ABC der Astronomie - C steht für kosmische Strahlen

• April 19, 2024

Kosmische Strahlen kommen aus dem Weltraum, und ungefähr dreißig von ihnen ziehen jede Sekunde durch Ihren Körper. Sie stellen eine große Gefahr für bemannte Missionen zum Mars dar, können die Elektronik beschädigen und Apollo-Astronauten dazu bringen, Blitze im Dunkeln zu sehen, selbst wenn ihre Augen geschlossen sind. Einige sind nicht kosmisch, keine sind Strahlen, und einige scheinen unmöglich zu sein. Was sind sie und woher kommen sie?

Warum kosmische Strahlung?
Kosmische Strahlung wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt, und Wissenschaftler dachten lange Zeit, es handele sich um eine Art elektromagnetische Strahlung wie sichtbares Licht oder Röntgenstrahlen. Die Sonne war eine offensichtliche mögliche Quelle, aber die Strahlen kamen aus allen Richtungen. Sie wurden daher synchronisiert kosmisch weil sie von jenseits des Sonnensystems gekommen zu sein schienen.

Die „Strahlen“ erwiesen sich jedoch als unsichtbare, hochenergetisch geladene Teilchen - Teile von Atomen. Es gibt kleine Mengen an Elektronen, aber die meisten kosmischen Strahlen (89%) sind Protonen, etwa 10% sind die Kerne von Heliumatomen und 1% sind die Kerne schwererer Atome, sogar einschließlich Uran. Da es sich um geladene Teilchen handelt, wirken sich Magnetfelder im Raum auf sie aus, sodass wir ihren Ursprung nicht finden können, indem wir ihre Wege rückwärts verfolgen.

Einige der Teilchen kommen von der Sonne, aber es gibt viele von außerhalb des Sonnensystems. Es gibt auch kosmische Strahlen, die entstehen, wenn die energetischeren in die Erdatmosphäre gelangen und mit Luftmolekülen kollidieren. Diese Kollisionen erzeugen subatomare Teilchen, die wiederum weitere Kollisionen aufweisen und einen Luftschauer sekundärer kosmischer Strahlen erzeugen.

Elektronenvolt (eV)
Wissenschaftler messen die Energie von Atompartikeln in Elektronenvolt (eV). Ein Elektronenvolt ist die Energie, die ein Elektron von einer 1-Volt-Batterie erhalten würde. Das ist nicht viel. Obwohl kosmische Strahlen nur Atome sind, bewegen sie sich mit sehr hoher Geschwindigkeit, sodass sie viel mehr Energie haben, als man von der winzigen Masse erwartet. Daher verwenden wir größere Einheiten wie Mega-Elektronenvolt (MeV) (eine Million Elektronenvolt) und Giga-Elektronenvolt (GeV) (eine Milliarde Elektronenvolt).

Arten der kosmischen Strahlung
Es gibt eine Menge, die wir immer noch nicht über kosmische Strahlen verstehen, daher ist es etwas grob, sie zu klassifizieren. Hier sind vier gängige Kategorien:

Sonnenkosmische Strahlung
Sonnenkosmische Strahlung sind Teilchen der Sonne, die durch Sonnenereignisse beschleunigt werden koronale Massenauswürfe. Bei einem koronalen Massenauswurf werden geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit aus der Sonne geschleudert. Kosmische Sonnenstrahlen sind weniger energiereich als solche außerhalb des Sonnensystems, können jedoch die Elektronik von Satelliten beschädigen und Astronauten gefährden. Einige werden über die Magnetfeldlinien der Erde an den Polen geleitet und lösen Auroralanzeigen aus.

Galaktische kosmische Strahlung
Das Sonnenwind ist ein Plasma - ein Gas, das eine Mischung geladener Teilchen ist - von der Sonne in die Tiefen des Sonnensystems bläst. Sein Druck nach außen verringert die Anzahl der kosmischen Strahlen, die in das innere Sonnensystem gelangen. Diejenigen, die ankommen, haben jedoch typischerweise Energien zwischen 100 MeV und 10 GeV. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit zwischen 45% und 99,6% der Lichtgeschwindigkeit.

Die meisten galaktischen kosmischen Strahlen kommen von anderswo in der Milchstraße. Sie haben sich betrunken durch das galaktische Magnetfeld gedreht. Es gibt starke Hinweise darauf, dass sie durch Stoßwellen von Supernova-Explosionen beschleunigt werden.

Kosmische Strahlung mit ultrahoher Energie (UHE)
Der letzte Typ ist der seltenste und mysteriöseste. Sie haben scheinbar unglaublich hohe Energien, und die Oh mein Gott Teilchen ist das erstaunlichste von allen. Es wurde 1991 in Utah entdeckt und bewegte sich im Flüsterton der Lichtgeschwindigkeit. Seine Energie wurde mit rund dreißig Millionen Billionen Elektronenvolt berechnet.

Was in der galaktischen Nachbarschaft könnte ein Teilchen auf eine solche Geschwindigkeit beschleunigen? Schwarze Löcher verschmelzen? Kollidierende Galaxien? Niemand weiß es, aber sie wissen, dass eine Supernova nicht annähernd genug Energie hat, um ihre Arbeit zu erledigen, obwohl sie so viel Energie freisetzt wie eine ganze Galaxie.

Bisher haben Astronomen in nahe gelegenen Galaxien nichts gefunden, was als Kandidaten erscheinen könnte. Aber was ist mit einer weit entfernten Galaxie? Das glauben wir nicht. Es sollte nicht möglich sein, aus über 30 Millionen Lichtjahren Entfernung zu kommen und trotzdem so viel Energie zu haben. Das Teilchen würde mit der kosmischen Hintergrundstrahlung interagieren und Energie verlieren, bevor es zu uns gelangt. Hintergrundstrahlung ist der Rest der Energie des Urknalls, der das Universum füllt.

Gefahren der kosmischen Strahlung
Die Erdatmosphäre und das Magnetfeld schützen uns vor den meisten kosmischen Strahlen mit niedriger Energie. Und obwohl Tausende von ihnen jede Minute durch unseren Körper gehen, macht die kosmische Strahlung auf Meereshöhe nur wenige Prozent der natürlichen Hintergrundstrahlung aus.Da es in großen Höhen weniger Schutz gibt, sind Flugbesatzungen etwas mehr Strahlung ausgesetzt.

Im Weltraum sind sowohl Astronauten als auch Elektronik durch diese Strahlung gefährdet, wenn die Sonne aktiv ist. Es gab keine größere Sonnenaktivität für die Apollo-Missionen. Die Besatzungsmitglieder von Apollo 11 waren jedoch die ersten, die zufällige Lichtblitze sahen, selbst wenn ihre Augen geschlossen waren. Dies waren kosmische Strahlen. Und denken Sie an Astronauten auf einer bemannten Marsmission. Sie würden sich lange Zeit im Weltraum befinden, aber der Schutz von Mensch und Elektronik vor kosmischer Strahlung und energiereicher Strahlung ist ein Problem, das noch nicht gelöst wurde.

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