Солнечно-Земная Физика
Сергей Николаевич Вернов и космические лучи, ч. 3
| Солнечно-Земная ФизикаСергей Николаевич Вернов и космические лучи, ч. 3 |
ОСНОВАТЕЛИ |
Москва, 2001
Научная школа С.Н. Вернова и созданные им коллективы окончательно сформировались к началу 70-х годов, и каждое из созданных научных направлений развивались уже вполне самостоятельно. Достижения ученых школы С.Н. Вернова были трижды удостоены Ленинской премии, четырежды - Государственной премии СССР, Государственной премии УССР и четырежды - Ломоносовской премии МГУ.
Несмотря на то, что период с 1968 по 1982 в стране был, как теперь принято называть, периодом "застоя", С.Н. Вернов продолжал развивать науку о космических лучах. В эти годы продолжались интенсивные эксперименты в космосе, где особенно нужно отметить начало полетов спутников "Прогноз" в 1972 году. Одним из наиболее интересных был эксперимент, проведенный также в 1972 году на спутнике "Интеркосмос-6", где экспонировалась большая стопка фотоэмульсий для изучения ядерных взаимодействий энергичных частиц и других явлений. Послеполетная обработка ядерных фотоэмульсий проводилась в лабораториях шести стран - участниц эксперимента: Венгрии, Монголии, Польши, Румынии, Чехословакии и СССР. К наиболее интересным результатам следует отнести обнаружение нескольких электронов очень высокой энергии, > 1 ТэВ, причем один из них имел энергию 5 ТэВ. Это наиболее энергичный электрон космических лучей, который удалось надежно идентифицировать /12/.
Интерес к электронам очень высокой энергии объясняется тем, что они позволяют локализовать расстояние до их источника. Чем больше энергия электрона, тем быстрее он ее теряет из-за синхротронного излучения в магнитных полях Галактики и при рассеянии на квантах реликтового излучения звездных фотонах. Оба вида потерь пропорциональны квадрату энергии электрона, и с больших расстояний высокоэнергичные электроны подойдут к "нам", имея уже гораздо меньшую энергию. Если мы обнаружили электрон высокой энергии, значит он "родился" где-то недалеко. В случае электрона с энергией 5 ТэВ источник таких электронов должен находиться на расстоянии меньше нескольких сотен парсек (1 парсек=3.08ґ1018 см) от Солнечной системы.
Продолжалось изучение магнитосферы Земли, в том числе на спутниках с геостационарной орбитой. Проведились эксперименты по изучению структуры и состава частиц кольцевого тока, его возникновения и развития, предопределяющего начало магнитных бурь. Исследования показали, что cостав ионов кольцевого тока в спокойных условиях оказался таким же, как и состав солнечного ветра, а при возмущениях магнитосферы кольцевой ток обогащается однократно ионизованными ионами кислорода из ионосферы Земли. Это говорит как о непосредственном проникновении солнечного ветра во внутреннюю магнитосферу Земли, так и об ионосфере как источнике энергичных частиц магнитосферы, пополняющих радиационные пояса Земли /13/.
В составе энергичных ионов магнитосферы кроме частиц ионосферы и атмосферы Земли были обнаружены и энергичные частицы солнечного происхождения (солнечные космические лучи) /14/, а также тяжелые ионы аномальной компоненты космических лучей /15/. Заряженной частице трудно попасть во внутренние области магнитосферы, так как магнитное поле Земли является препятствием даже для энергичных частиц. Но если частица проникла в магнитосферу через ее "слабые" точки - магнитные полюса или нейтральный слой в хвосте магнитосферы или просто со стороны хвоста через разомкнутые силовые линии, то такие частицы могут оказаться захваченными магнитосферой. Это тоже один из путей пополнения радиационных поясов Земли.
В этот же период продолжалось изучение солнечных космических лучей при полетах межпланетных автоматических станций к Венере (аппараты "Венера-8" - "Венера-16") и к Марсу ("Марс-4,5,6,7" в 1973 году).
70-ые годы были годами существенного развития исследования широких атмосферных ливней. Начиная с 1968 года, на установке ШАЛ МГУ с помощью подземных детекторов стала интенсивно изучаться мюонная компонента ШАЛ. Была определена пространственная структура мюонов в ливне, высота их генерации, зависимость числа мюонов от числа всех частиц в ливне и другие характеристики.
