Астрономы наблюдают электромагнитное излучение (свет) небесных источников в различных диапазонах спектра. Хотя само излучение характеризуется целым набором параметров, для астрономии важны следущие: направление прихода света, его частота, а также иногда интенсивность.Волновая природа электромагнитного излучения для большинства астрономических задач играет не самую решающую роль. Часто большинство задач может быть решено в приближении геометрической оптики принимаемых фотонов, включая также фотоны радиодиапазона. Только несколько задач требуют учета волновой природы, например, задачи интерферометрии.Но, для вычисления задач интерферометрии достаточно знания только параметров излучения, найденных в пределе геометрической оптики. Поэтому работают с основным параметром характеризующими излучение в пределе геометрической оптики - волновым вектором излучения. Направление прихода лучей света и его частота в специальной теории относительности объединяются в единый вектор - 4 импульс фотона. Поэтому одной из основных задач для астраномов являеться вывод уравнений редукции и их решения для четырехмерного вектора импульса фотона....

Теперь хватит

Атомные ядра представляют собой связанные квантовые системы фермионов. Свойства атомных ядер определяются совместным действием сильного, электромагнитного и слабого взаимодействий. В настоящее время обнаружено ~ 3000 атомных ядер, представляющих собой различные сочетания чисел протонов Z и нейтронов N.. По существующим оценкам число атомных ядер может составлять >6000. Наряду со стабильными ядрами было обнаружено существование радиоактивных атомных ядер и было заполнено два недостающих места легких элементов в таблице Менделеева – технеций (Z = 43) и прометий (Z = 61), наиболее долгоживущие изотопы которых имеют периоды полураспада соответственно T1/2=2.6*10(6 )лет и T1/2=265 дней. Эти химические элементы имеют малое время жизни по сравнению со временем существования Земли (T = 4.5*10(9) лет) и поэтому не были первоначально .обнаружены в земных условиях. Наиболее тяжелыми стабильными ядрами являются изотопы свинца (Z = 82) и висмут (Z = 83).Для стабильных ядер характерно вполне определенное значение N/Z, определяемое равновесием ядерных и кулоновских сил в ядре) Область расположения стабильных ядер обычно называют долиной стабильности. Для ядер долины стабильности характерно следующее отношение числа нейтронов к числу протонов: N/Z = 0.98 + 0.015*A(2/3), где A= N + Z – массовое число. Легкие стабильные ядра (А < 40) имеют приблизительно равные числа нейтронов и протонов. В области более тяжелых ядер отношение числа нейтронов к числу протонов начинает возрастать и достигает величины 1.6 в районе А=250. Это изменение легко понять, если учесть короткодействующий характер ядерных сил и возрастающую роль кулоновского взаимодействия протонов с ростом А. Тяжелые ядра оказываются энергетически более устойчивыми, если содержат большее число нейтронов N по сравнению с числом протонов Z. С левой стороны от стабильных ядер находятся ядра, перегруженные протонами (протоноизбыточные ядра), справа - ядра, перегруженные нейтронами (нейтроноизбыточные ядра). Ядра, сильно перегруженные нейтронами или протонами, обычно называют экзотическими ядрами.Магические ядра:- атомные ядра, содержащие т.н. магическое число (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) протонов (р) или нейтронов (n).(Среди М. я. наиболее выделяются ядра, у к-рых заполнены как протонные, так и нейтронные оболочки (4He, 16О, 40Са, 208РЬ). Такие ядра наз. дважды магическими. М. я., и особенно дважды магические, обладают повышенной устойчивостью, малой вероятностью -распада, малой эффективностью нейтронного захвата)Связанное состояние ядра определяется как состояние, связанное относительно испускания нейтронов или протонов, т.