Promieniowanie kosmiczne

Promieniowanie kosmiczne jest promieniowaniem złożonym, zarówno elektromagnetycznym, jak i korpuskularnym. Dociera ono do Ziemi z otaczającej ją przestrzeni kosmicznej. Jego korpuskularna część składa się przede wszystkim z protonów, stanowiących 90% cząstek, a także w 9% z cząstek alfa 1% elektronów. Oprócz tego pojawiają się w nim nieliczne, cięższe jądra. To promieniowanie, które dociera bezpośrednio z przestrzeni kosmicznej, określane jest promieniowaniem kosmicznym pierwotnym. Promieniowanie wtórne natomiast dociera do Ziemi za pośrednictwem reakcji promieniowania kosmicznego pierwotnego z jądrami atomów gazów atmosferycznych.

Promieniowanie kosmiczne pierwotne i wtórne

Promieniowanie kosmiczne pierwotne pada na zewnętrzne warstwy atmosfery Ziemi z prędkością, która jest bliska prędkości światła w próżni. Atomy atmosfery zderzają się z cząsteczkami promieniowania pierwotnego, powoduje to, że powstaje strumień wysokoenergetycznych mionów, fotonów, protonów i elektronów, czyli tak zwane wtórne promieniowanie kosmiczne. W skłąd promieniowania pierwotnego wchodzą głównie cząstki alfa, protony oraz jądra innych lekkich pierwiastków, a także bardzo niewielka ilość jąder pierwiastków o średnich masach. Można zaobserwować również pierwotne elektrony, fotony, a także znikomą ilość cząstek neutralnych.

Promieniowanie wtórne powstaje w wyniku oddziaływania pierwotnego promieniowania kosmicznego z atomami atmosfery ziemskiej. Po wejściu do niej cząstki pierwotne rozpoczynają zderzenia z jądrami gazów atmosferycznych, w taki sposób, że do poziomu morza już praktycznie nie docierają. Tym zderzeniom towarzyszy zwykle rozbicie jąder gazów atmosferycznych oraz cząstki pierwotnej. Przy tego typu rozbiciu powstają neutrony i protony oraz cząstki elementarne, które unoszą większość energii.

Historia i źródła promieniowania kosmicznego

Odkrycie promieniowania kosmicznego zawdzięczamy Victorowi Franzowi Hessowi, który w 1912 roku w trakcie lotu balonowego zauważył, że powoduje ono zwiększenie jonizacji powietrza wraz z wysokością. Hipoteza, że jest ona skutkiem oddziaływania promieniowania, pochodzącego spoza atmosfery ziemskiej wywołała liczne kontrowersje. Została ona potwierdzona dzięki badaniom przeprowadzonym w latach 1923-1926 przez Roberta Millikana. To właśnie jemu zawdzięczamy nazwę „promieniowanie kosmiczne”. Początkowo do jego badania używane były komory jonizacyjne oraz liczniki Geigera-Müllera, które służyły do rejestracji fotonów i cząstek naładowanych elektrycznie. W 1929 roku poprzez zastosowanie komory Wilsona umieszczonej w polu magnetycznym Dmitrij Skobielcyn odkrył powstawanie pęków promieniowania kosmicznego.

Powszechnie uznawane teorie przyjmują, iż większa część promieniowania kosmicznego pochodzi z wybuchów gwiazd i supernowych. Emitują one naładowane cząstki, które w przestrzeniach międzygwiazdowych mogą być rozpędzane przez istniejące pola elektryczne i magnetyczne. Obserwacje, jakich dokonał satelita PAMELA, wykazały jednak nieznaczną różnicę w prędkości między atomami helu a protonami, co może być wskazówką świadczącą o istnieniu innego, nieokreślonego jeszcze mechanizmu powstawania promieniowania kosmicznego. Współcześnie do detekcji tego promieniowania wykorzystywane są detektory oraz liczniki promieniowania takie jak liczniki scyntylacyjne czy komory pęcherzykowe.