Kosmische Strahlen sind energische beladene subatomare Partikeln, im Weltraum entstehend. Sie können sekundäre Partikeln erzeugen, die in die Atmosphäre und Oberfläche der Erde eindringen. Der Begriff Strahl ist historisch, weil, wie man dachte, kosmische Strahlen elektromagnetische Radiation waren. Die meisten primären kosmischen Strahlen (diejenigen, die in die Atmosphäre vom tiefen Raum eingehen) werden aus vertrauten stabilen subatomaren Partikeln zusammengesetzt, die normalerweise auf der Erde, wie Protone, Atomkerne oder Elektronen vorkommen. Jedoch, ein sehr kleiner Bruchteil sind stabile Partikeln der Antimaterie, wie Positrone oder Antiprotone, und die genaue Natur dieses restlichen Bruchteils ist ein Gebiet der aktiven Forschung.

Ungefähr 89 % von kosmischen Strahlen sind einfache Protone oder Wasserstoffkerne, 10 % sind Helium-Kerne oder Alphateilchen, und 1 % ist die Kerne von schwereren Elementen. Diese Kerne setzen 99 % der kosmischen Strahlen ein. Einsame Elektronen (viel wie Beta-Partikeln, obwohl ihre äußerste Quelle unbekannt ist) setzen viel vom restlichen 1 % ein.

Die Vielfalt von Partikel-Energien widerspiegelt das große Angebot an Quellen. Die Ursprünge erstrecken sich von Prozessen auf der Sonne (und vermutlich andere Sterne ebenso) zu bis jetzt unbekannten physischen Mechanismen in der weitesten Reichweite des erkennbaren Weltalls. Es gibt Beweise, dass sehr hohe Energie kosmische Strahlen werden im Laufe viel längerer Perioden erzeugt als die Explosion eines einzelnen Sterns oder plötzlichen galaktischen Ereignisses, vielfache beschleunigende Prozesse andeutend, die sehr lange Entfernungen hinsichtlich der Größe von Sternen bedecken. Der dunkle Mechanismus der kosmischen Strahl-Produktion in galaktischen Entfernungen ist teilweise ein Ergebnis der Tatsache, dass (verschieden von anderen Radiationen) magnetische Felder in unserer Milchstraße und anderen Milchstraßen kosmische Strahl-Richtung streng biegen, so dass sie fast zufällig von allen Richtungen ankommen, jeden Hinweis der Richtung ihrer anfänglichen Quellen verbergend. Kosmische Strahlen können Energien von mehr als 10 eV viel höher haben als die 10 bis 10 eV, die Landpartikel-Gaspedale erzeugen können. Es hat Interesse am Nachforschen kosmischer Strahlen von noch größeren Energien gegeben.

Kosmische Strahlen werden in Lithium, Beryllium und Bor hinsichtlich des Verhältnisüberflusses an diesen Elementen im Weltall im Vergleich zu Wasserstoff und Helium bereichert, und werden so gedacht, eine primäre Rolle in der Synthese dieser drei Elemente durch den Prozess des "kosmischen Strahls nucleosynthesis" zu haben. Sie erzeugen auch einige so genannte cosmogenic stabile Isotope und Radioisotope auf der Erde, wie Kohlenstoff 14. In der Geschichte der Partikel-Physik waren kosmische Strahlen die Quelle der Entdeckung des Positrons, muon, und das Pi-Meson.

Kosmische Strahlen setzen einen Teil der natürlichen Hintergrundradiation auf der Erde zusammen, ungefähr 10-15 % davon im Durchschnitt betragend. Jedoch können Personen, die an der höheren Höhe leben, mehrere Male mehr Höhenstrahlung erhalten als auf Meereshöhe, und lange Entfernungsluftfahrtgesellschaft-Mannschaften können ihre jährliche Aussetzung der ionisierenden Strahlung wegen dieser Quelle verdoppeln. Da die Intensität von kosmischen Strahlen außerhalb der Atmosphäre der Erde und magnetischen Feldes viel größer ist, wie man erwartet, hat es einen Haupteinfluss auf das Design des Raumfahrzeugs, das Menschen im interplanetarischen Raum sicher transportieren kann.

Zusammensetzung

Kosmische Strahlen können in zwei Kategorien weit gehend geteilt werden: primär und sekundär.

Die kosmischen Strahlen, die aus astrophysical Quellen entstehen, sind primäre kosmische Strahlen; diese primären kosmischen Strahlen wirken mit interstellarer Sache aufeinander, die sekundäre kosmische Strahlen schafft. Die Sonne strahlt auch niedrige Energie kosmische mit Sonnenaufflackern vereinigte Strahlen aus. Fast 90 % von kosmischen Strahlen sind Protone, ungefähr 9 % sind Helium-Kerne (Alphateilchen), und fast 1 % ist Elektronen. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Helium-Kernen (28 %) ist über dasselbe als das primordiale elementare Überfluss-Verhältnis dieser Elemente (24 %).

Der restliche Bruchteil wird aus den anderen schwereren Kernen zusammengesetzt, die Kernsynthese-Endprodukte, Produkte des Urknalls, in erster Linie Lithium, Beryllium und Bor sind. Diese leichten Kerne erscheinen in kosmischen Strahlen im viel größeren Überfluss (~1 %) als in der Sonnenatmosphäre, wo ihr Überfluss ungefähr 10 % mehr als das von Helium ist.

Dieser Überfluss-Unterschied ist ein Ergebnis der Weise, wie sekundäre kosmische Strahlen gebildet werden. Kohlenstoff und Sauerstoff-Kerne kollidieren mit der interstellaren Sache, um Lithium zu bilden, Beryllium und Bor in einem Prozess haben kosmischen Strahl spallation genannt. Spallation ist auch für den Überfluss am Scandium, dem Titan, dem Vanadium und den Mangan-Ionen in kosmischen Strahlen verantwortlich, die durch Kollisionen von Eisen- und Nickel-Kernen mit der interstellaren Sache erzeugt sind. Sieh Natürliche Umweltradioaktivität.

Satellitenexperimente haben Beweise von einigen Antiprotonen und Positronen in primären kosmischen Strahlen gefunden, obwohl es keine Beweise der komplizierten Antimaterie Atomkerne, wie Antihelium-Kerne (Antialpha) Partikeln gibt. Antiprotone erreichen Erde mit einem charakteristischen Energiemaximum von 2 GeV, ihre Produktion in einem im Wesentlichen verschiedenen Prozess von kosmischen Strahl-Protonen anzeigend.

Fluss

Der Fluss von eingehenden kosmischen Strahlen an der oberen Atmosphäre ist vom Sonnenwind, dem magnetischen Feld der Erde und der Energie der kosmischen Strahlen abhängig.

Der Sonnenwind verlangsamt die eingehenden Partikeln und blockiert einige der Partikeln mit Energien unter ungefähr 1 GeV. Der Betrag des Sonnenwinds ist wegen Änderungen in der Sonnentätigkeit nicht unveränderlich. So ändert sich das Niveau des kosmischen Strahl-Flusses mit der Sonnentätigkeit. Das magnetische Feld der Erde lenkt einige der kosmischen Strahlen ab, die Beobachtung verursachend, dass der Fluss von der Breite, der Länge und dem Azimut-Winkel anscheinend abhängig ist. Die magnetischen Feldlinien lenken die kosmischen Strahlen zu den Polen ab, die Aurora verursachend.

In Entfernungen von ~94 AU von der Sonne erlebt der Sonnenwind einen Übergang, genannt den Beendigungsstoß vom Überschall-bis Unterschallgeschwindigkeiten. Das Gebiet zwischen dem Beendigungsstoß und dem heliopause handelt als eine Barriere für kosmische Strahlen, den Fluss an niedrigeren Energien durch ungefähr 90 % vermindernd.

In der Vergangenheit wurde es geglaubt, dass der kosmische Strahl-Fluss ziemlich unveränderlich mit der Zeit geblieben ist. Jedoch deutet neue Forschung 1.5 zu 2-fachen Änderungen der Millennium-Zeitskala im kosmischen Strahl-Fluss in den letzten vierzigtausend Jahren an.

Der Umfang der Energie des kosmischen Strahl-Flusses im interstellaren Raum ist mit dieser anderer tiefer Raumenergien sehr vergleichbar: Kosmisches ungefähr ein Strahl-Energie-Dichte-Durchschnitt-Elektronvolt pro Kubikzentimeter des interstellaren Raums oder ~1 eV/cm, der mit der Energiedichte des sichtbaren Sternenlichtes an 0.3 eV/cm, die galaktische magnetische Feldenergiedichte vergleichbar ist (hat 3 microgauss angenommen), der ~0.25 eV/cm oder die Strahlenenergiedichte des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) an ~ 0.25 eV/cm ist.

Jedoch werden kosmische Strahlen, verschieden von den anderen Energiebestandteilen oben, aus in Ionen zerfallenden Partikeln zusammengesetzt, und das ist zu biologischen Prozessen viel zerstörender, als einfache Energien andeuten. Wie bemerkt, unten machen sich kosmische Strahlen auf durchschnittlichen 10 bis 15 % der ionisierenden Hintergrundstrahlung Menschen auf der Erde zurecht, aber dieser Bestandteil kann mehrere Male für Personen größer sein, die an höheren Höhen leben.

Die Zahl von Partikeln, die den Boden schlagen, ist von mehreren Faktoren einschließlich der Position in Bezug auf das magnetische Feld der Erde, Sonnenzyklus, Erhebung und die Energie der Partikeln abhängig. Für 1 Partikeln von GeV ist die Rate der Ankunft ungefähr 10,000 pro Quadratmeter pro Sekunde. An 1 TeV ist die Rate 1 Partikel pro Quadratmeter pro Sekunde. An 10 PeV gibt es nur einige Partikeln pro Quadratmeter pro Jahr. Partikeln über 10 EeV kommen nur in eine Rate von ungefähr einer Partikel pro Quadratkilometer pro Jahr, und über 100 EeV an einer Rate von ungefähr einer Partikel pro Quadratkilometer pro Jahrhundert an.

