Kosmische Strahlung

Kosmische Strahlung klingt wie eine Art Science-Fiction-Bedrohung aus dem Weltraum. Es stellt sich heraus, dass sie in ausreichender Menge vorhanden sind. Auf der anderen Seite passieren kosmische Strahlen uns jeden Tag, ohne viel zu tun (wenn überhaupt Schaden). Also, was sind diese mysteriösen Teile der kosmischen Energie??

Kosmische Strahlung definieren

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

Kosmische Strahlung liefert faszinierende Hinweise auf Objekte und Ereignisse an anderer Stelle im Universum, wie den Tod massereicher Sterne (Supernova-Explosionen genannt) und die Aktivität auf der Sonne. Daher untersuchen Astronomen diese mithilfe von Höhenballons und weltraumgestützten Instrumenten. Diese Forschung bietet aufregende neue Einblicke in die Ursprünge und die Entwicklung von Sternen und Galaxien im Universum. 

Kosmische Strahlen stammen unter anderem von Supernova-Explosionen im Universum. Dies ist ein kombiniertes Infrarot- und Röntgenbild eines Supernova-Überrestes namens W44. Mehrere Teleskope schauten darauf, um das Bild zu erhalten. Als der Stern, der diese Szene geschaffen hat, explodierte, sandte er kosmische Strahlen und andere energiereiche Partikel sowie Radio-, Infrarot-, Röntgen-, Ultraviolett- und sichtbares Licht aus. NASA / CXC und NASA / JPL-CalTech

Was sind kosmische Strahlen??

Kosmische Strahlen sind extrem energiereiche geladene Teilchen (normalerweise Protonen), die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Einige kommen von der Sonne (in Form solarenergetischer Partikel), 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 "Sekundärpartikeln"..

Geschichte der Kosmischen Strahlenforschung

Die Existenz der kosmischen Strahlung ist seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Sie wurden zuerst vom Physiker Victor Hess gefunden. Er brachte 1912 hochpräzise Elektrometer an Bord von Wetterballons auf den Markt, um die Ionisationsrate von Atomen (dh wie schnell und wie oft Atome mit Energie versorgt werden) in den oberen Schichten der Erdatmosphäre zu messen. Was er entdeckte, war, dass die Ionisationsrate umso höher war, je höher man in der Atmosphäre aufstieg - eine Entdeckung, für die er später den Nobelpreis gewann.

Dies flog gegen die konventionelle Weisheit. Sein erster Instinkt, dies zu erklären, war, dass ein Sonnenphänomen diesen Effekt verursachte. Nachdem er seine Experimente während einer Sonnenfinsternis in der Nähe wiederholt hatte, erhielt er die gleichen Ergebnisse und schloss jeden solaren Ursprung aus. Daher folgerte er, dass die Atmosphäre ein intrinsisches elektrisches Feld aufweisen muss, das die beobachtete Ionisierung hervorruft, was er jedoch nicht ableiten konnte was die Quelle des Feldes wäre.

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

Laufende Studien zu kosmischen Strahlungseigenschaften

Seitdem setzen Wissenschaftler weiterhin hochfliegende Ballons ein, um über die Atmosphäre zu gelangen und mehr von diesen Hochgeschwindigkeitspartikeln zu beproben. Die Region oberhalb der Antarktis am Südpol ist ein bevorzugter Startpunkt, und eine Reihe von Missionen hat mehr Informationen über die kosmische Strahlung gesammelt. In der National Science Balloon Facility finden jedes Jahr mehrere Flüge mit Instrumenten statt. Die "kosmischen Strahlungszähler", die sie tragen, messen die Energie der kosmischen Strahlung sowie ihre Richtungen und Intensitäten.

Mit einem Langzeitballonflug aus der Antarktis lassen sich kosmische Strahlen nachweisen. NASA

Das Internationale Raumstation Enthält auch Instrumente, die die Eigenschaften der kosmischen Strahlung untersuchen, einschließlich des CREAM-Experiments (Cosmic Ray Energetics and Mass). Es wurde 2017 installiert und hat eine dreijährige Mission, um 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.

Herausfinden der Quellen der kosmischen Strahlung

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 erschwert die Vorhersage, wo (und wie stark) Magnetfelder sind. Und da diese Magnetfelder im gesamten Raum bestehen bleiben, treten sie in alle Richtungen auf. Daher ist es nicht verwunderlich, dass es aus unserer Sicht hier auf der Erde so aussieht, als käme kosmische Strahlung nicht von einem einzigen Punkt im Raum.

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

Die Sonne strahlt Ströme von angeregten Teilchen und kosmischen Strahlen aus. SOHO / EIT-Konsortium (Extreme Ultraviolet Imaging Telescope)

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

Kosmische Strahlen könnten von hochenergetischen Ereignissen im fernen Universum ausgehen, wie zum Beispiel 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 ein Gammastrahlenteleskop namens Fermi - benannt nach Enrico Fermi. Während Fermi ist ein Gammastrahlenteleskop. Eines seiner wichtigsten wissenschaftlichen Ziele war es, den Ursprung der kosmischen Strahlung zu bestimmen. In Verbindung mit anderen Untersuchungen der kosmischen Strahlung mit Ballons und weltraumgestützten Instrumenten suchen Astronomen nach Supernova-Überresten und solchen exotischen Objekten wie supermassiven Schwarzen Löchern als Quellen für die energiereichsten kosmischen Strahlen, die hier auf der Erde nachgewiesen wurden.

Kurzinformation

• Kosmische Strahlen kommen aus dem gesamten 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 von Sonnenenergieteilchen aus.
• Kosmische Strahlung kann auf der Erde auf verschiedene Arten nachgewiesen werden. Einige Museen haben kosmische Strahlungsdetektoren als Exponate.

Quellen

• "Kosmische Strahlung." 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.