11. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

11.1. ВВЕДЕНИЕ

Изучим влияние среды, окружающей Землю и Солнечную систему, на наблюдаемые энергетические спектры космических лучей. Сделаем это в два приема. Прежде всего рассмотрим классическую задачу о поведении заряженной частицы в дипольном магнитном поле в качестве нулевого приближения к магнитному полю Земли. Затем остановимся на влиянии солнечного ветра и межпланетной плазмы. Последнее, на наш взгляд, более интересно, но и первое, несомненно, важно и лежит в основе некоторых дискуссий.

Еще в 1929 г. Клей наблюдал, что число заряженных частиц, достигающих поверхности Земли, изменяется как функция геомагнитной широты, т.е. полярного угла X, отсчитываемого от экваториальной плоскости геомагнитного поля (рис. 11.1). Он ехал с Явы в Нидерланды, чтобы откалибровать свои ионизационные детекторы на глубине голландских соляных рудников. Конечно, он детектировал продукты порядка от первичных космических лучей, приходящих в верхние слои атмосферы, но из его данных следовало, что первичный поток зависит от напряженности магнитного поля. К 1932 г. Комптон, который открыл комптоновское рассряние, показал, что интенсивность космических лучей на уровне моря сильно зависит от геомагнитной широты. Норвежский физик Штермер, который пытался объяснить полярные сияния, впервые занялся проблемой описания динамики частицы в магнитном дипольном поле. Эту теорию часто называют теорией Штермера, а орбиты частиц — штермеровскими.

Рис. 11.1. Определение магнитной широты X относительно магнитного северного полюса.

Это полностью классическая задача. Пусть частица, приближается к магнитному диполю из бесконечности: какова ее траектория? Анализ этой теории длительный, но достаточно простой, и приводит к ясным ответам. Я не буду приводить его во всех подробностях, а отсылаю вас к приложению В книги Хоппера [2], где довольно изящно изложены все детали.