Entdeckung

Kosmische Strahlen kollidieren mit den Kernen von atmosphärischem Benzin, eine Dusche, unter anderen, pions und kaons, diesem Zerfall in muons erzeugend. Diese muons sind im Stande, die Oberfläche der Erde zu erreichen, und sogar für eine Entfernung in seichte Gruben einzudringen. Muons werden durch viele Typen von Partikel-Entdeckern wie Wolkenräume oder Luftblase-Räume oder Funkeln-Entdecker leicht entdeckt. Mehrere muons, die durch getrennte Entdecker in demselben Moment beobachtet sind, zeigen an, dass sie in demselben Dusche-Ereignis erzeugt worden sind.

Kosmische Strahlen, die andere planetarische Körper im Sonnensystem zusammenpressen, werden indirekt durch das Beobachten hoher Energiegammastrahl-Emissionen durch das Gammastrahl-Fernrohr entdeckt. Diese sind von radioaktiven Zerfall-Prozessen durch ihre höheren Energien über ungefähr 10 MeV bemerkenswert.

Die Entdeckung durch die Partikel-Spur - ätzt Technik

Kosmische Strahlen können auch direkt durch Partikel-Entdecker an Bord von Satelliten oder hohen Höhe-Ballons entdeckt werden. In einer Pioniertechnik, die von Robert Fleischer, P. Buford Price und Robert M. Walker entwickelt ist, werden Platten von klarem Plastik, wie 1/4 mil Polykarbonat von Lexan, zusammen aufgeschobert und direkt zu kosmischen Strahlen in der hohen oder Raumhöhe ausgestellt. Die Kernanklage verursacht das chemische Band-Brechen oder die Ionisation im Plastik. An der Oberseite vom Plastikstapel ist die Ionisation weniger wegen der hohen kosmischen Strahl-Geschwindigkeit. Weil die kosmische Strahl-Geschwindigkeit wegen der Verlangsamung im Stapel, den Ionisationszunahmen entlang dem Pfad abnimmt. Die resultierenden Plastikplatten werden "geätzt" oder langsam in der warmen Ätznatriumshydroxyd-Lösung aufgelöst, die das Oberflächenmaterial an einer langsamen, bekannten Rate entfernt. Das Ätznatriumshydroxyd löst sich an einer schnelleren Rate entlang dem Pfad von ionisiertem Plastik auf. Das Nettoergebnis ist eine Grube in der konischen Form oder Ätzgrube im Plastik. Die Ätzgruben werden unter einem hohen Macht-Mikroskop (normalerweise 1600X Ölimmersion) gemessen, und die ätzen Rate wird als eine Funktion der Tiefe im aufgeschoberten Plastik geplant. Das gibt eine einzigartige Kurve für jeden Atomkern von Z von 1 bis 92 nach, Identifizierung sowohl der Anklage als auch Energie des kosmischen Strahls erlaubend, der den Plastikstapel überquert. Das umfassendere die Ionisation entlang dem Pfad; höher die Anklage.

Diese Technik ist erfolgreich verwendet worden, um nicht nur kosmische Strahlen, aber Spaltungsproduktkerne für Neutronentdecker zu entdecken.

Entdeckung durch die Luftdusche

Wenn kosmische Strahlen in die Atmosphäre der Erde eingehen, kollidieren sie mit Molekülen, hauptsächlich Sauerstoff und Stickstoff, um eine Kaskade von Milliarden von leichteren Partikeln, einer so genannten Luftdusche zu erzeugen.

Alle erzeugten Partikeln bleiben innerhalb von ungefähr einem Grad des Pfads der primären Partikel. Typische in solchen Kollisionen erzeugte Partikeln sind beladene Mesonen z.B positiver und negativer pions und kaons. Diese verfallen nachher in muons, die durch viele Typen von Partikel-Entdeckern leicht entdeckt werden.

