ABC of Astronomy - C Is for Cosmic Rays

• Kan 4, 2024

Kosmiske stråler kommer fra det ytre rom, og omtrent tretti av dem glir gjennom kroppen din hvert sekund. De utgjør en stor fare for bemannede oppdrag til Mars, kan skade elektronikk og fikk Apollo-astronauter til å se blink i mørket, selv med lukkede øyne. Noen er ikke kosmiske, ingen er stråler, og noen få ser ut til å være umulige. Hva er de og hvor kommer de fra?

Hvorfor kosmiske stråler?
Kosmiske stråler ble oppdaget tidlig på det tjuende århundre, og i ganske lang tid trodde forskere at de var en slags elektromagnetisk stråling som synlig lys eller røntgenstråler. Sola var en åpenbar mulig kilde, men strålene kom fra alle retninger. De ble derfor dubbet kosmisk fordi de så ut til å ha kommet utenom solsystemet.

Imidlertid viste det seg at "strålene" var usynlige, meget energiske ladede partikler - deler av atomer. Det er små mengder elektroner, men de fleste kosmiske stråler (89%) er protoner, omtrent 10% er kjernene i heliumatomer, og 1% er kjernene til tyngre atomer, også uran. Siden de er ladede partikler, påvirker magnetiske felt i rommet dem, så vi kan ikke finne deres opprinnelse ved å spore stiene bakover.

Noen av partiklene kommer fra solen, men det er rikelig med utsiden av solsystemet. Det er også kosmiske stråler som opprettes når de mer energiske kommer inn i jordas atmosfære og kolliderer med luftmolekyler. Disse kollisjonene produserer subatomære partikler, som igjen har ytterligere kollisjoner, og produserer en luftdusj av sekundære kosmiske stråler.

Elektron volt (eV)
Forskere måler energien fra atompartikler i elektron volt (eV). En elektron volt er energien et elektron vil få fra et 1-volt batteri. Det er ikke så mye. Selv om kosmiske stråler bare er atomer, beveger de seg i veldig høye hastigheter, så de har mye mer energi enn du tror fra den ørsmå massen. Derfor bruker vi større enheter som mega elektron volt (MeV), som er en million elektron volt, og giga elektron volt (GeV), som er en milliard elektron volt.

Typer kosmisk stråle
Det er mye vi fremdeles ikke forstår om kosmiske stråler, så å klassifisere dem er litt grovt og klart. Her er fire vanlige kategorier:

Sol kosmiske stråler
Sol kosmiske stråler er partikler fra solen som akselereres av solhendelser som produserer koronale masseutkast. I en koronal masse kastes utladede partikler ut fra solen med høy hastighet. Sol-kosmiske stråler er mindre energiske enn fra utenfor solsystemet, men de kan likevel skade elektronikken til satellitter og sette astronauter i fare. Noen er traktert nedover jordas magnetfeltlinjer ved polene og utløser auroralskjermer.

Galaktiske kosmiske stråler
De sol-vind er en plasma - en gass som er en blanding av ladede partikler - som blåser fra solen ned i dypet av solsystemet. Trykk utover reduserer antall kosmiske stråler som kommer inn i det indre solsystemet. Imidlertid har de som ankommer energier mellom 100 MeV og 10 GeV. De reiser med hastigheter mellom 45% og 99,6% av lysets hastighet.

De fleste galaktiske kosmiske stråler kommer fra andre steder i Melkeveien. De har vridd seg og snudd seg beruset gjennom det galaktiske magnetfeltet. Det er sterke bevis på at de er akselerert av sjokkbølger fra supernovaeksplosjoner.

Ultra høyenergi (UHE) kosmiske stråler
Den siste typen er den sjeldneste og mest mystiske. De har det som ser ut til å være umulig høye energier, og Oh-My-God partikkel er det mest forbausende av alle. Den ble oppdaget i Utah i 1991, og reiste med det som var innenfor en hvisking av lysets hastighet. Energien ble beregnet til rundt tretti millioner billioner elektron volt.

Hva i det galaktiske nabolaget kan akselerere en partikkel til en slik hastighet? Slå sammen svarte hull? Kolliderende galakser? Ingen vet, men de vet at en supernova ikke har nesten nok energi til å gjøre jobben, selv om den frigjør så mye energi som en hel galakse.

Så langt har ikke astronomer funnet noe i nærliggende galakser som virker sannsynlige kandidater. Men hva med en galakse langt, langt borte? Vi tror ikke det. Det skal ikke være mulig å komme fra over 30 millioner lysår unna, og fortsatt ha så mye energi. Partikkelen ville samhandle med den kosmiske bakgrunnsstrålingen og miste energi før den kom til oss. Bakgrunnsstråling er resten av energien fra Big Bang som fyller universet.

Farer ved kosmiske stråler
Jordens atmosfære og magnetfelt beskytter oss mot de fleste kosmiske stråler med lav energi. Og selv om det er tusenvis av dem som passerer gjennom kroppene våre hvert minutt, er kosmisk stråling ved havn bare noen få prosent av den naturlige bakgrunnsstrålingen.Siden det er mindre beskyttelse i store høyder, blir flybesetningene utsatt for noe mer stråling.

I verdensrommet er både astronauter og elektronikk utsatt for denne strålingen hvis solen er aktiv. Det var ikke noen stor solaktivitet for Apollo-oppdragene. Likevel var Apollo 11 mannskapsmedlemmer de første menneskene som så tilfeldige lysglimt, selv når øynene var lukket. Dette var kosmiske stråler. Og tenk på astronauter på et bemannet Mars-oppdrag. De ville være i dype rom i lang tid, men å beskytte mennesker og elektronikk mot kosmiske stråler og høyenergistråling er et problem som ennå ikke er løst.

Video Instruksjoner: The mysterious rays shooting at us from space (Kan 2024).