Kosmické paprsky: nejrychlejší cestovatelé ve vesmíru

Kosmické paprsky znějí jako kosmická hrozba z vesmíru. Ukázalo se, že v dostatečném množství jsou. Na druhé straně nás kosmické paprsky procházejí každý den, aniž by došlo k jakémukoli újmě. Jaké jsou tedy tyto záhadné kousky vesmírné energie?

Termín „kosmický paprsek“ označuje vysokorychlostní částice, které cestují vesmírem. Jsou všude. Šance jsou velmi dobré, že kosmické paprsky prošly tělem každého v určitém okamžiku nebo jiném, zejména pokud žijí ve vysoké nadmořské výšce nebo letěly v letadle. Země je dobře chráněna proti všem, kromě těch nejenergičtějších z těchto paprsků, takže pro nás v našich každodenních životech opravdu nepředstavují nebezpečí.

Kosmické paprsky poskytují fascinující vodítka k objektům a událostem jinde ve vesmíru, jako jsou úmrtí hmotných hvězd (tzv. Smrt výbuchy supernovy) a aktivity na Slunci, takže je astronomové studují pomocí balónků ve výškách a vesmírných nástrojů. Tento výzkum poskytuje vzrušující nový pohled na původ a vývoj hvězd a galaxií ve vesmíru.

Kosmické paprsky jsou extrémně vysokoenergetické nabité částice (obvykle protony), které se pohybují téměř téměř rychlost světla. Některé pocházejí ze Slunce (ve formě slunečních energetických částic), zatímco jiné jsou vypuzovány explozemi supernov a jinými energetickými událostmi v mezihvězdném (a mezigalaktickém) prostoru. Když se kosmické paprsky srazí s atmosférou Země, vytvoří sprchy toho, čemu se říká „sekundární částice“.

Existence kosmických paprsků je známa již více než století. Nejprve je našel fyzik Victor Hess. V roce 1912 zahájil na palubě meteorologických balónů vysoce přesné elektroměry, které měří rychlost ionizace atomů (tj. Jak rychle a jak často jsou atomy nabity) v horní vrstvy zemské atmosféry. Zjistil, že míra ionizace byla mnohem vyšší, čím vyšší jste v atmosféře - objev, za který později získal Nobelovu cenu.

Toto létalo tváří v tvář konvenční moudrosti. Jeho prvním instinktem, jak to vysvětlit, bylo, že tento jev způsobil nějaký sluneční jev. Po opakování svých experimentů během blízkého zatmění Slunce však dosáhl stejných výsledků a účinně vyloučil jakýkoli sluneční původ, a proto dospěl k závěru, že v atmosféře musí existovat nějaké vnitřní elektrické pole vytvářející pozorovanou ionizaci, ačkoli nemohl odvodit, jaký zdroj pole bylo by.

Bylo to o více než deset let později, než byl fyzik Robert Millikan schopen prokázat, že elektrické pole v atmosféře pozorované Hessem bylo místo toho tokem fotonů a elektronů. Nazval tento jev „kosmickými paprsky“ a ty proudily naší atmosférou. Také určil, že tyto částice nepocházejí ze Země nebo z blízkého Země, ale spíše pocházejí z hlubokého vesmíru. Další výzvou bylo zjistit, jaké procesy nebo objekty je mohly vytvářet.

Od té doby vědci nadále používají vysokorychlostní balóny, aby se dostali nad atmosféru a vzorkovali více těchto vysokorychlostních částic. Oblast nad Antarticí na jižním pólu je oblíbeným startovacím místem a řada misí shromáždila více informací o kosmických paprscích. Tam je National Science Balloon Facility domovem několika letů s naloženými nástroji každý rok. „Čítače kosmických paprsků“, které nesou, měří energii kosmických paprsků, jakož i jejich směry a intenzity.

Mezinárodní vesmírná staniceobsahuje také nástroje, které studují vlastnosti kosmických paprsků, včetně experimentu s kosmickými paprsky a energií (CREAM). Instalován v roce 2017, má tříletou misi sbírat co nejvíce dat o těchto rychle se pohybujících částicích. CREAM vlastně začal jako balónový experiment a od let 2004 do 2016 létal sedmkrát.

Protože jsou kosmické paprsky složeny z nabitých částic, jejich dráhy mohou být pozměněny jakýmkoli magnetickým polem, s nímž přichází do styku. Objekty jako hvězdy a planety přirozeně obsahují magnetická pole, ale existují také mezihvězdná magnetická pole. Toto předpovídá, kde (a jak silná) magnetická pole jsou extrémně obtížná. A protože tato magnetická pole přetrvávají ve všech prostorech, objevují se ve všech směrech. Není proto překvapivé, že z našeho výhodného bodu zde na Zemi se zdá, že kosmické paprsky nepřijdou z žádného bodu ve vesmíru.

Určení zdroje kosmického záření bylo po mnoho let obtížné. Lze však předpokládat některé předpoklady. Zaprvé, povaha kosmických paprsků jako extrémně vysokoenergetických nabitých částic znamenala, že jsou produkovány poměrně silnými činnostmi. Zdálo se tedy, že pravděpodobnými kandidáty jsou události jako supernovy nebo oblasti kolem černých děr. Slunce emituje něco podobného kosmickým paprskům ve formě vysoce energetických částic.

V roce 1949 fyzik Enrico Fermi navrhl, že kosmické paprsky byly jednoduše částicemi urychlenými magnetickými poli v oblacích mezihvězdných plynů. A protože k vytvoření kosmického záření s nejvyšší energií potřebujete poměrně velké pole, začali vědci pohlížet na zbytky supernovy (a další velké objekty ve vesmíru) jako na pravděpodobný zdroj.

V červnu 2008 NASA zahájila a gama dalekohled známý jako Fermi - pojmenované pro Enrico Fermi. Zatímco Fermi je gama dalekohled, jedním z jeho hlavních vědeckých cílů bylo zjistit původ kosmického záření. Ve spojení s dalšími studiemi kosmického záření pomocí balónků a vesmírných nástrojů nyní astronomové hledají zbytky supernovy, a takové exotické objekty, jako jsou supermasivní černé díry, jako zdroje pro nejenergetičtější kosmické paprsky detekované zde Země.

• Kosmické paprsky pocházejí z celého vesmíru a mohou být generovány takovými událostmi, jako jsou výbuchy supernovy.
• Vysokorychlostní částice jsou také generovány při jiných energetických událostech, jako jsou například kvasarové aktivity.
• Slunce také vysílá kosmické paprsky ve formě nebo sluneční energetické částice.
• Kosmické paprsky mohou být na Zemi detekovány různými způsoby. Některá muzea mají jako exponáty detektory kosmických paprsků.

• "Expozice kosmickým paprskům." Radioaktivita: Jód 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.

Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen.