Kosmiskie stari

Mākslinieka koncepcija par heliosfēru, magnētisku burbuli, kas daļēji aizsargā Saules sistēmu no kosmiskajiem stariem. Volta Feimera/NASA GSFC konceptuālā attēla laboratorija

Kosmiskie stari izklausās pēc kaut kādiem zinātniskās fantastikas draudiem no kosmosa. Izrādās, ka pietiekami lielos daudzumos tie ir. No otras puses, kosmiskie stari katru dienu iziet cauri mums, neko daudz nenodarot (ja kāds kaitējums). Tātad, kas ir šie noslēpumainie kosmiskās enerģijas gabali?

Kosmisko staru noteikšana

Termins 'kosmiskais stars' attiecas uz liela ātruma daļiņām, kas ceļo pa Visumu. Viņi ir visur. Pastāv liela iespēja, ka kosmiskie stari kādreiz ir izgājuši cauri ikviena cilvēka ķermenim, īpaši, ja viņi dzīvo lielā augstumā vai ir lidojuši lidmašīnā. Zeme ir labi aizsargāta pret visiem šiem stariem, izņemot pašus enerģiskākos, tāpēc ikdienā tie mūs neapdraud.

Kosmiskie stari sniedz aizraujošas norādes par objektiem un notikumiem citur Visumā, piemēram, par masīvu zvaigžņu nāvi (tā saukto). supernovas sprādzieni ) un aktivitātes uz Saules, tāpēc astronomi tos pēta, izmantojot augstkalnu balonus un kosmosa instrumentus. Šis pētījums sniedz aizraujošu jaunu ieskatu zvaigžņu un galaktiku izcelsmē un evolūcijā Visumā.

Kosmiskie stari nāk no supernovas sprādzieniem, kā arī citiem procesiem Visumā. Šie ir kombinēti infrasarkano staru un rentgena attēli no supernovas paliekas ar nosaukumu W44. Vairāki teleskopi to aplūkoja, lai iegūtu attēlu. Kad zvaigzne, kas radīja šo ainu, eksplodēja, tā raidīja kosmiskos starus un citas augstas enerģijas daļiņas, kā arī radio, infrasarkano, rentgena, ultravioleto un redzamo gaismu. NASA/CXC un NASA/JPL-CalTech

Kas ir kosmiskie stari?

Kosmiskie stari ir ārkārtīgi augstas enerģijas uzlādētas daļiņas (parasti protoni), kas pārvietojas gandrīz gaismas ātrums . Daži nāk no Saules (saules enerģētisko daļiņu veidā), bet citi tiek izmesti no supernovas sprādzieniem un citiem enerģētiskiem notikumiem starpzvaigžņu (un starpgalaktikas) telpā. Kad kosmiskie stari saduras ar Zemes atmosfēru, tie rada tā saukto 'sekundāro daļiņu' lietusgāzes.

Kosmisko staru pētījumu vēsture

Kosmisko staru esamība ir zināma jau vairāk nekā gadsimtu. Tos pirmais atrada fiziķis Viktors Hess. Viņš 1912. gadā palaida augstas precizitātes elektrometrus uz meteoroloģiskajiem baloniem, lai izmērītu atomu jonizācijas ātrumu (tas ir, cik ātri un cik bieži atomi tiek aktivizēti). Zemes atmosfēras augšējie slāņi . Viņš atklāja, ka jonizācijas ātrums bija daudz lielāks, jo augstāk jūs paceļaties atmosfērā — atklājums, par kuru viņš vēlāk saņēma Nobela prēmiju.

Tas bija pretrunā parastajai gudrībai. Viņa pirmais instinkts, kā to izskaidrot, bija tāds, ka šo efektu radīja kāda saules parādība. Tomēr pēc eksperimentu atkārtošanas gandrīz Saules aptumsuma laikā viņš ieguva tādus pašus rezultātus, faktiski izslēdzot jebkādu saules izcelsmi, tāpēc viņš secināja, ka atmosfērā ir jābūt kādam iekšējam elektriskajam laukam, kas rada novēroto jonizāciju, lai gan viņš nevarēja secināt. kāds būtu lauka avots.

