Kozmické žiarenie

Kozmické žiarenie je prúd vysokoenergetických častíc, ktoré vnikajú do zemskej atmosféry z kozmického priestoru (tzv. primárne kozmické žiarenie) a častíc, ktoré vznikli v zemskej atmosfére interakciou častíc primárneho kozmického žiarenia s časticami atmosféry (tzv. sekundárne kozmické žiarenie). Má najkratšiu známu vlnovú dĺžku.

Primárne kozmické žiarenie je tvorené úplne ionizovanými atómami. Tvoria ho 90%-ným podielom jadrá vodíka (protóny), 9%-ný podiel majú jadrá hélia (α častice) a zvyšok tvoria ťažšie jadrá až po jadrá s protónovým číslom 92 a vysokoenergetické voľné elektróny. Všetky častice sa pohybujú rýchlosťami blízkymi rýchlosti svetla, preto majú aj vysokú kinetickú energiu (10⁹ až 10²¹ eV).

Nízkoenergetické častice primárneho kozmického žiarenia prichádzajú najmä zo Slnka (10⁹ až 10¹⁰ eV). Vznikajú pri slnečných erupciách. Intenzita slnečného kozmického žiarenia sa mení v zhode s 11-ročným slnečným cyklom. Najväčšia časť kozmického žiarenia prichádza z galaktických oblastí, jeho zdrojom sú supernovy a ich pozostatky. Najenergetickejšie častice (energia nad 10¹⁸) pochádzajú z mimogalaktických oblastí. Ich zdrojom sú kvazary a aktívne jadrá galaxií.

Vysokú energiu častice získavajú prechodom cez premenné magnetické polia. Zemské magnetické pole sústreďuje častice okolo magnetických pólov a do pásiem žiarenia. Intenzita kozmického žiarenia sa mení so zemepisnou šírkou, preto na rovníku má kozmické žiarenie najmenšiu intenzitu a v okolí pólov najväčšiu.

Spŕška kozmického žiarenia. Primárny kozmický lúč narazí na molekuly v atmosfére a uvoľní spŕšku subatomárnych častíc, pričom niektoré ďaľšími zrážkami spŕšku zväčšujú.

Po vniknutí do zemskej atmosféry ťažké jadrá kozmického žiarenia interagujú s časticami atmosféry vo výške 40 km, jadrá vodíka primárneho kozmického žiarenia interagujú s jadrami dusíka a kyslíka vo výške 20 km. Nižšie sa dostávajú už len vysokoenergetické častice, ktoré pri interakciách vyvolávajú celú reťaz rozvetvených reakcií. Reťaz pokračuje dovtedy, kým energia jednotlivých častíc neklesne na 10⁸ eV.

Podľa prenikavosti častíc má sekundárne kozmické žiarenie tzv. mäkkú a tvrdú zložku. Mäkká zložka pozostáva z elektrónov a pozitrónov. Tvrdá zložka (veľmi prenikavá) pozostáva z energetických mezónov, schopných preniknúť hlboko pod zemský povrch.

Intenzita kozmického žiarenia

Nárast ionizácie s nadmorskou výškou. Merania prístrojmi v balóne. Hess v roku 1912 (vľavo) a Kolhörster r.1913, 1914 (vpravo)

Intenzita kozmického žiarenia narastá so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou.

Výskum kozmického žiarenia

Kozmické žiarenie sa skúma pomocou výškových balónov, rakiet, kozmických družíc a sond. Jeho štúdium má význam pre astrofyziku vysokých energií, štúdium silných interakcií a elementárnych častíc. Kozmické žiarenie môže vyvolať závažné biologické efekty (napr. zmenu génov), poškodzuje polovodiče.

V kozmickej lodi Orion bolo pri misi Artemis I približne 5600 pasívnych a 34 aktívnych detektorov (experimenty MARE, HERA, EAD a CAD), zameraných na kozmické žiarenie a vplyv na posádku kozmickej lode.

Na medzinárodnej kozmickej stanici (ISS), prebieha viacero experimentov v súvislosti s kozmickým žiarením. Významným je Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), ktorý meria toky kozmického žiarenia od MeV až po TeV.

Výskyt prvkov zachytených spektrometrom AMS-02

Prvky	Počet
H	>10E9
He	>10E8
C, O	>10E6
Li, Be, B, N, Ne, Mg, Si	>10E5
F, Na, Al, S, Fe	>10E4
P, Cl, K, Ar, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni	<10E4

Pôvodný prameň

Hajduk, A., Štohl, J. a kol., Encyklopédia astronómie, Obzor Bratislava, 1987, str. 298 – 299

Referencie

Fyzikálny portál Astronomický portál