Приоритет отечественной науки по влиянию солнечных вспышек в полетах на Луну и Марс

– кроме корпускулярных датчиков на спутниках были установлены счетчики Гейгера, экранированные свинцом; счетчики регистрировали протоны с энергией, превышающей 50 МэВ, рентгеновское и гамма-излучение с энергией, превышающей 100 кэВ;

– к первой группе относятся протоны внутренней зоны радиации с энергией около 50 МэВ, регистрируемые потоки которых составляли примерно 10

 частиц · см

 · с

;

– вторая группа – электроны с энергией около 100 кэВ, составляющие основную компоненту внутренней и внешней зоны радиационного пояса; их суммарные потоки достигали значений 20 · 10

 частиц на см

 · с

;

– третья группа – электроны средних энергий (около 15 кэВ), заметные интенсивности которых наблюдались лишь выше 500 км и на высоких широтах;

– хотя поток коротковолнового излучения Солнца составляет малую часть общего потока солнечного излучения (весь поток короче 0,3 нм составляет около 1,5% полного потока, а поток излучения, скажем, короче 10 нм – еще в 10

—10

 раз меньше), оно оказывает существенное влияние на земную атмосферу, вызывает распадение молекул на атомы, фотохимические реакции, ведущие к образованию новых молекул, ионизирует молекулы и атомы; коротковолновое излучение Солнца по существу контролирует состав и плотность верхней атмосферы Земли, ее температурный режим и протяженность, что в свою очередь влияет на приток тепла к нижним слоям атмосферы и уход тепла от Земли, т. е. на климат Земли;

– в области спектра короче 0,3 нм расположены характерные спектральные линии ряда элементов, входящих в состав фотосферы Солнца; более коротковолновое ультрафиолетовое и рентгеновское излучения исходят из хромосферы и короны Солнца.

– выявлены медленные вариации, связанные с 11-летним циклом солнечной активности, более быстрые вариации в масштабе солнечных суток, земных суток и часов и совсем быстрые в масштабе минут и секунд;

– есть многочисленные данные, указывающие на связь многих процессов на Земле с периодическими изменениями солнечной активности, коротковолновое излучение Солнца стало одним из основных объектов экспериментов, выполняемых на спутниках «Космос»;

– одно из самых замечательных проявлений солнечной активности – катастрофические процессы на Солнце, получившие название солнечных вспышек; обнаружено, что иногда в активных областях Солнца, связанных с магнитными пятнами, внезапно, обычно в течение нескольких секунд, сильно возрастает яркость участка поверхности Солнца, достигающего в сильных вспышках размера до 3 · 10

 км

; с развитием радиоастрономии было установлено, что эти оптические вспышки, как правило, сопровождаются мощными всплесками радиоизлучения в диапазоне от сантиметровых до дека-метровых волн;

– выяснилось, что оптические и радиовспышки сопровождаются огромным (до нескольких тысяч раз) усилением рентгеновского излучения Солнца, а также появлением очень жесткого излучения вплоть до нескольких сотен килоэлектронвольт; во время вспышек возникают потоки ускоренных частиц – электронов и тяжелых ядер с энергиями от десятков килоэлектронвольт до релятивистских – и выбросы сгустков плазмы;

– оказалось, что вспышки очень сложное, комплексное явление; они оказывают весьма сильное воздействие на Землю; когда до Земли доходит рентгеновское излучение, нарушается состояние ионосферы, возникают провалы радиосвязи и ряд геофизических эффектов;

– за время от одного часа до нескольких десятков часов частицы и плазменные сгустки от солнечных вспышек достигают Земли; частицы несут с собой радиационную опасность для космонавтов; плазменные сгустки нарушают магнитное поле планеты, вызывая магнитные бури;

– продолжительность солнечной вспышки колеблется от нескольких минут до десятков минут, а иногда и часов;

– за время сильной вспышки выделяется энергия до 10

—10

 эрг, что эквивалентно энергии 10

—10

 атомных бомб; половина этой энергии выделяется в виде электромагнитной энергии – от жесткого рентгена до декаметрового радиодиапазона, половина – в виде энергии ускоренных частиц;

– объем солнечной радиации, захватываемый сильной вспышкой, составляет до 10

 см

, отсюда следует, что плотность энергии в области вспышки достигает 10

 эрг/см

; однако плотность энергии в хромосфере около 3 эрг/см

, следовательно, вспышки возникают за счет дополнительного источника энергии; этим источником служит энергия магнитного поля в солнечной атмосфере [35];

– как показали исследования академика А. Б. Северного, во время вспышки происходит перестройка локального магнитного поля, которая сопровождается высвобождением некоторого количества магнитной энергии;