В этот период в подземном помещении 20-го корпуса на глубине 40 метров водного эквивалента создается магнитный спектрометр, работающий совместно с наземной установкой и способный измерять импульсы мезонов до величины 1000 ГэВ/с. Поток энергии, несомый мюонами в ливнях с заданным числом частиц, измеренный на этой установке, оказался одинаковым (в процентном отношении) для ливней до излома спектра (при Е<3ґ1015 эВ) и после этого излома. Это косвенно свидетельствует о неизменности акта взаимодействия частиц при переходе к более высоким энергиям. Был обнаружен также и некоторый интригующий эффект - на глубине 40 метров наблюдались группы мюонов, причем более часто, чем это допускала статистика.
Модернизация установки ШАЛ МГУ в этот период, использование методики точного измерения времени запаздывания частиц позволила исследовать пространственную структуру фронта ливня, его кривизну и толщину. Заметим, что в первом приближении ливень представлялся очень тонким и плоским, этаким "блином", движущимся в пространстве со скоростью света. Знание реальной структуры фронта ливня особенно важно для больших установок, оно позволяет более точно определять направление оси ливня, что имеет первостепенное значение при поиске источников частиц сверхвысокой энергии.
Одним из первых мероприятий, осуществленных после того, как С.Н.Вернов стал академиком, было создание Якутской установки ШАЛ для изучения спектра космических частиц до энергий 1020 эВ, для исследования эффекта реликтового обрезания спектра, ожидаемого при энергии 3ґ1019 эВ. Площадь Якутской установки в то время была рекордной, она достигала 18 км2. Якутская установка оснащена большими мюонными счетчиками, являющимися прототипами детекторов для проектируемой установки ШАЛ-1000.
На Якутской установке уже зарегистрировано несколько частиц, энергия которых превышает 4ґ1019 эВ, а максимальная достигает 4ґ1020 эВ, что существенно превышает энергию, разрешаемую гипотезой реликтового обрезания. Это может означать существование близких к Солнцу источников энергичных частиц. Проверка этого эффекта требует существенного увеличения статистики. На этой установке удалось с высокой точностью определить абсолютный поток космических лучей в интервале энергий 1017 -1019 эВ. Эти данные долгое время служили во всем мире для абсолютной калибровки различных установок.
Сергей Николаевич оказал также большую поддержку в создании установки ШАЛ в Самарканде, где очень высока прозрачность атмосферы, что особенно благоприятно для исследования черенковского излучения ливней. Преимущество регистрации черенковского света от ШАЛ состоит в том, что поток черенковского света пропорционален энергии частицы, вызвавшей ливень. Самаркандский эксперимент подтвердил наличие излома в спектре первичного космического излучения, открытого в НИИЯФ МГУ еще в 1958 году.
В 1968 году Сергей Николаевич организует работу с рентгено-эмульсионными камерами (РЭК) в НИИЯФ МГУ под землей (в московском метро). Это были наиболее обширные измерения энергетического спектра мюонов космических лучей. Листы рентгеновских пленок были прослоенны свинцом (одного свинца было 250 тонн) для визуализации событий. Большие размеры РЭК и экспонирование в течение более 20 лет позволили измерить спектр мюонов до Е"3ґ1012 эВ, дальше, чем в других лабораториях мира. Руководила работой этой группы И.В. Ракобольская.
В середине 70-х годов по инициативе С.Н. Вернова, Е.Л. Фейнберга и Н.А. Добротина с РЭК начался грандиозный эксперимент на Памире, в урочище Ак- Архар на высоте 4400 м. Площадь РЭК достигала 1000 м2, экспозиция каждой закладки длилась около года. Для этих экспериментов Н.А. Добротин "добыл" 2000 тонн свинца. В толстых свинцовых рентген-эмульсионных камерах эксперимента "Памир" изучались ядерные взаимодействия, вызванные частицами с энергиями Е> 1016 - 1017 эВ.
Работа с такими большими площадями эмульсии требовала специальной техники и большого числа участников. Головной организацией эксперимента был ФИАН. Руководил всеми работами С.А. Славатинский, среди участников, представлявших разные страны (Япония, Бразилия, Польша) и институты, были и сотрудники НИИЯФ МГУ из группы И.В. Ракобольской, коллеги и ученики С.Н. Вернова.