Forschung und Experimente

Es gibt mehrere kosmische Strahl-Forschungsinitiativen. Diese schließen ein, aber werden nicht beschränkt auf:

• Boden-Experiment
• Akeno Riese-Luftdusche-Reihe
• CHICOS
• Hohes Entschlossenheitsfliege-Auge kosmischer Strahl-Entdecker
• MAGIE
• MARIACHI
• Erdbohrer-Sternwarte von Pierre
• Fernrohr-Reihe-Projekt
• Washington große Bereichszeitzufall-Reihe
• WOLKE
• Raumschiff-Erde (Entdecker)
• Milagro
• Echtzeitneutronmonitor-Datenbank (NMDB)
• KASCADE
• GAMMA
• TRAUBEN 3
• HEGRA
• Chicago Air Shower Array (CASA)
• IceCube
• Satellitenexperiment
• PAMELA
• Alpha magnetisches Spektrometer
• ASS (fortgeschrittener Zusammensetzungsforscher)
• Reisender 1 und Reisender 2
• Cassini-Huygens
• HEAO 1, Sternwarte von Einstein (HEAO2), HEAO 3
• Fermi Gammastrahl-Raumfernrohr
• Heliospheric und Sonnensternwarte
• Interstellarer Grenzforscher
• Langton äußerster Intensitätsentdecker des Kosmischen Strahls
• Ballon-geborenes Experiment
• BESS (Ballon-geborenes Experiment mit dem Superleiten des Spektrometers)
• ATIC (fortgeschrittener dünner Ionisationswärmemengenzähler)
• LEUCHTSPURGESCHOSS (kosmischer Strahl-Entdecker)
• TIGER
• Cosmic Ray Energetics And Mass (CREAM)
• PERDaix
• HITZE (hohes Energieantimaterie-Fernrohr)

Geschichte

Nach der Entdeckung der Radioaktivität durch Henri Becquerel 1896 wurde es allgemein geglaubt, dass atmosphärische Elektrizität, Ionisation der Luft, nur durch die Radiation von radioaktiven Elementen im Boden oder dem radioaktiven Benzin oder den Isotopen von radon verursacht wurde, den sie erzeugen. Maße von Ionisationsraten an zunehmenden Höhen über dem Boden während des Jahrzehnts von 1900 bis 1910 haben eine Abnahme gezeigt, die als wegen der Absorption der ionisierenden Strahlung durch die vorläufige Luft erklärt werden konnte.

1909 hat Theodor Wulf einen electrometer, ein Gerät entwickelt, um die Rate der Ion-Produktion innerhalb eines hermetisch gesiegelten Behälters zu messen, und hat es verwendet, um höhere Niveaus der Radiation an der Oberseite vom Eiffel Turm zu zeigen, als an seiner Basis. Jedoch wurde sein in Physikalische Zeitschrift veröffentlichtes Papier nicht weit akzeptiert. 1911 hat Domenico Pacini gleichzeitige Schwankungen der Rate der Ionisation über einen See, in Übersee, und an einer Tiefe von 3 Metern von der Oberfläche beobachtet. Pacini hat aus der Abnahme der Radioaktivität unterhalb der Wasserlinie beschlossen, dass ein bestimmter Teil der Ionisation wegen Quellen außer der Radioaktivität der Erde sein muss.

Dann, 1912, hat Victor Hess drei erhöhte Genauigkeit Wulf electrometers zu einer Höhe von 5300 Metern in einem freien Ballon-Flug getragen. Er hat gefunden, dass die Ionisationsrate ungefähr vierfach über die Rate am Boden-Niveau zugenommen hat. Hess hat auch die Sonne als die Quelle der Radiation ausgeschlossen, indem er einen Ballon-Aufstieg während einer Nah-Gesamteklipse gemacht hat. Mit dem Mond, der viel sichtbare Radiation der Sonne blockiert, hat Hess noch steigende Radiation an steigenden Höhen gemessen. Er hat beschlossen, dass "Die Ergebnisse meiner Beobachtung am besten durch die Annahme erklärt werden, dass eine Radiation der sehr großen eindringenden Macht in unsere Atmosphäre von oben eingeht." In 1913-1914 hat Werner Kolhörster die früheren Ergebnisse von Victor Hess bestätigt, indem er die vergrößerte Ionisationsrate an einer Höhe 9 km gemessen hat. Hess hat den Nobelpreis in der Physik 1936 für seine Entdeckung erhalten.

In den 1920er Jahren wurde der Begriff "kosmische Strahlen" von Robert Millikan ins Leben gerufen, der Maße der Ionisation wegen kosmischer Strahlen von tief unter Wasser zu hohen Höhen und um den Erdball gemacht hat. Millikan hat geglaubt, dass seine Maße bewiesen haben, dass die primären kosmischen Strahlen Gammastrahlung, d. h., energische Fotonen waren. Und er hat eine Theorie vorgeschlagen, dass sie im interstellaren Raum als Nebenprodukte der Fusion von Wasserstoffatomen in die schwereren Elemente erzeugt wurden, und dass sekundäre Elektronen in der Atmosphäre durch das Zerstreuen von Compton der Gammastrahlung erzeugt wurden. Aber dann, 1927, hat J. Clay Beweise [J. Clay, Proc gefunden. Acad. Wetesch. Amsterdam, 30:633 (1927)], später bestätigt in vielen Experimenten, einer Schwankung der kosmischen Strahl-Intensität mit der Breite, die angezeigt hat, dass die primären kosmischen Strahlen durch das geomagnetic Feld abgelenkt werden und deshalb beladene Partikeln, nicht Fotonen sein müssen. 1929 Bothe und Kohlhörster [W. Bothe & W. Kohlhörster, Zeitschrift für Physik, 36:751 (1929)] hat beladene Partikeln des kosmischen Strahls entdeckt, die in 4.1 Cm Gold eindringen konnten. Beladene Partikeln solcher hoher Energie konnten durch Fotonen vom interstellaren Fusionsprozess von Millikan nicht vielleicht erzeugt werden.

