Kosminiai spinduliai

Menininko koncepcija apie heliosferą – magnetinį burbulą, kuris iš dalies apsaugo Saulės sistemą nuo kosminių spindulių. Walt Feimer / NASA GSFC konceptualaus vaizdo laboratorija

Kosminiai spinduliai skamba kaip kažkokia mokslinės fantastikos grėsmė iš kosmoso. Pasirodo, kad pakankamai dideliais kiekiais jie yra. Kita vertus, kosminiai spinduliai pro mus prasiskverbia kiekvieną dieną, daug nepadarydami (jei ir nieko blogo). Taigi, kas yra šios paslaptingos kosminės energijos dalys?

Kosminių spindulių apibrėžimas

Terminas „kosminis spindulys“ reiškia didelio greičio daleles, kurios keliauja po visatą. Jų yra visur. Labai didelė tikimybė, kad kosminiai spinduliai kažkada praskris pro kiekvieno žmogaus kūną, ypač jei jie gyvena dideliame aukštyje arba skrido lėktuvu. Žemė yra gerai apsaugota nuo visų, išskyrus pačius energingiausius iš šių spindulių, todėl kasdieniame gyvenime jie tikrai nekelia pavojaus.

Kosminiai spinduliai suteikia įdomių užuominų apie objektus ir įvykius kitur visatoje, pavyzdžiui, apie masyvių žvaigždžių mirtį (vadinamą). supernovos sprogimai ) ir aktyvumą Saulėje, todėl astronomai tiria juos naudodami didelio aukščio balionus ir kosminius instrumentus. Šis tyrimas suteikia įdomių naujų įžvalgų apie žvaigždžių ir galaktikų Visatoje kilmę ir evoliuciją.

Kosminiai spinduliai kyla iš supernovos sprogimų, be kitų procesų visatoje. Tai kombinuoti infraraudonųjų ir rentgeno spindulių supernovos liekanos W44 vaizdai. Keli teleskopai pažvelgė į jį, kad gautų vaizdą. Kai šią sceną sukūrusi žvaigždė sprogo, ji išsiuntė kosminius spindulius ir kitas didelės energijos daleles, taip pat radijo, infraraudonųjų, rentgeno, ultravioletinių ir matomą šviesą. NASA/CXC ir NASA/JPL-CalTech

Kas yra kosminiai spinduliai?

Kosminiai spinduliai yra ypač didelės energijos įkrautos dalelės (dažniausiai protonai), kurios juda beveik šviesos greitis . Kai kurie atkeliauja iš Saulės (saulės energetinių dalelių pavidalu), o kiti yra išmesti iš supernovos sprogimų ir kitų energetinių įvykių tarpžvaigždinėje (ir tarpgalaktinėje) erdvėje. Kai kosminiai spinduliai susiduria su Žemės atmosfera, jie sukuria vadinamųjų „antrinių dalelių“ liūtį.

Kosminių spindulių studijų istorija

Kosminių spindulių egzistavimas žinomas daugiau nei šimtmetį. Juos pirmasis atrado fizikas Viktoras Hessas. 1912 m. jis paleido didelio tikslumo elektrometrus oro balionuose, kad išmatuotų atomų jonizacijos greitį (ty kaip greitai ir kaip dažnai atomai įjungiami). viršutiniai Žemės atmosferos sluoksniai . Jis atrado, kad jonizacijos greitis buvo daug didesnis, kuo aukščiau pakilsite į atmosferą – tai atradimas, už kurį vėliau laimėjo Nobelio premiją.

Tai susidūrė su įprasta išmintimi. Jo pirmasis instinktas, kaip tai paaiškinti, buvo tas, kad koks nors saulės reiškinys sukūrė šį efektą. Tačiau pakartojęs savo eksperimentus per beveik Saulės užtemimą, jis gavo tuos pačius rezultatus, veiksmingai atmetęs bet kokią saulės kilmę. Todėl jis padarė išvadą, kad atmosferoje turi būti tam tikras vidinis elektrinis laukas, sukuriantis stebimą jonizaciją, nors jis negalėjo išvesti koks būtų lauko šaltinis.

Praėjo daugiau nei dešimt metų, kol fizikas Robertas Millikanas sugebėjo įrodyti, kad Heso pastebėtas elektrinis laukas atmosferoje buvo fotonų ir elektronų srautas. Jis pavadino šį reiškinį „kosminiais spinduliais“ ir jie sklido per mūsų atmosferą. Jis taip pat nustatė, kad šios dalelės buvo ne iš Žemės ar artimos Žemės aplinkos, o iš gilios erdvės. Kitas iššūkis buvo išsiaiškinti, kokie procesai ar objektai galėjo juos sukurti.

