миллиона тонн. Однако за 10 миллиардов лет существования нашего дневного светила это привело к потере менее одной сотой процента его массы, что все же превышает массу Земли в десятки раз.

По измерениям ряда космических аппаратов потоки корпускулярной солнечной радиации (плазмы) составляют до миллиарда частиц на квадратный сантиметр в секунду, а их концентрация в районе Земли и Луны равна нескольким единицам и даже десяткам единиц в кубическом сантиметре.

Потоки солнечной плазмы определяют интенсивность и структуру межпланетного магнитного поля (а следовательно, и траектории космических лучей), форму земной магнитосферы, физические характеристики пространства в окрестностях небесных тел Солнечной системы.

Установлено, что магнитные и ионосферные бури в нашей атмосфере происходят под влиянием солнечной плазмы, что имеет практическое значение для радиосвязи, метеорологии и т. д.

Лабораторные эксперименты, имитирующие воздействие протонов солнечного ветра (корпускулярного потока °т Солнца) на твердые вещества, показали, что структура опытных образцов при этом приближается к структуре лунного грунта. Оптические особенности лунной поверхности воспроизводятся экспериментально на порошкообразном базальте при бомбардировке потоком протонов, равноценным воздействию солнечного ветра на протяжении примерно 100 тысяч лет.

Для регистрации заряженных частиц понадобилось разработать особую аппаратуру – ловушку заряженных частиц, которая была бы пригодной для работы в космическом пространстве.

Ловушки заряженных частиц – это специальные зонды для измерения токов, определяемых потоком заряженных частиц в межпланетном пространстве. Однако в космическом пространстве работа прибора осложняется воздействием ультрафиолетового облучения Солнца, которое в обычных условиях поглощается земной атмосферой. Это облучение порождает поток электронов. В связи с этим на ловушках заряженных частиц, предназначенных для работы в космическом пространстве, предусмотрена электрическая защита, подавляющая фотоэмиссию электронов.

На автоматических станциях «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3» были установлены трехэлектродные ловушки, отличающиеся друг от друга лишь некоторыми конструкционными материалами.

На рис. 28 и 29 показаны соответственно схема трех-электродной ловушки и конструкция ловушки заряженных частиц станции «Луна-2».

На дополнительную сетку подается достаточно большой отрицательный потенциал, который создает электрополе, подавляющее фотоэлектронную эмиссию с коллектора.

На внешней части контейнера с научной аппаратурой (станции «Луна-2») были установлены четыре ловушки со следующими значениями потенциала электродов относительно корпуса контейнера: для коллекторов g1=(-60)-(-40) вольт, для внутренних сеток g1 = – 200 вольт, для четырех внешних сеток соответственно g2 = – 10; – 5; 0; + 15 вольт.

Ток на коллекторах Ik, создаваемый попавшими в ловушки заряженными частицами, проходит через ламповые усилители малых токов и передается на Землю радиотелеметрической системой.

Рис. 28. Схема трехэлектродной ловушки:

1 – корпус контейнера станции; 2, 3 – внешняя и внутренняя сетки; 4 – коллектор; 5 – к усилителю коллекторного тока

Рис. 29. Схема ловушки заряженных частиц станции «Луна-2»:

1 – резиновое уплотнение: 2 – гермовводы; 3 – алюминиевый экран; 4 – никелевая бленда; 5, 6 – соответственно внешняя (никелевая) и внутренняя (вольфрамовая) сетки; 7 – фторопластовая изоляция; 8 – никелевый коллектор; 9 – основание

Регистрировались положительные коллекторные токи от 10^-10 до 50-10^-10 ампер и отрицательные коллекторные токи от 10-10 до 15-10^-10 ампер; мгновенные величины всех коллекторных токов замерялись каждые 30 секунд, Измерения начинались на удалениях от поверхности Земли, превышающих 1500 километров.

Материалы измерений с помощью трехэлектродных ловушек, полученные станциями «Луна-1», «Луна-3» и особенно станцией «Луна-2», давшей около 1200 замеров коллекторных токов, позволили составить достаточно определенное представление о потоках солнечной плазмы и об ионизированном газе в пространстве от Земли до Луны.

Обнаружено, что Земля имеет ионизированную газовую оболочку толщиной порядка 15 тысяч километров с концентрацией около тысячи ионов в кубическом сантиметре (и более – на малых высотах), весьма заметно превышающей концентрацию ионов в межпланетном пространстве.

Измерения, проведенные станцией «Луна-2», показала что на высотах более 15 000 километров ионосфера Земли состоит из ионизированного водорода; в то же время известно, что на высотах до 1000 километров преобладают свободные электроны; таким образом, ионосфера в промежутке высот 1000 – 15 000 километров из «кислородной» становится «водородной».

Рис. 30. Распределение концентрации заряженных частиц в ионосфере Земли в период, близкий к максимуму солнечной активности (1958 – 1959 годы)

Сопоставление данных, полученных научными станциями «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3», с известными ранее материалами измерений геофизическими ракетами в феврале 1959 года и третьим спутником Земли позволило дать картину распределения концентрации заряженных частиц в околоземном пространстве (рис. 30) для периода, соответствующего примерно максимуму солнечной активности, т. е. периоду использованных наблюдений в течение 1958 – 1959 годов.

Анализ измерений, проведенных первыми тремя советскими научными станциями, запущенными к Луне, привел к заключению о наличии третьего радиационного пояса Земли (см. рис. 26) на расстоянии 50 – 70 тысяч километров от ее поверхности с потоками электронов Nе= 10^8 – 2*10^8 на квадратный сантиметр в секунду и энергией более 200 электронвольт.

Магнитные измерения, проведенные на американском спутнике «Эксплорер-6» и ракете «Пионер-5» (1959 и 1960 годы), подтвердили, что третий радиационный пояс – это постоянное образование; его границы и динамика подлежат уточнению.

Обработка измерений токов ловушек, установленных на советских научных станциях, дала возможность оценить концентрацию стационарного межпланетного ионизированного газа. В частности, по пересчету соответствующих данных станции «Луна-3», при ее удалении на расстояние около 20 радиусов Земли (примерно 130 тысяч километров) концентрация ионов стационарного газа оказалась равной нескольким единицам в кубическом сантиметре. (До 1959 года – согласно наблюдениям поляризации зодиакального света, выполненным немецкими учеными Г. Зидентопфом и А. Бэром – общепринятым было мнение о концентрации межпланетного ионизированного газа, равной 500 – 1000 частиц в кубическом сантиметре.)

Исследование плазмы окололунного пространства с помощью первого лунного спутника «Луна-10» (с 3 апреля по 29 мая 1966 года) проводилось посредством модифицированных четырехэлектродных ловушек заряженных частиц.

Избирательный усилитель тока звуковой частоты обеспечивал измерение токов в пределах 10-9 – 10-12 ампер, что позволило регистрировать потоки ионов до величины не менее 106 на квадратный сантиметр в секунду.

Анализ материалов измерений показал, что замеренные токи (и соответствующие потоки электронов) в хвосте земной магнитосферы несколько меньше, чем вне ее.

Потоки положительных ионов в окололунном пространстве с энергией, превышающей 50 электронвольт, имеют тот же порядок величины, что и поток протонов невозмущенного солнечного ветра – до 5108 на квадратный сантиметр в секунду; однако вблизи Луны имеется область возмущений плазмы, в которой направление движения ионов не совпадает с направлением солнечного ветра.

В районе 350 – 1000 километров над поверхностью Луны можно предполагать наличие лунной ионосферы