые неустойчивые частицы — мезоны, которые определяют собой природу сил, сковывающих отдельные частицы атомных ядер (протоны и нейтроны) в устойчивую и притом исключительно компактную систему.
      Более того, оказалось, что некоторые из мезонов представляют собой на самом деле те же самые ядер-ные частицы (протоны или нейтроны), только в особых сильно возбужденных, но крайне недолговечных состояниях.
      Наконец, изучение сложнейших процессов взаимного превращения различных частиц вторичного излучения позволило вплотную подойти к одной из самых сокровенных загадок современной физики — проблеме структуры элементарных частиц материи.
      Так мы являемся свидетелями еще одного блестящего подтверждения известного ленинского указания о неисчерпаемости электрона и других видов материи. Достигнутое с помощью космических лучей познание новых, во многом неожиданных свойств уже известных частиц материи, открытие неустойчивых частиц совершенно иной природы, наконец, изучение разнообразнейших процессов взаимного превращения элементарных частиц материи поднимают на новую, более высокую ступень и современное атомистическое учение. Вместо прежних метафизических представлений о неизменности атомов и их свойств завоевали свое признание в физике представления о взаимодействии и взаимном превращении самых разнообразных частиц материи, о ликвидации каких-либо принципиальных (с философской точки зрения) различий между излучением и веществом.
      В свою очередь глубокое проникновение в тайны строения и свойств атомного ядра будет, несомненно, способствовать и техническому прогрессу в области освоения атомной энергии. Никто не сомневается, что первые успехи советской науки и техники в мирном использовании внутриядерной энергии — это лишь отдельные этапы того пути, по которому идут и будут идти советские ученые, воодушевленные благородной идеей покорения сил природы на благо трудящегося человечества.
      Остается сказать лишь несколько слов о том, что научное значение работ по космическим лучам не исчерпывается только физикой строения материи. Ряд разнообразных астрофизических и геофизических явлений, связанных с деятельностью Солнца и звезд, с различными формами-движения межзвездной материи, с магнитными бурями на Земле и вообще с природой земного магнетизма, с метеорологическими процессами в атмосфере, в той или иной мере определяет собой либо свойства первичного космического излучения, либо небольшие изменения интенсивности первичного и вторичного излучения.
      Однако нет сомнений в том, что основная роль космических лучей в современной науке связана с использованием этих лучей как наиболее мощного орудия экспериментального воздействия на атомное ядро и на элементарные частицы материи. Этим и определяется непрерывно растущий интерес к изучению космических лучей и к использованию их огромных возможностей для дальнейшей разработки научных проблем строения атомного ядра.