Vykdomi kosminių spindulių savybių tyrimai

Nuo to laiko mokslininkai ir toliau naudojo greitai skraidančius balionus, kad pakiltų virš atmosferos ir paimtų daugiau šių greitųjų dalelių. Regionas virš Antarktidos pietų ašigalyje yra palanki paleidimo vieta, o daugybė misijų surinko daugiau informacijos apie kosminius spindulius. Ten Nacionaliniame mokslo oro balionų centre kasmet atliekami keli instrumentais pakrauti skrydžiai. Jų nešiojami „kosminių spindulių skaitikliai“ matuoja kosminių spindulių energiją, taip pat jų kryptis ir intensyvumą.

Kosminiams spinduliams aptikti gali būti naudojamas ilgalaikis skrydis oro balionu iš Antarktidos. NASA

The Tarptautinė kosminė stotis taip pat yra instrumentų, tiriančių kosminių spindulių savybes, įskaitant kosminių spindulių energetikos ir masės (CREAM) eksperimentą. Įdiegta 2017 m., ji turi trejų metų misiją surinkti kuo daugiau duomenų apie šias greitai judančias daleles. CREAM iš tikrųjų prasidėjo kaip baliono eksperimentas ir 2004–2016 m. skrido septynis kartus.

Kosminių spindulių šaltinių išsiaiškinimas

Kadangi kosminiai spinduliai susideda iš įkrautų dalelių, jų kelius gali keisti bet koks magnetinis laukas, su kuriuo jie liečiasi. Natūralu, kad tokie objektai kaip žvaigždės ir planetos turi magnetinius laukus, tačiau egzistuoja ir tarpžvaigždiniai magnetiniai laukai. Dėl to labai sunku numatyti, kur (ir kokio stiprumo) yra magnetiniai laukai. Ir kadangi šie magnetiniai laukai išlieka visoje erdvėje, jie atsiranda visomis kryptimis. Todėl nenuostabu, kad iš mūsų stebėjimo taško čia, Žemėje, atrodo, kad kosminiai spinduliai neatkeliauja iš vieno erdvės taško.

Daugelį metų buvo sunku nustatyti kosminių spindulių šaltinį. Tačiau yra tam tikrų prielaidų, kurias galima daryti. Visų pirma, kosminių spindulių, kaip itin didelės energijos įkrautų dalelių, prigimtis reiškė, kad juos sukuria gana galinga veikla. Taigi tokie įvykiai kaip supernovos ar regionai aplink juodąsias skyles atrodė tikėtini kandidatai. Saulė skleidžia kažką panašaus į kosminius spindulius labai energingų dalelių pavidalu.

Saulė skleidžia energijos turinčių dalelių ir kosminių spindulių srautus. SOHO/Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT) konsorciumas

1949 m. fizikas Enrico Fermi pasiūlė, kad kosminiai spinduliai yra tiesiog dalelės, kurias pagreitina magnetiniai laukai tarpžvaigždiniuose dujų debesyse. Ir kadangi jums reikia gana didelio lauko, kad sukurtumėte didžiausios energijos kosminius spindulius, mokslininkai pradėjo žiūrėti į supernovos liekanas (ir kitus didelius objektus kosmose) kaip galimą šaltinį.

Kosminiai spinduliai gali sklisti iš labai energingų įvykių tolimoje visatoje, pavyzdžiui, veiklos, susijusios su kvazarais. Meninis žvilgsnis į tai, kaip gali atrodyti ankstyvas tolimas kvazaras. ESO/M. kornmesser

2008 m. birželį NASA paleido a gama spindulių teleskopas, žinomas kaip Fermi - pavadintas Enrico Fermi vardu. Nors Fermi yra gama spindulių teleskopas, vienas pagrindinių jo mokslo tikslų buvo nustatyti kosminių spindulių kilmę. Kartu su kitais kosminių spindulių tyrimais, atliekamais balionais ir kosminiais instrumentais, astronomai dabar žvelgia į supernovų liekanas ir tokius egzotiškus objektus kaip supermasyvios juodosios skylės kaip energingiausių čia Žemėje aptiktų kosminių spindulių šaltiniai.

Greiti faktai

• Kosminiai spinduliai sklinda iš visos visatos ir gali būti generuojami dėl tokių įvykių kaip supernovos sprogimai.
• Didelės spartos dalelės taip pat susidaro kituose energetiniuose įvykiuose, tokiuose kaip kvazarų veikla.
• Saulė taip pat siunčia kosminius spindulius saulės energijos dalelių pavidalu.
• Kosminius spindulius Žemėje galima aptikti įvairiais būdais. Kai kuriuose muziejuose eksponatai yra kosminių spindulių detektoriai.

Šaltiniai

• Kosminių spindulių ekspozicija. Radioaktyvumas: jodas 131 , www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA , NASA, elképzel.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS , www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Redagavo ir atnaujinoCarolyn Collins Petersen.