1930, Bruno Rossi [B. Rossi, Phys. Hochwürdiger. 36:606 (1930)] hat einen Unterschied zwischen den Intensitäten von kosmischen Strahlen vorausgesagt, die aus dem Osten und dem Westen ankommen, der von der Anklage der primären Partikeln - die so genannte "Ostwestwirkung abhängt." Drei unabhängige Experimente [T. H. Johnson, Phys. Hochwürdiger. 43:834 (1934); L. Alvarez & A. H. Compton, Phys. Hochwürdiger. 43:835 (1934); B. Rossi, Phys. Hochwürdiger., 45:212 (1934)] hat gefunden, dass die Intensität tatsächlich aus dem Westen, größer ist, beweisend, dass die meisten Vorwahlen positiv sind. Während der Jahre von 1930 bis 1945 hat ein großes Angebot an Untersuchungen bestätigt, dass die primären kosmischen Strahlen größtenteils Protone sind, und die sekundäre in der Atmosphäre erzeugte Radiation in erster Linie Elektronen, Fotonen und muons ist. 1948, Beobachtungen mit Kernemulsionen, die durch Ballons zur Nähe die Spitze der Atmosphäre [P getragen sind. Brathuhn und al, Phys. Hochwürdiger. 74:213 (1948)] [H. L. Bradt & B. Peters, Phys. Hochwürdiger., 74:1828 (1948)] hat gezeigt, dass etwa 10 % der Vorwahlen Helium-Kerne (Alphateilchen) sind und 1 % schwerere Kerne der Elemente wie Kohlenstoff, Eisen und Leitung ist.

Während eines Tests seiner Ausrüstung, für die Ostwestwirkung zu messen, hat Rossi bemerkt, dass die Rate von nah-gleichzeitigen Entladungen von zwei weit getrennten Geigerzählern größer war als die erwartete zufällige Rate. In seinem Bericht über das Experiment hat Rossi [B. Rossi, Ric geschrieben. Sci. 5 (1):579 (1934)] "... scheint es, dass hin und wieder die Aufnahme-Ausrüstung durch sehr umfassende Schauer von Partikeln geschlagen wird, der Zufälle zwischen den Schaltern verursacht, die sogar in großen Entfernungen von einander gelegt sind." 1937 hat Pierre Auger, der des früheren Berichts von Rossi unbewusst ist, dasselbe Phänomen entdeckt und hat es in einem Detail untersucht. Er hat beschlossen, dass energiereiche primäre Partikeln des kosmischen Strahls mit Luftkernen hoch in der Atmosphäre aufeinander wirken, eine Kaskade von sekundären Wechselwirkungen beginnend, die schließlich eine Dusche von Elektronen und Fotonen nachgeben, die Boden-Niveau erreichen.

Sowjetischer Physiker Sergey Vernov war erst, um radiosondes zu verwenden, um kosmische Strahl-Lesungen mit einem Instrument durchzuführen, das zur hohen Höhe durch einen Ballon getragen ist. Am 1. April 1935 hat er Maße an Höhen das bis zu 13.6 Kilometer Verwenden eines Paares von Geigerzählern in einem Antivalenz-Stromkreis genommen, um zu vermeiden, sekundäre Strahl-Schauer aufzuzählen.

Homi J. Bhabha hat einen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit von sich zerstreuenden Positronen durch Elektronen, ein Prozess abgeleitet, der jetzt als Bhabha bekannt ist, der sich zerstreut. Sein klassisches Papier, gemeinsam mit Walter Heitler, veröffentlicht 1937 hat beschrieben, wie primäre kosmische Strahlen vom Raum mit der oberen Atmosphäre aufeinander wirken, um am Boden-Niveau beobachtete Partikeln zu erzeugen. Bhabha und Heitler haben die kosmische Strahl-Dusche-Bildung durch die Kaskadeproduktion der Gammastrahlung und positiven und negativen Elektronpaare erklärt.