Значительная статистика и хорошее пространственное разрешение треков частиц позволяет в эксперименте "Памир" проверить различные модели ядерных взаимодействий. Оказалось, что для частиц с энергиями, меньшими Е"1014 -1015 эВ характеристики взаимодействия не противоречат экстраполируемым параметрам из ускорительных данных. Однако при больших энергиях есть существенные отличия: нарушается скейлинг во фрагментационной области взаимодействия, появляются события с множеством адронов и малым числом g-квантов, т.е. события с отсутствием ("кентавры") или дефицитом ("миникентавры") нейтральных пионов. Очень часто наблюдаются двухструйные события, а иногда и трех-четырехструйные. Кроме того, оказалось, что наблюдавшиеся трех-четырехструйные события выстроены в линию. Вероятность случайного появления таких событий очень мала, т.е. это явление "выстроенности" присуще определенным ядерным взаимодействиям.
Иногда в РЭК наблюдаются грандиозные события, в которых поток частиц так велик, что на рентгеновской пленке размер пятна почернения можно измерять линейкой. Наибольшие пятна имели размеры диаметром в один-два и даже три сантиметра. Такие события получили собственные имена, например, "Фианит", "Татьяна" и другие. Семейство "Фианит" содержит до 50 подструктур. Оно вызвано первичной частицей с энергией Е>1017 эВ. В семействе "Татьяна" видны 225 g-квантов и 65 адронов с суммарной энергией Е"1,7.1016 эВ. Эксперимент "Памир" продолжается и должен принести еще немало сюрпризов.
После смерти С.Н. Вернова изучение космических лучей, продолжалось по всем направлениям, возникшим при жизни Сергея Николаевича: на космических аппаратах, в стратосфере и наземными средствами (на горах, под землей и под водой). Достигнутые здесь успехи свидетельствуют о дееспособности созданной Сергеем Николаевичем научной школы, различные коллективы которой самостоятельно задумывают и осуществляют сложные эксперименты.
В НИИЯФ МГУ с 1984 по 1996 год была проведена серия полетов по изучению аномальной компоненты космических лучей. Аномальная компонента была открыта в 1972 году американскими космическими аппаратами в межпланетном пространстве. Частицы аномальной компоненты космических лучей представляют собой однозарядные ионы различных химических элементов : Н, He, N, O, Ne и др. Повышенная магнитная жесткость этих частиц позволяет им проникать во внутренние области магнитосферы Земли, в которые ядра, полностью лишенные электронной оболочки, не допускаются земным магнитным полем.
Для исследования аномальной компоненты космических лучей использовались диэлектрические трековые детекторы-пластины. Эти деткторы устанавливались на ИСЗ серии "Космос" в специальных контейнерах с открывающейся крышкой, которая после проведения экспонирования перед спуском на Землю закрывалась, чтобы пластины не подвергались перегреву (или даже не обгорели) во время входа спускаемой части аппарата в плотные слои атмосферы. В экспериментах НИИЯФ МГУ в основном изучались ядра кислорода, подсчитывалось их число, определялось направление их прихода, и по пробегу в пластинах определялась их энергия. С 1984 года, когда начались эти эксперименты, было произведено 65 запусков спутников серии "Космос" со спасаемым модулем, в котором возвращались и экспонируемые пластины. Так как каждый полет длился одну-две недели, то общее время экспозиции пластин составило более года.
Эти эксперименты показали, что в магнитосфере Земли постоянно существует новое образование -
радиационные пояса, состоящие из частиц аномальной компоненты космических лучей /15/. Инициатором этих работ и основной
движущей силой был Н.Л. Григоров.
Для изучения состава космических лучей и проверки, в частности, результатов полетов спутников “Протон” о
“загибе” спектра протонов при энергии 2´
1012 эВ
были проведены эксперименты с аппаратурой "СОКОЛ", весом 2,4 тонны, запущенной на спутниках “Космос-1543” (1984г.) и “Космос-1713” (1986 г.). Так как одна из причин “загиба” спектра протонов может носить методический характер, например, возникновение обратного тока частиц, то для борьбы с этим возможным методическим изъяном в аппаратуре "СОКОЛ" для измерения заряда частиц с Z = 1 (протоны) и Z= 2 (альфа-частицы) использовались направленные черенковские детекторы небольших размеров. Это в значительной степени позволило исключить влияние частиц обратного тока на величину измеряемого заряда. Кроме того, картина прохождения частиц через прибор была визуализирована, так что можно было выделять частицы и создаваемые ими электромагнитные каскады, лежащие целиком в створе прибора, что позволяло более надежно определять их энергию.
