Космические частицы и магнитные бури: якутские ученые — о последних результатах исследований

Ровно 63 года назад советский космонавт Юрий Гагарин совершил первый полет человека в космос. Якутия также была причастна к этому событию и продолжает вносить свой вклад в изучение космоса и развитие космических технологий. Об исследованиях и последних результатах работы ЯСИА рассказали ученые Института космофизических исследований и аэрономии СО РАН.

Космические лучи: новые знания в ядерной физике и прогнозирование магнитных бурь

В лаборатории физики космических лучей института космофизики рассказали, что изучение космических лучей необходимо для расширения знаний в области ядерной физики, явлений, протекающих на Солнце и прогнозирования магнитных бурь.

«Космические лучи – это заряженные частицы больших энергий, приходящие к нам из космоса. Разгонять частицы до таких высоких энергий не может даже Большой адронный коллайдер, а природа поставляет нам их совершенно бесплатно. Их изучение интересно по нескольким направлениям. Во-первых, это ядерная физика. Изучая процессы, протекающие при взаимодействии космических лучей с атомами атмосферы, можно узнать много нового о микромире, например, элементарные частицы – мюоны были открыты именно при таких наблюдениях», – объяснил и. о. заведующего лабораторией, старший научный сотрудник Иван Петухов.

Во-вторых, по словам ученого, это фундаментальное изучение явлений, протекающих на Солнце и в гелиосфере: «Часть космических лучей рождается на Солнце, их так и называют – солнечные космические лучи. Хоть их энергия и не так велика, зато поток достаточно большой. Появляются они при вспышках на Солнце, когда жгуты магнитного поля на Солнце перекручиваясь «лопаются» и выделяется огромное количество энергии. При этом «взрыве» выбрасывается солнечное вещество, которое может со скоростью в сотни километров в секунду распространяться в межпланетном пространстве. Космические лучи несут с собой информацию о той среде, где были рождены, о процессах, которые при этом протекали».

В-третьих, изучение космических лучей имеет практическое значение. Хоть Земля довольно хорошо защищена от космического влияния своим магнитным полем и атмосферой, но мощные выбросы могут вызывать сильные магнитные бури, оказывая влияние на здоровье человека и технику, рассказал эксперт.

«Особенно опасны такие выбросы, для спутников и космонавтов. Космические лучи как бы сканируют выброс целиком и могут заранее дать понятие о времени прихода выброса и его структуре, будет ли он геоэффективен или не сможет вызвать значительную бурю. В этом направлении ведется работа по созданию прогноза космической погоды», – добавил Петухов.

Для сбора необходимых данных, ученые используют Якутский спектрограф космических лучей им. А. И. Кузьмина, расположенный на пятом км Покровского тракта в Якутске. Это целый комплекс приборов, который ведет постоянную регистрацию космических лучей с 1950-ых годов.

Самый старый прибор комплекса — это ионизационная камера АСК-1, которая работает с 1957 года. В 2019 году она была модернизирована и вернулась в строй.

Так же есть нейтронный монитор 24-NM-64, регистрирующий нейтроны, рождающиеся в атмосфере под воздействием лучей.

А мюонные телескопы спектрографа позволяют определить не только интенсивность космических лучей, но и направление откуда они приходят.

На полигоне используются телескопы на газоразрядных счетчиках. Они расположены на поверхности земли и на трех уровнях в подземной шахте. Это позволяет определять интенсивность космических лучей разных энергий и получить целый спектр.

«Сегодня изучение космических лучей особенно актуально, так как мы находимся в максимуме солнечной активности, когда магнитные бури происходят довольно часто. Прошлый цикл, который шел с 2009 по 2019 год, был аномален. Очень интересно узнать: был ли это случайный сбой 11-летней цикличности или какое-то глобальное изменение в процессах, протекающих на Солнце», — отметил ученый.

Как магнитные бури влияют на Землю

В лаборатории радиоизлучений ионосферы и магнитосферы Института космофизики, которой заведует ведущий научный сотрудник Владимир Козлов, изучают, как солнечные вспышки и магнитные бури сказываются на слоях атмосферы Земли, спутниках, наземной технике и здоровье людей. Как объяснил ученый, солнечная активность периодически нарастает и спадает.

«Сегодня мы подходим к максимуму солнечной активности, который бывает каждые 11 лет. Вся Земля и ее магнитосфера проходит через огромное магнитное облако. И мы наблюдаем множество мощных магнитных бурь, а маленькие магнитные бури происходят каждые три дня. Чаще всего бури бывают во время равноденствия весной и осенью», – рассказал Владимир Козлов.

Интенсивность магнитных бурь оценивается учеными в логарифмическом масштабе, то есть каждый новый шаг, измеряемый в коэффициенте Кр, в 10 раз сильнее предыдущего.

«Недавно в конце марта мы наблюдали очень сильную магнитную бурю мощностью Кр 8, которая длилась девять часов. Пожилые и метеочувствительные люди могут чувствовать сильные магнитные бури. За все время существования планеты всегда происходили магнитные бури, и поэтому наша планета и ее обитатели к ним адаптированы. Другое дело – сбой работы техники. Так, например, в марте 1989 года произошло Квебекское событие, когда на территории Канады исчезло электричество. Это была сильнейшая геомагнитная буря с начала космической эры с 1957 года. При экстремально мощных магнитных бурях (Кр 9) часть спутников могут повредиться и прийти в негодность», – рассказал собеседник.

По прогнозам ученых, в следующем году ожидается максимум активности магнитных бурь текущего цикла. Спад явления прогнозируется через два-три года.

Якутские ученые регистрируют космические частицы сверхвысоких энергий

Якутская комплексная установка ШАЛ находится возле села Октемцы и состоит из сети десятков станций, оснащённых специальными детекторами. Они находятся как на поверхности земли, так и на глубине до трех метров.

Установка регистрирует приходящие из космоса частицы сверхвысоких энергий – порядка 10 в 20-й степени вольт, которые в атмосфере Земли образуют широкие атмосферные ливни. Ученые института фиксируют количество таких частиц, изучают их траекторию, происхождение и химический состав.

Заведует лабораторией ШАЛ Института космофизических исследований и аэрономии СО РАН доктор физико-математических наук, заслуженный деятель науки республики Леонид Ксенофонтов.

«Наша установка работает больше пятидесяти лет, и за это время было получено много важных результатов мирового уровня. В частности, в последнее время результаты современных моделей ядерных взаимодействий начали подвергаться сомнению, но наши измерения показали, что они работают правильно. Этот результат был оперативно подтвержден исследователями из Японии и Германии. Результаты нашей установки вносят существенный вклад в физику космических лучей и в ядерную физику в целом», – рассказал Леонид Ксенофонтов.

По его словам, каждый день якутской установкой ШАЛ регистрируются более ста частиц различной мощности. С начала 2024 года зарегистрировано три частицы предельно высокой энергии.

В ближайшее время запланирована масштабная модернизация установки для более достоверного выделения космического гамма излучения сверхвысоких энергий.

Как якутские ученые регистрируют загадочные космические частицы сверхвысоких энергий, смотрите в видео ЯСИА здесь.

Читайте также:

Топ-5 фактов и событий, связывающих Якутию с космосом. 

Космические исследования в Якутии.

Учившийся в Якутии российский космонавт Дмитрий Петелин 19 апреля выйдет в открытый космос.