Maße der Energie und Ankunftrichtungen der ultrahohen Energie primäre kosmische Strahlen durch die Techniken der "Dichte-Stichprobenerhebung" und "schnell des Timings" von umfassenden Luftschauern wurden zuerst 1954 von Mitgliedern von Rossi Cosmic Ray Group am Institut von Massachusetts für die Technologie [G. Clark ausgeführt u. a. Phys. Hochwürdiger. 122:637 (1961)]. Das Experiment hat elf Funkeln-Entdecker verwendet, die innerhalb eines Kreises 460 Meter im Durchmesser auf Grund der Agassiz Station der Universitätssternwarte von Harvard eingeordnet sind. Von dieser Arbeit, und von vielen anderen Experimenten ausgeführt überall auf der Welt, wie man jetzt bekannt, streckt sich das Energiespektrum der primären kosmischen Strahlen außer 10 eV aus. Ein riesiges Luftdusche-Experiment hat gerufen das Erdbohrer-Projekt wird zurzeit an einer Seite auf den Pampas Argentiniens von einem internationalen Konsortium von Physikern bedient, die von James Cronin, 1980 Nobelpreis in der Physik der Universität Chicagos und Alan Watsons von der Universität von Leeds geführt sind. Ihr Ziel ist, die Eigenschaften und Ankunftrichtungen der sehr höchsten Energie primäre kosmische Strahlen zu erforschen. Wie man erwartet, haben die Ergebnisse wichtige Implikationen für die Partikel-Physik und Kosmologie, wegen eines theoretischen Greisen-Zatsepin-Kuzmin beschränken auf die Energien von kosmischen Strahlen von langen Entfernungen (ungefähr 160 Millionen Lichtjahre), der über 10 eV wegen Wechselwirkungen mit den Rest-Fotonen vom Urknall-Ursprung des Weltalls vorkommt.

Im November 2007 wurden einleitende Ergebnisse bekannt gegeben zeigend, dass die Richtung des Beginns der 27 höchsten Energieereignisse mit den Positionen von aktiven galaktischen Kernen [AGN] stark aufeinander bezogen wurde, wo, wie man glaubt, bloße Protone durch starke magnetische Felder beschleunigt werden, die mit den großen schwarzen Löchern an den AGN Zentren zu Energien von 10 eV und höher vereinigt sind.

Energiereiche Gammastrahlung (> 50 Fotonen von MeV) wurde schließlich in der primären Höhenstrahlung durch ein MIT-Experiment entdeckt hat den OSO-3 Satelliten 1967 [W. Kraushaar fortgesetzt u. a. AFP. J., 177:341 (1972)]. Bestandteile sowohl galaktischen als auch extragalaktische Ursprünge wurden an Intensitäten viel weniger als 1 % der primären beladenen Partikeln getrennt identifiziert. Seitdem haben zahlreiche Satellitengammastrahl-Sternwarten den Gammastrahl-Himmel kartografisch dargestellt. Das neuste ist die Fermi Sternwarte, die eine Karte erzeugt hat, ein schmales Band der Gammastrahlungsintensität zeigend, die in getrennten und weitschweifigen Quellen in unserer Milchstraße und zahlreichen einem Punkt ähnlichen extragalaktischen über den himmlischen Bereich verteilten Quellen erzeugt ist.

Effekten

Änderungen in der atmosphärischen Chemie

Kosmische Strahlen ionisieren den Stickstoff und die Sauerstoff-Moleküle in der Atmosphäre, die zu mehreren chemischen Reaktionen führt. Eine der Reaktionen läuft auf Ozon-Erschöpfung hinaus. Kosmische Strahlen sind auch für den Dauerbetrieb mehrerer nicht stabiler Isotope in der Atmosphäre der Erde, wie Kohlenstoff 14, über die Reaktion verantwortlich:

: n + N  p + C

Kosmische Strahlen haben das Niveau von Kohlenstoff 14 in der Atmosphäre grob unveränderlich (70 Tonnen) seit mindestens den letzten 100,000 Jahren bis zum Anfang der oberirdischen Kernwaffenprüfung am Anfang der 1950er Jahre gehalten. Das ist eine wichtige Tatsache, die in radiocarbon in der Archäologie verwendete Datierung verwendet ist.

Reaktionsprodukte von primären kosmischen Strahlen, Radioisotop-Lebenszeit und Produktionsreaktion.

Rolle in der umgebenden Radiation

Kosmische Strahlen setzen einen Bruchteil der jährlichen Strahlenaussetzung von Menschen auf der Erde ein, 0.39 mSv aus insgesamt 3 mSv pro Jahr (13 % des Gesamthintergrunds) für die Bevölkerung der Erde im Durchschnitt betragend. Jedoch kann sich der Hintergrund wegen kosmischer Strahlen von 0.3 mSv/year auf Meereshöhe zu 1.0 mSv pro Jahr in Höhenstädten ändern, die Höhenstrahlungsaussetzung von einem Viertel des Gesamthintergrunds erheben würden. Luftfahrtgesellschaft-Mannschaften, die lange Entfernung fliegen, Höhenwege können zu 2.2 mSv der Extraradiation jedes Jahr wegen kosmischer Strahlen ausgestellt werden, der fast ihre Gesamtaussetzung der ionisierenden Strahlung verdoppelt. Der folgende Tisch vergleicht Höhenstrahlungsdosen mit anderen Quellen der Hintergrundradiation:

:

:

</klein>

Wirkung auf die Elektronik

Kosmische Strahlen haben genügend Energie, die Staaten von Elementen in elektronischen einheitlichen Stromkreisen zu verändern, vorübergehende Fehler verursachend, wie verdorbene Daten in elektronischen Speichergeräten oder falsche Leistung von Zentraleinheiten, häufig gekennzeichnet als "weiche Fehler" vorzukommen (um mit verursachten Softwarefehlern durch die Programmierung von Fehlern/Programmfehlern nicht verwirrt zu sein). Das ist ein Problem in der äußerst Höhenelektronik, solcher als in Satelliten gewesen, aber mit Transistoren, die kleiner und kleiner werden, wird das eine zunehmende Sorge in der Elektronik des Boden-Niveaus ebenso. Studien durch IBM weisen in den 1990er Jahren darauf hin, dass Computer normalerweise über veranlassten Fehler eines kosmischen Strahls pro 256 Megabytes des RAM pro Monat erfahren.

Um dieses Problem zu erleichtern, hat Intel Corporation einen kosmischen Strahl-Entdecker vorgeschlagen, der in zukünftige dichte Mikroprozessoren integriert werden konnte, dem Verarbeiter erlaubend, den letzten Befehl im Anschluss an ein Ereignis des kosmischen Strahls zu wiederholen.

Kosmische Strahlen werden als eine mögliche Ursache eines Flugereignisses 2008 verdächtigt, wo ein Airbus A330 Verkehrsflugzeug von Qantas zweimal Hunderte von Füßen nach einer unerklärten Funktionsstörung in seinem Flugregelsystem getaucht hat. Viele Passagiere und Besatzungsmitglieder, wurden einige ernstlich verletzt. Nach diesem Ereignis haben die Unfallermittlungsbeamten beschlossen, dass das Flugregelsystem des Verkehrsflugzeugs eine Datenspitze erhalten hatte, die nicht erklärt werden konnte, und dass alle Systeme in der vollkommenen Arbeitsordnung waren. Das hat eine Softwaresteigung zum ganzen A330 und A340 Verkehrsflugzeugen weltweit veranlasst, so dass irgendwelche Datenspitzen in diesem System elektronisch herausgefiltert werden.

Bedeutung zur Raumfahrt

Galaktische kosmische Strahlen sind eine der wichtigsten Barrieren, die von Plänen für das interplanetarische Reisen durch das zu Mannschaft gehörte Raumfahrzeug im Weg sind.

Kosmische Strahlen stellen auch eine Bedrohung für die an Bord von aus dem Amt scheidest Untersuchungen gelegte Elektronik dar. 2010 wurde eine Funktionsstörung an Bord des Reisenden 2 Raumsonde einem einzelnen geschnipsten Bit kreditiert, das wahrscheinlich durch einen kosmischen Strahl verursacht ist.

Rolle im Blitz

Kosmische Strahlen sind ins Auslösen der elektrischen Depression im Blitz hineingezogen worden. Es ist vorgeschlagen worden, dass im Wesentlichen der ganze Blitz durch einen relativistischen Prozess, "flüchtige Depression", entsamt durch den kosmischen Strahl secondaries ausgelöst wird. Die nachfolgende Entwicklung der Blitzentladung kommt dann durch die "herkömmliche Depression" Mechanismen vor.

Rolle in der Klimaveränderung

Eine Rolle von kosmischen Strahlen direkt oder über sonnenveranlasste Modulationen in der Klimaveränderung wurde von Edward P. Ney 1959 und von Robert Dickinson 1975 angedeutet. In den letzten Jahren ist die Idee am meisten namentlich von Henrik Svensmark wiederbelebt worden; die neuste IPCC-Studie hat den Mechanismus, während die umfassendste Rezension des Themas diskutiert, um auf Staaten zu datieren: "Beweise für das kosmische Strahl-Zwingen nehmen zu, wie das Verstehen seiner physischen Grundsätze ist."

Angedeutete Mechanismen

Henrik Svensmark. haben behauptet, dass Sonnenschwankungen das kosmische Strahl-Signal abstimmen, das an der Erde gesehen ist, und dass das Wolkenbildung und folglich Klima betreffen würde. Kosmische Strahlen sind fähig dazu experimentell bestimmt worden, ultrakleine Aerosol-Partikeln, Größenordnungen zu erzeugen, die kleiner sind als Wolkenkondensationskerne (CCN).

