24 100 subscribers

Что такое космическое излучение?

455 full reads
1,1k story viewUnique page visitors
455 read the story to the endThat's 39% of the total page views
6,5 minutes — average reading time
Что такое космическое излучение?

Космическая радиация представляет огромную опасность не только для человека, но и для всех земных живых существ. Вне нашей планеты все мы хрупки и беззащитны. Что же такое – космическая радиация? Почему это излучение губительно?

Как обнаружили космические лучи?

Космическое излучение было открыто в прошлом веке австрийским физиком Виктором Гессом. Открыть космические лучи учёному помогло его увлечение – воздухоплавание на воздушных шарах. В 1911 году с помощью усовершенствованного электроскопа он предпринял попытки измерить скорость ионизации воздуха в зависимости от высоты. В то время уже знали, что Земля обладает природной, естественной радиоактивностью, поэтому ожидалось, что по мере подъёма уровень ионизации воздуха будет снижаться, а показания электроскопа тоже уйдут на низкие отметки, но оказалось всё не так, как было предположено. С ростом высоты величина ионизации действительно уменьшалась, но потом, вместо того, чтобы приблизиться к нулю, она снова начинала возрастать на высотах свыше двух км. В результате анализа полученных данных Виктор Гесс сделал вывод, что это излучение имеет большую проникающую способность, и что приходит оно в атмосферу извне, из космоса, а не снизу, не от Земли. Свою находку Виктор Гесс назвал «ультра-гамма-излучением».

Виктор Гесс
Виктор Гесс
Виктор Гесс

Учёные тогда решили, что излучение это исходит от Солнца, однако сам Виктор Гесс сомневался насчёт этого утверждения, и решил провести ещё один эксперимент: в 1912 году он совершил вылет во время частичного солнечного затмения и повторно произвести измерения. Показатели были теми же, и учёный сделал вывод, что это «не солнечных лучей дело». В ходе других вылетов он также обнаружил, что, чем выше высота, тем сильнее излучение. В 1925 году американский физик Роберт Милликен и предложил название, используемое сейчас повсеместно, - «космические лучи».

Виктор Гесс
Виктор Гесс
Виктор Гесс

Учёные пытались понять, как они поглощаются в атмосфере Земли, в воде и других веществах, но что представляли собой эти лучи – никто не знал. Только в середине 1920-х годов советский физик Дмитрий Владимирович Скобелицын смог доказать в ходе своих экспериментов то, что космические лучи реальны на основе анализа треков частиц. Ему удалось экспериментально подтвердить, что космические лучи являются электрически заряженными частицами и образуют они в атмосфере ливни частиц.

Что такое космическое излучение?

Лишь в 1936 году Виктор Гесс получил за своё открытие Нобелевскую премию: такой длительный временной промежуток был обусловлен сомнениями насчёт его находки, а именно – есть ли вообще эти космические лучи, и насколько важно понимание этого явления. К данному времени стало известно, что космические лучи представляют собой положительно заряженные частицы очень высоких энергий.

О природе космических лучей

Космические лучи – это электрически заряженные и нейтральные частицы, которые приходят к верхней границе атмосферы Земли из космического пространства. Физика космических лучей является одной из самых перспективных областей этой науки, ведь анализируя их, мы можем делать выводы о последствиях процессов, происходящих на Солнце, в нашей галактике и даже вне её.

В настоящее время нет однозначного ответа на вопрос о происхождении космических лучей. Сейчас ясно одно, что кроме Солнца, которое является источником космических лучей относительно низкой энергии, на небе есть источники, обеспечивающие ускорение частиц до очень высоких энергий. На основе многочисленных исследований, наблюдений и экспериментов, учёным сейчас известно, что:

1. Энергия космических частиц огромна (10 в 15й степени мегаэлектронвольт – это намного больше, чем та энергия, которую люди смогли добиться на современных самых мощных ускорительных установках). Плотность энергии космических лучей сопоставима с плотностью энергии звёздного света, чернотельного излучения, турбулентного движения межзвездного газа, магнитного поля во Вселенной, поэтому космические лучи, определённо, заслуживают внимания. По сути, космические лучи – это природные ускорители.

Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер
Большой адронный коллайдер

2. Частицы с такими высокими энергиями очень редки, но в их взаимодействиях подтверждались новые частицы, которые получить в земных условиях было невозможно (мионы, пи-мезоны, к- мезоны и др.);

3. Галактические космические лучи практически не меняются во времени, космическое излучение почти стабильно;

4. Виновники возникновения самых мощных космических лучей – взрывы сверхновых.

Взрыв сверхновой
Взрыв сверхновой
Взрыв сверхновой

В Солнечной системе существует три вида космических лучей:

1. Солнечный ветер (поток заряженных частиц, исходящий из верхнего, наиболее горячего слоя Солнца – солнечной короны). Постоянный поток высокотемпературной плазмы всё время исходит из Солнца. Движение частиц солнечного ветра турбулентно, связано с вращением звезды и формирует межпланетное магнитное поле, поскольку оно – движение заряженных частиц. Интенсивность солнечного ветра зависит от изменений солнечной активности. Если активность повышенная, то наблюдаются мощные выбросы корональной массы, что провоцирует магнитные бури и связанное с ним плохое самочувствие, помехи в радиосвязи и прочие неприятности.

