Проблемы генерации космических лучей.

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Ответить
jurij
Сообщения: 615
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Проблемы генерации космических лучей.

Номер сообщения:#1   jurij »

Основных проблем, связанных с генерацией космических лучей, далее КЛ, две. Первая, каким способом частицы космических лучей приобретают такие большие энергии. И вторая, почему космические лучи на 99% состоят из положительно заряженных частиц.
Что касается первого вопроса, то механизмов ускорения частиц КЛ на настоящий момент предложено несколько. При этом все исследователи сходятся во мнении, что эти механизмы должны иметь электромагнитную природу [2]. Но у таких механизмов есть особенность, которая ставит под сомнение возможность генерации с их помощью КЛ. Суть проблемы в следующем. По своей природе электромагнитные механизмы не обладают зарядовой селекцией. То есть, они в равной степени ускоряют как положительно, так и отрицательно заряженные частицы. Потому, когда космическая плазма (смесь отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных атомных ядер), которая по умолчанию считается исходным материалом для генерации КЛ, попадает в зону ускорения того или иного электромагнитного механизма, станет ускоряться не только ее ядерная, но и электронная компонента. А, в силу закона сохранения импульса, энергия ускоряющего воздействия распределится между ними не поровну, а обратно пропорционально их массам. Отношение масс электрон/протон в водородной плазме равно 1/1840. Потому, при ускорении компонент такой плазмы протонам «достанется» чуть больше 0,05% энергии ускоряющего электромагнитного поля, остальные 99,95% энергии «заберут» электроны. Для более тяжелых ядер этот «перекос» будет еще большим. Потому, независимо от того, каков будет (электромагнитный) механизм ускорения, легкая электронная компонента плазмы всегда будет препятствовать ускорению ее тяжелой ядерной компоненты. Потому, если предлагаемые ныне механизмы ускорения и имеют место, то они поставляют лишь электронную компоненту КЛ. Ядерная компонента должна ускоряться каким-то иным способом.
Вторая, и собственно основная проблема КЛ, их зарядовая аномалия. Эти лучи на 99% состоят из положительно заряженных протонов и других атомных ядер. Сразу возникает вопрос, где те электроны, которые должны компенсировать положительный заряд КЛ. На этот вопрос можно попытаться ответить следующими способами.
1. Исходно КЛ по своему зарядовому составу были электрически нейтральными, т.е. соответствовали зарядовому состоянию космической плазмы. Но по мере их движения в галактических магнитных полях электронная компонента за счет синхротронного излучения затормозилась и стала не наблюдаемой. В результате мы наблюдаем лишь ядерную компоненту КЛ.
2. Существует некий, пока неизвестный механизм зарядовой селекции компонент космической плазмы, который препятствует попаданию ее электронной компоненты в зону ускорения известных механизмов. В результате ускоряется лишь ядерная компонента. Не ускоренная же электронная компонента остается где-то в областях генерации КЛ, а потому остается не наблюдаемой.
3. Генерация КЛ осуществляется механизмом, который «нечувствителен» к электронной компоненте плазмы. Это может быть, например, ускорение в импульсных электрических полях, которые возникают во время солнечных вспышек. Такой механизм не будет чувствителен к электронной компоненте в случае, если вектор ускоряющего электрического поля направлен от поверхности Солнца. Тогда ядерная компонента будет ускоряться во внешнее пространство, а электронная к его поверхности. Поскольку процесс происходит вблизи поверхности Солнца, электронная компонента быстро ее достигает и прекратит ускорение. В результате вся энергия электрического поля пойдет на ускорение ядерной компоненты солнечной плазмы.
Увы, но все эти способы не выдерживают критики. Первый несостоятелен потому как было показано выше, получить электрически нейтральный состав КЛ средствами электромагнитного ускорения нельзя. В силу закона сохранения импульса из совокупности частиц исходной плазмы ускоренными окажутся преимущественно электроны. Во-вторых, если такой (нейтральный) состав будет получен каким-то пока еще неизвестным способом, то обеспечить наблюдаемый состав КЛ за счет синхротронного торможения электронов все равно не удастся. Эффективность этого торможения пропорциональна четверной степени энергии электронов, т.е. с ее уменьшением резко падает. Потому затормозить таким способом электроны до тепловых скоростей, когда они становятся не наблюдаемыми, невозможно. А это значит, что даже с учетом синхротронной селекции космические лучи должны содержать достаточное число не очень быстрых, но вполне наблюдаемых электронов. И, наконец, сейчас считается, что те же галактические магнитные поля играют важную роль в удержании КЛ в пределах галактики [2]. Однако эти поля более эффективно будут удерживать легкую электронную, чем тяжелую ядерную компоненту КЛ. А это значит, что доля электронной компоненты в КЛ должна постоянно возрастать и со временем стать основной, что никак не соответствует реальности.
Главный недостаток второго способа в том, что механизма зарядовой селекции пока не предложено, как и нет наблюдательных данных о результатах его работы, скоплений электронных облаков в местах потенциальных источников КЛ.
Третий способ действительно позволяет ускорять только ядерную компоненту солнечной плазмы, а электроны оставлять на Солнце. Но у электронов очень малое значение отношения масса/заряд, а потому электронный потенциал (1) Солнца очень мал φ = 1,1 вольт. А это значит, что Солнце не может удержать сколько-нибудь большой отрицательный заряд и импульсы протонов солнечных КЛ должны немедленно сопровождаться соответствующими импульсами электронов. Электронов же в солнечных КЛ порядка 1% [1], что совершенно недостаточно для их зарядовой компенсации.

Литература.
1.Физический энциклопедический словарь под редакцией А.М. Прохорова, из-во «Советская энциклопедия», 1983. 944с.
2. М.Д. Кисилев. Космические лучи и их ускорение. http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/Co ... index.html

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»