– исследования показали, что при спокойном Солнце интенсивность излучения в самом коротковолновом диапазоне 0,15—0,4 нм практически равна нулю и резко возрастает в момент микровсплеска рентгеновского излучения; излучение в диапазоне 0,44—0,65 нм меняется в меньших пределах, излучение же в мягком диапазоне (0,8—1,4 нм) в этих условиях меняется несущественно; возрастание интенсивности происходило почти одновременно в областях 0,15—0,4 и 0,44—0,65 нм;

– измерения по рентгеновскому заходу за лимб высота рентгеновской активной области оказалась равной 20—80 тыс. км и высота рентгеновской вспышки 20—25 тыс. км; область рентгеновской вспышки обычно имела волокнистую структуру с угловым диаметром волокон около 10 угловых секунд, сходную со структурой областей оптических вспышек;

– оптические вспышки располагались как раз над так называемыми активными областями нашего светила с характерными группами пятен, наблюдаемыми с помощью наземных оптических средств; интересно, что в ряде случаев выявлено наличие у одной вспышки двух центров, примерно одинаковых по яркости; расстояние между ними составляло около 6 угловых минут.

– наличие в начальной стадии направленных потоков ускоренных электронов в области вспышки нашло непосредственное экспериментальное подтверждение; при этом поступление ускоренных электронов длится в больших вспышках в течение нескольких минут;

– полученные данные находятся в согласии с развитой С. И. Сыроватскимтеоретической моделью солнечных вспышек; при перестройке магнитного поля во времени в короне появляется электрическое поле, вызывающее дрейф плазмы, – возникает цилиндрическая ударная волна, сходящаяся к нейтральной линии магнитного поля; начинает течь сильный электрический ток, нагревающий плазму до температуры, близкой к 10 млн. градусов, и возникает интенсивное мягкое рентгеновское излучение; дрейф плазмы влечет за собой появление турбулентности, что сопровождается уменьшением проводимости плазмы – происходит разрыв токового слоя и возникает сильный градиент электрического поля; в результате появляются ускоренные потоки частиц – электронов и протонов;

– в результате полета «Космоса-321» были получены очень интересные и важные сведения о механизмах магнитных бурь в полярных областях; во время особенно интенсивной бури 8—10 марта 1970 г. были измерены эффекты полярных электроструй; эти данные были затем использованы для изучения проводимости земного шара;

– новые перспективы в изучении космических лучей из удаленных областей Вселенной открывает зародившаяся сравнительно недавно гамма-астрономия; если говорить о гамма-лучах с энергиями, большими 50 МэВ, то они могут генерироваться только космическими лучами (ГКЛ);

– интенсивность источников гамма-излучения меняется со временем;

исследованная область неба интересна тем, что расположена в районе полюса Галактики, где источниками гамма-квантов могут быть скорее всего внегалактические объекты;

– наблюдения за интенсивностью аннигиляционного гамма-излучения с энергией 0,511 МэВ проводились на спутнике «Космос-135» в периоды ежегодных метеорных потоков Геминиды, Урсиды и Квадрантиды в зиму 1966/67 г; измерялись интенсивность линии 0,511 МэВ, интенсивность электронов с энергией, большей 1,5 МэВ, и протонов с энергией, большей 27 МэВ;

– сравнение результатов измерений с данными по солнечной и геомагнитной активности и космическим лучам в период наблюдений показало, что периоды с 10 по 20 декабря 1966 г. и с 1 по 15 января 1967 г., которые резко отличаются друг от друга по наблюдаемой интенсивности гамма-квантов с энергией 0,511 МэВ, по солнечной и геомагнитной активности очень сходны;

– проводились исследования, направленные на решение задач обеспечения радиационной безопасности экипажей и оборудования при длительных полетах; главным здесь было экспериментальное изучение нового перспективного вида радиационной защиты от воздействия заряженных частиц – электростатического; он основан на создании и поддержании около защищаемых отсеков электростатического поля, которое отклоняет потоки заряженных частиц и снижает уровень радиации внутри защищаемого объема до допустимых пределов;

подтверждена возможность автономного функционирования электростатической защиты в радиационных поясах Земли [35].

Подведем итоги. Самый впечатляющий, главный результат – это совершенно очевидный приоритет в мире советской науки по изучению ионизирующих излучений, солнечных вспышек, поясов Ван Аллена и космических лучей в период 60-х и 70-х годов.

Второй главный мировой результат, полученный советскими исследованиями – это выявление смертельной радиационной дозы облучения от солнечных вспышек.