Gemäß einem Bericht über ein andauerndes CERN WOLKEN-Forschungsprojekt, jedes Kosmische Strahl-Zwingen zu entdecken, ist seitdem auf breiten Ausbreitungsänderungen der zeitlichen Rahmen in der magnetischen Tätigkeit der Sonne, dem magnetischen Feld der Erde schwierig, und die galaktische Umgebung muss in Betracht gezogen werden. Empirisch, vergrößerter Fluss des galaktischen kosmischen Strahls (GCR) scheinen, mit einem kühleren Klima vereinigt zu werden, eine südliche Verschiebung des ITCZ (Beerdigen Sie Tropische Konvergenz-Zone), und eine Schwächung von Monsun-Niederschlägen und umgekehrt. Ansprüche sind der Identifizierung von GCR Klimasignalen in atmosphärischen Rahmen wie hoher Breite-Niederschlag (Todd & Kniveton) und die jährlichen Wolkendeckel-Schwankungen von Svensmark erhoben worden, die, wie man sagte, zur GCR Schwankung aufeinander bezogen wurden. Verschiedene Vorschläge sind für den Mechanismus gemacht worden, durch den kosmische Strahlen Wolken, einschließlich vermittelten nucleation des Ions und indirekter Effekten auf die aktuelle Fluss-Dichte im globalen elektrischen Stromkreis betreffen könnten (sieh Tinsley 2000 und F. Yu 1999). ... Andere Studien beziehen sich auf die Bildung relativ hoch beladener Aerosole und Wolkentröpfchen an Wolkengrenzen, mit einer indirekten Wirkung auf die Eispartikel-Bildung und sich verändernde Aerosol-Wechselwirkung mit Wolkentröpfchen.

Kirkby (2009) beschreiben Rezensionsentwicklungen und weitere Wolke nucleation Mechanismen, die energisch günstig scheinen und von GCRs abhängen.

Geochemical und astrophysical Beweise

Nir Shaviv hat behauptet, dass Klimasignale auf geologischen zeitlichen Rahmen sich ändernden Positionen der galaktischen spiralförmigen Arme der Milchstraße-Milchstraße zuzuschreibend sind, und dass kosmische Strahl-Fluss-Veränderlichkeit der dominierende "Klimafahrer" im Laufe dieser Zeitabschnitte ist. Nir Shaviv und Jan Veizer 2003 streiten, der im Gegensatz zu einem Kohlenstoff Drehbuch gestützt hat, haben das Modell und die Vertretung Schätzungen von atmosphärischen CO Niveaus besonders für frühen Phanerozoic gestützt (sieh Diagramme) zeigen Sie Korrelation mit dem Paläoklimabild nicht, das aus geologischen Kriterien erschienen ist, während kosmischer Strahl-Fluss tun würde.

Die IPCC 2007-Berichte schreiben jedoch stark eine Hauptrolle des anthropogenen Kohlendioxyds in der andauernden Erderwärmung zu, aber weil "verschiedene Klimaveränderungen in der Vergangenheit verschiedene Ursachen" eine Fahrrolle des Kohlendioxyds in der geologischen Vergangenheit hatten, ist weder Fokus des IPCC noch behauptet.

Eine umfassende Studie von verschiedenen Forschungsinstituten war veröffentlichter 2007 durch Scherer. in Raumwissenschaftsrezensionen 2007. Die Studie verbindet geochemical Beweise sowohl auf der Temperatur, dem kosmischen Strahl-Einfluss als auch ebenso astrophysical Überlegungen, die eine Hauptrolle in der Klimaveränderlichkeit über verschiedene geologische zeitliche Rahmen andeuten. Proxydaten des CRF-Einflusses umfassen unter anderen isotopic Beweise in Bodensätzen auf der Erde, und ändert ebenso in (Eisen) Meteorsteine.

Siehe auch

• Umweltradioaktivität
• Kosmischer Strahl spallation
• Forbush vermindern
• Gilbert Jerome Perlow
• Ultraenergiereicher kosmischer Strahl
• Galaktischer kosmischer Strahl
• Extragalactic kosmischer Strahl
• Energische Sonnenpartikel
• Spur, die Experiment von Cherenkov darstellt

Referenzen

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• LEUCHTSPURGESCHOSS Langes Dauer-Ballon-Projekt: Der größte kosmische Strahl-Entdecker ist auf Ballons losgefahren.
• Fliege-Auge von HiRes

Links

• Aspera europäisches Netzportal
• Zeichentrickfilm über kosmische Strahlen auf astroparticle.org
• Helmholtz Verbindung für die Astroparticle Physik
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• Einführung in kosmische Strahl-Schauer durch Konrad Bernlöhr.
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• BBC-Nachrichten, Physiker untersuchen alte Pyramide (kosmische Strahlen verwendend), 2004.
• Die Abschirmung von Raumreisenden durch Eugene Parker.
• Anomale kosmische Strahl-Wasserstoffspektren vom Reisenden 1 und 2
• Anomale kosmische Strahlen (vom Cosmicopia der NASA)
• Rezension von kosmischen Strahlen
• Zusammensetzung von kosmischen Sonnenstrahlen
• "Wer hat Angst vor einem Sonnenaufflackern? Sonnentätigkeit kann für Astronauten überraschend gut sein." Am 7. Oktober 2005, an Science@NASA
• Geschichte von kosmischen Strahlen
• Muon Amateurentdecker - schematics und Artikel
• Video des Entdeckers von Muon im Gebrauch an Smithsonian Luft und Raummuseum