Kosmiskie stari: visātrākie ceļotāji visā pasaulē

Kosmiskie stari izklausās pēc sava veida zinātniskās fantastikas draudiem no kosmosa. Izrādās, ka tie ir pietiekami lieli. No otras puses, kosmiskie stari katru dienu iziet cauri mums, neko daudz nenodarot (ja tas kaut ko nodara). Kas ir šie noslēpumainā kosmiskās enerģijas gabali?

Termins "kosmiskais stars" attiecas uz ātrgaitas daļiņām, kas ceļo pa Visumu. Viņi ir visur. Ļoti iespējams, ka kosmiski stari kādā vai citā laikā ir izgājuši cauri ikviena ķermenim, it īpaši, ja viņi dzīvo lielā augstumā vai ir lidojuši lidmašīnā. Zeme ir labi aizsargāta pret visiem, bet visspēcīgākajiem no šiem stariem, tāpēc ikdienas dzīvē tie patiesībā nerada briesmas.

Kosmiskie stari sniedz aizraujošus norādes uz objektiem un notikumiem citur Visumā, piemēram, masīvu zvaigžņu ( supernovas sprādzieni) un aktivitāte uz Sauli, tāpēc astronomi tos pēta, izmantojot liela augstuma balonus un kosmosā esošus instrumentus. Šis pētījums sniedz jaunu aizraujošu ieskatu zvaigžņu un galaktiku izcelsmē un evolūcijā Visumā.

Kosmiskie stari ir ārkārtīgi augstas enerģijas lādētas daļiņas (parasti protoni), kas pārvietojas gandrīz gaismas ātrums. Daži nāk no Saules (saules enerģētisko daļiņu veidā), bet citi tiek izstumti no supernovas sprādzieniem un citiem enerģētiskiem notikumiem starpzvaigžņu (un starpgalaktisko) telpā. Kad kosmiskie stari saduras ar Zemes atmosfēru, tie rada dušas no tā sauktajām "sekundārajām daļiņām".

Kosmisko staru esamība ir zināma vairāk nekā gadsimtu. Tos vispirms atrada fiziķis Viktors Hess. Viņš 1912. gadā uzsāka augstas precizitātes elektrometrus uz laika gaisa baloniem, lai izmērītu atomu jonizācijas ātrumu (tas ir, cik ātri un cik bieži atomiem tiek pievadīta enerģija) Zemes atmosfēras augšējie slāņi. Viņš atklāja, ka jonizācijas ātrums ir daudz lielāks, jo augstāks ir atmosfēras pacēlums - atklājums, par kuru viņš vēlāk ieguva Nobela prēmiju.

Tas lidoja, saskaroties ar parasto gudrību. Viņa pirmais instinkts, kā to izskaidrot, bija tāds, ka šo efektu rada kāda saules parādība. Tomēr, atkārtojot savus eksperimentus gandrīz saules aptumsuma laikā, viņš ieguva tādus pašus rezultātus, faktiski izslēdzot jebkādu saules izcelsmi, tāpēc viņš secināja, ka atmosfērā ir jābūt kādam raksturīgam elektriskajam laukam, kas rada novēroto jonizāciju, lai gan viņš nevarēja secināt, kāds ir lauka avots būtu.

Tas bija vairāk nekā desmit gadus vēlāk, pirms fiziķis Roberts Millikans spēja pierādīt, ka Hesa ​​novērotajā elektriskajā laukā atmosfērā tā vietā ir fotonu un elektronu plūsma. Viņš nosauca šo parādību par “kosmiskajiem stariem”, un tie plūda cauri mūsu atmosfērai. Viņš arī noteica, ka šīs daļiņas nav no Zemes vai Zemes tuvumā esošās vides, bet drīzāk nāk no dziļas kosmosa. Nākamais izaicinājums bija izdomāt, kādi procesi vai objekti tos varēja radīt.

