ҒАРЫШТЫҚ СӘУЛЕЛЕР – Жерге үнемі ғарыш кеңістігінің әр тарапынан келіп тұратын, басым бөлігін жуықтап алғанда изотропиялық қасиетті протондар құраған жоғары энергиялы қарапайым бөлшектердің, сонымен бірге протондардың Жер атмосферасында ауадағы атомдар ядроларымен өзараәсерлесуі нәтижесінде пайда болатын, іс жүзінде барлық белгілі қарапайым бөлшектер кездесетін екінші реттік сәулелердің ағыны.
Ғарыштық сәулелер негізінен Күн жүйесінен тысқары кеңістіктен келеді. Бұлардың арасында алғашқы реттік ғарыштық сәулелердің энергиясы 1021 эВ-қа дейін жететін жоғары энергиялы – Күннен тысқары галактикалық ғарыштық сәулелер және Күннің ғарыштық сәулелері (энергиясы 1010 эВ-тан аз орташа энергиялы сәулелер) болады. Күн активтілігі артқанда ғарыштық сәулелердің осы бөлігінің үлесі де едәуір артады. Аса жоғары энергиялы бөлшектер Біздің Галактикамыздан тыс кеңістіктен (метагалактикадан) де келуі ықтимал. Ғарыштық сәулелердің ауаны иондайтынын алғаш рет 1912 ж. австриялық физик Виктор Франс Гесс (1883 – 1964) байқаған. Жер бетінен биіктеген сайын ауаның иондалу дәрежесі артатындықтан Гесс бұл сәулелерді ғарыштан келеді деп жорамалдаған. Магнит өрісінде орналасқан Вильсон камерасындағы ғарыштық сәулелердің ізін зерттеудің [1923 ж. американ физигі Р.Милликен (1868 – 1953); 1927 ж.кеңес физиктері Д.Скобельцын (1892–1990) және 1935 ж. С.Вернов (1910 – 1982)] нәтижесінде ғарыштық сәулелердің зарядты бөлшектерден (көбінесе протондардан) құралғандығы анықталған. Жер бетінен шамамен 30 км биіктікке көтерілген ядролық фотоэмульсияда сутектен басқа ауыр элемент ядроларының да іздері байқалған. Ғарыштық сәулелерді әрі қарай зерттеу кезінде позитрон, мюон, пи-мезон, К-мезон, Λ-гиперон т.б. көптеген бөлшектер табылды.
Жер бетіндегі 1 см2 ауданға 1 секунд уақытта жуық шамамен ғарыштық сәуле ағынынан 1 бөлшек келеді екен. Бастапқы ғарыштық сәулелердің құрамында 90%-дай протондар, 7%-ға жуық α-бөлшектер және аз ғана мөлшерде (1%) ауыр элементтер ядролары бар. Ғарыштық сәулелер құрамында электрондар мен позитрондар (~1%), сондай-ақ жоғары энергиялы (100 МэВ-тан жоғары) фотондар (~0,01%) да бар. Үлесі аз болғанмен фотондар (γ-кванттар) ғарыштық сәуле көздерін анықтауда елеулі орын алады. Өйткені фотондар магнит өрісінде өзінің бағытын өзгертпейді. Жер магнитсферасындағы радиациялық белдеулердің пайда болуында ғарыштық сәулелердің әсерлері мол.
Күн бетінде байқалатын хромосфералық атқылау кезінде ғарыштық сәулелердің қарқындылығы қысқа мерзімді болса да артады. Кейбір хромосфералық атқылау кезінде ғарыштық сәулелердің Күннен келетін бөлігі галактикалық сәулелерден едәуір артып кетеді (мыс., 1956 ж. 23 ақпанда байқалған атқылауда 300 есеге дейін артқан).
Сәуле ағынының өзгерісін зерттеу геомагниттік ұйтқу, полярлық жарқыл сияқты көптеген геофизикалық құбылыстарды түсіндіруде маңызды болады. Галактикалық ғарыштық сәулелер қарқындылығындағы периодтық өзгерістері негізінен Күн активтілігінің 11 жылдық цикліне сәйкес келеді. Бұл модуляция галактикалық ғарыштық сәулелердің Күннен таралатын магниттік плазма ағынына «ілесуі» (Күн желі) және одан шашырауы салдарынан туындайды.
