Космические лучи

1. Космические лучи (КЛ) - это поток наряженных частиц высокой энергии приходящих к поверхности Земли приблизительно изотропно со всех направлений космического пространства. Различают первичные и вторичные Космические лучи.

Первичные КЛ приходят на Землю из косу0са Они включают в себя галактические КЛ, приходящие из галактического пространства, и солнечные КЛ, рождающиеся на Солнце во время вспышек.

Вторичные КЛ рождаются в земной атмосфере. Они образуются при взаимодействии первичных КЛ с атомами вещества атмосферы.

Открытие КЛ связат!0 с изучением электропроводности воздуха. В начале XX в. было надежно установлено, что ^У0" B0W, содержащийся даже в герметичном сосуде, всегда ионизирован После открытия естественной радиоактивности стало ясно, что источник иони­зации находится вне сосуда, содержащего воздух, и представляет собой радиоактивное излу­чение горных пород Значит с увеличением высоты ионизация воздуха должна уменьшатся.

В 1912 г австриец Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре, имея электроскоп в герметично закрытом сосуд, давление воздуха в котором оставалось постоянным. Он обна­ружил что при подъеме на первые 600 м ионизация воздуха убывала. Но, начиная с 600 м, она стала возрастать чем выше тем быстрее. На высоте 4800 м концентрация ионов стала в 4 раза больше чем на уровне моря. Поэтому Гесс предположил, что на границу земной атмо­сферы из мирового пространства падает ионизирующее излучение очень большой проникаю­щей способности.

Позднее опыты приводились с шарами-зондами. Оказалось, что на высоте 8400 м ионизация в 10 раз больше чем на уровне моря.На высоте 20 км она достигает максимума, а с дальнейшим подъемом начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что на высоте 20 км в результате взаимодействия ( атмосферой первичных КЛ создается наибольшая концентрация вторичных ионизирующих частистиц.

2. Первичные космические лучи (ПКЛ). Рассмотрим энергетический спектр, со­став, пробег и механизм ускорения частиц в ПКЛ

а. Энергия ПКЛ очень великa. У большинства частиц она превышает 10 ГэВ. Поэтому основная задана при детектировании частиц ПКЛ состоит в том, чтобы частицы затормози­лись в пределах детектора. Только в этом случае можно измерить их полную энергию.

Впервые энергетический спектр ПКЛ удалось непосредственно измерить на спутниках серии «Протон» в 1965-69 гг. Позднее эти измерения по­вторялись на спутниках Луны и Марса за пределами магнитного поля Земли. Энергия частиц ПКЛ изме­рялась с помощью ионизационного калориметра. Прибор представляет собой систему из слоев ядер­ных мишеней, фотопластинок и счетчиков. Взаимодействуя с ядрами мишени (тяжелый металл), космическая частица генерирует поток жест­ких γ -квантов. В слоях свинца эти γ - кванты поро­ждают мощные лавины ионизирующих частиц, ко­торые регистрируются в фотоэмульсиях и счетчиках. Если толщина слоев калориметра велика и все частицы лавины ос­таются в нем, то по их числу можно определить энергию пер­вичной космической частицы. Ионизационные калориметры имеют объем до нескольких куб. метров и массу до 20 тонн.

На рис.166 показана зависимость интенсивности I пото­ка частиц ПКЛ от их энергии Е в билогарифмическом масшта­бе. Интенсивность I выражена числом частиц, приходящихся на 1 м² земной поверхности из телесного угла 1 ср в 1 с. Энергия E указана в гигаэлектронвольтах (1 ГэВ = 109В).

В интервале энергий Е от 10 до 10⁶ ГэВ энергетический спектр описывается эмпирической формулой I = АЕ^{- γ}, еде А = 10¹⁸ часгиц/м²ср-с, γ=1,6.

Суммарный поток ПКЛ равен примерно 104 частнц/м² ср с. Максимальная энергия ПКЛ доходит до 10¹¹ ГэВ Это значит что ПКЛ является уникальным источником сверхвы­соких энергий так как максимальная энергия, полученная на ускорителях, не превышает 10⁵ ГэВ. Но частиц с энергией E> 10⁶ГэВ очень мало. На площадь 1 м² приходится в сред­нем одна такая частица в год.