е. считается, что атомное ядро существует, если оно не испускает нуклоны из основного состояния. Линия Bp = 0 (Bp - энергия отделения протона) ограничивает область существования атомных ядер слева (proton drip-line). Линия Bn = 0 (Bn - энергия отделения нейтрона) - справа (neutron drip-line). Вне этих границ атомные ядра существовать не могут, так как они распадаются за характерное ядерное время (~ 10(-23 )c) с испусканием одного или нескольких нуклонов Ядра, имеющие такие времена жизни, обычно наблюдаются в виде резонансов в сечениях ядерных реакций. Среднее время жизни ядра и ширина резонанса Г связаны соотношением т= h/Г,т[c]=6.6*10-22/Г[МэВ]. Рассчитать границы нуклонной стабильности довольно сложно, т.к. точность, с которой оцениваются энергии связи ядер (несколько сотен кэВ), недостаточна для того, чтобы определить будет ли ядро бета-радиоактивным или оно будет распадаться с испусканием нуклона. Поэтому точность предсказания границы существования атомных ядер для отдельных элементов может составлять 4-5 единиц по A. В первую очередь это относится к границе нейтронной стабильности. Кулоновское взаимодействие протонов делает невозможным существование ядер, сильно перегруженных протонами. Для легчайших ядер граница Bp = 0 проходит довольно близко от долины стабильности. Потенциальный барьер, обусловленный кулоновским взаимодействием и орбитальным моментом вылетающего из ядра нуклона, может привести к увеличению времени жизни ядерной системы и несколько сдвинуть границу существования атомных ядер. Увеличение заряда ядра приводит к увеличению кулоновского барьера и соответственно к увеличению периода полураспада ядра. . Современные ускорители дали возможность изучать крупномасштабные коллективные движения, обусловленные кардинальной перестройкой ядерного вещества, - такие процессы как глубонеупругие столкновения и слияния тяжелых ионов. Улучшение техники ионных пучков и методов сепарации короткоживущих изотопов, образующихся в результате ядерной реакции, достигнутое за последние годы, существенно расширило число исследованных ядер, и в некоторых областях N-Z диаграммы атомных ядер обнаружены ядра, расположенные на границах нуклонной стабильности. В двух областях - (Z = 51 - 55) и (Z = 69 - 83) - была обнаружена протонная радиоактивность - испускание протонов из основного состояния ядра, что точно устанавливает границу Bp = 0. Обнаруженные в настоящее время протоноизбыточные атомные ядра практически вплотную приблизились к границе протонной стабильности. Для нейтроноизбыточных ядер ситуация существенно иная. Между линией Bn = 0 и уже обнаруженными ядрами существует большое белое пятно - область, пока не обнаруженных нейтроноизбыточных ядер. Запаздывающие частицы По мере удаления от долины бета -стабильности происходит увеличение энергии бета -распада и уменьшение энергии отделения нуклонов. Начиная с энергий бета -распада, больших, чем энергии отделения нуклонов, либо фрагментов ядра, становится возможным испускание запаздывающих частиц.Испускание запаздывающих частиц – двухстадийный процесс. На первой стадии происходит бета -распад. При этом дочернее ядро может образовываться в возбужденном состоянии. На второй стадии происходит распад ядра из возбужденного состояния с испусканием нейтронов, протонов и более тяжелых ядер. Было обнаружено запаздывающее деление ядра. Частицы, испускаемые в таких процессах, называются запаздывающими, так как период полураспада, наблюдаемый путем регистрации конечных продуктов, будет определяться времнем предшествующего бета -распада....Ну а в звёздах ,в частности при взрывах SN при сбрасывании оболочки мощного потока нейтринного излучения от коллапсирующего ядра звезды, а также сильной ударной волны приводит к образованию заметных количеств именно нечетных изотопов легких элементов в веществе оболочки. Большинство изотопов хим. элементов, начиная с углерода и вплоть до элементов района "железного пика" (Fe, Ni и др.), образуются в условиях высоких темп-р в реакциях термоядерного синтеза, причем начальным этапом этой последовательности ядерных превращений служат процессы 4He + 4He + 4He ---> 12C + и 4He + 12C ---> 16O + , приводящие к эффективному увеличению количества 12C и 16O на гидростатически равновесных стадиях эволюции звезд. Наиболее благоприятные условия для образования Ne и всех более тяжелых элементов этой группы реализуются, по-видимому, при взрывном горении C, O и Si на заключительном, неравновесном этапе эволюции