Κοσμικές ακτίνες: οι πιο γρήγοροι ταξιδιώτες στο σύμπαν

Οι κοσμικές ακτίνες ακούγονται σαν κάποιο είδος επιστημονικής φαντασίας από το διάστημα. Αποδεικνύεται ότι σε αρκετά υψηλά ποσά είναι. Από την άλλη πλευρά, οι κοσμικές ακτίνες περνούν μέσα από μας κάθε μέρα χωρίς να κάνουν πολλά (αν υπάρχει κάποια βλάβη). Λοιπόν, ποια είναι αυτά τα μυστηριώδη κομμάτια κοσμικής ενέργειας;

Ο όρος "κοσμική ακτίνα" αναφέρεται σε σωματίδια υψηλής ταχύτητας που ταξιδεύουν στο σύμπαν. Είναι παντού. Οι πιθανότητες είναι πολύ καλές ότι οι κοσμικές ακτίνες έχουν περάσει μέσα από το σώμα του κάθε φορά ή άλλου, ειδικά αν ζουν σε μεγάλο υψόμετρο ή έχουν πετάξει σε ένα αεροπλάνο. Η Γη είναι καλά προστατευμένη έναντι όλων εκτός από τις πιο ενεργητικές από αυτές τις ακτίνες, έτσι δεν αποτελούν πραγματικά κίνδυνο για εμάς στην καθημερινή μας ζωή.

Οι κοσμικές ακτίνες παρέχουν συναρπαστικές ενδείξεις σε αντικείμενα και γεγονότα που βρίσκονται αλλού στο σύμπαν, όπως οι θάνατοι των τεράστιων αστεριών (που ονομάζονται εκρήξεις σουπερνόβα) και τη δραστηριότητα στον Ήλιο, έτσι οι αστρονόμοι τις μελετούν χρησιμοποιώντας μπαλόνια μεγάλου υψομέτρου και διαστημικά μέσα. Αυτή η έρευνα παρέχει συναρπαστική νέα διορατικότητα στην προέλευση και την εξέλιξη των αστεριών και των γαλαξιών στο σύμπαν.

Οι κοσμικές ακτίνες είναι φορτισμένα με πολύ υψηλή ενέργεια σωματίδια (συνήθως πρωτόνια) που κινούνται σχεδόν στο ταχύτητα του φωτός. Ορισμένοι προέρχονται από τον Ήλιο (με τη μορφή ηλιακών ενεργειακών σωματιδίων), ενώ άλλοι εκτοξεύονται από εκρήξεις σουπερνόβα και άλλα ενεργητικά γεγονότα σε διαστρικό (και διαγαλαξιακό) χώρο. Όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με την ατμόσφαιρα της Γης, παράγουν ντους από αυτά που ονομάζονται "δευτερογενή σωματίδια".

Η ύπαρξη κοσμικών ακτίνων είναι γνωστή για περισσότερο από έναν αιώνα. Βρέθηκαν για πρώτη φορά από τον φυσικό Victor Hess. Ξεκίνησε τα ηλεκτρόμετρα υψηλής ακρίβειας στα αερόστατα του 1912 για να μετρήσει το ρυθμό ιοντισμού των ατόμων (δηλαδή, πόσο γρήγορα και πόσο συχνά ενεργοποιούνται τα άτομα) σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης. Αυτό που ανακάλυψε ήταν ότι ο ρυθμός ιοντισμού ήταν πολύ μεγαλύτερος όσο υψηλότερα ανυψώσατε στην ατμόσφαιρα - μια ανακάλυψη για την οποία αργότερα κέρδισε το βραβείο Νόμπελ.

Αυτό πέταξε μπροστά στη συμβατική σοφία. Το πρώτο ένστικτό του για το πώς να το εξηγήσω αυτό ήταν ότι κάποιο ηλιακό φαινόμενο δημιουργούσε αυτό το φαινόμενο. Ωστόσο, αφού επαναλάμβανε τα πειράματά του κατά τη διάρκεια σχεδόν της ηλιακής έκλειψης, απέκτησε τα ίδια αποτελέσματα, αποκλείοντας ουσιαστικά οποιαδήποτε ηλιακή προέλευση. κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρέπει να υπάρχει κάποιο εγγενές ηλεκτρικό πεδίο στην ατμόσφαιρα δημιουργώντας τον παρατηρούμενο ιονισμό, αν και δεν μπορούσε να συναγάγει ποια είναι η πηγή του πεδίου επιθυμών να φαίνεται ώς.

Ήταν περισσότερο από μια δεκαετία αργότερα, πριν ο φυσικός Robert Millikan κατάφερε να αποδείξει ότι το ηλεκτρικό πεδίο στην ατμόσφαιρα που παρατηρούσε η Hess ήταν αντ 'αυτού μια ροή φωτονίων και ηλεκτρονίων. Κάλεσε αυτό το φαινόμενο "κοσμικές ακτίνες" και ρέουν μέσα από την ατμόσφαιρά μας. Προσδιόρισε επίσης ότι αυτά τα σωματίδια δεν ήταν από τη Γη ή το εγγύς περιβάλλον της Γης, αλλά προέρχονταν από βαθύ χώρο. Η επόμενη πρόκληση ήταν να καταλάβουμε ποιες διεργασίες ή αντικείμενα θα μπορούσαν να δημιουργούν.