Kopš tā laika zinātnieki ir turpinājuši izmantot gaisa balonus ar augstu lidojuma līmeni, lai nokļūtu virs atmosfēras un paņemtu vairāk šo ātrgaitas daļiņu. Reģions virs Antartikas pie dienvidu pola ir iecienīta palaišanas vieta, un vairākas misijas ir savākušas vairāk informācijas par kosmiskajiem stariem. Tur katru gadu Nacionālais zinātnes gaisa balonu fonds rīko vairākus lidojumus ar instrumentiem. Viņu pārnēsātie "kosmisko staru skaitītāji" mēra kosmisko staru enerģiju, kā arī to virzienus un intensitāti.

Starptautiskā kosmosa stacijasatur arī instrumentus, kas pēta kosmisko staru īpašības, ieskaitot Kosmisko staru enerģētikas un masas (CREAM) eksperimentu. Instalēta 2017. gadā, tai ir trīs gadu misija, lai savāktu pēc iespējas vairāk datu par šīm ātri pārvietojošajām daļiņām. CREAM faktiski sākās kā gaisa balonu eksperiments, un tas lidoja septiņas reizes no 2004. līdz 2016. gadam.

Tā kā kosmiskos starus veido uzlādētas daļiņas, to ceļu var mainīt jebkurš magnētiskais lauks, ar kuru tas saskaras. Protams, tādiem objektiem kā zvaigznēm un planētām ir magnētiskais lauks, taču pastāv arī starpzvaigžņu magnētiskie lauki. Tas padara paredzamu, kur (un cik spēcīgi) magnētiskie lauki ir ārkārtīgi grūti. Un tā kā šie magnētiskie lauki pastāv visā telpā, tie parādās katrā virzienā. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka no mūsu viedokļa šeit uz Zemes šķiet, ka kosmiskie stari nenāk no viena kosmosa punkta.

Daudzus gadus bija grūti noteikt kosmisko staru avotu. Tomēr ir daži pieņēmumi, kurus var pieņemt. Pirmkārt, kosmisko staru kā ārkārtīgi enerģijas lādētu daļiņu raksturs nozīmēja, ka tās rada diezgan spēcīgas darbības. Tāpēc šķita, ka kandidāti varētu būt tādi notikumi kā supernovas vai reģioni ap melnajiem caurumiem. Saule izstaro kaut ko līdzīgu kosmiskajiem stariem ļoti enerģētisku daļiņu formā.

1949. gadā fiziķis Enriko Fermi ierosināja, ka kosmiskie stari ir vienkārši daļiņas, kuras paātrina magnētiskie lauki starpzvaigžņu gāzes mākoņos. Un, tā kā jums ir nepieciešams diezgan liels lauks, lai izveidotu kosmiskos starus ar visaugstāko enerģiju, zinātnieki sāka meklēt supernovas paliekas (un citus lielus objektus kosmosā) kā iespējamo avotu.

NASA 2008. gada jūnijā uzsāka a gamma staru teleskops, kas pazīstams kā Fermi - nosaukts Enriko Fermi vārdā. Kamēr Fermi ir gamma staru teleskops, viens no tā galvenajiem zinātnes mērķiem bija kosmisko staru izcelšanās noteikšana. Kopā ar citiem kosmisko staru pētījumiem, izmantojot balonus un kosmosa instrumentus, astronomi tagad raugās uz supernovas paliekām, un tādi eksotiski objekti kā supermasīvie melnie caurumi kā visspēcīgāko enerģētisko kosmisko staru avoti, kas šeit atklāti Zeme.

• Kosmiskie stari nāk no visuma, un tos var radīt tādi notikumi kā supernovas sprādzieni.
• Ātrgaitas daļiņas tiek ģenerētas arī citos enerģētiskos notikumos, piemēram, kvazārā darbībā.
• Saule arī izsūta kosmiskos starus formā vai saules enerģētiskās daļiņas.
• Kosmiskos starus uz Zemes var noteikt dažādos veidos. Dažos muzejos kā eksponāti ir kosmisko staru detektori.

• “Kosmisko staru iedarbība.” Radioaktivitāte: jods 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, iedomājieties.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.