Kosmiset säteet: Nopeimmat matkustajat maailmankaikkeudessa

Kosmiset säteet kuulostavat jonkinlaiselta avaruudesta tulevalta tieteiskirjallisuudelta. Osoittautuu, että niin suurina määrinä ne ovat. Toisaalta kosmiset säteet kulkevat joka päivä läpi tekemättä paljon (jos on haittaa). Joten, mitä nämä salaperäiset kosmisen energian kappaleet ovat?

Termi "kosminen säde" tarkoittaa nopeita hiukkasia, jotka kulkevat maailmankaikkeutta. He ovat kaikkialla. Mahdollisuudet ovat erittäin hyvät, että kosmiset säteet ovat kulkeneet jokaisen ruumiin läpi jossain vaiheessa, etenkin jos he asuvat korkealla tai ovat lentäneet lentokoneessa. Maa on hyvin suojattu kaikilta, mutta kaikkein energisimmältä säteiltä, ​​joten ne eivät todellakaan aiheuta meille vaaraa jokapäiväisessä elämässämme.

Kosmiset säteet tarjoavat kiehtovia johtolankoja esineille ja tapahtumille muualla maailmankaikkeudessa, kuten massiivisten tähtien (nimeltään supernova räjähdykset) ja aktiviteettia auringossa, joten tähtitieteilijät tutkivat niitä korkealla sijaitsevien ilmapallojen ja avaruuspohjaisten välineiden avulla. Tämä tutkimus tarjoaa mielenkiintoisen uuden kuvan tähtijen ja galaksien alkuperästä ja kehityksestä maailmankaikkeudessa.

Kosmiset säteet ovat erittäin korkeaenergiavaraisia ​​hiukkasia (yleensä protoneja), jotka liikkuvat melkein valonnopeus. Jotkut tulevat auringosta (aurinkoenergisten hiukkasten muodossa), kun taas toiset poistuvat supernoova-räjähdyksistä ja muista energisista tapahtumista tähtienvälisessä (ja galaktienvälisessä) tilassa. Kun kosmiset säteet törmäävät maan ilmakehään, ne tuottavat suihkut siitä, mitä kutsutaan "sekundaarisiksi hiukkasiksi".

Kosmisten säteiden olemassaolo on ollut tiedossa yli vuosisadan. Fyysikko Victor Hess löysi ne ensin. Hän lanseerasi korkean tarkkuuden sähkömittarit sääpallot alukseen vuonna 1912 mittaamaan atomien ionisaationopeutta (ts. Kuinka nopeasti ja kuinka usein atomit saavat virtaa) Maan ilmakehän ylemmät kerrokset. Hän löysi, että ionisaatioaste oli paljon suurempi, mitä korkeammalle nousut ilmakehään - löytö, josta hän myöhemmin voitti Nobel-palkinnon.

Tämä lensi tavanomaisen viisauden edessä. Hänen ensimmäinen vaistonsa tämän selittämiseen oli, että jokin aurinko-ilmiö loi tämän vaikutuksen. Toistuttuaan kokeilunsa lähellä aurinkopimennystä hän sai kuitenkin samat tulokset, sulkemalla tehokkaasti pois kaikki aurinko-lähteet, Siksi hän päätteli, että ilmakehässä on oltava jonkinlainen luontainen sähkökenttä, joka luo havaitun ionisoinnin, vaikka hän ei voinut päätellä, mikä kentän lähde on olisi.

Se oli yli kymmenen vuotta myöhemmin, ennen kuin fyysikko Robert Millikan pystyi todistamaan, että Hessin havaitsema ilmakehän sähkökenttä oli sen sijaan fotonien ja elektronien vuota. Hän kutsui tätä ilmiötä "kosmisiksi säteiksi" ja ne virtautuivat ilmakehän kautta. Hän päätti myös, että nämä hiukkaset eivät olleet maasta tai maanläheisestä ympäristöstä, vaan tulivat syvästä avaruudesta. Seuraava haaste oli selvittää, mitkä prosessit tai esineet olisivat voineet luoda niitä.