Pagāja vairāk nekā desmit gadi, pirms fiziķis Roberts Millikans spēja pierādīt, ka Hesa ​​novērotais elektriskais lauks atmosfērā bija fotonu un elektronu plūsma. Viņš nosauca šo parādību par 'kosmiskiem stariem', un tie straumēja caur mūsu atmosfēru. Viņš arī noteica, ka šīs daļiņas nebija no Zemes vai zemei ​​tuvās vides, bet drīzāk nāk no dziļā kosmosa. Nākamais izaicinājums bija izdomāt, kādi procesi vai objekti tos varētu radīt.

Notiek kosmisko staru īpašību pētījumi

Kopš tā laika zinātnieki ir turpinājuši izmantot ātri lidojošus balonus, lai paceltos virs atmosfēras un paņemtu vairāk paraugu no šīm ātrgaitas daļiņām. Reģions virs Antarktīdas dienvidu polā ir iecienīta palaišanas vieta, un vairākas misijas ir apkopojušas vairāk informācijas par kosmiskajiem stariem. Tur Nacionālajā zinātnes gaisa balonu objektā katru gadu notiek vairāki ar instrumentiem piekrauti lidojumi. To nēsātie “kosmisko staru skaitītāji” mēra kosmisko staru enerģiju, kā arī to virzienus un intensitāti.

Kosmisko staru noteikšanai var izmantot ilgu gaisa balona lidojumu no Antarktīdas. NASA

The Starptautiskā kosmosa stacija satur arī instrumentus, kas pēta kosmisko staru īpašības, tostarp Cosmic Ray Energy and Mass (CREAM) eksperimentu. Tas tika instalēts 2017. gadā, un tam ir trīs gadu misija, lai savāktu pēc iespējas vairāk datu par šīm ātri kustīgajām daļiņām. CREAM faktiski sākās kā balona eksperiments, un tas lidoja septiņas reizes laikā no 2004. līdz 2016. gadam.

Kosmisko staru avotu izdomāšana

Tā kā kosmiskie stari sastāv no lādētām daļiņām, to ceļus var mainīt jebkurš magnētiskais lauks, ar kuru tie saskaras. Protams, objektiem, piemēram, zvaigznēm un planētām, ir magnētiskie lauki, taču pastāv arī starpzvaigžņu magnētiskie lauki. Tas apgrūtina paredzēt, kur (un cik spēcīgi) ir magnētiskie lauki. Un tā kā šie magnētiskie lauki pastāv visā telpā, tie parādās visos virzienos. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka no mūsu skatu punkta šeit uz Zemes šķiet, ka kosmiskie stari neierodas no viena kosmosa punkta.

Daudzus gadus bija grūti noteikt kosmisko staru avotu. Tomēr ir daži pieņēmumi, kurus var pieņemt. Pirmkārt, kosmisko staru kā ārkārtīgi augstas enerģijas lādētu daļiņu būtība nozīmēja, ka tos rada diezgan spēcīgas darbības. Tātad tādi notikumi kā supernovas vai reģioni ap melnajiem caurumiem šķita iespējamie kandidāti. Saule izstaro kaut ko līdzīgu kosmiskajiem stariem ļoti enerģisku daļiņu veidā.

Saule izstaro enerģētisko daļiņu un kosmisko staru plūsmas. SOHO/Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT) konsorcijs

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

Kosmiskie stari varētu plūst no ļoti enerģiskiem notikumiem tālā Visumā, piemēram, ar kvazāriem saistītām darbībām. Māksliniecisks skatījums uz to, kā varētu izskatīties agrīnais attālais kvazārs. ESO/M. kornmesser

2008. gada jūnijā NASA 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 noteikt kosmisko staru izcelsmi. Kopā ar citiem kosmisko staru pētījumiem ar baloniem un kosmosa instrumentiem, astronomi tagad meklē supernovas paliekas un tādus eksotiskus objektus kā supermasīvi melnie caurumi kā enerģētiskāko kosmisko staru avoti, kas atklāti šeit uz Zemes.

Ātri fakti

• Kosmiskie stari nāk no visa Visuma, un tos var radīt tādi notikumi kā supernovas sprādzieni.
• Ātrgaitas daļiņas rodas arī citos enerģētiskos notikumos, piemēram, kvazāra aktivitātēs.
• Saule arī sūta kosmiskos starus saules enerģētisko daļiņu veidā.
• Kosmiskos starus uz Zemes var noteikt dažādos veidos. Dažos muzejos kā eksponāti ir kosmisko staru detektori.

Avoti

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

Rediģēja un atjauninājaKerolīna Kolinsa Petersena.