Mik azok a kozmikus sugarak?
Nagy energiájú részecskék záporok fordulnak elő, amikor energetikai kozmikus sugarak ütköznek a Föld légkörének tetejére. A legtöbb kozmikus sugár atommag: a legtöbb hidrogén, néhány hélium, a többi pedig nehezebb. Bár sok alacsony energiájú kozmikus sugárzás a Napunkból származik, a legmagasabb energiájú kozmikus sugarak eredete továbbra is ismeretlen, és sok kutatás tárgyát képezi. Ez a rajz a nagyon nagy energiájú kozmikus sugarakból származó légzuhanyokat szemlélteti. (Kép jóváírása: Simon Swordy (U. Chicago), NASA)
A kozmikus sugarak atomtöredékek, amelyek a Naprendszeren kívülről esnek a Földre. Fénysebességgel lángolnak, és a műholdak és más gépek elektronikai problémáival vádolják őket.
Az 1912 -ben felfedezett kozmikus sugarakról sok minden rejtély marad több mint egy évszázaddal később. Az egyik legjobb példa pontosan az, hogy honnan származnak. A legtöbb tudós azt gyanítja, hogy eredetük a szupernóvákhoz (csillagrobbanásokhoz) kapcsolódik, de a kihívás az, hogy a kozmikus sugárzás eredete sok éven keresztül egységesnek tűnt az egész égboltot vizsgáló obszervatóriumok számára.
A kozmikus sugártudományban nagy előrelépés történt 2017 -ben, amikor a Pierre Auger Obszervatórium (amely 3000 négyzetkilométeren, 1160 négyzetkilométeren terül el Argentína nyugati részén) 30 000 kozmikus részecske érkezési pályáját tanulmányozta . Arra a következtetésre jutott, hogy a kozmikus sugarak érkezési gyakorisága eltér attól függően, hogy honnan nézi. Bár eredetük még homályos, a kutatók szerint az első lépés annak megismerésében, hogy merre kell keresni, honnan származnak. Az eredményeket a Science -ben publikálták.
A kozmikus sugarak még a csillagászaton kívüli alkalmazásokhoz is használhatók. 2017 novemberében egy kutatócsoport felfedezett egy lehetséges űrt a gízai nagy piramisban, amelyet i. E. 2560 körül építettek, kozmikus sugarak segítségével . A kutatók ezt az üreget muon tomográfia segítségével találták meg, amely a kozmikus sugarakat és azok behatolását vizsgálja szilárd tárgyakon keresztül.
Történelem
Míg a kozmikus sugarakat csak az 1900 -as években fedezték fel, a tudósok már az 1780 -as években tudták, hogy valami titokzatos történik. Ekkor figyelte meg Charles-Augustin de Coulomb francia fizikus-a legismertebb, hogy róla egy elektromos töltésegységet neveztek el-, amikor hirtelen és titokzatosan nem töltött fel egy elektromos töltésű gömböt.
Akkoriban a levegőt szigetelőnek és nem elektromos vezetőnek hitték. Több munkával azonban a tudósok felfedezték, hogy a levegő képes elektromos áramot vezetni, ha molekulái feltöltődnek vagy ionizálódnak. Ez leggyakrabban akkor fordul elő, ha a molekulák kölcsönhatásba lépnek töltött részecskékkel vagy röntgensugarakkal.
De honnan jöttek ezek a töltött részecskék, rejtély volt; még a töltés nagy mennyiségű ólommal való blokkolására irányuló kísérletek is üresen jöttek. 1912. augusztus 7-én Victor Hess fizikus egy magaslati léggömböt repült 5300 méter magasra. Háromszor több ionizáló sugárzást fedezett fel, mint a földön, ami azt jelentette, hogy a sugárzásnak a világűrből kell származnia.
De a kozmikus sugár „eredettörténeteinek” felkutatása több mint egy évszázadot vett igénybe. 2013-ban a NASA Fermi Gamma-ray űrteleszkópja közzétette az eredményeket megfigyelve két szupernóva -maradékot a Tejútrendszerben: IC 433 és W44 .
