Kozmički zraci: najbrži putnici u svemiru

Kozmičke zrake zvuče kao neka vrsta znanstvenofantastične prijetnje iz svemira. Ispada da su u dovoljnim količinama. S druge strane, kozmičke zrake svakodnevno prolaze kroz nas bez puno štete (ako ikakve štete). Pa, koji su to misteriozni komadi kozmičke energije?

Izraz "kozmička zraka" odnosi se na čestice velike brzine koje putuju svemirom. Oni su svugdje. Velike su šanse da su kozmičke zrake u neko ili drugo vrijeme prošle kroz svačije tijelo, posebno ako žive na velikoj nadmorskoj visini ili su leteli u zrakoplovu. Zemlja je dobro zaštićena od svih, ali najanergičnija od ovih zraka, tako da nam oni zapravo ne predstavljaju opasnost u našem svakodnevnom životu.

Kozmičke zrake daju fascinantne tragove objektima i događajima drugdje u svemiru, poput smrti ogromnih zvijezda (tzv. eksplozije supernove) i aktivnost na Suncu, pa ih astronomi proučavaju pomoću balona velike visine i svemirskih instrumenata. To istraživanje pruža uzbudljiv novi uvid u podrijetlo i razvoj zvijezda i galaksija u svemiru.

Kozmičke zrake su izuzetno visokoenergetske čestice (obično protoni) koje se kreću gotovo na brzina svjetlosti. Neki potječu od Sunca (u obliku solarnih energetskih čestica), dok se drugi izbacuju iz eksplozije supernove i drugih energetskih događaja u međuzvjezdanom (i intergalaktičkom) prostoru. Kada se kozmičke zrake sudaraju sa Zemljinom atmosferom, one proizvode prozore onoga što se naziva "sekundarnim česticama".

Postojanje kozmičkih zraka poznato je više od stoljeća. Prvo ih je pronašao fizičar Victor Hess. 1912. godine lansirao je elektrometre visoke preciznosti na vremenske balone za mjerenje brzine ionizacije atoma (to jest, koliko brzo i koliko često se atomi napajaju) u gornji slojevi Zemljine atmosfere. Ono što je otkrio je da je stopa ionizacije mnogo veća što se više dižete u atmosferi - otkriće za koje je kasnije osvojio Nobelovu nagradu.

Ovo je poletjelo pred uobičajenom mudrošću. Njegov prvi instinkt kako to objasniti bio je da neki solarni fenomen stvara ovaj efekt. Međutim, nakon što je ponovio svoje eksperimente tijekom pomračenja Sunca, dobio je iste rezultate, učinkovito isključujući bilo koje solarno podrijetlo, zbog čega je zaključio je da u atmosferi mora postojati neko unutarnje električno polje koje stvara promatranu ionizaciju, iako nije mogao zaključiti koji je izvor polja bilo bi.

Prošlo je više od desetljeća kasnije, prije nego što je fizičar Robert Millikan uspio dokazati da je električno polje u atmosferi koje je primijetio Hess umjesto fluksa fotona i elektrona. Ovaj fenomen nazvao je "kozmičkim zrakama" i one su strujile kroz našu atmosferu. Također je utvrdio da te čestice nisu iz Zemlje ili iz okoline Zemlje, već su dospjele iz dubokog svemira. Sljedeći je izazov bio shvatiti koji su procesi ili objekti mogli stvoriti.

Od tog vremena, znanstvenici su nastavili koristiti balone visokog leta kako bi se izvukli iznad atmosfere i uzorkovali više ovih čestica velike brzine. Područje iznad Antartice na južnom polu pogodno je mjesto za lansiranje, a brojne misije prikupile su više informacija o kozmičkim zrakama. Tamo je Nacionalni fond za balon znanosti svake godine nekoliko letova napunjenih instrumentima. "Brojači kozmičkih zraka" koje nose mjere energiju kozmičkih zraka, kao i njihove smjerove i intenzitete.

Internacionalna Svemirska postajatakođer sadrži instrumente koji proučavaju svojstva kozmičkih zraka, uključujući eksperiment Kozmičke zrake Energetika i masa (CREAM). Instaliran 2017. godine, ima trogodišnju misiju da prikupi što više podataka o ovim brzo pokretnim česticama. CREAM je zapravo započeo kao eksperiment s balonom, a letio je sedam puta između 2004. i 2016. godine.

Budući da su kozmičke zrake sastavljene od nabijenih čestica, njihovi se putovi mogu mijenjati bilo kojim magnetskim poljem s kojim dođe u kontakt. Prirodno, objekti poput zvijezda i planeta imaju magnetska polja, ali postoje i međuzvjezdana magnetska polja. Zbog toga je teško predvidjeti gdje su (i koliko snažna) magnetska polja izuzetno teška. A budući da ta magnetska polja postoje u cijelom prostoru, ona se pojavljuju u svakom smjeru. Stoga ne čudi da iz naše ishodišne ​​točke ovdje na Zemlji izgleda da kozmičke zrake ne dolaze od bilo koje točke u svemiru.

Određivanje izvora kozmičkih zraka pokazalo se teškim za mnogo godina. Međutim, postoje neke pretpostavke. Prije svega, priroda kozmičkih zraka kao ekstremno naelektrisanih čestica podrazumijeva da su one proizvedene prilično snažnim aktivnostima. Činilo se da su događaji poput supernova ili regija oko crnih rupa vjerovatni kandidati. Sunce emitira nešto slično kozmičkim zrakama u obliku visokoenergetskih čestica.

Godine 1949. fizičar Enrico Fermi sugerirao je da su kozmičke zrake jednostavno čestice ubrzane magnetskim poljem u međuzvjezdanim plinskim oblacima. A budući da vam je potrebno prilično veliko polje za stvaranje kozmičkih zraka najviše energije, znanstvenici su na ostatke supernove (i druge velike objekte u svemiru) gledali kao na vjerojatni izvor.

U lipnju 2008. NASA je pokrenula gama-teleskop poznat kao Fermi - imenovan po Enricu Fermiju. Dok Fermi je teleskop gama zraka, jedan od njegovih glavnih znanstvenih ciljeva bio je utvrditi podrijetlo kozmičkih zraka. U kombinaciji s drugim istraživanjima kozmičkih zraka pomoću balona i svemirskih instrumenata, astronomi sada traže ostatke supernove, i takvi egzotični predmeti kao supermasivne crne rupe kao izvori za najsnažnije kozmičke zrake otkrivene ovdje Zemlja.

• Kozmičke zrake dolaze iz cijelog svemira i mogu se generirati takvim događajima kao što su eksplozije supernove.
• Čestice velike brzine nastaju i u drugim energetskim događajima kao što su kvazarske aktivnosti.
• Sunce također šalje kozmičke zrake u obliku ili solarne energetske čestice.
• Kozmičke zrake mogu se detektirati na Zemlji na različite načine. Neki muzeji imaju eksponate za otkrivanje kozmičkih zraka.

• "Izložba kozmičkih zraka." Radioaktivnost: Jod 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, zamislite.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Uredio i ažurirao korisnik Carolyn Collins Petersen.