Создание аппаратуры "СОКОЛ", проведение экспериментов и обработка результатов осуществлялись, по сравнению со спутниками “Протон”, практически уже совсем другим научным коллективом. Здесь кроме "старой гвардии" Н.Л. Григорова и И.Д. Рапопорта активно участвовали В.Я. Шестоперов, И.В. Яшин, Д.М. Подорожный и ряд других сотрудников.
Эксперименты на спутниках “Космос-1543” и “Космос-1713” показали, что аппаратура "СОКОЛ" позволяет эффективно бороться с обратным током, но однозначного ответа на главный вопрос о форме спектра протонов и здесь получено не было. Время работы каждого из спутников составляло менее месяца и набранная статистика по протонам оказалась недостаточной для обоснованных выводов. Для окончательного решения этого важного вопроса необходим более длительный эксперимент с подобной аппаратурой, который до настоящего времени еще не проведен.
На этих же спутниках регистрировались и тяжелые ядра в области энергий 50-1000 ГэВ/нуклон, что позволило построить энергетические спектры ядер гелия, углерода, кислорода и железа /16/. Если аппроксимировать эти спектры степенным законом, то показатель степени g = -2,5. Почти такой же наклон получен и для энергетического спектра ядер гелия. Отношения абсолютных значений потоков этих ядер при различных энергиях, характеризующие состав частиц при данной энергии, практически такие же, как и в области меньших энергий. Это говорит о том, что в рамках этих аппроксимаций состав ядер в галактических космических лучах остается примерно постоянным в области энергий от 1 ГэВ/нуклон по крайней мере до 1000 ГэВ/нуклон. Отметим, что в этих экспериментах нашим сотрудникам удалось дальше всех продвинуться в изучении спектра по энергиям частиц (вплоть до 2 ТэВ/нуклон для ядер С и О).
Продолжались и поиски решения проблемы ускорения частиц на Солнце. Одно время казалось, что гипотеза ускорения частиц при пересоединении магнитных силовых линий в области вспышки решает задачу. Однако сейчас чаще говорят об ускорении на фронтах ударных волн, сопровождающих вспышки на Солнце и выбросы огромных масс коронального вещества. О предсказании времени и мощности вспышек пока тоже приходится только мечтать, хотя некоторые небольшие сдвиги имеются. Этому способствовали и эксперименты на спутнике “Гранат” с высокоапогейной орбитой, близкой к орбитам спутников “Прогноз”. Спутник “Гранат” оказался долгожителем, он работал более пяти лет. На нем был установлен не только традиционный, еще Сергеем Николаевичем предложенный комплекс аппаратуры, но и приборы для регистрации состава и спектра заряженных частиц в широком диапазоне энергий. Во время полета этого спутника на Солнце произошло несколько мощных вспышек, которые были зарегистрированы и достаточно подробно изучены. Одно из ярких событий произошло в марте 1993 года, когда потоки генерированных на Солнце частиц достигли огромных значений, сравнимых с потоками только нескольких (около 10) других мощнейших вспышек, происшедших на Солнце с 1942 года, за все время наблюдения за энергичными солнечными частицами.
На модуле “Квант-2” орбитальной станции МИР НИИЯФ МГУ продолжил, начатую еще при жизни Сергея Николаевича, регистрацию нейтронов. В качестве детекторов использовались нейтронные счетчики, наполненные гелием-3. Такие же счетчики, но уже в значительно большем наборе были установлены на модуле “Спектр”, пристыкованном в 1995 году к станции МИР. Задача этого эксперимента состояла в определении направления прихода потока нейтронов, что позволяло идентифицировать их источник: Солнце или что-либо еще, например, авария на другом спутнике с ядерным реактором на борту или на наземной атомной станции. За время полета Солнце было малоактивным, никаких аварий, к счастью не произошло, и приборы на станции "МИР" регистрировали спокойный фоновый поток нейтронов, создаваемый космическими лучами в атмосфере Земли и веществе самого космического аппарата.
На модуле “Спектр” был установлен и широкий комплекс приборов для продолжения задуманных еще при Сергее Николаевиче
исследований локальных космических источников рентгеновского и гамма излучения (аппаратура "ГРИФ-1"). Комплекс приборов
"ГРИФ-1" состоял из 20 различных блоков, которые позволяли по отношению зарегистрированных скоростей счета разными
детекторами во время рентгеновских всплесков определять не только их мощность, но и направление прихода рентгеновских
квантов. Были приборы и для изучения более энергичных гамма-квантов с энергиями от 500 кэВ до 50 МэВ. Эти же детекторы
могли регистрировать и нейтроны достаточно больших энергий
(Е>30 MэВ), причем прибор мог отличать попавший в него гамма-квант от нейтрона.