Солнечный ветер и Земля
Солнечный ветер и Земля
Солнечный ветер и Земля

2. Солнечные космические лучи (поток заряженных частиц, ускоряемых до высоких энергий в верхней части атмосферы Солнца во время солнечных вспышек);

Вспышка на Солнце
Вспышка на Солнце
Вспышка на Солнце

3. Галактическое космическое излучение (галактические космические лучи).

Что такое космическое излучение?

В основном космические лучи состоят из протонов, вклад которых составляет примерно 90 % от всей энергии космических лучей. Примерно 7 % приходится на альфа-частицы (ядра гелия), и лишь небольшая часть – всего около 1 % приходится на более тяжёлые ядра, такие как углерод и железо. Но вот интересно, что тяжёлые ядра приходятся на галактические космические лучи. Солнечные лучи состоят в основном из протонов примерно на 98 %. Тот факт, что галактические космические лучи имеют в своём составе тяжёлые ядра, легко объясняется том, что именно они-то и образуются в результате взрыва сверхновых.

Когда протон попадает в атмосферу Земли, образуется ливень частиц. В результате взаимодействия космических лучей с ядрами атомов атмосферных газов, в основном с ядрами атомов азота и кислорода, первичные космические лучи (в основном – протоны), создают большое число вторичных частиц (пионов, протонов, нейтронов, электронов, позитронов и фотонов). Этот каскад покрывает широкую территорию и называется «атмосферным ливнем». В одном акте взаимодействия протон теряет примерно половину своей энергии, а в результате этого взаимодействия возникают в основном пионы. Каждое последующее взаимодействие первичной частицы добавляет в каскад новые частицы, которые летят преимущественно в направлении первичной частицы, образуя ливень. Образующиеся пионы могут взаимодействовать с ярами, атомами атмосферных газов, а могут распадаться, формируя мионную и электронно-фотонную компоненты ливня. Ядра частиц в результате до поверхности Земли практически не доходят, превращаясь в мионы, нейтрино и гамма-кванты.

Распад частиц
Распад частиц
Распад частиц

Опасны ли космические лучи для человека?

Прямая космическая радиация губительна для всего живого. К счастью, наша Земля имеет надёжный атмосферный щит, служащий прекрасной защитой всем обитателям нашей планеты, так как нейтрализует прямую космическую радиацию, но не полностью. Как было описано выше, при столкновении с воздухом она распадается на более мелкие частички ионизирующего излучения, каждая из которых вступает в индивидуальную реакцию с его атомами. Таким образом, высокоэнергетическое излучение из космоса ослабевает, и образует вторичное излучение. При этом оно теряет свою смертоносность — уровень радиации становится приблизительно таким же, как и в рентгеновских лучах, но и это не опасно - это излучение полностью исчезает во время прохождения через атмосферу Земли. Какими бы ни были источники космических лучей, и какую мощь они бы не имели — опасность для человека, который находится на поверхности нашей планеты, минимальна. Ощутимый вред она может принести только космонавтам, ведь они не имеют естественной защиты в виде атмосферы.

Что такое космическое излучение?

Энергия, выделяемая космическими лучами, в первую очередь влияет на магнитное поле Земли. Заряженные ионизирующие частицы бомбардируют его и становятся причиной самого красивого атмосферного явления – полярных сияний. Ионизированные частички воздействуют на магнитное поле Земли, вызывая бури в атмосфере. Поскольку организм человека состоит из воды, которая очень восприимчива к магнитным колебаниям, излучение влияет на сердечнососудистую систему, и становится причиной плохого самочувствия у метеозависимых людей. Процесс неприятный, но не смертельный.

А вот космонавтам без защиты придётся туго: поскольку частицы выбивают электроны из атомов и молекул организма, клетки перестают нормально функционировать, повреждается ДНК, что приводит к различным мутациям и развитию лучевой болезни.

Что такое космическое излучение?

Помимо атмосферы нас защищает от галактических лучей наше Солнце: солнечный ветер образует собой границу гелиосферы - область околосолнечного пространства, похожая на огромный пузырь, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Она-то и спасает всю Солнечную систему от проникновения в неё межзвездного газа, а также ослабляет силу галактических лучей.

Вам может быть интересно:

Как вода ведёт себя в невесомости?

Никола Тесла и Тунгусский метеорит: что-то тут нечисто

Что такое энтропия?

Квантовая теория поля простыми словами

Эфир или Теория Относительности?

Пятое фундаментальное взаимодействие открыто?

Феномен дежавю с точки зрения астрофизики

Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие не такое уж и слабое

Сильное взаимодействие

Гравитация - оплот материи