Анализ наблюдений показал, что основная часть магнитного поля Земли и его вековых вариаций вызывается источниками, находящимися внутри Земли. Наоборот, главные источники короткопериодических вариаций магнитного поля Земли и магнитных возмущений находятся вне Земли, в верхних слоях атмосферы.

Магнитное поле Земли в первом приближении совпадает с полем намагниченного шара или сильного магнита, расстояние между полюсами которого весьма мало, причем северный полюс этого магнита расположен в Южном полушарии Земли, южный полюс — в Северном полушарии, а ось составляет угол в 11,5 градуса с осью вращения Земли. Эта простая картина усложняется наложением полей материковых, региональных и локальных аномалий. Примером первых является Восточно-Сибирская магнитная аномалия, занимающая значительную часть континента.

Источники локальных магнитных аномалий, например Курской, лежат в самых верхних слоях земной коры, а сами аномалии быстро убывают с высотой. О локализации источников материковых аномалий имеются противоречивые представления.

Математические методы позволяют рассчитать поле на больших высотах, если известно распределение поля у поверхности. Определенные сведения о структуре магнитного поля Земли на больших высотах дают наблюдения над интенсивностью космических лучей на разных широтах. Наиболее загадочным является то, что картины распределения магнитного поля Земли на больших высотах, по наземным магнитометрическим данными и по наблюдениям космических лучей, не находятся в согласии. Непосредственные измерения напряженности магнитного поля на больших высотах при помощи магнитометра, установленного на спутнике, позволят пролить свет на причину наблюдаемого расхождения.

Установка магнитометра на спутнике допускает проведение в короткий срок магнитной съемки по всему земному шару. Совершенно исключительные возможности представляются для исследования переменной части магнитного поля.

По современным представлениям, магнитные возмущения вызываются сильными токами, протекающими в ионизированных слоях атмосферы. К настоящему времени известен лишь один прямой эксперимент, выполненный при помощи магнитометра, установленного на ракете, свидетельствующий в пользу реальности существования таких токовых систем.

Спутник при своем движении по орбите будет многократно пересекать ионизированные слои атмосферы. При этом существование токовых систем может быть отмечено по скачкам напряженности магнитного поля. Выделение из измеренных магнитометром напряженностей поля части, относящейся к полю предполагаемых токовых систем, может быть выполнено только особой методикой наблюдений и обработки данных. По указанной причине программы исследования пространственного распределения постоянной части магнитного поля Земли и поля вариаций в общем случае не могут быть совмещены в одном эксперименте.

Основной задачей эксперимента на спутнике является исследование пространственного распределения постоянного магнитного поля Земли на больших высотах и сравнение пространственного распределения линий одинаковой интенсивности магнитного поля и линий одинаковой интенсивности космических лучей.

Измерение магнитного поля со спутника связано со значительными трудностями, которые определяются тем, что положение спутника относительно вектора земного магнитного поля непрерывно меняется; магнитометр должен обладать высокой чувствительностью при большом диапазоне измерений; на датчики магнитометра оказывают влияние магнитные детали другой бортовой аппаратуры.

На борту спутника установлен магнитометр, который позволяет преодолеть указанные трудности. Он представляет собою прибор, измерительный датчик которого автоматически ориентируется по направлению полного вектора земного магнитного поля при любой ориентации спутника. Мерой магнитного поля и его изменений служит ток компенсации, пропускаемый по катушке, установленной на измерительном датчике, в таком направлении, чтобы он полностью компенсировал земное поле в объеме, занимаемом датчиком.

Два потенциометрических датчика, установленных на узле ориентации, позволяют определить положение корпуса спутника относительно земного поля и скорость вращения спутника вокруг собственных осей.

Изучение космических лучей

Исследование космического излучения позволяет получить сведения о процессах возникновения в глубинах мирового пространства частиц, обладающих очень большой энергией. Двигаясь во Вселенной, эти частицы испытывают воздействие среды, сквозь которую они пролетают. Влияние на космическое излучение оказывают процессы, происходящие на Солнце, и, в частности, выбрасываемые из его недр потоки корпускул. Под действием электрических и магнитных полей, имеющихся в этих потоках, интенсивность космического излучения меняется. Изменение состояния межпланетной среды, окружающей Землю, также приводит к изменению характера движения частиц космических лучей, зародившихся в более удаленных частях Вселенной и двигающихся по направлению к Земле. Иногда на Солнце происходят мощные взрывные процессы, приводящие к возникновению космических лучей. Эти процессы еще мало изучены, и их исследование представляет большой интерес.

В результате отклонения космических лучей в магнитном поле Земли экваториальных районов Земли могут достигать лишь частицы с энергией больше 14 миллиардов электроновольт. Больших широт могут достигать частицы очень малой энергии. Перемещаясь по своей орбите, спутник дает возможность раздельно регистрировать космическое излучение различных энергий.

Установленный на спутнике счетчик космических лучей позволит получить новые сведения об изменениях интенсивности и об энергетическом спектре космического излучения.

Особое значение имеют поиски в составе космических лучей мельчайших частиц света — фотонов. Фотоны, обладающие значительной энергией, так называемые гамма-лучи, могут лучше, чем любая другая компонента космического излучения, указать нам, где происходит возникновение этого излучения. Гамма-лучи должны распространяться в мировом пространстве практически прямолинейно. Поэтому, обнаружив, в каком направлении двигаются гамма-лучи, можно указать, где расположен их источник. В противоположность этому частицы космических лучей, обладающие электрическим зарядом, сильно отклоняются в магнитных полях, существующих в космосе, и теряют первоначальное направление своего движения.

Обнаружение гамма-лучей в составе космического излучения связано с большими трудностями, тем более, что в настоящее время нельзя предсказать, какова их интенсивность. Существующий длительное время вне земной атмосферы спутник дает исключительные возможности для обнаружения этой новой компоненты космических лучей.

Прибор, установленный на спутнике, дает возможность впервые осуществить экспериментальную попытку обнаружить в составе первичного космического излучения гамма-лучи. Если эта попытка увенчается успехом, то можно будет говорить о новом методе исследования Вселенной.

Известно, что около 70 процентов приходящего в верхние слои атмосферы первичного потока космических лучей составляют протоны — ядра самого легкого элемента — водорода. Кроме протонов, в первичном потоке космических лучей имеются ядра и других элементов. Ядра гелия (альфа-частицы) присутствуют в количестве меньшем 20 процентов, а ядра более тяжелых элементов составляют все вместе примерно 1 процент. Хотя число таких частиц невелико, но энергия, которую они приносят, составляет около 16 процентов энергии всего потока космических лучей.

Важно знать более подробно состав первичного потока. Сведения о составе космических лучей, в частности, имеют существенное значение для ответа на вопрос, где и как создаются частицы со столь большими энергиями.

Довольно много сведений о составе первичных космических лучей было получено в результате подъема приборов в стратосферу на шарах-зондах. Однако целый ряд данных о первичном составе невозможно получить, проводя измерения в стратосфере, так как даже небольшой слой вещества, который всегда имеется над прибором, изменяет состав космических лучей. До сих пор неизвестно, есть ли в космических лучах заметное число ядер более тяжелых элементов, чем ядра железа.