Краткая история космических лучей
Космические лучи обнаружили в 1900 г. [33]. Проводя исследования атмосферного электричества, В. Кольхестер и В. Гайтлер заметили неизвестный источник ионов в воздухе [38]. Независимо от них Ч. Вильсон в опытах с ионизационной камерой пришел к мысли о существовании ионизационного воздействия, способного проникать через толстые слои грунта [39, 40]. В результате ряда экспериментов стало ясно, что на уровне моря существует небольшое, но проникающее излучение, которое наблюдалось и в сильно экранированных камерах. Сначала предположили, что это излучение, подобно земной радиоактивности, идет из почвы, тогда оно должно было бы уменьшаться с высотой. Но интенсивность излучения убывала только до высоты 1 км, а далее начинала возрастать (рис. 4). О том, что интенсивность возрастает с увеличением высоты, стало известно в 1912 г. после опытов австрийского физика В. Гесса [41], поднимавшегося с ионизационной камерой до высоты 5 км. В. Гесс назвал его высотным излучением, и это название использовалось до 1925 г.
Рис. 4. Высотное распределение интенсивности излучения, ион/см3
Природа этого излучения долгое время оставалась неясной. Было выдвинуто несколько гипотез о его происхождении, например, согласно одной из них, излучение образуется в верхних слоях атмосферы [41].
Окончательно доказал внеземное происхождение высотного излучения Р. Милликен (США) в 1923-1924 гг., и именно он ввел термин космические лучи [42, 43].
Таблица 1
Основные периоды исследования космических лучей
|
Годы |
Открытия |
|
1900-1901 |
Обнаружена остаточная ионизация в экранированной ионизационной камере (Дж. Эльстер и X. Гейтель) |
|
1921-1925 |
Изучение поглощения высотного излучения |
|
1926 |
Обнаружение барометрического эффекта в космическом излучении (Л. В. Мысовский, Л. Тувим) |
|
1927 |
Обнаружение Д. В. Скобельцыным проникающих частиц в космических лучах (впервые камера Вильсона была помещена в магнитное поле) |
|
1927-1929 |
Измерение широтного эффекта космических лучей на уровне моря (X. Клей) |
|
1929 |
Д. В. Скобельцыным впервые было зарегистрировано несколько частиц одновременно (ливни космических лучей) в камере Вильсона |
|
1930-1936 |
Расчет траектории движения заряженных частиц в магнитном поле Земли (К. Штермер, 1930 г.; Г. Леметр и М. Валларта, 1933 - 1936 гг.) |
|
1932 |
Открытие позитрона в космических лучах (К. Андерсон) |
|
1935-1936 |
Разделение космических лучей на мягкий и жесткий компонент (П. Оже, Б. Росси) |
|
1936 |
Измерение высотного хода вертикальной интенсивности космических лучей в атмосфере, обнаружение максимума Г. Пфотцера |
|
1936-1938 |
Обнаружение ядерных взаимодействий, вызываемых частицами космических лучей при прохождении атмосферы |
|
1937 |
Открытие мюонов (X. Андерсон). Создание каскадной теории электромагнитных процессов, вызываемых электронами и гамма-квантами (В. Гайтлер, Л. Д. Ландау, Д. Д. Иваненко) |
|
1938 |
Открытие широких атмосферных ливней (П. Оже) |
|
1940 |
Первые сомнения в электронной теории космических лучей: эксперименты М. Шайна показали отсутствие электронов в космических лучах |
|
1946 |
Создание Долгопрудненской научной станции ФИАН для изучения космических лучей в стратосфере. Первый руководитель станции (до 1960) С. Н. Вернов |
|
1947-1951 |
Исследование космических лучей на ракетах, поднимающихся на высоты 70-100 км, на полигоне Капустин Яр. Инициатор работ С. Н. Вернов, руководитель А. Е. Чудаков |
|
1949 |
Определение восточно-западной асимметрии космических лучей в стратосфере на экваторе во время экспедиции на теплоходе «Витязь» Установление протонной природы космических лучей. Инициатор экспедиции С. И. Вернов, руководитель И. А. Добротин |
|
1951-1952 |
Начало непрерывной регистрации космических лучей в СССР ионизационными камерами объемом 950 л в Москве, Якутске, Тбилиси, Иркутске, на мысе Шмидта. Создатели камеры Н. Л. Григоров, А. С. Муратов, Ю. Г. Шафер |
Окончание табл. 1
|
Годы |
Открытия |
|
1951-1956 |
Полеты самолета до высоты 9-12 км с камерой Вильсона с целью изучения ядерного взаимодействия частиц космических лучей. Инициатор исследования С. Н. Верное, руководитель Ю. А. Смородин |
|
1955-1957 |
Строительство установки ШАЛ МГУ по изучению широких атмосферных ливней. Подготовка к проведению Международного геофизического года. Создание сети наземных станций непрерывной регистрации. Исследования нуклонного компонента космических лучей на самолетах |
В 1926 г. ленинградские физики Л. В. Мысовский и Л. Тувим обнаружили связь между изменением интенсивности космических лучей и давлением воздуха. Они открыли хорошо известный теперь барометрический эффект [44]. Д. В. Скобельцын в 1927 г. в работах с камерой Вильсона, помещенной в магнитное поле, показал, что на уровне моря космические лучи являются заряженными частицами большой энергии, которые вызывают атмосферные ливни [45]. Основные этапы изучения космических лучей представлены в табл. 1.