массивных звезд. Наиболее распространенные изотопы элементов тяжелее железа сформировались, очевидно, в недрах массивных звезд в результате последовательных реакций захвата нейтронов. Ряд характерных особенностей хода кривой распространенности этих тяжелых ядер указывает на то, что процесс их построения должен протекать достаточно эффективно как на сравнительно продолжительной равновесной стадии эволюции звезд в условиях малых интенсивностей потока нейтронов (s-процесс), так и в момент взрыва звезды при высокой интенсивности потока нейтронов (r-процесс). Образование редких (с относительно низким содержаниемнейтронов) изотопов тяжелых элементов, к-рые не могли сформироваться в процессе последовательного присоединения нейтронов (откуда и термин обойденные ядра), возможно только на последней, катастрофической стадииэволюции массивных звезд либо под действием потока нейтринного излучения от коллапсирующего ядра звезды, либо в к.-л. др. ненеравновесных процессах. Перечисленные механизмы образования каждой из осн. групп изотопов хим. элементов оказываются достаточно эффективными при физ. условиях, к-рые могут реализовываться в известных типах астрофизич. объектов и позволяют объяснить, по крайней мере в общих чертах, главные закономерности наблюдаемой распространенности хим. элементов.

Первымчеловеком,которому принадлежала идея ускорения КЛ в результате множественных отражений от движущихся магнитных облаков, был Э.Ферми(1949г).Этот механизм можно представить себе следущим образом.Космич частицы ,блуждая во Вселенной , сталкиваются с магнитными облаками в межзвёздной среде и при многократных , случайных столкновениях энергия частиц будет увеличиваться.Энергетический спектр частиц будет степенным, это согласуется с результатами экспериментальных исследований космических лучей. Это – механизм ускорения Ферми первого порядка. Наиболее эффективно ускорение космических лучей происходит не на ранней фазе взрыва сверхновой, а на последующих, более поздних, по мере расширения газовой оболочки. Такой процесс ускорения в замкнутом объёме расширяющейся оболочки продолжается до тех пор, пока магнитное поле внутри не сравняется с внешним, межзвёздным магнитным полем. Потом начинается процесс “утечки” КЛ из замкнутого объёма оболочки сверхновой в галактическое пространство. Возникает диффузия частиц на магнитных неоднородностях межзвёздной среды, обусловленной существованием здесь дрейфующих плазменных облаков.Частицы ,как бы “забывают” о своём происхождении и распределение направлений их скоростей в пространстве становится изотропным, т.е. они распространяются без выделенного вектора направления движения. Высокоэнергичные электроны , в процессе распространения теряют энергию вследствие генерации синхротронного излучения, а ядра – в результате ядерных столкновений. Это означает, что с течением времени, по мере распространения частиц в межзвёздной среде, их химический состав и энергетические распределения изменяются. Следовательно, состав и энергетические спектры КЛ , наблюдаемые в районе Земли, должны отличаться от спектров, характерных для источника – сверхновой, на ранней фазе её развития. А SN взрываются во Вселенной, пополняя “свежими” частицами межзвёздное пространство. Так качественно выглядит процесс генерации космических лучей в галактиках. Механизм этот ,разумееться,очень медленный , т.е. частицы набирают энергию за достаточно длительное время. Оценки показывают, что за несколько миллионов лет их энергия увеличиться не более, чем в несколько раз.В 70-х годах прошлого века,Крымский предположил существование более эффективного ускорительного механизма .В рамках этого механизма частицы дополнительно ускоряются за счёт взаимодействия с сильной ударной волной, распространяющейся в среде межзвёздного газа.