В 1994 году была выведена на полярную орбиту солнечная обсерватория “КОРОНАС-И”. Главным на этом спутнике был эксперимент по изучению солнечной короны и активных областей Солнца в ультрафиолетовом свете и мягком рентгеновском излучении, проводившемся ФИАН’ом. НИИЯФ МГУ на “КОРОНАС” установил несколько приборов для изучения гамма-излучения, нейтронов и заряженных частиц от солнечных вспышек. К сожалению, полет этого спутника пришелся на период минимума солнечной активности. В течение всего полета не произошло ни одной достаточно мощной вспышки и ни гамма-квантов, ни нейтронов зарегистрировано не было. Зато произошло интересное событие в заряженных частицах. 14 апреля 1994 г. было зарегистрировано возрастание потоков частиц, не сопровождавшееся солнечной вспышкой - безвспышечное возрастание потока заряженных частиц. 17 апреля на Земле возникла магнитная буря. Эта буря была связана с приходом к Земле сгустка солнечной плазмы, ассоциированного с корональным выбросом вещества, который около Солнца ускорил заряженные частицы, а при подходе к Земле инициировал возникновение магнитной бури. Благоприятным фактором здесь явилось то, что данное событие наблюдалось и на других космических аппаратах (IMP-8, Ulysses и геостационарном спутнике Земли), что позволило рассмотреть его с разных позиций. На спутнике “КОРОНАС-И” были также обнаружены ядра кислорода, являющиеся частицами аномальной компоненты космических лучей, захваченных в геомагнитную ловушку. Несмотря на то, что спутник “КОРОНАС-И” летал глубоко в магнитосфере Земли, он смог зарегистрировать рекуррентные возрастания потоков протонов с энергией 1-4,5 МэВ, проникающих на малые высоты в полярных шапках. Эту же серию возрастаний регистрировал космический аппарат Ulysses, находившийся в это время над южным полюсом Солнца. Сравнение данных Ulysses'а и “КОРОНАС’а” позволили установить, что источник частиц коротирующих потоков находится достаточно далеко от орбиты Земли.
В 1991-93 гг. на геостационарных спутниках Земли “Горизонт-34, 35 и 41”, а также на спутнике “Глонасс” (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), был начат мониторинг внутренних областей магнитосферы, центр анализа которой находился в НИИЯФ МГУ. Вместе с другими спутниками (“Галс”, “Экспресс”), проведенные измерения позволили изучить динамику магнитосферы на спаде 22-го цикла солнечной активности, исследовать динамические процессы в потоках электронов высокой энергии, путей их заброса в радиационные пояса, времена жизни новых образований в поясах и другие явления. Особенно важными были плазменные измерения на геостационарных орбитах, ибо ближний плазменный слой (L<7-8) сейчас признается ответственным за возникновение магнитных бурь. Руководит этими работами ученик Сергея Николаевича - Сосновец Э.Н.
Последний спутник серии "Космос" с аппаратурой НИИЯФ МГУ – “Космос-2344” -был запущен на необычную орбиту: наклон орбиты составлял 630 к плоскости экватора, высота полета в перигее была 1500 км, а апогей достигал 2700 км. Систематических измерений радиации на этих высотах в НИИЯФ МГУ не проводилось. Спутники с более высокими апогеями эти высоты пересекали на других, как правило, больших широтах. Необычность траектории полета спутника давала надежду обнаружить здесь новые эффекты. Прибор на спутнике "Космос-2344" представлял собой телескоп из 4-х кремниевых детекторов, выполненный на современном уровне, что позволяло ему надежно регистрировать заряд частиц, их массу и энергию. Ожидания оправдались: во внутренних областях магнитосферы впервые были зарегистрированы потоки ядер Li, Be и В на магнитных оболочках с L < 2 и ядер C, N и О на L > 2. Есть основание предполагать, что потоки этих частиц образуют еще один-два пояса захваченных тяжелых частиц, источником которых является атмосфера Земли, где эти частицы создаются космическими лучами в ядерных реакциях с атомами атмосферы.