Siitä lähtien tutkijat ovat jatkaneet korkealentoisten ilmapallojen käyttöä päästäkseen ilmakehän yläpuolelle ja näytteittämään enemmän näistä nopeaista hiukkasista. Etelänavan Antartican yläpuolella oleva alue on suosittu lähtöpaikka, ja useat operaatiot ovat keränneet lisätietoja kosmisista säteistä. Siellä Kansallinen tiedepallolaitos on koti useille mittarilla täytetyille lennoille vuosittain. Niiden mukana kulkevat "kosmiset säteilylaskurit" mittaavat kosmisten säteiden energian, samoin kuin niiden suunnat ja intensiteetit.

Kansainvälinen avaruusasemasisältää myös välineitä, jotka tutkivat kosmisten säteiden ominaisuuksia, mukaan lukien kosmisen säteen energian ja massan (CREAM) kokeilu. Vuonna 2017 asennetulla yrityksellä on kolmen vuoden tehtävä kerätä mahdollisimman paljon tietoa näistä nopeasti liikkuvista hiukkasista. CREAM alkoi tosiasiallisesti ilmapallokokeena, ja se lensi seitsemän kertaa vuosien 2004 ja 2016 välillä.

Koska kosmiset säteet koostuvat varautuneista hiukkasista, niiden reittejä voi muuttaa mikä tahansa magneettikenttä, jonka kanssa se koskettaa. Luonnollisesti esineillä, kuten tähtiillä ja planeetoilla, on magneettikenttiä, mutta tähtienvälisiä magneettikenttiä on myös olemassa. Tämä tekee mahdolliseksi ennustaa missä (ja kuinka voimakkaita) magneettikentät ovat erittäin vaikeita. Ja koska nämä magneettikentät jatkuvat koko avaruudessa, ne ilmestyvät joka suuntaan. Siksi ei ole yllättävää, että näkökulmasta täällä maan päällä näyttää siltä, ​​että kosmiset säteet eivät näytä saapuvan mistään avaruudesta.

Kosmisen säteilyn lähteen määrittäminen on osoittautunut vaikeaksi monien vuosien ajan. Joitakin oletuksia voidaan kuitenkin olettaa. Ensinnäkin kosmisten säteiden luonne erittäin energiavaraisina hiukkasina merkitsi sitä, että ne tuotetaan melko voimakkaiden toimintojen avulla. Joten supernovien tai mustien reikien ympärillä olevat tapahtumat näyttivät todennäköisesti ehdokkaiksi. Aurinko säteilee jotain kosmisen säteen kaltaista erittäin energisten hiukkasten muodossa.

Fyysikko Enrico Fermi ehdotti vuonna 1949, että kosmiset säteet olivat yksinkertaisesti hiukkasia, joita kiihdyttivät magneettikentät tähtienvälisissä kaasupilvissä. Ja koska tarvitset melko suuren kentän korkeimman energian kosmisten säteiden luomiseksi, tutkijat alkoivat tarkastella supernoovan jäänteitä (ja muita avaruuden suuria esineitä) todennäköiseksi lähteeksi.

NASA käynnisti kesäkuussa 2008 gammasäteen kaukoputki, joka tunnetaan nimellä Fermi - nimeltään Enrico Fermi. Sillä aikaa Fermi on gammasäteen kaukoputki, yksi sen tärkeimmistä tieteellisistä tavoitteista oli kosmisten säteiden alkuperän määrittäminen. Yhdessä muiden ilmapallojen ja avaruuspohjaisten instrumenttien kosmisen säteilyn tutkimuksen kanssa tähtitieteilijät odottavat nyt supernovan jäännöksiä, ja sellaiset eksoottiset esineet kuten supermassiiviset mustat aukot lähteinä kaikkein energisimmille kosmisille säteille, jotka on havaittu täällä Maan.

• Kosmiset säteet tulevat maailmankaikkeuden ympäriltä, ​​ja ne voidaan tuottaa sellaisista tapahtumista kuten supernoova-räjähdykset.
• Nopeita hiukkasia syntyy myös muissa energiatapahtumissa, kuten kvaasitoiminnoissa.
• Aurinko lähettää myös kosmisia säteitä muodossa tai aurinkoenergisina hiukkasina.
• Kosmiset säteet voidaan havaita maan päällä eri tavoin. Joissakin museoissa on kosminen säteilijä.

• "Kosmisten säteiden altistuminen." Radioaktiivisuus: jodi 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, kujuta.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Toimittanut ja päivittänyt Carolyn Collins Petersen.