Από τότε, οι επιστήμονες συνέχισαν να χρησιμοποιούν αερόστατα υψηλής ταχύτητας για να φτάσουν πάνω από την ατμόσφαιρα και να δοκιμάσουν περισσότερα από αυτά τα σωματίδια υψηλής ταχύτητας. Η περιοχή πάνω από το Antartica στον νότιο πόλο είναι ένα ευνοημένο σημείο εκτόξευσης και πολλές αποστολές έχουν συγκεντρώσει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις κοσμικές ακτίνες. Εκεί, το National Science Balloon Facility φιλοξενεί διάφορες πτήσεις με όργανα κάθε χρόνο. Οι "μετρητές κοσμικών ακτίνων" που μεταφέρουν μετράνε την ενέργεια των κοσμικών ακτίνων, καθώς και τις κατευθύνσεις και τις εντάσεις τους.

ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμόςπεριέχει επίσης όργανα που μελετούν τις ιδιότητες των κοσμικών ακτίνων, συμπεριλαμβανομένου του πειράματος κοσμικής ακτινοβολίας και μάζας (CREAM). Εγκατεστημένο το 2017, έχει τριετή αποστολή να συλλέξει όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα σε αυτά τα γρήγορα κινούμενα σωματίδια. Το CREAM άρχισε πραγματικά σαν ένα πείραμα με μπαλόνια και πέταξε επτά φορές μεταξύ 2004 και 2016.

Επειδή οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια, τα μονοπάτια τους μπορούν να μεταβληθούν από οποιοδήποτε μαγνητικό πεδίο που έρχεται σε επαφή με. Φυσικά, αντικείμενα όπως τα αστέρια και οι πλανήτες έχουν μαγνητικά πεδία, αλλά υπάρχουν και διαστρικά μαγνητικά πεδία. Αυτό κάνει την πρόβλεψη όπου (και πόσο ισχυρά) μαγνητικά πεδία είναι εξαιρετικά δύσκολα. Και επειδή αυτά τα μαγνητικά πεδία παραμένουν σε όλο το χώρο, εμφανίζονται σε κάθε κατεύθυνση. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι από το πλεονέκτημά μας εδώ στη Γη φαίνεται ότι οι κοσμικές ακτίνες δεν φαίνεται να φθάνουν από οποιοδήποτε σημείο του χώρου.

Ο προσδιορισμός της πηγής των κοσμικών ακτίνων αποδείχθηκε δύσκολος για πολλά χρόνια. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες υποθέσεις που μπορούν να υποτεθούν. Πρώτα απ 'όλα, η φύση των κοσμικών ακτίνων ως φορτισμένα με πολύ υψηλή ενέργεια σωματίδια υποδήλωνε ότι παράγονται από μάλλον ισχυρές δραστηριότητες. Έτσι γεγονότα όπως οι σουπερνόβες ή οι περιοχές γύρω από τις μαύρες τρύπες φαίνονταν πιθανές υποψήφιες. Ο ήλιος εκπέμπει κάτι παρόμοιο με τις κοσμικές ακτίνες με τη μορφή πολύ ενεργών σωματιδίων.

Το 1949 ο φυσικός Enrico Fermi πρότεινε ότι οι κοσμικές ακτίνες ήταν απλά σωματίδια επιταχυνόμενα από μαγνητικά πεδία στα διαστρικά καυσαέρια. Και επειδή χρειάζεστε ένα αρκετά μεγάλο πεδίο για να δημιουργήσετε τις κοσμικές ακτίνες υψηλότερης ενέργειας, οι επιστήμονες άρχισαν να αναζητούν τα απομεινάρια της σουπερνόβα (και άλλα μεγάλα αντικείμενα στο διάστημα) ως πιθανή πηγή.

Τον Ιούνιο του 2008 η NASA εγκαινίασε ένα τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα γνωστό ως Fermi - ονομασία για Enrico Fermi. Ενώ Fermi είναι ένα τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα, ένας από τους κύριους επιστημονικούς στόχους του ήταν να καθορίσει την προέλευση των κοσμικών ακτίνων. Σε συνδυασμό με άλλες μελέτες κοσμικών ακτίνων με μπαλόνια και όργανα που βασίζονται στο διάστημα, οι αστρονόμοι εξετάζουν τώρα τα υπολείμματα της σουπερνόβα, και τέτοια εξωτικά αντικείμενα ως υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ως πηγές για τις πιο ενεργητικές κοσμικές ακτίνες που ανιχνεύονται εδώ Γη.

• Οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται από το σύμπαν και μπορούν να δημιουργηθούν από γεγονότα όπως οι εκρήξεις των σουπερνόβα.
• Τα σωματίδια υψηλής ταχύτητας παράγονται επίσης σε άλλα ενεργειακά γεγονότα όπως οι δραστηριότητες quasar.
• Ο ήλιος επίσης στέλνει τις κοσμικές ακτίνες στη μορφή ή τα ηλιακά ενεργειακά σωματίδια.
• Οι κοσμικές ακτίνες μπορούν να ανιχνευθούν στη Γη με διάφορους τρόπους. Ορισμένα μουσεία διαθέτουν ανιχνευτές κοσμικών ακτίνων ως εκθέματα.

• "Έκθεση των Κοσμικών ακτίνων". Ραδιενέργεια: Ιώδιο 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Επεξεργάστηκε και ενημερώθηκε από Carolyn Collins Petersen.