Энергия ПКЛ имеет нетепловое происхождение. Так, внутри звезд средняя энергия частиц равна Еср = 3kT/2 = 3*1,4*10^-23*10⁹/2 = 2,1*10^-14Дж=0,1 МэВ. А средняя энергия час­тиц ПКЛ около Земли составляет 100 МэВ, то есть в 1000 раз больше. Значит, космические частицы разгоняются в каких-то астрофизических процессах электромагнитной природы.

б. Состав ПКЛ. Первичное космическое излучение в месте нахождения Солнечной системы изотропно по направлению и постоянно по времени. По составу ПКЛ подразделяет­ся на следующие группы .

р- группа. Содержит ядра водорода -протоны ₁¹р, дейтроны ²₁D, тритоны ³₁Т

α-группа. Содержит ядра гелия ⁴₂Не, ³₂Не.

L - группа (от англ. light - легкий). Содержит легкие ядра лития, бериллия и бора.

М-группа (mesolight - средне легкий). Содержит ядра от углерода С до фтора F.

H - группа (heavy - тяжелый). Содержит тяжелые ядра от неона Ne до калия К.

VH - группа (very heavy - очень тяжелый). Содержит ядра от кальция Са (Z=20) до цинка Zn (z=30).

SH группа (superheavy - сверхтяжелый). Содержит- ядра, начиная с галлия Са

(Z>31).

Е - группа. Содержит электроны е и позитроны е⁺.

В отличие от содержания элементов в среднем во Вселенной в ПКЛ наблюдается повышенное содержание средних и тяжелых ядер: группы средних ядер L - в 150 000 раз, группы Н- 2,5 раза, группы VH - в 60 раз, группы SH-н 14 раз.

Особенно выделяется содержание ядер в группе L. Можно предположить, что ядра группы L возникают в ПКЛ как результат столкновения ядер с z> 6 с частицами межзвезд­ного газа, состоящего в основном из водорода и гелия. В результате реакции фрагментации тяжелые ядра дробятся и получаются ядра группы L. Если принять эту гипотезу, то можно оценить средний путь, проходимый космической частицей от места ее рождения до Земли.

в. Средний пробег частиц в ПКЛ. Пусть космический газ из ядер водорода равно­мерно заполняет космическое пространство. Из источника, генерирующею тяжелые части­цы, масса которых больше массы ядер группы вдоль оси OA1 распространяется параллель­ный пучок частиц. При столкновении тяжелых частиц с ядрами водорода образуются легкие ядра группы I., движущиеся в том же направлении.

В результате дробления тяжелых частиц интенсивность I_т пучка тяжелых частиц

должна убывать с расстоянием по закону Бугера, I_т = I_т0ехр(-σNx), (25.2) где I_то - начальная интенсивность пучка тяжелых частиц, N - концентрация ядер во­дорода в космическом газе. σ – эффективное сечение ядерной реакции фрагментации с образованием ядер группы L.Пусть в каждом столкновении при исчезновении тяжелой частицы появляется только одна легкая частица группы L. Интенсивность потока частиц I будет нарастать с расстояни­ем по закону I_e, = I₀ - I_т = I_т[1 -ехр(-σNx)]. (25.3) Отношение интенсивности легких и тяжелых частиц в ПКЛ должно увеличиваться с расстоянием I_л/I_т= [1 -ехр(-σNx)]/еxp(-σNx)= еxp(-σNx)-1

Обозначив отношение I_л/I_т = n, получаем: х = 1п(n + l)/σN. (25.5). Отношение n= I_л/I_т = 15/(52+15+4)=1/5=0,2. Из астрофизических оценок концентрация пылинок - ядер водорода в космосе при­мерно равна 1 частице в 1 см³, так что n = 10⁶ м^-3. Эффективное сечение реакций фрагмента­ции, наблюдавшихся в земных условиях, позволяет принять значения σ= 10^-30м² . Отсюда x = ln(1,2)/10^-30*10⁶=2*10²³м.

Космические расстояния в астрофизике выражаются обычно в парсеках. По опреде­лению, один парсек - это расстояние, с которого диаметр земной орбиты (150 млн.км) ви­ден под углом 1 секунда. Парсек - это очень большое расстояние, 1 пс = 3*10¹⁶м. Выражен­ный в парсеках, пробег частиц ПКЛ до Земли составляет х =7000 кпс.

Астрофизическими исследованиями установлено, что наша галактика имеет форму двояковыпуклой линзы диаметром 25 кпс и толщиной до 2 кпс, окруженной космическим газовым Гало в форме шара.Сравнение полученного в оценках значения х с размером Галактики показывает, что х =7000 кпс во много раз

больше не только диаметра Галактики (25 кпс), но и диаметра Гало (30 кпс). Отсюда следует, что ПКЛ рождаются за пределами нашей Галактики.

