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]