Космические лучи: самые быстрые путешественники во вселенной

Космические лучи звучат как некая научная фантастическая угроза из космоса. Оказывается, что в достаточно больших количествах они есть. С другой стороны, космические лучи проходят сквозь нас каждый день без особого вреда (если он причинен). Итак, что это за таинственные кусочки космической энергии?

Термин «космический луч» относится к высокоскоростным частицам, которые путешествуют по вселенной. Они повсюду. Очень велики шансы, что космические лучи проходили через тело каждого человека в то или иное время, особенно если они живут на большой высоте или летали на самолете. Земля хорошо защищена от всех, кроме самых энергичных из этих лучей, поэтому они не представляют опасности для нас в нашей повседневной жизни.

Космические лучи дают захватывающие ключи к объектам и событиям в других частях вселенной, таким как гибель массивных звезд (называемая взрывы сверхновых) и активности на Солнце, поэтому астрономы изучают их с помощью высотных воздушных шаров и космических приборов. Это исследование дает захватывающее новое понимание происхождения и эволюции звезд и галактик во Вселенной.

Космические лучи - это заряженные частицы чрезвычайно высокой энергии (обычно протоны), которые движутся почти скорость света. Некоторые приходят от Солнца (в форме солнечных энергетических частиц), в то время как другие выбрасываются из взрывов сверхновых и других энергетических событий в межзвездном (и межгалактическом) пространстве. Когда космические лучи сталкиваются с атмосферой Земли, они производят потоки так называемых «вторичных частиц».

Существование космических лучей известно уже более века. Впервые их нашел физик Виктор Гесс. В 1912 году он запустил высокоточные электрометры на метеозондах для измерения скорости ионизации атомов (то есть как быстро и как часто атомы находятся под напряжением) в верхние слои атмосферы Земли. Он обнаружил, что скорость ионизации тем выше, чем выше вы поднимаетесь в атмосферу - открытие, за которое он позже получил Нобелевскую премию.

Это шло вразрез с общепринятой мудростью. Его первым инстинктом объяснения было то, что какое-то солнечное явление создавало этот эффект. Однако, повторив свои эксперименты во время ближнего солнечного затмения, он получил те же результаты, фактически исключив любое солнечное происхождение, поэтому он пришел к выводу, что в атмосфере должно быть какое-то внутреннее электрическое поле, создающее наблюдаемую ионизацию, хотя он не мог определить источник поля было бы.

Прошло более десяти лет, прежде чем физик Роберт Милликен смог доказать, что наблюдаемое Гессом электрическое поле в атмосфере было вместо этого потоком фотонов и электронов. Он назвал это явление "космическими лучами", и они пронеслись через нашу атмосферу. Он также определил, что эти частицы были не с Земли или из околоземного пространства, а скорее из дальнего космоса. Следующей задачей было выяснить, какие процессы или объекты могли их создавать.

С того времени ученые продолжали использовать высоко летающие воздушные шары, чтобы подняться над атмосферой и отобрать больше этих высокоскоростных частиц. Область над Антарктидой на южном полюсе является излюбленным местом запуска, и ряд миссий собрали больше информации о космических лучах. Там Национальный научный центр воздушных шаров является домом для нескольких рейсов с приборами в год. «Счетчики космических лучей», которые они несут, измеряют энергию космических лучей, а также их направления и интенсивности.

Международная космическая станциятакже содержит инструменты, которые изучают свойства космических лучей, в том числе эксперимент "Энергетика и масса космических лучей" (CREAM). Установленная в 2017 году, она имеет трехлетнюю миссию по сбору как можно большего количества данных об этих быстро движущихся частицах. CREAM фактически начинался как эксперимент с воздушными шарами, и он летал семь раз в период с 2004 по 2016 год.

Поскольку космические лучи состоят из заряженных частиц, их пути могут быть изменены любым магнитным полем, с которым оно вступает в контакт. Естественно, объекты, такие как звезды и планеты, имеют магнитные поля, но межзвездные магнитные поля также существуют. Это делает прогнозирование того, где (и насколько сильны) магнитные поля, чрезвычайно сложно. И поскольку эти магнитные поля сохраняются во всем пространстве, они появляются во всех направлениях. Поэтому неудивительно, что с нашей точки зрения здесь, на Земле, кажется, что космические лучи, кажется, не прибывают из какой-либо одной точки в космосе.

Определение источника космических лучей оказалось трудным на протяжении многих лет. Однако есть некоторые предположения, которые можно предположить. Прежде всего, природа космических лучей как заряженных частиц чрезвычайно высокой энергии подразумевала, что они производятся довольно мощными действиями. Таким образом, такие события, как сверхновые или области вокруг черных дыр, казались вероятными кандидатами. Солнце испускает нечто похожее на космические лучи в форме высокоэнергетических частиц.

В 1949 году физик Энрико Ферми предположил, что космические лучи - это просто частицы, ускоряемые магнитными полями в межзвездных газовых облаках. И, поскольку вам нужно довольно большое поле для создания космических лучей с самой высокой энергией, ученые начали рассматривать остатки сверхновых (и другие крупные объекты в космосе) в качестве вероятного источника.

В июне 2008 года НАСА запустило гамма-телескоп, известный как Ферми - назван в честь Энрико Ферми. Пока Ферми является гамма-телескопом, одна из его основных научных целей состояла в том, чтобы определить происхождение космических лучей. В сочетании с другими исследованиями космических лучей на воздушных шарах и космических приборах астрономы теперь обращают внимание на остатки сверхновых, и такие экзотические объекты, как сверхмассивные черные дыры, как источники самых энергичных космических лучей, обнаруженных здесь, на Земля.

• Космические лучи приходят со всей вселенной и могут генерироваться такими событиями, как взрывы сверхновых.
• Высокоскоростные частицы также генерируются в других энергетических событиях, таких как квазар.
• Солнце также посылает космические лучи в форме или солнечные энергетические частицы.
• Космические лучи могут быть обнаружены на Земле различными способами. Некоторые музеи имеют детекторы космических лучей в качестве экспонатов.

• «Космическое излучение». Радиоактивность: йод 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• НАСА, НАСА, представьте себе .gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Отредактировано и обновлено Кэролин Коллинз Петерсен.