Kosmische Strahlen: die schnellsten Reisenden im Universum

Kosmische Strahlen klingen wie eine Art Science-Fiction-Bedrohung aus dem Weltraum. Es stellt sich heraus, dass sie in ausreichend hohen Mengen vorhanden sind. Andererseits durchdringen uns jeden Tag kosmische Strahlen, ohne viel zu tun (wenn überhaupt Schaden). Also, was sind diese mysteriösen Stücke kosmischer Energie?

Kosmische Strahlen definieren

Der Begriff "kosmische Strahlung" bezieht sich auf Hochgeschwindigkeitsteilchen, die das Universum bereisen. Sie sind überall. Die Chancen stehen sehr gut, dass kosmische Strahlen irgendwann durch den Körper eines jeden hindurchgegangen sind, insbesondere wenn sie in großer Höhe leben oder in einem Flugzeug geflogen sind. Die Erde ist gut gegen alle außer den energischsten dieser Strahlen geschützt, so dass sie für uns in unserem täglichen Leben keine wirkliche Gefahr darstellen.

Kosmische Strahlen liefern faszinierende Hinweise auf Objekte und Ereignisse an anderen Orten im Universum, wie zum Beispiel den Tod massereicher Sterne (genannt) Supernova-Explosionen

) und Aktivität auf der Sonne, daher untersuchen Astronomen sie mit Ballons in großer Höhe und weltraumgestützten Instrumenten. Diese Forschung bietet aufregende neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Galaxien im Universum.

Supernova in Röntgenstrahlen
Kosmische Strahlen kommen unter anderem von Supernova-Explosionen im Universum. Dies ist eine kombinierte Infrarot- und Röntgenaufnahme eines Supernova-Überrests namens W44. Mehrere Teleskope schauten darauf, um das Bild zu erhalten. Als der Stern, der diese Szene schuf, explodierte, sendete er kosmische Strahlen und andere energiereiche Teilchen sowie Radio, Infrarot, Röntgen, Ultraviolett und sichtbares Licht aus.NASA / CXC und NASA / JPL-CalTech

Was sind kosmische Strahlen?

Kosmische Strahlung sind extrem energiereiche geladene Teilchen (normalerweise Protonen), die sich nahezu in der Nähe bewegen Lichtgeschwindigkeit. Einige kommen von der Sonne (in Form von Sonnenenergieteilchen), während andere von Supernova-Explosionen und anderen energetischen Ereignissen im interstellaren (und intergalaktischen) Raum ausgestoßen werden. Wenn kosmische Strahlen mit der Erdatmosphäre kollidieren, erzeugen sie Schauer von sogenannten "Sekundärteilchen".

Geschichte der kosmischen Strahlenforschung

Die Existenz kosmischer Strahlen ist seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Sie wurden zuerst vom Physiker Victor Hess gefunden. Er startete 1912 hochgenaue Elektrometer an Bord von Wetterballons, um die Ionisationsrate von Atomen (dh wie schnell und wie oft Atome erregt werden) zu messen obere Schichten der Erdatmosphäre. Was er entdeckte, war, dass die Ionisationsrate umso höher war, je höher Sie in der Atmosphäre aufsteigen - eine Entdeckung, für die er später den Nobelpreis gewann.

Dies flog angesichts der konventionellen Weisheit. Sein erster Instinkt, dies zu erklären, war, dass ein solares Phänomen diesen Effekt hervorrief. Nachdem er jedoch seine Experimente während einer Sonnenfinsternis in der Nähe der Sonne wiederholt hatte, erzielte er die gleichen Ergebnisse und schloss jeden Sonnenursprung für ihn effektiv aus schlussfolgerte, dass es ein intrinsisches elektrisches Feld in der Atmosphäre geben muss, das die beobachtete Ionisation erzeugt, obwohl er nicht ableiten konnte, woher das Feld stammt wäre.

Es dauerte mehr als ein Jahrzehnt, bis der Physiker Robert Millikan nachweisen konnte, dass das von Hess beobachtete elektrische Feld in der Atmosphäre stattdessen ein Fluss von Photonen und Elektronen war. Er nannte dieses Phänomen "kosmische Strahlung" und sie strömten durch unsere Atmosphäre. Er stellte auch fest, dass diese Partikel nicht von der Erde oder der erdnahen Umgebung stammten, sondern aus dem Weltraum stammten. Die nächste Herausforderung bestand darin, herauszufinden, welche Prozesse oder Objekte sie hätten erstellen können.