Самые последние исследования радиационных поясов Земли в НИИЯФ МГУ проведены на геостационарных спутниках серии “ЭКСПРЕСС”, запущенных уже в 2000 году (руководитель работ - Э.Н. Сосновец). Установленная на них аппаратура зарегистрировала мощную вспышку 14 июля 2000 г., в результате которой на далеких магнитных оболочках (L = 6.6) появились релятивистские электроны. Такого явления до сих пор не наблюдалось.
Стратосферное направление изучения космических лучей также продолжало развиваться. К настоящему времени получен уникальный однородный ряд экспериментальных данных о временных и пространственных изменениях галактических космических лучей, охватывающий период с середины 1957 года по настоящее время. Получен отрицательный тренд (уменьшение) потока галактических космических лучей, приходящих в гелиосферу из межзвездной среды. Величина этого тренда составляет несколько сотых процента в год. Это новое явление в космических лучах (вместе с анизотропией их потока в области энергий 1011-1014эВ и существованием первичных высокоэнергичных электронов с энергией Е >
1012 эВ, наличием более жесткого спектра протонов по сравнению со спектрами ядер в области энергий Е >
1012 эВ) свидетельствует о том, что на расстоянии менее 100 парсек от нашей Солнечной системы имеется источник космических лучей.
В рамках международного проекта “ПАМЕЛА” готовится эксперимент по измерению спектра первичных электронов с Е >
< 1012 эВ. Если такие электроны будут найдены и будут подтверждены ранее полученные результаты, то это будет окончательным доказательством существования источника космических лучей вблизи Солнечной системы.
Изучение космических лучей в атмосфере Земли показало их важную роль в атмосферных процессах: образование облачности и осадков, образование грозового электричества и молниевых разрядов, обеспечение работы глобальной токовой цепи. Возможно, что климатические изменения на нашей планете связаны с изменением потока галактических космических лучей. В настоящее время в ЦЕРН’е ( в европейском ядерном центре!) ставится эксперимент по изучению физических механизмов воздействия ионизующих частиц на такие атмосферные процессы как образование центров конденсации, рост водяных капель…
Кроме ежедневных полетов шаров-зондов, стали осуществляться длительные полеты высотных аэростатов, поднимающих значительный груз на высоты до 30 км и выше. Аэростаты, как правило, стартуют на Камчатке и пролетают над всей Россией в течение 5-7 дней, а затем их сажают на долготе Волги, в районе Волгограда. Есть и другие трассы длительных полетов, например, над Антарктидой, где аэростат при благоприятных условиях может совершать круговые движения над Южным полюсом в течение нескольких недель. Самый последний полет с аппаратурой АТИК, созданной в НИИЯФ МГУ совместно с американскими учеными успешно осуществлен в 2000 году
Продолжались и наземные исследования космических лучей. Все наземные работы последних лет, как правило, нацелены на изучение первичных космических лучей, поиски их источников, определение спектра, состава частиц и характеристик ядерных взаимодействий при очень высоких энергиях.
Прежде всего нужно отметить глубоководные эксперименты на Байкале по регистрации мюонов и нейтрино. Эксперименты ТУНКА и СФЕРА, которые регистрируют черенковское свечение ШАЛ, причем в эксперименте СФЕРА этот свет отражается от снежного покрова. Продолжаются обширные измерения космических лучей в нейтринной обсерватории на Баксане и на Тянь-Шане и в других экспериментах. Успешно работает сеть наземных станций непрерывной регистрации космических лучей в Апатитах (ПГИ, Апатиты; ИЗМИРАН., Москва; ИКФИА, Якутск; ИСЗФ, Иркутск и др.). Продолжаются регулярные измерения потоков космических лучей в земной атмосфере в северных и южных полярных широтах, под Москвой (ФИАН).
Сейчас нет ни одного физического явления, связанного с космическими лучами, которое в той или иной степени не использовалось бы для получения новых сведений о космических лучах. Отметим проводимые еще в 1959-63 годах в Крыму (поселок Кацивели) эксперименты А.Е. Чудакова по поиску g
-квантов высокой энергии от звездных объектов - возможных источников космических лучей. В этих экспериментах регистрировалось черенковское свечение атмосферы, вызываемое частицами широкого атмосферного ливня. Ливень, в свою очередь, создавался высокоэнергичным g
–квантом. Сейчас эти эксперименты успешно продолжаются в Крымской астрофизической обсерватории А.А. Степаняном и в ФИАНe С.И.Никольским. НИИЯФ МГУ планирует провести исследование ионизационного свечения атмосферы от частиц самых высоких энергий с помощью огромного фокусирующего зеркала, установленного на искусственном спутнике Земли
Даже этот краткий перечень экспериментальных исследований космических лучей говорит о том, что усилия Сергея Николаевича не пропали даром. Мы далеко продвинулись в изучении космических лучей, но, как всегда бывает в науке, возникли новые вопросы, обнаружены новые явления, которые будут исследоваться уже нашими потомками.
В 1946 году в МГУ были созданы Научно-исследовательский институт ядерной физики (НИИЯФ МГУ) и отделение ядерной физики физического факультета. Кафедру космических лучей этого отделения возглавил С.Н. Вернов.
С 1960 года он - директор НИИЯФ МГУ и заведующий отделением ядерной физики физфака МГУ. Под руководством С.Н.Вернова
НИИЯФ МГУ утвердил свою репутацию первоклассного научного института.
С.Н. Вернов был членом бюро Отделения ядерной физики Академии Наук СССР и заместителем академика-секретаря этого
отделения, возглавлял Научный совет АН СССР по комплексной проблеме “Космические лучи”, вел большую работу по планированию научных исследований в СССР, в союзных и автономных республиках.
С 1965 года, после организации секции ядерной физики Научно-технического совета Минвуза СССР, С.Н. Вернов стал ее бессменным председателем. С присущей ему энергией и настойчивостью он занимался координацией ядерно-физических исследований в вузах СССР, особенно в области физики высоких энергий и физики космических лучей. По его инициативе в ряде вузов созданы проблемные лаборатории по ядерной физике и физике высоких энергий.
Сергей Николаевич понимал свою особую миссию в науке, миссию лидера, объединяющего и
направляющего своих коллег. Он очень заботился о кадрах, о приемниках, о тех, кто будет продолжать его дело.
Показателен приведенный здесь снимок Сергея Николаевича с коллегами и учениками у корпуса, специально возведенного
(по инициативе Сергея Николаевича) для изучения космических лучей. На этом снимке 1959 года Сергей Николаевич, 49-ти
летний лидер науки о космических лучах снят вместе с группой ученых, в то время еще не успевших громко о себе заявить.
Теперь мы знаем, что это выдающиеся ученые, два академика, заслуженный деятель науки, остальные доктора-профессора в
области физики космических лучей и взаимодействий частиц высокой энергии. Только отменная интуиция и вдумчивая работа с коллегами позволили ему собрать вокруг себя такой коллектив молодых ученых. Это одна из важнейших характеристик Сергея Николаевича – способность распознавать талантливых людей и привлекать их к науке своей убежденностью и энтузиазмом.
К настоящему времени только в НИИЯФ МГУ по космическим лучам и космофизике защищено более 20-ти докторских диссертаций.
Очень много сил отдал Сергей Николаевич созданию научных центров изучения космических лучей на периферии страны. В период наибольшей интенсивности исследований космических лучей в стране работало более 10 таких центров: в Якутске, в Апатитах, Алма-Ате, Тбилиси, Иркутске и других городах. На приведенных фотографиях можно видеть различные моменты встреч Сергея Николаевича с коллегами из других институтов.
Сергей Николаевич не только сам занимался исследовательской работой (в приложении дан список открытий, в которых он принимал непосредственное участие), но и умел создать атмосферу созидания. Он был катализатором научных усилий, способствовавших проявлению талантов и инициативы новых сотрудников, появлению новых идей. Сам он был экспериментатором, но рядом с ним всегда работали и теоретики, бывшие в курсе всех экспериментальных достижений и быстро объяснявшие новые явления, иногда создавая и фундаментальные теории. Примером может служить теория радиационных поясов Земли Б.А. Тверского. Сергей Николаевич думал не только о своем институте, он всячески способствовал развитию науки о космических лучах во всей стране. Очень показательны проводимые под его эгидой Всесоюзные конференции по космическим лучам. Он настаивал, чтобы конференции проходили не только в Москве, но и в других городах. Это безусловно способствовало развитию там науки, привлекало внимание к космическим лучам не только молодых ученых, но и местных властей, от которых кардинально зависело развитие инфраструктуры исследований. Очень плодотворными были организованные Сергеем Николаевичем совместно с сотрудником ленинградского физико-технического института АН СССР, профессором Г.Е. Кочаровым Международные семинары по космофизике, которые постоянно проводились в Ленинграде. К 1982 году, году смерти Сергея Николаевича, было проведено 12 таких семинаров. Они носили совсем неформальный характер, и ученые разных стран могли обмениваться самой свежей информацией, что очень важно в быстро развивающейся области знаний.
