Солнечная система — это не только планеты, астерои­ды, кометы, это еще и межпланетное пространство, в ко­тором движутся все эти небесные тела. Далеко в прош­лое ушло время, когда пространство считалось простым вместилищем, пустотой. Наука давно пришла к выводу, что в космосе развертываются сложные процессы. Их ис­следование имеет чрезвычайно важное значение для глу­бокого понимания явлений окружающего нас мира. Вот почему разнообразные процессы, протекающие на боль­ших высотах, привлекают к себе внимание физиков и гео­физиков.

Как мы уже знаем, из глубин Вселенной к Земле при­ходят космические лучи — ядра атомов водорода, гелия и других химических элементов. Однако первичные кос­мические лучи, взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, растрачивают свою энергию и до поверхности Земли практически не доходят. Это взаимодействие осущест­вляется главным образом в тропосфере, приземном слое воздуха толщиной около 35—20 км, в котором сосредо­точено примерно четыре пятых всей массы земной атмо­сферы. Таким образам, на высотах свыше 20 км мы, по существу, уже имеем дело с частицами первичного из­лучения.

Естественно было ожидать, что с дальнейшим увели­чением высоты интенсивность космического излучения будет оставаться постоянной. Однако уже первые изме­рения, проведенные американскими учеными с помощью высотных ракет, показали, что в действительности с уве­личением высоты эта интенсивность возрастает.

Окончательную ясность в изучение проблемы внесли искусственные спутники Земли, оборудованные специаль­ной аппаратурой для регистрации космического излуче­ния. Результаты наблюдений, проведенных с помощью второго и третьего советских спутников, а также аме­риканских спутников, подтвердили рост интенсивности космического излучения с высотой. Кроме того, была об­наружена зависимость интенсивности от географической широты.

Дальнейшие исследования показали, что паша пла­нета окружена своеобразным ореолом заряженных ча­стиц, состоящих из двух радиационных зон — внутренней и внешней, границы которых могут изменяться и зави­симости от физических условий.

На первых порах казалось, что внутренний и внеш­ний радиационные пояса существуют обособленно друг от друга и их границы нигде не перекрываются. Однако уже к середине 1965 г. в результате многочисленных на­блюдений, проведенных с помощью спутников серии «Космос», космических станций «Марс 1>, «Луна 4» и «Зонд 1», космических кораблей «Восход» и «Восход 2», а также наблюдении американских ученых, стало ясно, что все околоземное космическое пространство сплошь заполнено частицами разных «сортов», обладающих раз­личными зарядами и энергиями. При этом частицы каж­дого сорта имеют свое характерное распределение в про­странстве, которое может, однако, ‘изменяться в зависи­мости от целого ряда причин.

Вначале считалось, что основную долю частиц вну­треннего пояса составляют протоны (ядра атомов водорода)   высоких  энергий.  Однако дополнительные наблюдения показали, что в действительности здесь .количественно преобладают электроны небольших энергий.

Число частиц, которые движутся на расстоянии от 3 до 7 земных радиусов от центра планеты, т. е. на высоте от 12 до 36 тыс. км от поверхности Земли, непо­стоянно. Оно меняется в зависимости от уровня солнеч­ной активности и состояния земного магнитного ноля.

Наличие радиационного ореола нашей планеты тесно связано с земным магнетизмом. Расчеты показывают, что заряженные частицы зон движутся вдоль магнитных силовых линии земного магнитного поля от одного маг­нитного полюса к другому. По мере приближения к по­люсу магнитные силовые линии, которые все сходятся в этой точке, сближаются друг с другом и «сгущаются», движение частиц замедляется и, в конце концов, они на­чинают перемещаться в обратном направлении. У проти­воположного полюса повторяется то же самое и частицы вновь поворачивают обратно. Таким образом, в около­земном пространстве существует своеобразная «магнит­ная ловушка» для заряженных частиц.

Как известно, межпланетное пространство не является совершенно свободным от вещества. Поэтому заряжен­ные частицы, движущиеся в магнитной ловушке, могут испытывать соударения с частицами окружающей среды. В результате подобных столкновений частицы постепен­но теряют свою энергию и «выбывают из игры».

