Аннотация:Определение энергетического спектра и массового состава космических лучей является актуальной задачей современной астрофизики. Экспериментально эти показатели могут быть измерены по широтному эффекту — зависимости интенсивности космических лучей от широты наблюдения (для энергий первичных частиц 10^9–10^10 эВ) или в прямых измерениях на установках с использованием рентген-эмульсионных камер, ионизационных калориметров, магнитных спектрометров и проч., находящихся на искусственных спутниках Земли (для энергий 10^10–10^14 эВ).
При энергиях выше 10^14–10^15 эВ количество частиц первичного космического излучения слишком мало, так что зарегистрировать их в прямых измерениях затруднительно, поэтому частицы с энергией E_0 > 10^15 эВ регистрируются по вторичным частицам, образовавшимся в ядерных реакциях в атмосфере Земли. Явление рождения потоков лептонов, адронов и γ-квантов в результате множественных каскадных реакций в земной атмосфере, инициированных высокоэнергичными частицами космических лучей, а также сопровождающее эти потоки излучение Вавилова-Черенкова и флуоресцентное (и в меньшей степени радио- и микроволновое) излучение называется широким атмосферным ливнем (ШАЛ). Различные компоненты ШАЛ регистрируются наземными установками, что позволяет сделать выводы о параметрах первичной частицы. Наземные установки представляют собой широко распределённые сети отдельных детекторов (по 100-1000 м между ними) на площадях от 10 до 1500 км^2.
Измерения энергии и состава космических лучей опираются на модельные расчеты ШАЛ, на основании которых устанавливаются связи полученных в эксперименте величин с расчетными параметрами первичной частицы. Для моделирования ШАЛ используется программа CORSIKA [1], изначально написанная для эксперимента KASCADE [2], но получившая со временем более широкое распространение. CORSIKA позволяет моделировать развитие различных компонент ШАЛ, их прохождение через атмосферу и отклик некоторых типов детекторов.
Поскольку регистрация частиц ШАЛ осложнена зависимостью от профиля плотности атмосферы, а их моделирование — неизвестностью свойств ядро-ядерного взаимодействия при сверхвысоких энергиях, большое внимание уделяется регистрации оптических излучений ШАЛ. Отсюда следует важность уточнения параметров обработки модельных расчетов излучения Вавилова-Черенкова ШАЛ.
В данной работе с помощью CORSIKA проведено моделирование спектров излучения Вавилова-Черенкова ШАЛ от первичных протонов и ядер железа 10^15–10^17 эВ, выявлены зависимости спектра от некоторых параметров первичных частиц, а также получены аналитические функции, в первом приближении аппроксимирующие разные участки расчетных спектров излучения Вавилова-Черенкова ШАЛ.