Пусть есть частицы с энергией Е1,к-рые движутся из области изотропного распределения через фронт волны в её внутреннюю область. В результате взаимодействия частиц с ударными волнами сверхновой они увеличивают кинетическую энергию. Некоторые частицы остаются за волной, не испытывая ускорения, но другая часть их, ускоренная до величины Е2, пересекает ударную волну в обратном направлении. В результате одного цикла происходит приращение энергии дельтаЕ частицы на величину:delta E/E=4/3*(U1-U2)/c :U1 – cкорость ударного фронта, U2 – cкорость газа за фронтом, причём (U2 < U1) и с - скорость света. Затем частицы, оказавшиеся перед волной, захватываются ею. Возникает новый цикл ускорения. Многократное повторение этого процесса может привести к значительному увеличению энергии частицы. Анализ такого механизма привидёт к следующей ф-ле , демонстрирующей верхний достижимый предел ускорения частиц: Emax = BLZ, где В – напряженность магнитного поля, L – радиус траектории (ларморовский радиус) протона в магнитном поле, Z – зарядовое число ядра.Для межзвёздного магнитного поля В~3.10(-6) Гц формула даёт оценку Еmax~Z.10(14) эВ. Протоны КЛ,согласно этой модели,могут быть ускорены до энергий не выше 0.1 ПэВ.Здесь есть и некот. неопределённость , связанная с отсутствием надёжных сведений о величине В.Значение В может быть несколько выше 3*10(-6)Гс В этом случае Еmax будет больше, чем приведенная выше оценка. Есть одна трудность в основе предложенных механизмов ускорения типа Ферми. В них рассматривается модель распространения ударной волны в межзвёздной среде, уже содержащей частицы высоких энергий. Другими словами, теоретиками задается некий “предускоренный” спектр частиц, или “спектр инжекции”, происхождение к-рого спорно и неясно. Другое важное следствие данной модели состоит в том, что энергетические спектры ядерных компонент в районе Еmax должны испытывать так называемый “скейлинг” – с увеличением заряда ядра Z или его массы сама величина Еmax в размерности полной энергии должна быть разной для различных ядер. С увеличением Z Emax увеличивается...

http://www.astronet.ru/db/msg/1190161/node1.html http://www.astronet.ru/db/msg/1212820 Я.р. могут быть также источником энергии и причиной многих космич. явлений. К таким явлениям относятся, напр., вспышки новых звезд, рентгеновские и гамма-барстеры. Их объясняют аккрецией вещества, состоящего гл. обр. из водорода и гелия, на поверхность белого карлика (новые звезды) или на поверхность нейтронной звезды (барстеры). Попавшее на поверхность белого карлика или нейтронной звезды вещество сжимается и нагревается. В конце концов происходит термоядерная вспышка или даже взрыв с выбросом вещества - продуктов взрыва - в межзвездное пространство. Я.р. синтеза в рассматриваемом случае в основном совпадают с описанными выше Р, играющими осн. роль в энергетике эволюционирующих звезд. Тем не менее, имеются определенные характерные отличия. Я.р. водородного горения в таких вспышках и взрывах протекают при существенно более высоких температурах. В этом случае горение водорода уже не ограничивается образованием Я гелия, а изотопы элементов C, N, O теряют свою специфическую роль катализаторов. Водородное горение продолжается до образования элементов железного пика, а оба цикла - водородный и углеродный - утрачивают свой циклич. характер. Это происходит, если темп-ра вещества в начале водородного горения превышает 4*10(8) К. Несмотря на усложнение картины термоядерного горения, осн. методы вычисления скоростей Я.р. синтеза в этих случаях остаются прежними. Сравнение расчетов термоядерных вспышек с наблюдениями новых звезд показывает, в частности, что аккрецирующее вещество должно содержать в повышенной концентрации ядра C, N, O (более 15% весовой концентрации против менее 1% в солнечном веществе). У рентг. барстеров вспышка обусловлена термоядерным горением гелия, так что в аккерцирующем веществесущественно преобладает гелиевый компонент. Для Я.р. ,протекающих в звёзах,х-на "модель составного Я.",впервые сформулированная Н.