В радиационных зонах происходит постепенное на­копление частиц до тех пор, пока не устанавливается своеобразное равновесие, когда число прибывающих за единицу времени частиц оказывается равным числу ча­стиц, теряющих свою энергию.

Таким образом, главная причина образований радиа­ционного ореола Земли — магнитное поле нашей плане­ты. Это означает, что и любая другая планета, обладаю­щая достаточно сильными магнитными свойствами, видимо, должна быть окружена радиационными по­ясами.

Для того чтобы заряженная частица могла проник­нуть на достаточно близкое расстояние к поверхности Земли и попасть в область внутренней радиационной зоны, она должна преодолеть своеобразный барьер —• магнитное поле нашей планеты. Совершить этот «под­виг» способны лишь частицы, обладающие большой энергией. Но такие частицы свободно пронизывают на­сквозь радиационные пояса и не могут быть захвачены магнитной ловушкой. Получается парадокс: чтобы по­пасть в состав радиационной зоны, электрон или прогон должны двигаться с малой скоростью, обеспечивающей возможность захвата. Но такие частицы будут отбро­шены назад земным магнитным полем.

Каким же образом возникают радиационные зоны?

На первых порах предполагалось, что поставщиками частиц для радиационного ореола Земли являются так называемые нейтроны, нейтральные частицы, которые об­разуются в земной атмосфере в результате ее бомбар­дировки космическими лучами. Эти ядерные частицы не­устойчивы. Средняя продолжительность «жизни» ней­трона составляет всего около 12 минут. По истечении этого срока нейтрон распадается на протон и электрон с выделением нейтральной частицы — нейтрино. Нейтрино, не имеющее электрического заряда, беспрепятственно улетает со скоростью света, а протон и электрон захва­тываются земным магнитным полем.

Однако многолетние наблюдения и исследования при­вели ученых к мысли, что мощность космических лучей слишком невелика, чтобы считать их главной причиной возникновении радиационных зон. Вероятно, распад ней­тронов действительно имеет место, но не он является главным поставщиком частиц для радиационного ореола Земли.

В настоящее время можно считать установленным, что преобладающая масса частиц радиационных зон по­падает в магнитную ловушку Земли из потоков заря­женных частиц, извергающихся с поверхности Солнца с огромными скоростями от сотни до тысячи километ­ров в секунду, — солнечного ветра.

В околоземном космическом пространстве, на рас­стоянии около 36 тыс. км от поверхности Земли суще­ствует, как показали измерения, не только магнитное, но и электрическое поле. Оно возникает благодаря движе­нию частиц ионосферы по отношению к магнитным сило­вым линиям земного магнитного поля. Между прочим, в связи с этим правильнее называть околоземное про­странство не «магнитосферой», как раньше, а «электро­магнитосферой».

При взаимодействии солнечного ветра, т. е. потоков солнечной плазмы, с электромагнитосферой могут проис­ходить нарушения земного магнитного поля. Создается нечто вроде своеобразных каналов для поступления за­ряженных частиц внутрь магнитной ловушки. Происхо­дящее при этом «высыпание» заряженных частиц в ат­мосферу вызывает одно из красивейших явлений приро­ды — полярные сияния.

Однако механизм этого явления еще не ясен. Здесь есть еще немало загадок, которые предстоит разрешить. Так, например, измерения, проведенные с помощью ра­кет и спутников, показывают, что энергия солнечного ветра почти не меняется. Между тем энергия полярных сияний изменяется в десятки тысяч раз. Видимо, при­чины этого явления связаны с изменениями физического состояния «электромагкитосферы», которые в свою очередь могут быть вызваны процессами ионизации, а также ветрами, дующими на высоте в сотни кило­метров.

Изучение всех этих явлений с помощью ракет и спут­ников представляет большой научный интерес, поскольку, сложные физические, процессы, протекающие в около­земном космическом пространстве, невозможно детально воспроизвести искусственным путем в земных физиче­ских лабораториях.

Интерес к этим явлениям объясняется еще одним об­стоятельством. Не исключена возможность, что измене­ния физического состояния радиационных зон могут сказывать существенное влияние па многие процессы, происходящие в земной атмосфере и на поверхности нашей планеты. Весьма вероятно, что радиационные зоны представляют собой важное передаточное звено в механизме воздействия солнечной активности на гео­физические явления.