По-видимому, такой вывод не верен. Во-первых, предпола­галось, что в каждой реакции фрагментации рождается лишь одна частица группы L. На самом деле рождаться их может больше. По­этому нарастание потока частиц группы L может происходить бы­стрее и на меньшем расстоянии х. Во-вторых, предполагалось, что во всех столкновениях направление движения частиц не меняется. Но это не так. Характер движения частиц ПКЛ больше приближается к движению броуновских частиц. Их траекто­рия есть ломаная линия. Поэтому частицы ПКЛ могут проходить гораздо большие пути внутри Галактики по сравнению с ее размерами.

Более строгие оценки приводят к выводу, что внутри Галактики рождается не менее 90 % частиц ПКЛ (галактические лучи). И лишь около 10 % частиц ПКЛ приходит из-за пределов Галактики (метагалактические лучи). Из-за диффузного характера движения космиче­ских частиц стирается информация о положении источников заряженных частиц. Поэтому космическое излучение за исключением квантов ЭМ-поля изотропно.

г. Механизм ускорения частиц ПКЛ. Наиболее вероятна гипотеза Ферми. Он предположил, что при взрывах сверхновых звезд образуются протяженные намагниченные обла­ка плазмы, разбегающиеся от эпицентра взрыва с громадными скоростями. Заряженные час­тицы при встречных столкновениях с такими облаками отражаются от них. В соответствии с законом сохранения импульса, абсолютная радиальная составляющая скорости частицы увеличивается при этом на удвоенную скорость движения облака, υ_2R= - υ_1R + 2υ₀. Если частица догоняет обла­ко, то ее скорость уменьшается. Но такими частицами могут быть лишь те, что родились внутри звезды. А для тех частиц, что находятся снаружи звезды, реализуются встречные движения. Поэтому кинетическая энергия космических частиц со временем растет.

3. Происхождение ПKJI. Можно выделить 4 основных источника ПКЛ: новые звезды,

сверхновые, пульсары, квазары.

а. Новые звезды (НЗ) - это тесные двойные звездные системы с суммарной массой 1-5 масс Солнца, вращающиеся око­ло общего центра масс. До вспыш­ки они имеют визуальную звездную величи­ну 4-5 единиц.

Во время вспышки в течение 1-100 земных суток их светимость увеличивается в 100-1000000 раз. После чего в течение не­скольких лет ослабевает до первоначальной величины. За время вспышки НЗ излучает около 10³⁸Дж энергии. Через несколько лет после вспышки на месте НЗ обнаруживается сферическая газовая оболочка с радиальной скоростью расширения = 1000 км/с. Масса обо­лочки около 0,01 массы Солнца, ее кинетическая энергия около 10³⁹ Дж.

Причина вспышки НЗ в том, что в двойной системе происходит аккреция - перетека­ние вещества с холодного красного карлика на горячий белый карлик. В результате в горячей звезде нарушается равновесие между гравитационными силами, с одной стороны, и силами оптического и газокинетнческого давления, с другой. Это приводит к взрыву горячей звезды.

Вспышки НЗ - частое явление. В год в нашей Галактике вспыхивает 100-200 НЗ. Они не носяг катастрофического характера и повторяются у некоторых звезд через месяцы и го­ды. Некоторая доля частиц ПКЛ может происходить из оболочек НЗ.

б. Сверхновые звезды (СНЗ). Так называются звезды, светимость которых во время вспышки становится соизмеримой со светимостью галактики, к которой она принадлежит. Так, СНЗ 1885 г, в туманности Андромеды имела светимость всей галактики. Количество энергии, излучаемой во время вспышки СНЗ, порядка 10⁴⁴Дж. Оно в миллион раз больше энергии вспышки НЗ. В пашей Галактике одна СНЗ вспыхивает в среднем раз за 300 лет. По­следнюю СНЗ наблюдал Кеплер в 1604 г. (СНЗ Кеплера).

Максимальная светимость СНЗ 1-3 недели. Сбрасываемая звездой оболочка имеет массу до Ю.масс Солнца и скорость до 20 000 км/с. Из этих оболочек также берут свое нача­ло многие частицы ПКЛ. После взрыва СНЗ на их месте обнаруживаются туманности и пульсары. На сегодня найдено около 90 остатков СНЗ. Можно предположить, что в основе механизма образования СНЗ лежит закономерность: чем больше масса атомных ядер, тем при более высокой температуре идет реакция их термоядерного синтеза.

