Kosmisk stråling

Kosmiske stråler er subatomare partikler eller atomer med oprindelse udenfor Jordens atmosfære, som har en kinetisk energi på mere end nogle få milliarder eV. En lille del af den kosmiske stråling består af fotoner i form af gammastråler.

Kosmiske stråler stammer fra verdensrummet (kosmos). Solens magnetfelt afbøjer den del af den kosmiske stråling som er elektrisk ladet. Det samme gør Jordens magnetfelt.^[1]

Mængden af kosmiske partikler som funktion af deres energi. Den enkelte kosmiske partikels energimængde kan til en vis grad afgøre dets ophav.
Gul - solar kosmisk stråling.
Blålig, cyan – GCR, galaktisk kosmisk stråling – fra mælkevejen.
Lilla, magenta – ECR (inkl. UHECR og EECR) – intergalaktisk kosmisk stråling – fra andre galakser.

I ca. 10-12 km højde ses det at man får mindst strålingsbelastning (grønligt, blåligt) fra kosmiske stråler ved jordens ækvator. Grunden er jordens magnetfelt afbøjer de fleste mod polerne. Ved jordoverfladen er strålingsbelastningen betydeligt lavere (ikke illustreret).

De subatomare partikler i den kosmiske stråling består overvejende af protoner, som udgør hele 89% af al kosmisk stråling, men også neutroner og elektroner er til stede, samt positroner, der er en antistof partikel.^[2] Atomerne i den kosmiske stråling er ioniserede atomer fra en stor del af det periodiske system – helt op til uran - men langt de fleste er helium-kerner.^{[3] [4]} Når de kosmiske stråler rammer atomerne i jordens atmosfære, dannes hurtigt kaskader af andre partikler og det er som regel disse sekundære partikler som detekteres når man observerer den kosmiske stråling. Kaskaderne består af et utal af mere eksotiske partikler, men pioner og myoner udgør det meste.^[3]

Observationer

Man har kendt til effekterne af den kosmiske stråling siden 1800-tallet, men det var først i 1928, at fysikeren Robert Millikan satte navn på fænomenet efter nogle ballon-eksperimenter i Texas.^[3]

Kosmisk stråling studeres i dag videnskabeligt fra rummet (bl.a. fra Den Internationale Rumstation), med højtsvævende balloner og fra jordoverfladen. De jordbaserede observatorier, omfatter bl.a. Cherenkov teleskoper som opfanger den gammastråling der udsendes når kosmiske stråler rammer jordens atmosfære.

Kategorisering

Man kategoriserer den kosmiske stråling i energiintervaller, idet den enkelte kosmiske partikels kinetiske energi til en vis grad kan afgøre hvor den stammer fra (se figur):

• ca. 10⁹ til 10¹⁰ eV: solar kosmisk stråling fra Solen.
• 10¹⁰ til 10¹⁵ eV: galaktisk kosmisk stråling, GCR fra vores egen galakse mælkevejen.
• Mere end 10¹⁵ eV: intergalaktisk kosmisk stråling, ECR (inkl. UHECR og EECR) fra andre galakser.

Den største kinetiske energi man kender fra kosmisk stråling er på mere end 10²⁰ eV. I 1991 observerede man i Great Salt Lake Desert i Utah kosmiske stråler med en energi på 3,2*10²⁰ eV. Det svarer til lidt mere end 48 Joule, omkring samme kinetiske energi som en bowling kugle der droppes fra en udstrakt arm. Det er millioner af gange mere end den kinetiske energi partiklerne i partikelacceleratorer kan opnå. Partikler af denne type er siden blevet betegnet som "oh-my-god" partikler.^[5][6]

Det formodes at hovedkilden til UHECR-kosmiske stråler er supernovaeksplosioner.^[4]

Betydning

Solens magnetfelt afbøjer de elektrisk ladede partikler fra den kosmiske stråling. Jordens magnetfelt og jordens atmosfære bremser og omdanner kosmiske stråler, så de når ikke frem til jordens overflade.^[7] De myoner som dannes når den kosmiske stråling rammer jordens atmosfære, fortsætter dog næsten uhindret til overfladen og et areal svarende til et menneskes hoved modtager således i gennemsnit én myon hvert sekund.^[3]

Nogle forskere mener at kosmisk stråling har direkte indvirkning på den globale opvarmning, i og med at ændringer i klodens temperatur følger ændringer i den kosmiske stråling over de sidste mange år.^[8]

Kilder/referencer

1. macalester.edu: An Introduction to Cosmic Rays Arkiveret 19. marts 2005 hos Wayback Machine Citat: "...They are then picked up by the solar wind and carried back to the outer heliosphere. Lastly, they are somehow accelerated, e.g. by the solar wind termination shock, and drift into the inner heliosphere as cosmic rays..."
2. ScienceNews: Excess antielectrons aren’t from nearby dead stars, study says
3. CERN: Cosmic rays: particles from outer space
4. 23 April, 2002, BBC News, Cosmic ray mystery 'solved' Citat: "...Cosmic rays are bits of matter: protons, electrons, and atomic nuclei which have been stripped of their electrons. Although supernovae, gigantic exploding stars, have long been suspected as the source of most rays, the origin of the highest-energy rays has been more difficult to tie down..."For the first time, we see the hint of a possible connection between the arrival directions of ultra-high energy cosmic rays and locations on the sky of nearby dormant galaxies hosting supermassive black holes," said Princeton's Dr Diego Torres..."
5. Science: Physicists spot potential source of 'Oh-My-God' particles
6. Quanta Magazine: The Particle That Broke a Cosmic Speed Limit
7. Particle Physics & Astronomy Research Council (2004, November 5). Possible Origin Of Cosmic Rays Revealed With Gamma Rays. ScienceDaily Citat: "...luckily for life on Earth, gamma rays from objects in outer space are stopped by the atmosphere..."
8. "Kosmiske stråler og solpletter". Viden om. DR. Arkiveret fra originalen 22. august 2016. Hentet 30. juli 2016.

• Chandra X-ray Center (2005, September 23). Tycho's Remnant Provides Shocking Evidence For Cosmic Rays. ScienceDaily Citat: "...some modern ideas of the aftermath of supernova explosions may have to be revised. The report by Hughes and colleagues demonstrates that the shock wave produced by the explosive disruption of the star behaves in a way that cannot be explained by the standard theory..."

Se også

• Polarlys (nordlys og sydlys)

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har medier relateret til: Kosmisk stråling

• NASA: Cosmic Rays Arkiveret 19. juni 2018 hos Wayback Machine
• NOAA: Cosmic Rays
• Pierre Auger Observatory: An International Facility to Study the Highest Energy Cosmic Rays
• Northeastern University: Cosmic ray papers Arkiveret 29. april 2003 hos Wayback Machine
• 31 October, 2003, BBCNews: Solar storm surge 'not over yet' Citat: "...aircraft traversing the north Atlantic were confined to a narrow corridor to minimise radiation exposure..."
• Los Alamos National Laboratory (2004, May 5). Scientists Announce Cosmic Ray Theory Breakthrough. ScienceDaily Citat: "...The theory could be the basis for a whole new understanding of the ways in which cosmic rays -- and their signature radio waves -- propagate and travel through intergalactic space..."