Kozmikus sugarak: A leggyorsabb utazók az univerzumban

A kozmikus sugarak úgy tűnnek, mintha valamilyen tudományos-fantasztikus fenyegetés lenne a világűrből. Kiderül, hogy elég nagy mennyiségben vannak. Másrészről a kozmikus sugarak minden nap áthaladnak ránk anélkül, hogy sokot okoznánk (ha bármilyen kárt okozna). Szóval, mi ezek a titokzatos kozmikus energiák?

A "kozmikus sugár" kifejezés nagysebességű részecskékre utal, amelyek az univerzumot mozgatják. Mindenhol vannak. Nagyon jó esélye van annak, hogy a kozmikus sugarak valamilyen időnként áthaladtak mindenki testén, különösen akkor, ha nagy magasságban élnek, vagy repülőgépen repültek. A Föld jól védett ezeknek a sugaraknak a kivételével, kivéve a legerősebb energiát, tehát mindennapi életünkben nem jelentenek valódi veszélyt.

A kozmikus sugarak izgalmas nyomokat adnak az univerzum más részein található tárgyakhoz és eseményekhez, például hatalmas csillagok ( szupernóva robbanások) és a Napon való aktivitás, tehát a csillagászok nagy magasságú léggömbökkel és űrhajós eszközökkel tanulmányozzák őket. Ez a kutatás izgalmas új betekintést nyújt a csillagok és galaxisok eredetéhez és fejlődéséhez az univerzumban.

A kozmikus sugarak rendkívül nagy energiájú töltésű részecskék (általában protonok), amelyek majdnem a fénysebesség. Néhányan a Napból származnak (napenergia-részecskék formájában), mások pedig a szupernóva-robbanásokból és más csillagközi (és interlaktikus) térbeli energetikai eseményekből kerülnek ki. Amikor a kozmikus sugarak ütköznek a Föld légkörével, zuhanyokat állítanak elő, amelyeket úgynevezett "másodlagos részecskéknek" hívnak.

A kozmikus sugarak létezéséről több mint egy évszázad óta ismert. Először Victor Hess fizikus találta meg őket. 1912-ben elindította a nagy pontosságú elektrométereket időjárás-léggömbök fedélzetén az atomok ionizációs sebességének mérésére (vagyis az atomok energiájának gyorsaságára és gyakoriságára) a Föld légkörének felső rétegei. Azt fedezte fel, hogy az ionizációs ráta annál nagyobb, minél magasabbra emelkedik a légkörben - ez a felfedezés, amelyért később Nobel-díjat nyert.

Ez a hagyományos bölcsesség ellenére repült. Első ösztöne annak, hogy ezt magyarázza, az volt, hogy egy napenergia-jelenség hozta létre ezt a hatást. Ugyanakkor, miután megismételte kísérleteit egy közel eső napfogyatkozás során, ugyanazokat az eredményeket kapott, és hatékonyan kizárja az esetleges napenergia eredetét, ezért arra a következtetésre jutott, hogy a légkörben kell lennie valamilyen belső elektromos mezőnek, amely létrehozza a megfigyelt ionizációt, bár nem tudta levonni, hogy mi a mező forrása lenne.

Több mint egy évtizeddel később, Robert Millikan fizikus bizonyította, hogy a légkörben a Hess által megfigyelt elektromos mező inkább fotonok és elektronok fluxusa volt. Ezt a jelenséget kozmikus sugaraknak nevezte, és áthatoltak a légkörünkön. Azt is megállapította, hogy ezek a részecskék nem a Földről vagy a Föld közeli környezetből származnak, hanem inkább a mély űrből származnak. A következő kihívás az volt, hogy kitaláljuk, milyen folyamatok vagy tárgyak készíthetik őket.

Azóta a tudósok továbbra is magas repülési léggömböket használnak, hogy a légkör fölé kerüljenek, és mintavételd ezeket a nagysebességû részecskéket. Az Antartica feletti régió, a déli pólus kedvelt indulási hely, és számos misszió gyűjtött több információt a kozmikus sugarakról. A Nemzeti Tudományos Léggömb-létesítmény évente több műszerrel betöltött repülést ad otthont. Az általuk hordozott "kozmikus sugárszámlálók" megmérik a kozmikus sugarak energiáját, irányát és intenzitását.

Az Nemzetközi Űrállomásolyan eszközöket is tartalmaz, amelyek megvizsgálják a kozmikus sugarak tulajdonságait, beleértve a Kozmikus Sugár Energetika és Tömeg (CREAM) kísérletet. A 2017-ben telepített hároméves küldetése a lehető legtöbb adat gyűjtése ezekről a gyorsan mozgó részecskékről. A CREAM valójában léggömb kísérletként indult, és 2004 és 2016 között hétszer repült.

Mivel a kozmikus sugarak töltött részecskékből állnak, útjukat bármilyen mágneses mező megváltoztathatja, amellyel érintkezésbe kerül. Természetesen az olyan tárgyak, mint a csillagok és a bolygók, mágneses mezőkkel rendelkeznek, de csillagközi mágneses mezők is léteznek. Ez megjósolja, hogy a mágneses mezők hol (és milyen erősen) rendkívül nehézek. És mivel ezek a mágneses mezők az egész térben fennállnak, minden irányban megjelennek. Ezért nem meglepő, hogy a földi kilátáspontból úgy tűnik, hogy a kozmikus sugarak nem érkeznek egyetlen űrpontból sem.

A kozmikus sugarak forrásának meghatározása évek óta nehéznek bizonyult. Van azonban néhány feltételezés, amely feltételezhető. Mindenekelőtt a kozmikus sugarak, mint rendkívül nagy energiájú töltésű részecskék jellege azt sugallja, hogy meglehetősen erőteljes tevékenységek eredményezik őket. Tehát valószínűnek tűnt olyan események, mint a szupernóvák vagy a fekete lyukak körüli régiók. A nap erősen energikus részecskék formájában bocsát ki valami hasonlót a kozmikus sugarakhoz.

Enrico Fermi fizikus 1949-ben azt állította, hogy a kozmikus sugarak egyszerűen olyan részecskék, amelyeket a csillagközi gázfelhők mágneses terei felgyorsítottak. És mivel egy meglehetősen nagy mezőre van szükség a legnagyobb energiájú kozmikus sugarak létrehozásához, a tudósok a szupernóva maradványait (és más, az űrben lévő nagy tárgyakat) vizsgálták valószínű forrásként.

2008 júniusában a NASA elindította a gamma-sugár távcső néven Fermi - Enrico Fermi-nek nevezték el. Míg Fermi egy gamma-sugár távcső, egyik fő tudományos célja a kozmikus sugarak eredetének meghatározása volt. A csillagászok a léggömbök és az űrhajós eszközök által végzett kozmikus sugarak más tanulmányaival együtt a szupernóva maradványait vizsgálják, és olyan egzotikus tárgyak, mint a szupermasszív fekete lyukak, amelyek az itt felismert leginkább energikus kozmikus sugarak forrásai Föld.

• A kozmikus sugarak az univerzum körül származnak, és olyan események által generálhatók, mint a szupernóva robbanások.
• Nagy sebességű részecskék keletkeznek más energetikai eseményekben is, például kvazáris tevékenységek során.
• A Nap kozmikus sugarakat bocsát ki formájában vagy napenergia részecskék formájában.
• A kozmikus sugarak különféle módon észlelhetők a Földön. Egyes múzeumokban kozmikus sugárdetektorok találhatók kiállításként.

• „Kozmikus sugarak expozíciója.” Radioaktivitás: jód 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, Képzelje el.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.