При возникновении протозвезды из газопылевой туманности все пространство туман­ности заполнено водородом. Из-за гравитационного сжатия облака температура постепенно повышается. При достижении температуры Т=10⁷К начинается вялотекущая реакция син­теза протонов в дейтроны. Запускается протон-протонный цикл.

Протозвезда разогревается до свечения и превращается в звезду. Гравитационные си­лы уравновешиваются силами светового газокинетического давления. Сжатие приостанавли­вается. На период горения водорода устанавливается относительное равновесие.

После того, как основная масса водорода превратится в гелий, звезда начинает осты­вать, световое давление быстро уменьшается. Реакция синтеза гелия не запускается, по­скольку температура Т₁ не достаточна для синтеза ядер гелия. В процессе гравитационного сжатия звезды ее температура постепенно растет. Силы гравитации увеличиваются прямо

пропорционально l/r² , потому при достижении температуры Т₁ равновесие не наступает, поскольку температуре Т₁ соответствует в этом случае уже меньший объем звезды. Сжатие и рост температуры продолжаются, и при некоторой температуре Т₂=10⁸K запускается реак­ция синтеза ядер гелия: 3⁴₂He->¹²₆С + 7,22Мэв ( τ = 10 лет), и далее: (25.6)

⁴₂Нe + ¹²₈С-> ¹⁶₈О + γ, ⁴₂He + ¹⁶₈O->²⁰₁₀Ne+ γ, ⁴₂He+ ²⁰₁₀Ne -> ²⁴₁₂Mg. (25.7)

После выгорания гелия образуется плотное ядро звезды, содержание ядра углерода С-12, кислорода 0-16, неона Ne-20, Maгния Mg-24. Далее ход эволюции звезды может проте­кать подобным же образом. При некоторой температуре Т₃ > Т₂ возбуждается реакция синте­за ядер углерода-магния. Этот цикл должен завершится образованием ядер кремния Si-26 и фосфора Р-31.

И, наконец, при температуре Т₄> Т₃ может возбудиться последний этап экзотермиче­ской реакции синтеза ядер кремния и фосфора, который должен завершится образованием ядер ⁵⁶₂₆Fe, ⁵⁹₂₇Со, ⁵⁷₂₈Ni.

Это идеализированная схема. На самом деле эти процессы могут перекрываться. В центре звезды могут идти реакции синтеза более тяжелых ядер при более высокой темпера­туре, а на периферии - реакции синтеза менее тяжелых ядер при меньших температурах. И в большинстве случаев эволюция звезды проходит спокойно. Но иногда возникает такое соче­тание массы, состава, размеров и других параметров звезды, что равновесие нарушается. Под действием гравитации вещество звезды стремительно надает к центру, возникает коллапс звезды. Высокие плотность, температура и давление в ядре звезды могут привести в некото­рых случаях к быстрому выделению огромных энергий. Например, в результате такой реак­ции: ¹⁶₈O+¹⁶₈O= ³²₁₆S+16,5 МэВ. (25.8)

Звезда взрывается, рождая сверхновую. Если учесть энергию взрыва СНЗ Е= 10⁴⁴Дж и частоту их повторений, то получается, что для поддержания средней плотности энергии ПКЛ достаточно 1 % взрыва СНЗ.

в. Пульсары (пульсирующие источники радиоизлучения) - это небольшие, до 20 км в диаметре нейтронные звезды, возникшие в результате быстрого гравитационного сжатия остатков сверхновых звезд. Плотность нейтронных звезд достигает 1012 кг/м³ , что близко к плотности вещества атомных ядер.

В результате сжатия остатков звезды индукция маг­нитного ноля на поверхности достигает огромных величин порядка 10⁹Тл. Для сравнения: максимальная индукция маг­нитного поля, полученная в физическом эксперименте (в им­пульсных соленоидах) не превышает 10²Тл. Из-за малых размеров скорость вращения нейтронных звезд может дости­гать 1000 Гц. Такая быстро вращающаяся магнитная звезда индуцирует вокруг себя вихревое электрическое поле . Это поле ускоряет частицы окружающей пульсар плазмы до высоких энергий. Ядра укоряются до 10²⁰эВ, электроны - до 10¹²эВ. Уйдя от пульсара, эти быстрые частицы пополняют состав ПКЛ.