Ғарыштық сәулелерді зерттеуде екі түрлі ғарыштық физикалық және ядролық физикалық бағыт айқын бөлініп шықты. Алғашқы ғарыштық сәулелердің табиғатын, олардың пайда болуын, құрамын, энергетикалық спектрлерін, уақыттық өзгерістерін, ғарыштық сәулелердің әртүрлі құбылыстарының сипаттамаларымен байланыстарын зерттеумен т.б. айналысады. Екінші бағытта жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің заттармен өзараәсерлесулерін, қарапайым бөлшектердің атмосферада пайда болуы және олардың қасиеттері зерттеледі. Осы көзқарас жоғары энергиялы бөлшектер физикасымен тығыз байланысты болады. Атап айтсақ екінші реттік ғарыштық сәулелерді зерттеу позитрон (1932), мюон (1937), π-(1947) және К-мепзондарды, Λ-гиперонды ашуға әкеп соқтырды.
Осы кездегі түсінік бойынша ауыр ядролармен «байытылған» ғарыштық сәулелер жеңіл ядролармен салыстырғанда сәуле көздерінде эффектілі түрде үдетілуінің салдары болып табылады. Жеңіл ядролы литийдің, берилийдің, бордың көп таралу себебі ауыр ядролардың жұлдызаралық орта атомдарының ядроларымен соқтығысуы кезінде ыдырауының нәтижесі. Ғарыштық сәулелердің жұлдызаралық ортадағы (тығыздығы ~3 г/см2) Галактикадағы «өмір сүру» уақыты ~3∙10–7 жыл шамасында болады. Ғарыштық сәулелер құрамында электрондар да (1%) кездеседі. Осы жайт ғарыштық радиосәулелердің синхротрондық табиғаты болатыны туралы болжалды растайды.
Ғарыштық сәулелер Жердің магнит өрісіне енгенде олар Лоренц күшінің ықпал етуі нәтижесінде бастапқы бағыттарынан ауытқиды. Белгілі бір табалдырықты энергиялы бөлшектер ғана Жердің айналасына енеді. Осы эффект геомагниттік қырқылу деп аталған.
Ғарыштық сәулелердің жоғары энергиялы протондар мен және басқа ядролар Жер атмосферасына енгенде ауа атомдарының ядроларымен (негізінен азот пен оттегінің) соқтығысады. Өзараәсерлесудің нәтижесінде ядролар ыдырап бірнеше қарапайым тұрақсыз бөлшектер түзіледі. Атмосфераның қалың қабатының төменгі бөлігінде екінші реттік сәулелер пайда болады. Осы сәулелер ядролықактивті, мюондық және электрондықфотондық құраушылары болатын
сәулелерге ажыратылған. Алғашқы Ғарыштық сәулелердің Жер атмосферасымен өзараәсерлесу сұлбасы: жоғары энергиялы (р)
реттік бөлшектер ауа атомдары ядро- алғашқы реттік ядро (әдетте протон) атмо- ларымен өзараәсерлесуі кезінде сфералық азоттың немесе оттектің ядроларын қиратады, осының нәтижесінде екінші реттік
белгілі қарапайым бөлшектердің бөлшектер тасқыны пайда болады, осы тасқын барлығы туындайды, олардың ара- шартты түрде үш құраушыға: электронды-фо- сында π-мезондардың (зарядты және тонды (1), мю-мезонды (2) және нуклонды (3) құраушыға ажыратылады
бейтарап) маңызы үлкен. π-мезондарға
(оң және теріс) ыдырап үлгермеген нуклондар екінші реттік ядролық-активті құраушыларды түзеді. π-мезондар (оң және теріс) ыдырағанда мюондық және нейтронолық құраушылар пайда болады. Электрондық-фотондық құраушылар π°=мезондардың (нөл-пи-мезондар) ыдырауының нәтижесінде түзіледі.
Күннің ғарыштық сәулелерінің Галактикалық ғарыштық сәулелерден айырмашылығы ол Күннің хромосфералық оталуы кезінен кейін пайда болады. Күннің ғарыштық сәулесінің бөлшектерінің энергиясы Галактикалардың сәулелерінің энергияларынан аз болады. Күннің ғарыштық сәулесінің «жасы» бірнеше тәулікке созылады. Ғарыштың сәулелердің жасы ~3·10–7 жылға тең. Күннің ғарыштық сәулелері ағынының артуы ионсферада қосымша иондалуды тудырады, осы жайт қысқа толқынды радиобайланысқа бөгеуіл келтіреді және ол байланысты «үзіп» тастайтын болады. Күннің осы сәулесі ғарыштық ұшулар үшін де қауіпті болады.