E csillagrobbanások termékei közé tartoznak a gamma-sugárzású fotonok, amelyeket (a kozmikus sugarakkal ellentétben) nem befolyásolnak a mágneses mezők. A vizsgált gamma-sugarak energiája azonos volt, mint a semleges pionoknak nevezett szubatomi részecskék. Pionok keletkeznek, amikor a protonok a szupernóva lökéshullámán belüli mágneses mezőbe ragadnak, és egymásba ütköznek.
Más szavakkal, a megfelelő energia aláírások azt mutatták, hogy a protonok elég gyors sebességgel tudnak mozogni a szupernóvákon belül, hogy kozmikus sugarakat hozzanak létre.
Aktuális tudomány
Ma már tudjuk, hogy a galaktikus kozmikus sugarak atomtöredékek, például protonok (pozitív töltésű részecskék), elektronok (negatív töltésű részecskék) és atommagok. Noha tudjuk, hogy szupernóvákban is létrehozhatók, létezhetnek más források is a kozmikus sugárzás létrehozásához. Az sem világos, hogy a szupernóvák hogyan képesek ilyen gyorsan előállítani ezeket a kozmikus sugarakat.
A kozmikus sugarak folyamatosan esnek a Földre, és miközben a nagy energiájú „elsődleges” sugarak ütköznek a Föld felső légkörében lévő atomokkal, és ritkán jutnak el a földig, a „másodlagos” részecskék kilökődnek ebből az ütközésből, és eljutnak hozzánk talaj.
De mire ezek a kozmikus sugarak a Földre kerülnek, lehetetlen felkutatni, honnan jöttek. Ennek az az oka, hogy útjuk megváltozott, amikor több mágneses mezőn (a galaxison, a Naprendszeren és a Földön) keresztül haladtak.
A tudósok megpróbálják visszavezetni a kozmikus sugárzás eredetét azzal, hogy megvizsgálják, miből állnak a kozmikus sugarak. A tudósok ezt úgy tudják megállapítani, hogy megvizsgálják az egyes atommagok sugárzásban kibocsátott spektroszkópos aláírását, és mérik a kozmikus sugárérzékelőket érintő elemek különböző izotópjait (típusait).
A NASA hozzáteszi, hogy az eredmény nagyon gyakori elemeket mutat az univerzumban. A kozmikus sugármagok nagyjából 90 százaléka hidrogén (protonok) és 9 százaléka hélium (alfa -részecskék). A hidrogén és a hélium a világegyetem legelterjedtebb elemei, és a csillagok, galaxisok és más nagy szerkezetek kiindulópontja. A fennmaradó 1 százalék az összes elem, és ebből az 1 százalékból tudnak a tudósok a legjobban megkeresni a ritka elemeket, hogy összehasonlítsák a különböző típusú kozmikus sugarakat. A Pierre Auger Obszervatórium együttműködése néhány variációt talált a kozmikus sugarak érkezési pályáján 2017 -ben, néhány tippet adva arról, hogy honnan származhatnak a sugarak.
A tudósok a kozmikus sugarakat is datálhatják az idővel csökkenő radioaktív magokat vizsgálva . Az egyes atommagok felezési idejének mérése becslést ad arra vonatkozóan, hogy a kozmikus sugár mennyi ideig tartózkodott kint az űrben.
2016 -ban a NASA űrszondája megállapította, hogy a legtöbb kozmikus sugárzás valószínűleg (viszonylag) közeli, hatalmas csillaghalmazokból származik. Az ügynökség Advanced Composition Explorer (ACE) űrhajója kozmikus sugarakat észleltek vas radioaktív formájával vas-60 néven ismert. Mivel ez a kozmikus sugárzás idővel lebomlik, a tudósok becslései szerint a fénynek nem lehet több, mint 3000 fényévre a Földtől-ez a Tejút helyi spirális karjának szélessége.