Влетающие из космоса в магнитное поле пульсара заряженные частицы закручивают­ся вокруг силовых линий, испуская синхротронное излучение в радиодиапазоне. Особенно сильно это излучение в направлении магнитных полюсов. Поскольку ось вращения пульсара не совпадает с магнитной осью, то пучок радиоизлучения описывает конус. Если в стенке этого конуса оказывается Земля, то на ней периодически регистрируется сигнал в то момент, когда полярный пучок радиоизлучения пересекает Землю.

Из-за потери энергии период пульсаров увеличивается. Поэтому чем моложе пульсар, Тем выше частота его вращения. В настоящее время известно несколько сот пульсаров, их периоды от 0,033 с до 4,8 с.

г. Квазары (сокращенно от англ. quasi-stellar radio source) - квазизвезды, подобные звездам. Они похожи на звезды по оптическому виду и схожи с туманностями по характеру спектров. В спектрах квазаров наблюдается огромное красное смещение, в 2-6 раз превы­шающее наибольшее из известных в Галактике. В видимом диапазоне, например, наблюда­ется головная УФ-линия серии Лаймана (Д= 121,6 нм в системе отсчета излучающего газа).

Определив по формуле доплеровского смещения частоты ν=ν₀√((1±β)/(1-+β)), где β=υ/с, радиальную скорость υ квазара относительно Земли, и воспользовавшись эмпирическим законом Хаббла υ = Нr, где H=1,3-10 ^-18 c^-1 - постоянная Хаббла, можно вычислить расстояние до квазара г. Расстояния до квазара оказались гигант­скими. Их порядок г~10¹⁰ пс. Это в миллион раз больше размеров нашей Галактики. Блеск квазаров меняется с периодом Т около 1 часа. Так как поперечник квазара не может превышать с*Т, где с - скорость света в вакууме, то получается, что размер квазаров невелик, не более диаметра орбиты Урана (4*10¹²м). С учетом большой удаленности кваза­ров выходит, что они должны излучать гигантскую мощность порядка 10⁴⁵ Вт, сравнимую с Галактиками, в относительно малом объеме пространства. Такие сверхмощные объекты должны выбрасывать в космос потоки частиц высокой энергии. Энергетический механизм квазаров неясен. При столь огромном расходе энергии активная стадия квазаров должна ограничиваться 10 тыс.лет. К настоящему времени среди оптических объектов около 200 считаются квазарами.

4. Солнечные космические лучи. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Эта звезда находится в стационарном состоянии и поэтому не является сколько-нибудь заметным ис­точником ПКЛ в масштабах Галактики. Но поскольку Земля находится очень близко к Солн­цу, она оказывается в зоне досягаемости истекающей из Солнца плазмы - солнечного ветра. Состоит солнечный ветер из протонов и электронов. Он зарождается в восходящих газоди­намических потоках - факелах в слое фотосферы и развивается в хромосфере.

Энергия частиц солнечного ветра но сравнению с галактическими лучами очень мала: у электронов Е≈10⁴эВ, у протонов не более 10¹¹Н эВ. Во время активизации взрывных про­цессов на поверхности Солнца (период солнечной активности) концентрация частиц в сол­нечном ветре на земной орбите в сотни раз превышает концентрацию частиц в галактических лучах. Поэтому влияние солнечного ветра на земные процессы в период солнечной активно­сти существенно заметнее по сравнению с галактическими лучами. В это время нарушается радиосвязь, возникают геомагнитные бури и полярные сияния. Но в среднем вклад солнеч­ных космических лучей на Землю невелик. Он составляет по интенсивности 1-3 %.

5. Вторичные космические лучи- это поток частиц, рождающихся при взаимодей­ствии ПКЛ с веществом земной атмосферы. Часто прохождение частицы в веществе характеризуют средним пробегом ее l до взаимодействия с ядром среды. Нередко средний пробег выражают массой вещества в стол­бе площадью 1 см² и высотой l. Так, вся толщина земной атмосферы составляет 1000 г/см². У протонов пробег l соответствует 70-80 г/см², у α-частиц - 25 г/см², у более тяжелых ядер эта величина еще меньше. Вероятность достижения протоном земной поверхности находится из закона Бугера. I/I₀=ехр(-x/l)=ехр(-1000/70)≈10^-7. Из 10 млн. первичных протонов до Зем­ли дойдет лишь один. У α -частиц и ядер это число еще меньше. Во вторичных космических лучах выделяют 3 компоненты: ядерно-активную (адронную), жесткую (мюонную) и мягкую (электронно-фотонную).

