Raze cosmice

Razele cosmice sună ca un fel de amenințare științifico-ficțională din spațiul exterior. Se dovedește că, în cantități suficient de mari, acestea sunt. Pe de altă parte, razele cosmice trec prin noi în fiecare zi, fără a face mult (dacă există vreun rău). Deci, care sunt aceste piese misterioase de energie cosmică?

Definirea razelor cosmice

Termenul "rază cosmică" se referă la particule de mare viteză care călătoresc prin univers. Sunt peste tot. Șansele sunt foarte bune ca razele cosmice să fi trecut prin corpul fiecăruia la un moment sau altul, în special dacă trăiesc la o altitudine mare sau au zburat într-un avion. Pământul este bine protejat împotriva tuturor, cu excepția celor mai energice dintre aceste raze, deci nu reprezintă un pericol pentru noi în viața noastră de zi cu zi.

Razele cosmice oferă indicii fascinante asupra obiectelor și evenimentelor din altă parte a universului, cum ar fi moartea unor stele masive (numite explozii de supernove) și activitate pe Soare, astfel încât astronomii le studiază folosind baloane de mare altitudine și instrumente bazate pe spațiu. Că cercetarea oferă o perspectivă interesantă nouă asupra originilor și evoluției stelelor și galaxiilor din univers. 

Razele cosmice provin din explozii de supernove, printre alte procese din univers. Este vorba despre o imagine combinată cu infraroșu și radiografie a unei rămășițe de supernova numită W44. Mai multe telescoape au privit-o pentru a obține imaginea. Când steaua care a creat această scenă a explodat, a trimis raze cosmice și alte particule cu energie mare, precum și radio, infraroșu, radiografie, raze ultraviolete și lumină vizibilă. NASA / CXC și NASA / JPL-CalTech

Ce sunt razele cosmice?

Razele cosmice sunt particule cu energie foarte mare (de obicei protoni) care se mișcă aproape la viteza luminii. Unele provin de la Soare (sub formă de particule energetice solare), în timp ce altele sunt evacuate din explozii de supernove și alte evenimente energetice în spațiul interstelar (și intergalactic). Când razele cosmice se ciocnesc cu atmosfera Pământului, acestea produc dușuri a ceea ce se numesc „particule secundare”.

Istoria studiilor cu raze cosmice

Existența razelor cosmice este cunoscută de mai bine de un secol. Au fost găsiți pentru prima dată de fizicianul Victor Hess. El a lansat în 1912 electrometre de înaltă precizie la baloanele meteorologice pentru a măsura rata de ionizare a atomilor (adică cât de repede și cât de des sunt atomi de energie) în straturile superioare ale atmosferei Pământului. Ceea ce a descoperit a fost că rata de ionizare a fost cu atât mai mare cu cât crești mai mult în atmosferă - o descoperire pentru care ulterior a câștigat premiul Nobel.

Aceasta a zburat în fața înțelepciunii convenționale. Primul său instinct de a explica acest lucru a fost faptul că un fenomen solar crea acest efect. Cu toate acestea, după ce și-a repetat experimentele în timpul unei eclipse solare, el a obținut aceleași rezultate, eliminând în mod eficient orice origine solară, de aceea, a concluzionat că trebuie să existe un câmp electric intrinsec în atmosferă care să creeze ionizarea observată, deși nu a putut deduce care ar fi sursa câmpului.

Mai mult de un deceniu mai târziu, fizicianul Robert Millikan a putut să demonstreze că câmpul electric din atmosfera observat de Hess era în schimb un flux de fotoni și electroni. El a numit acest fenomen „raze cosmice” și au trecut prin atmosfera noastră. De asemenea, el a stabilit că aceste particule nu erau de pe Pământ sau din mediul apropiat al Pământului, ci mai degrabă proveneau din spațiul profund. Următoarea provocare a fost să vă dați seama ce procese sau obiecte ar fi putut să le creeze. 

Studii în curs de proprietate ale razei cosmice

De atunci, oamenii de știință au continuat să folosească baloane cu zboruri mari pentru a trece deasupra atmosferei și pentru a proba mai multe dintre aceste particule de mare viteză. Regiunea de deasupra Antarticii, la polul sud, este un punct de lansare favorizat și o serie de misiuni au colectat mai multe informații despre razele cosmice. Acolo, instalația națională de baloane științifice găzduiește în fiecare an mai multe zboruri încărcate cu instrumente. „Contoarele de raze cosmice” pe care le poartă măsoară energia razelor cosmice, precum și direcțiile și intensitățile acestora.

Un zbor cu balon de lungă durată din Antarctica poate fi utilizat pentru a detecta razele cosmice. NASA

 Statia Spatiala Internationala conține, de asemenea, instrumente care studiază proprietățile razelor cosmice, inclusiv experimentul Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM). Instalat în 2017, are o misiune de trei ani pentru a colecta cât mai multe date cu privire la aceste particule cu mișcare rapidă. CREAM a început de fapt ca un experiment în balon și a zburat de șapte ori între 2004 și 2016.

Descoperind sursele razelor cosmice

Deoarece razele cosmice sunt compuse din particule încărcate, căile lor pot fi modificate de orice câmp magnetic cu care vine în contact. În mod firesc, obiecte precum stelele și planetele au câmpuri magnetice, dar există și câmpuri magnetice interstelare. Acest lucru face să prezicem unde (și cât de puternice) câmpurile magnetice sunt extrem de dificile. Și din moment ce aceste câmpuri magnetice persistă în tot spațiul, ele apar în toate direcțiile. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că din punctul nostru de vedere de pe Pământ, se pare că razele cosmice nu par să sosească dintr-un punct în spațiu.

Determinarea sursei razelor cosmice s-a dovedit dificilă timp de mai mulți ani. Cu toate acestea, există unele presupuneri care pot fi asumate. În primul rând, natura razelor cosmice ca particule încărcate cu o energie extrem de mare presupunea că acestea sunt produse de activități destul de puternice. Deci, evenimente precum supernovele sau regiuni din jurul găurilor negre păreau a fi probabil candidați. Soarele emite ceva similar cu razele cosmice sub formă de particule puternic energice.

Soarele emite fluxuri de particule energizate și raze cosmice. Consorțiul SOHO / Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT)

În 1949, fizicianul Enrico Fermi a sugerat că razele cosmice erau pur și simplu particule accelerate de câmpurile magnetice din norii de gaz interstelari. Și, din moment ce aveți nevoie de un câmp destul de mare pentru a crea raze cosmice cu cea mai mare energie, oamenii de știință au început să privească resturile de supernove (și alte obiecte mari din spațiu) ca sursă probabilă. 

Razele cosmice ar putea curge de la evenimente extrem de energice din universul îndepărtat, cum ar fi activitățile asociate cu cvasarii. O privire artistică la cum ar putea arăta un cvasar îndepărtat timpuriu. ESO / M. Kornmesser

În iunie 2008, NASA a lansat un telescop cu raze gamma cunoscut sub numele de Fermi - numit pentru Enrico Fermi. In timp ce Fermi este un telescop cu raze gamma, unul dintre principalele sale obiective științifice a fost determinarea originilor razelor cosmice. Împreună cu alte studii asupra razelor cosmice de către baloane și instrumente bazate pe spațiu, astronomii privesc acum resturi de supernove și astfel de obiecte exotice precum găurile negre supermasive ca surse pentru razele cosmice cele mai energice detectate aici pe Pământ.

Fapte rapide

• Razele cosmice provin din jurul universului și pot fi generate de evenimente precum exploziile de supernove.
• Particulele de mare viteză sunt, de asemenea, generate în alte evenimente energetice, cum ar fi activitățile quasar.
• De asemenea, Soarele emite raze cosmice sub formă de particule energetice solare.
• Razele cosmice pot fi detectate pe Pământ în diferite moduri. Unele muzee au detectoare de raze cosmice ca exponate.

surse

• „Expunerea razelor cosmice”. Radioactivitate: Iod 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.

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.