Kosmiske stråler: Universets hurtigste rejsende

Kosmiske stråler lyder som en slags science-fiction trussel fra det ydre rum. Det viser sig, at de er i høje nok beløb. På den anden side passerer kosmiske stråler gennem os hver dag uden at gøre meget (hvis nogen skade). Så hvad er disse mystiske stykker kosmisk energi?

Udtrykket "kosmisk stråle" refererer til højhastighedspartikler, der rejser universet. De er overalt. Chancerne er meget gode for, at kosmiske stråler er passeret gennem alles krop på et eller andet tidspunkt, især hvis de bor i stor højde eller er flyvet i et fly. Jorden er godt beskyttet mod alle undtagen de mest energiske af disse stråler, så de udgør ikke rigtig en fare for os i vores hverdag.

Kosmiske stråler giver fascinerende ledetråde til genstande og begivenheder andetsteds i universet, såsom dødsfald fra massive stjerner (kaldet supernova-eksplosioner) og aktivitet på solen, så astronomer studerer dem ved hjælp af balloner i høj højde og pladsbaserede instrumenter. Denne forskning giver spændende ny indsigt i oprindelsen og udviklingen af ​​stjerner og galakser i universet.

Kosmiske stråler er ekstremt højenergi-ladede partikler (normalt protoner), der bevæger sig næsten ved lysets hastighed. Nogle kommer fra solen (i form af solenergiske partikler), mens andre udsættes fra supernovaeksplosioner og andre energiske begivenheder i det interstellare (og intergalaktiske) rum. Når kosmiske stråler kolliderer med Jordens atmosfære, producerer de brusere af det, der kaldes "sekundære partikler".

Eksistensen af ​​kosmiske stråler har været kendt i mere end et århundrede. De blev først fundet af fysiker Victor Hess. Han lancerede elektrometre med høj nøjagtighed ombord på vejrballoner i 1912 for at måle ioniseringshastigheden for atomer (det vil sige, hvor hurtigt og hvor ofte atomer aktiveres) i øverste lag af Jordens atmosfære. Det, han opdagede, var, at ioniseringshastigheden var meget større, jo højere du stiger i atmosfæren - en opdagelse, som han senere vandt Nobelprisen for.

Dette fløj i lyset af konventionel visdom. Hans første instinkt til at forklare dette var, at et eller andet solfenomen skabte denne effekt. Men efter at have gentaget sine eksperimenter under en nær solformørkelse opnåede han de samme resultater og udelukkede effektivt enhver soloprindelse for. Derfor konkluderede, at der må være et eller andet indre elektrisk felt i atmosfæren, hvilket skaber den observerede ionisering, skønt han ikke kunne udlede, hvad kilden til feltet ville være.

Det var mere end et årti senere, før fysiker Robert Millikan var i stand til at bevise, at det elektriske felt i den atmosfære, der blev observeret af Hess, i stedet var en strøm af fotoner og elektroner. Han kaldte dette fænomen "kosmiske stråler", og de strømmede gennem vores atmosfære. Han bestemte også, at disse partikler ikke stammer fra Jorden eller miljøet i nærheden af ​​Jorden, men snarere kom fra det dybe rum. Den næste udfordring var at finde ud af, hvilke processer eller objekter der kunne have været at skabe dem.

Siden den tid har forskere fortsat med at bruge højflyvende balloner til at komme over atmosfæren og prøve flere af disse højhastighedspartikler. Regionen over Antartica på sydpolen er et foretrukket udskydningssted, og en række missioner har samlet mere information om kosmiske stråler. Der er National Science Balloon Facility hjemsted for flere instrumentbelastede flyvninger hvert år. De "kosmiske stråletællere", de bærer, måler energien fra kosmiske stråler såvel som deres retninger og intensiteter.

Det International rum Stationindeholder også instrumenter, der studerer egenskaberne ved kosmiske stråler, herunder eksperimentet Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM). Installeret i 2017 og har en tre-årig mission til at indsamle så mange data som muligt om disse hurtigt bevægende partikler. CREAM begyndte faktisk som et balloneksperiment, og det fløj syv gange mellem 2004 og 2016.

Fordi kosmiske stråler er sammensat af ladede partikler, kan deres veje ændres af ethvert magnetfelt, som det kommer i kontakt med. Naturligvis har genstande som stjerner og planeter magnetfelter, men der er også interstellære magnetfelter. Dette gør det muligt at forudsige, hvor (og hvor stærke) magnetfelter er ekstremt vanskelige. Og da disse magnetfelter vedvarer i hele rummet, vises de i alle retninger. Derfor er det ikke overraskende, at det fra vores udsigtspunkt her på Jorden ser ud til, at kosmiske stråler ikke ser ud til at komme fra noget punkt i rummet.

Det var vanskeligt i mange år at bestemme kilden til kosmiske stråler. Der er dog nogle antagelser, der kan antages. Først og fremmest antydede naturen af ​​kosmiske stråler som ekstremt højenergi-ladede partikler, at de er produceret af temmelig kraftige aktiviteter. Så begivenheder som supernovaer eller regioner omkring sorte huller syntes at være sandsynlige kandidater. Solen udsender noget, der ligner kosmiske stråler i form af stærkt energiske partikler.

I 1949 foreslog fysiker Enrico Fermi, at kosmiske stråler simpelthen var partikler, der blev accelereret af magnetiske felter i interstellære gasskyer. Og da du har brug for et ret stort felt for at skabe kosmiske stråler med højeste energi, begyndte forskere at se supernovarester (og andre store objekter i rummet) som den sandsynlige kilde.

I juni 2008 lancerede NASA en gamma-ray teleskop kendt som Fermi - opkaldt efter Enrico Fermi. Mens Fermi er et gammastråleteleskop, et af dets vigtigste videnskabelige mål var at bestemme oprindelsen af ​​kosmiske stråler. Sammen med andre undersøgelser af kosmiske stråler af balloner og pladsbaserede instrumenter ser astronomer nu på supernovarester, og sådanne eksotiske objekter som supermassive sorte huller som kilder til de mest energiske kosmiske stråler, der påvises her på Jorden.

• Kosmiske stråler kommer fra hele universet og kan genereres ved sådanne begivenheder som supernovaeksplosioner.
• Højhastighedspartikler genereres også i andre energiske begivenheder, såsom kvasaraktiviteter.
• Solen udsender også kosmiske stråler i form af eller solenergiske partikler.
• Kosmiske stråler kan påvises på Jorden på forskellige måder. Nogle museer har kosmiske stråledetektorer som udstillinger.

• “Kosmisk stråleeksponering.” Radioaktivitet: Jod 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, imag.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Redigeret og opdateret af Carolyn Collins Petersen.