а. Ядерно-активная компонента содержит протоны и нейтроны, возникающие при взаимодействии протонов и других частиц ПКЛ высокой энергии Е₀>1 ГэВ с ядрами ато­мов земной атмосферы, в основном, азота N и кислорода О. При ударе частицы о ядро при­мерно половина ее энергии тратиться на выбивание из ядра нескольких нуклонов с энергия­ми Е≈0,2 ГэВ, на возбуждение конечного ядра и на множественное рождение релятивиских частиц. В основном это пионы π⁺, π⁰, π^-. Их число в расчете на первичный протон с энер­гией E₀≈0,2 ГэВ может доходить до 10. Возбужденное ядро, распадаясь, испускает еще несколько нуклонов или α-частиц. Рождающиеся нуклоны и первичная частица, взаимодействуя с ядрами атмосферы, приводят к развитию ядерного каскада. Появляющиеся в каждом акте столкновения протоны и другие малоэнергичные зараженные частицы в результате ионизационных потерь быстро замедля­ются и поглощаются. Нейтроны же участвуют в дальнейшем размножении ядерно-активных частиц вплоть до самых низких энергий.

 

б. Жесткая (мюонная) компонента рождается в ядерном каскаде из заряженных пионов с энергией Е≤100 ГэВ, распадающихся по схеме: π^± →μ^±+ ν_μ(ṽ_μ), где μ^±- заряженные мюоны. Их масса покоя 207m_e, а среднее время жизни в собственной системе отсчета τ₀ =2*10⁶ с; ν_м (ṽ_м) - мюонное нейтрино (антинейтрино). Мюоны, в свою очередь, распадаются по схеме: μ^- →e^-*ṽ, μ⁺→e⁺*ν. Так как скорости мюонов близки к скорости света, то в соответствии с теорией отно­сительности среднее время их жизни в системе отсчета, связанной с Землей, оказывается достаточно большим. В результате мюоны успевают пройти всю атмосферу и даже около 20 м грунта. Это обусловлено еще и тем, что мюоны и тем более нейтрино слабо взаимодей­ствуют с веществом. Потому-то поток мюонов и нейтрино и называют жесткой или прони­кающей компонентой вторичных космических лучей.

е. Мягкая (электронно-фотонная) компонента. Ее основной источник - нейтраль­ные пионы π⁰, образующиеся в ядерном столкновении. По сравнению с заряженными пиона­ми π⁺ и π^-, время жизни которых 2*10^-6с, нейтральные пионы распадаются быстрее, их сред­нее время жизни τ=1,8*10^-16 с. От места своего рождения π⁰ -пион успевает уйти на ничтож­ное расстояние x≈c*τ= 3*10⁸*1,8*10^-16 = 5*10^{-8 м и распадается на два γ-кванта высокой энер­гии: π0}→ γ + γ. Эти энергичные γ-кванты в поле ядер распадаются на электрон-позитронные пары, γ→ e^- + e⁺ .Каждый из образующихся электронов обладает большой скоростью и при столкнове­нии с ядрами испускает тормозные γ-кванты, e^- → e^- + γ.. И так далее. Возникает лавино­образный процесс.

Нарастание числа электронов, позитронов и γ-квантов будет происходить до тех пор, пока энергия частиц не уменьшиться до величины 72 МэВ. После этого преобладающие по­тери энергии приходятся па ионизацию атомов у частиц и на комптоиовское рассеяние у γ-квантов. Рост числа частиц в ливне прекращается, а его отдельные частицы поглощаются. Максимальное развитие мягкой компоненты происходит на высоте около 15 км.

При очень больших энергиях первичных частиц E₀>. 10⁵ГэВ электронно-фотонные каскадные лавины в земной атмосфере приобретают специфические черты широких атмо­сферных ливней. Развитие такого ливня начинается на высоте 20-25 км. Общее число частиц может достигать 10⁸-10⁹ . Гак как одна частица в ливне приходится примерно па энергию 1 ГэВ, то из числа частиц в ливне можно оценить энергию первичной частицы.

Существование таких каскадных ливней открыл в 1938 г. француз Пьер Oже. Поэто­му их называют часто ливнями Оже.