Az ISS-CREAM (Cosmic Ray Energetics and Mass) nevű kísérlet 2017 -ben indult a Nemzetközi Űrállomásra . Várhatóan három évig fog működni, és olyan kérdésekre válaszol, mint például, hogy a szupernóvák generálják -e a legtöbb kozmikus sugárrészecskét, mikor keletkeztek a kozmikus sugárrészecskék, és ha a kozmikus sugarakhoz tartozó összes energiaspektrum megmagyarázható egyetlen mechanizmussal. Az ISS is otthont ad a CALorimetrikus elektronteleszkóp (CALET) , amely a kozmikus sugarak legnagyobb energiájú típusait keresi. A CALET 2015 -ben indult ott.
A kozmikus sugarakat léggömbökkel is fel lehet fedezni, például a Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER) kísérlet révén, amely magában foglalja a NASA Jet Propulsion Laboratory és több egyetem részvételét. Többször repült, beleértve a rekord 55 napos repülést az Antarktisz felett 2012 decembere és 2013 januárja között. ”A repülés adataival a kozmikus sugarak eredetét tanulmányozzuk. Pontosabban, a kozmikus sugárzás eredetének feltörekvő modelljének tesztelése az OB-asszociációkban, valamint modellek annak meghatározására, hogy mely részecskék gyorsulnak, ' A SuperTIGER honlapja szerint .
Polgári tudósok is részt vesz a kozmikus sugarak keresésében regisztrálva a crayfis.io weboldalon. Ott csatlakoznak a CRAYFIS kísérlethez, amelyet a Big Data Analysis Methods Laboratory (LAMBDA) vezet az Oroszországi Nemzeti Kutatási Egyetem Közgazdaságtudományi Karán. Az ottani kutatók rendkívül nagy energiájú kozmikus sugarakat vizsgálnak mobiltelefonok segítségével.
Az űrsugárzás aggályai
A Föld mágneses tere és légköre védi a bolygót az űrből származó sugárzás 99,9 százaléka ellen. A Föld mágneses mezőjének védelmén kívül eső emberek számára azonban az űrsugárzás komoly veszélyt jelent. A Curiosity Mars rover fedélzetén a 253 napos hajózás során felfedezett műszer felfedte, hogy az űrhajós által a legrövidebb Föld-Mars körutazáson kapott sugárzási dózis körülbelül 0,66 sievert lesz. Ez az összeg olyan, mintha öt-hat naponként teljes testen CT-vizsgálatot kapna.
Az 1 sievert adag 5,5 százalékkal növeli a halálos rákos megbetegedések kockázatát. A normál napi sugárzási dózis, amelyet a Földön élő átlagember kap, 10 mikroszevert (0,00001 sievert).
A Holdnak nincs légköre és nagyon gyenge mágneses tere. Az ott élő űrhajósoknak saját védelmüket kell biztosítaniuk, például úgy, hogy az élőhelyüket a föld alá temetik.
A Marsnak nincs globális mágneses tere. A Napból származó részecskék megfosztották a Mars légkörének nagy részét, ami nagyon rossz védelmet eredményezett a sugárzás ellen a felszínen. A Marson a legmagasabb légnyomás a Föld felszíne felett 22 mérföld (35 kilométer) magassággal egyenlő. Alacsony tengerszint feletti magasságban a Mars légköre valamivel jobb védelmet nyújt az űrsugárzással szemben.
2017 -ben a NASA néhány frissítést hajtott végre a New York -i Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban található Űrsugárzási Laboratóriumban, hogy további vizsgálatokat végezzen arról, hogy a kozmikus sugarak hogyan befolyásolhatják a hosszú utakon, köztük a Marson lévő űrhajósokat. Ezek a frissítések lehetővé teszik a kutatók számára, hogy a szoftvervezérlésnek köszönhetően könnyebben megváltoztassák az ionok típusát és az energiaintenzitást.