Выдающаяся научная, педагогическая и общественная деятельность Сергея Николаевича (он долгие годы возглавлял Московский комитет защиты мира) получила высокую оценку: в 1980 году в связи с семидесятилетием С.Н. Вернов стал Героем Социалистического труда СССР.
С.Н. Вернов скончался 26 сентября 1982 года на 73-ем году жизни. Отмечая 90-летие со дня его рождения, мы вспоминаем те яркие страницы, которые он вписал в историю изучения космических лучей, в освоение космического пространства. С.Н. Вернов являет собой пример служения науке, создания новых коллективов, без которых невозможно дальнейшее развитие научных исследований.
Приложение
Открытие внесено в Государственный реестр открытий 27 марта 1965 года под №23 с приоритетом - июль 1958 года (по дате доклада на V Ассамблее МГГ в Москве).
Авторы открытия: С.Н. Вернов, А.Е. Чудаков, Ю.И. Логачев, Е.В. Горчаков и П.В. Вакулов.
Формула открытия: “Установлено, что в области пространства, где расположены силовые линии магнитного поля, пересекающие поверхность Земли между 500 и 650 геомагнитной широты, находится радиационная зона (названная впоследствии внешним радиационным поясом), состоящая из захваченных магнитным полем интенсивных потоков электронов с энергией от сотен до тысяч килоэлектронвольт”
Открытие внесено в Государственный реестр открытий 16 июня 1970 года под №84 с приоритетом от 22 апреля 1958 года
Авторы открытия: С.Н. Вернов, Г.Б. Христиансен, Г.В. Куликов, В.И. Соловьева, A.Т. Абросимов и Б.А. Хренов.
Формула открытия: “Экспериментально установлена неизвестная ранее законо-мерность в энергетическом спектре космических лучей ( до энергий 10
17 эВ), состоящая в том, что показатель степени интегрального спектра при энергиях 2´ 1015 эВ, равный 1.7, при больших энергиях увеличивается до значения 2.3”Открытие внесено в Государственный реестр открытий 18 декабря 1980 года под №237 с приоритетом от 27 декабря 1960 года
Авторы открытия: С.Н. Вернов, И.А. Савенко, П.И. Шаврин, В.Е. Нестеров, Н.Ф. Писаренко, Б.Н. Васильев, Л.В. Курносова, В.И. Логачев, С.Л. Мандельштам, Л.А. Разоренов, М.И. Фрадкин и И.П. Тиндо.
Формула открытия: “Экспериментально установлено неизвестное ранее явление стока частиц радиационных поясов Земли над отрицательными планетарными магнитными аномалиями, обусловленное взаимодействием частиц с атомами атмосферы и проявляющееся в существовании ниже обычных границ поясов зон интенсивной радиации”
1. Elster J., Phys. Zs., 2, 560, 1900; Geitel H., Phys. Zs., 2, 116, 1900
Wilson C.T.R., Proc. Cambr. Phil. Soc., v. 27, p.52, 1900
Wilson C.T.R., Proc. Roy. Soc., v. A68, p. 151, 1901
2. Hess V., Phys. Zs., 13, 1084, 1912; 14, 610, 1913
3. Millikan R.A., Bowen J.S., Phys. Rev., v.22, p.198, 1923
Millikan R.A., Otis R.M., Nature, v. 114, p.141, 1924.
4. Myssowsky L., Tuwim L., Zs. f. Phys., 39, 146, 1926
5. Skobeltsyn D., Zs. f. Phys., 43, 354, 1927
6. Vernov S.N., N.L. Grigorov, G.B. Khristiansen, A.N. Charakhchyan and
A.E. Chudakov, Early history of cosmic ray studies, Y.Sekido and
H. Elliot editors, D. Reidel Publishing Company, p. 357, 1985
7. Schein M. et al., Phys.Rev., v.58, p.1027, 1940; v.59, p.615, 1941
8. Вернов С.Н., Григоров Н.Л., Добротин Н.А. Измерение азимутальной асимметрии космических лучей в районе экватора. Докл. АН СССР, т. 68,
| Часть 1 |  | История | 
|