Этот рисунок отчетливо показывает то удобство, которое достигается при переходе от шкалы скоростей к шкале энергий частиц. При скоростях частиц, близких к скорости света, значение скорости может измениться лишь на какой-нибудь десяток процентов. Энергия и масса же частиц при этом (вертикальные столбики) может измениться в десятки и даже в сотни и тысячи раз.
Тем временем родилась новая разновидность "космиков" - кругосветные путешественники. Они колесили по земному шару вдоль и поперек в буквальном смысле слова - то есть и по широтам и по меридианам. С каждым годом все более рассеивался туман неопределенных результатов, неоправданных догадок. И наконец стало ясно, что космический град обдувает Землю совсем не так равномерно и постоянно, как это казалось первым исследователям.
Американский физик Артур Комптон составил карту того, как распределяется космический град по поверхности земли. Она немного похожа на те карты, которыми пользуются синоптики для предсказания погоды. Только на этой карте сплошные линии охватывают точки не с одинаковым атмосферным давлением, а с одинаковой интенсивностью космических лучей. А рядом с ними Комптон нанес на карту пунктирные линии, связывающие пункты с одинаковой напряженностью земного магнитного поля.
И оказалось, что сплошные линии довольно хорошо следуют ходу пунктирных линий. Это могло означать одно: важнейшей причиной неравномерности космического облучения Земли служит ее собственное магнитное поле. Магнитный ветер сбивает в сторону космический град.
На карте Земли Комптон провел сплошные линии через точки, в которых по его измерениям интенсивность космических лучей оказалась примерно одинаковой. Эти линии были названы изокосмами. Легко видеть, что они идут почти так же, как пунктирные линии, соединяющие точки с равной силой земного магнитного поля. Из этого и был сделан вывод, что магнитное поле Земли сильно влияет на приходящие к ней космические частицы. А отсюда - один шаг до заключения, что в составе космических лучей присутствуют электрически заряженные частицы.
Физики приняли этот вывод с удовлетворением. Они уже давно знали, что в составе космических лучей присутствуют электрически заряженные частицы. Эти частицы неминуемо должны отклоняться в сторону от исходного направления полета, попадая в магнитное поле.
Теперь, зная силу магнитного поля Земли, по этому отклонению можно было судить о скорости космических частиц. Подсчет дал колоссальную цифру - скорость их лишь совсем немного отличалась от скорости света.
С такими значениями скорости физикам стало неудобно работать. Уже задолго до того теория относительности предсказывала, что в околосветовой области даже незначительному увеличению скорости будет отвечать гигантский прирост энергии частиц. Физики перешли к более растянутой, а значит, более удобной для измерений и расчетов шкале энергий.
И стали выражать ее в особых единицах - электрон-вольтах. Сама по себе эта единица невелика - лишь около одной триллионной доли эрга (а сам эрг - тоже "комариная" энергия). Но не забудем, что ею обладают частицы с массой в триллион-триллионные доли грамма.
Частицы космических лучей имеют энергии порядка миллиардов электрон-вольт и даже более. Если бы такой энергией обладала, скажем, каждая частица летящего камешка, то его остановка была бы равносильна взрыву водородной бомбы.
Так выглядят по сегодняшним представлениям радиационные пояса Земли - ловушки космических частиц. Во внутреннем поясе, простирающемся на высотах примерно от 600 до 6000 километров, живут в основном протоны с энергиями до сотен миллионов электрон-вольт. Во внешнем поясе, удаленном от Земли на 20–60 тысяч километров, существуют в основном электроны с энергиями до миллионов электрон-вольт. Длительное пребывание в этих поясах связано с серьезной опасностью для здоровья космонавтов. Поэтому в будущем выход людей в межпланетное пространство будет, видимо, осуществляться вблизи магнитных полюсов Земли (они не совпадают с географическими полюсами), где радиационные пояса наиболее тонки.
Легко представить себе, какие он произвел бы разрушения. И столь же нетрудно понять, какие разрушения производят космические частицы в атомном мире.
В космических лучах есть однако не столь энергичные частицы. Магнитное поле Земли указывает им "от ворот поворот", но не выпускает их обратно в космос. Подлетая к Земле, космический град попадает словно в мешок. Более энергичные частицы пробивают стенки мешка и достигают Земли, а менее энергичные остаются в мешке, где и пребывают весьма длительное время.
