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».