Бором.. Согласно этой модели ядерная реакция протекает в два этапа. На первом этапе частица a и ядро мишень А образуют связанную систему составное (компаунд) ядро С, к-рое на втором этапе распадается на ядро В и частицу b: а+А-->C-->b+B В основе модели лежит предположение, что частица а, попадая в ядро А, сильно взаимодействует с нуклонами ядра. В модели составного ядра предполагается, что длина свободного пробега налетающей частицы много меньше размеров ядра, вследствие чего каждая частица, попадающая в ядро, захватывается им. В результате взаимодействия налетающей частицы и нуклонов ядра энергия возбуждения ядра равная:эпсилон+Ва,(где эпсилон кинетическая энергия налетающей частицы а, Ba - энергия связи частицы а в ядре С),равномерно распределяется между нуклонами ядра, при этом средняя энергия возбуждения, приходящаяся на нуклон, равна:эпсилон а+Ва/А. Если эпсилон а+Ва/А <<BN это энергия связи нуклона в составном ядре С, то должно пройти сравнительно большое время по сравнению со временем пролета частицы через ядро, равным 2R/v, где v - скорость частицы, прежде чем на каком либо нуклоне ядра сосредоточится энергия, достаточная для того чтобы он вылетел из ядра. За время существования составного ядра энергия налетающей частицы распределяется между нуклонами ядра, при этом составное ядро "забывает" о способе своего образования. Это означает, что распад составного ядра не зависит от способа его образования. Поэтому сечение ядерной реакции в модели составного ядра факторизуется (гипотеза независимости Бора) и определяется соотношением:sigma ab=sigma ac Wb,где sigma ac - сечение образования составного ядра, а Wb - вероятность распада составного ядра по каналу b+B. Вероятность распада по данному каналу определяется конкуренцией различных, открытых при данной энергии, каналов реакций:Wb= Г b/ сумму i Гi где Гi - парциальные ширины распадов. Процесс испускания частицы b подобен процессу испарения молекулы из кипящей жидкости, так как вероятность вылета молекулы из кипящей жидкости также определяется вероятностью концентрации на этой молекуле энергии, большей ее энергии связи в жидкости. Таким образом, форма энергетического спектра частиц b для реакций, идущих через составное ядро, будет описываться максвелловским распределением. Такие спектры частиц получили название испарительных спектров.Ну может показаться , что угловые распределения частиц при их "испарении" должны быть изотропными в системе центра инерции. Однако это не совсем так. Если реакция происходит с ненулевым параметром столкновения, составное ядро начинает вращаться, причем переданный ему угловой момент лежит в плоскости, перпендикулярной направлению налетающей частицы. Поэтому частицы будут испаряться преимущественно в направлении пучка, вообще говоря не изотропно, а симметрично относительно 900. Отклонение от изотропии должно быть тем больше, чем быстрее вращается ядро, т.е. чем больше угловой момент состояния, в котором оказывается образововшееся составное ядро. Понятно, что этот эффект тем больше, чем больше энергия и чем тяжелее налетающие частицы.Концепция составного ядра применима главным образом для средних и тяжелых ядер и для энергий возбуждения вплоть до нескольких десятков МэВ. При больших энергиях длина свободного пробега нуклона в ядре становится больше радиуса ядра и вероятность захвата нуклона ядром уже не равна единице. Получим формулу для сечения образования составного ядра. Будем предполагать, что сечение образования составного ядра не зависит от квантовых чисел налетающей частицы и квантовых чисел составного ядра, и что уровни составного ядра образуют непрерывный спектр. Рассмотрим ситуацию, когда налетающая частиц является нейтральной и не нужно учитывать кулоновское взаимодействие, - образование составного ядра в реакциях с нейтронами. Ядерные силы являются короткодействующими, поэтому можно считать, что они отличны от нуля только внутри ядра.Сечение процесса состоящего в том, что частица попадает в область действия ядерных сил, определяется геометрическим сечением.... ( а есть ещё прямые ядерные реакции, когда налетающая частица взаимодействует лишь с небольшим числом нуклонов ядра. Время их протекания существенно меньше времени протекания реакций, идущих через составное ядро и сравнимо с характерным ядерным временем (временем пролета нуклона через ядро). Для нуклонов с энергиями ~10 МэВ это время порядка 10(-22) с.мы это рассматривать не будем)

немного о св-вах космической пыли:

https://graniru.org/Society/Science/m.136746.html http://www.astronet.ru/db/msg/1175804/index.html http://www.astronet.ru/db/msg/1167693