Несколько лет назад первые рисунки этого мешка, напоминающего по форме баранку, обошли страницы всех газет. Это знаменитые радиационные пояса, которые удалось обнаружить уже при первых запусках искусственных спутников Земли!
Выяснили физики и то, что интенсивность космического града нерегулярно колеблется во времени - варьирует, как говорят ученые. Уже почти сорок лет изучаются эти вариации. От чего они только не зависят! От атмосферных условий, от географического положения места наблюдения, от времени суток и года, от активности Солнца - мы перечислили лишь малую долю всех факторов. Расшифровать тайный смысл этих вариаций оказалось настолько трудным делом, что оно далеко не закончено и поныне. Здесь физикам работы еще на много лет вперед!
Но эта работа исключительно интересна. Именно она позволит ответить на вопрос, откуда берутся космические лучи. Это доподлинно пока еще неизвестно. Некоторый пай в общий котел - в основном в виде не очень энергичных частиц - вносит наше Солнце. Более же энергичные градины прилетают из неведомых глубин нашей звездной системы - Галактики, а быть может, и из еще более далеких и грандиозных межгалактических просторов.
Иногда в космический град затесываются частицы с совершенно чудовищными энергиями в миллиарды миллиардов электрон-вольт. Где они образовались, где ускорились до столь фантастической энергии? Сегодня на это еще нет окончательного ответа.
Но когда он будет получен, физикам радостно пожмут руки астрономы. Ибо тогда Вселенная, просвеченная космическими лучами "собственного изготовления", раскроет глубочайшие загадки своего строения!
Перед новым штурмом
Мы - на пороге тридцатых годов нашего века. Заканчивается первый этап "героической эпохи" в изучении космических лучей.
Получено немало. Выяснено, как ведут себя космические лучи в магнитном поле Земли. Удалось примерно установить, какими энергиями обладают космические частицы. Физики узнали, как космические лучи проходят через воздух, горные породы.
Все яснее понимают они, что, видимо, должны быть первичные и вторичные космические лучи: град частиц, приходящих из глубин Вселенной, должен претерпевать изменения при прохождении через атмосферу, рождать в ней потоки "земных" частиц. Мы ведь живем на дне воздушного океана. "Чистые" космические лучи, достигая этого дна, должны обязательно "загрязняться" примесью частиц, выбитых ими из атомов земной атмосферы. Как отделить друг от друга "истинные" космические лучи и их примеси? Физики тридцатых годов этого пока не умеют.
Все яснее видят они, что космические лучи, достигающие земной поверхности, как будто неоднородны, состоят из разных частиц. Одни частицы проникают глубоко в толщу Земли, тогда как другие задерживаются уже в тонком ее слое. Разные ли это частицы или одинаковые, но с существенно разными энергиями? И этого еще не ведают ученые в те годы.
И, наконец, чтó это за частицы? Вероятно, протоны и электроны, может быть, еще и гамма-лучи - больше ничего ведь быть не может.
Уже получены многие тысячи фотографий следов космических лучей. Читатель может удивиться. В те годы космические лучи были такими же, как и сегодня. Почему же в них тогда не были открыты десятки частиц? Ведь они ясно давали о себе знать!
Что ж, на это можно ответить так: и тысячу лет назад свет был таким, как сегодня. Однако же не открыли тогда, что он состоит из фотонов!
Одной зоркости зрения мало. Нужна еще зоркость мысли. Глаз видит то, что ищет ум. А головы теоретиков в те годы еще не искали новых частиц. Пока что им хватало уже открытых. Первую картину атомного мира можно было сложить и из этих частиц.
Но подождите немного. Уже близко то время, когда теоретикам начнет не хватать известных частиц. Тогда они скажут экспериментаторам: "Ищите новые частицы!" И даже укажут им, что приблизительно надо искать.
И пойдут экспериментаторы в толпу космических лучей, вооруженные, как детективы, лишь словесными портретами разыскиваемых частиц. И разыщут они почти все то, на что им указали теоретики. Найдут они еще много того, чего теоретики никак не предсказывали. И сядут тогда теоретики, мучительно сжав голову ладонями, чтобы понять, откуда явились незваные гости.