ABC of Astronomy - C Is for Cosmic Strays

• Maj 18, 2024

Kosmiska strålar kommer från det yttre rymden, och cirka trettio av dem går igenom din kropp varje sekund. De utgör en stor fara för bemannade uppdrag till Mars, kan skada elektronik och fick Apollo-astronauter att se blinkar i mörkret, även med slutna ögon. Vissa är inte kosmiska, inga är strålar, och några verkar vara omöjliga. Vad är de och var kommer de ifrån?

Varför kosmiska strålar?
Kosmiska strålar upptäcktes tidigt på 1900-talet, och under en lång tid trodde forskare att de var en slags elektromagnetisk strålning som synligt ljus eller röntgenstrålar. Solen var en uppenbar möjlig källa, men strålarna kom från alla håll. De kallades därför kosmisk eftersom de tycktes ha kommit bortom solsystemet.

Men "strålarna" visade sig vara osynliga, mycket energiska laddade partiklar - delar av atomer. Det finns små mängder elektroner, men de flesta kosmiska strålar (89%) är protoner, cirka 10% är kärnorna i heliumatomer och 1% är kärnorna i tyngre atomer, även uran. Eftersom de är laddade partiklar påverkar magnetfält i rymden dem, så vi kan inte hitta deras ursprung genom att spåra deras vägar bakåt.

En del av partiklarna kommer från solen, men det finns gott om utanför solsystemet. Det finns också kosmiska strålar som skapas när de mer energiska kommer in i jordens atmosfär och kolliderar med luftmolekyler. Dessa kollisioner producerar subatomära partiklar, som i sin tur har ytterligare kollisioner, vilket ger en luftsdusch av sekundära kosmiska strålar.

Elektron volt (eV)
Forskare mäter energin från atompartiklar i elektron volt (eV). En elektronvolt är den energi som en elektron skulle få från ett 1-voltsbatteri. Det är inte så mycket. Även om kosmiska strålar bara är atomer, rör de sig i mycket höga hastigheter, så de har mycket mer energi än man skulle tro från den lilla massan. Därför använder vi större enheter som mega-elektron volt (MeV), som är en miljon elektron volt och giga elektron volt (GeV), som är en miljard elektronvolt.

Typer av kosmisk stråle
Det finns mycket som vi fortfarande inte förstår om kosmiska strålar, så att klassificera dem är lite grovt och klart. Här är fyra vanliga kategorier:

Sol kosmiska strålar
Solkosmiska strålar är partiklar från solen som accelereras av solhändelser som producerar koronala massutkast. I en koronalmassa kastas laddade partiklar ut från solen med hög hastighet. Solkosmiska strålar är mindre energiska än utanför solsystemet, men de kan ändå skada satelliternas elektronik och äventyra astronauter. Vissa är trattade ned jordens magnetfältlinjer vid polerna och utlöser auroral skärmar.

Galaktiska kosmiska strålar
De solvind är en plasma - en gas som är en blandning av laddade partiklar - blåser från solen in i solsystemets djup. Dess utåtgående tryck minskar antalet kosmiska strålar som kommer in i det inre solsystemet. De som anländer har emellertid energier mellan 100 MeV och 10 GeV. De reser med hastigheter mellan 45% och 99,6% av ljusets hastighet.

De flesta galaktiska kosmiska strålarna kommer från någon annanstans i Vintergatan. De har vridit och vänt sig full berusad genom det galaktiska magnetfältet. Det finns starka bevis på att de accelereras av chockvågor från supernovaexplosioner.

UHE-kosmiska strålar
Den sista typen är den sällsynta och mest mystiska. De har vad som verkar vara omöjligt höga energier, och Oh-My-God partikel är det mest förvånande av allt. Det upptäcktes i Utah 1991, reser med vad som var inom en viskning av ljusets hastighet. Dess energi beräknades till cirka 30 miljoner biljoner elektronvolt.

Vad i det galaktiska området kunde påskynda en partikel till en sådan hastighet? Slå ihop svarta hål? Kolliderande galaxer? Ingen vet, men de vet att en supernova inte har nästan tillräckligt med energi för att göra jobbet, även om den släpper lika mycket energi som en hel galax.

Hittills har astronomer inte hittat någonting i galaxer i närheten som verkar vara troliga kandidater. Men vad sägs om en galax långt, långt borta? Vi tror inte det. Det borde inte vara möjligt att komma från över 30 miljoner ljusår bort och fortfarande ha så mycket energi. Partiklarna skulle interagera med den kosmiska bakgrundsstrålningen och förlora energi innan den kom till oss. Bakgrundsstrålning är resterna av energin från Big Bang som fyller universum.

Faror med kosmiska strålar
Jordens atmosfär och magnetfält skyddar oss från de flesta kosmiska strålar med låg energi. Och även om det tusentals av dem passerar genom våra kroppar varje minut, är kosmisk strålning på havsnivån bara några procent av den naturliga bakgrundsstrålningen.Eftersom det finns mindre skydd i höga höjder utsätts flygbesättningen för något mer strålning.

I rymden riskerar både astronauter och elektronik denna strålning om solen är aktiv. Det fanns ingen större solaktivitet för Apollo-uppdragen. Ändå var Apollo 11 besättningsmedlemmar de första som såg slumpmässiga ljusblinkar, även när deras ögon var stängda. Dessa var kosmiska strålar. Och tänk på astronauter på ett bemannat Mars-uppdrag. De skulle vara i djupa utrymme under lång tid, men att skydda människor och elektronik mot kosmiska strålar och högenergistrålning är ett problem som ännu inte har lösts.

Video Instruktioner: Cosmic background radiation | Scale of the universe | Cosmology & Astronomy | Khan Academy (Maj 2024).