Laufende Untersuchungen der Eigenschaften kosmischer Strahlen

Seit dieser Zeit verwenden Wissenschaftler weiterhin hochfliegende Ballons, um über die Atmosphäre zu gelangen und mehr dieser Hochgeschwindigkeitspartikel zu entnehmen. Die Region oberhalb der Antarktis am Südpol ist ein bevorzugter Startpunkt, und eine Reihe von Missionen haben mehr Informationen über kosmische Strahlung gesammelt. Dort finden in der National Science Balloon Facility jedes Jahr mehrere instrumentenreiche Flüge statt. Die "kosmischen Strahlenzähler", die sie tragen, messen die Energie der kosmischen Strahlung sowie ihre Richtungen und Intensitäten.

Kosmische Strahlung kann durch Ballonflüge erfasst werden.
Ein lang anhaltender Ballonflug aus der Antarktis kann verwendet werden, um kosmische Strahlen zu erfassen.NASA

Das Internationale Raumstationenthält auch Instrumente, die die Eigenschaften kosmischer Strahlung untersuchen, einschließlich des Experiments Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM). Es wurde 2017 installiert und hat eine dreijährige Mission, so viele Daten wie möglich über diese sich schnell bewegenden Partikel zu sammeln. CREAM begann eigentlich als Ballonexperiment und flog zwischen 2004 und 2016 sieben Mal.

Die Quellen der kosmischen Strahlen herausfinden

Da kosmische Strahlen aus geladenen Teilchen bestehen, können ihre Wege durch jedes Magnetfeld verändert werden, mit dem sie in Kontakt kommen. Natürlich haben Objekte wie Sterne und Planeten Magnetfelder, aber es gibt auch interstellare Magnetfelder. Dies macht es äußerst schwierig vorherzusagen, wo (und wie stark) Magnetfelder sind. Und da diese Magnetfelder im gesamten Raum bestehen bleiben, erscheinen sie in alle Richtungen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass von unserem Standpunkt hier auf der Erde aus es scheint, dass kosmische Strahlen nicht von einem Punkt im Raum kommen.

Die Bestimmung der Quelle kosmischer Strahlung erwies sich viele Jahre lang als schwierig. Es gibt jedoch einige Annahmen, die angenommen werden können. Erstens implizierte die Natur der kosmischen Strahlung als extrem energiereich geladene Teilchen, dass sie durch ziemlich starke Aktivitäten erzeugt werden. Ereignisse wie Supernovae oder Regionen um Schwarze Löcher schienen daher wahrscheinlich Kandidaten zu sein. Die Sonne emittiert etwas Ähnliches wie kosmische Strahlung in Form hochenergetischer Teilchen.

Bilder der Sonne - Griff auf der Sonne
Die Sonne sendet Ströme von energetisierten Teilchen und kosmischen Strahlen aus.Konsortium des SOHO / Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT)

Der Physiker Enrico Fermi schlug 1949 vor, dass kosmische Strahlen einfach Teilchen sind, die durch Magnetfelder in interstellaren Gaswolken beschleunigt werden. Und da Sie ein ziemlich großes Feld benötigen, um die kosmischen Strahlen mit der höchsten Energie zu erzeugen, haben Wissenschaftler begonnen, Supernova-Überreste (und andere große Objekte im Weltraum) als wahrscheinliche Quelle zu betrachten.

Quasar
Kosmische Strahlen könnten von hochenergetischen Ereignissen im fernen Universum ausgehen, beispielsweise von Aktivitäten, die mit Quasaren verbunden sind. Ein künstlerischer Blick darauf, wie ein früher entfernter Quasar aussehen könnte.ESO / M. Kornmesser

Im Juni 2008 startete die NASA eine Gammastrahlenteleskop bekannt als Fermi - benannt nach Enrico Fermi. Während Fermi ist ein Gammastrahlenteleskop, eines seiner wichtigsten wissenschaftlichen Ziele war es, die Ursprünge der kosmischen Strahlung zu bestimmen. In Verbindung mit anderen Untersuchungen der kosmischen Strahlung durch Luftballons und weltraumgestützte Instrumente suchen Astronomen nun nach Überresten von Supernova. und solche exotischen Objekte wie supermassereiche Schwarze Löcher als Quellen für die energiereichsten kosmischen Strahlen, die hier weiter entdeckt werden Erde.

Kurzinformation

  • Kosmische Strahlen kommen aus dem ganzen Universum und können durch Ereignisse wie Supernova-Explosionen erzeugt werden.
  • Hochgeschwindigkeitspartikel werden auch bei anderen energetischen Ereignissen wie Quasaraktivitäten erzeugt.
  • Die Sonne sendet auch kosmische Strahlen in Form oder solarenergischen Teilchen aus.
  • Kosmische Strahlen können auf der Erde auf verschiedene Weise erfasst werden. Einige Museen haben Detektoren für kosmische Strahlung als Exponate.

Quellen

  • "Exposition gegenüber kosmischen Strahlen." Radioaktivität: Jod 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
  • NASA, NASA, Imagine.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
  • RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Bearbeitet und aktualisiert von Carolyn Collins Petersen.