Они абсолютно невидимы. Их очень много. Они смертельно опасны. Это – космические лучи.
Каждый кубический сантиметр пространства пропитан космическими лучами. Это крошечные субатомные частицы, постоянно текущие через нас. Космические лучи в основном состоят из протонов. Но иногда включают и более тяжелые атомные ядра. Они движутся почти со скоростью света. Один из обнаруженных космических лучей (известный как «частица OMG (Oh-My-God)» из-за своей чрезвычайной энергии), врезался в атмосферу нашей планеты в 1991 году. Он прибыл к нам со скоростью 99,99999999999999999999951% от скорости света.
Это очень быстро.
Но несмотря на свое название, космические лучи – это вовсе не лучи. Да как же так! (Возможно скажете Вы😁). Все дело в том, что в 1911 году, когда ученый Виктор Гесс отправил первые детекторы космических лучей на высоту 5300 метров в атмосферу, он не смог отличить обнаруженные частицы от электромагнитного излучения. (Кстати. Гесс впоследствии, несмотря на эту ошибку, получил за эту работу Нобелевскую премию). Но на момент открытия природа явления была не очень важна. Главное – это были лучи сверхвысокой энергии, приходящие из космоса! И несмотря на то, что более поздние эксперименты раскрыли истину, название прижилось.
Откуда берутся космические лучи?
Космические лучи исходят из множества источников. И все они очень интенсивные. Например, когда умирают гигантские звезды, они в считанные секунды буквально выворачиваются наизнанку. В результате чего происходит фантастический взрыв, известный как сверхновая. Одно подобное событие может затмить целую галактику. И именно сверхновые рождают космические лучи, которые разгоняются почти до скорости света.
Звездные слияния тоже могут генерировать подобную энергию. Рождение новых звезд, поглощение их черными дырами, неистовые аккреционные диски вокруг массивных черных дыр – все эти события и объекты испускают космические лучи различной энергии, которые разлетаются по всему космосу.
Однако точно определить, откуда берутся космические лучи, – непростая задача. Ведь они являются заряженными частицами. И реагируют на магнитные поля. Наша Галактика Млечный Путь имеет слабое (но глобальное) магнитное поле, которое изменяет траекторию любых космических лучей, приходящих их других частей Вселенной. Поэтому космические лучи из-за пределов нашей Галактики прибывают к детекторам на Земле с совершенно случайных направлений. Это лишает ученых возможности как-либо объяснить их происхождение.
У современных астрономов есть множество инструментов для поиска таких высокоэнергетических частиц. Самый простой метод – прямое обнаружение. Нужно просто построить специальный ящик и подождать, пока в него ударит космический луч. И записать результат. Такие детекторы установлены, например, на Международной космической станции. Но они весьма ограничены по размеру. И направляют свои взоры только на небольшую часть наблюдаемой Вселенной. Поэтому крупнейшие обсерватории космических лучей используют косвенные методы.
Как часто они попадают на Землю?
По данным НАСА, космические лучи постоянно попадают в атмосферу Земли. Когда это происходит, высвобождается накопленная энергия в виде потока вторичных частиц, которые затем попадают на Землю. И этот поток можно обнаружить, например, с помощью обсерватории Пьера Оже в Аргентине. Вы даже можете построить детектор космических лучей дома. Смочите войлочную подушку в изопропиловом спирте. И поместите ее над сухим льдом. Спирт будет образовывать перенасыщенный пар. Когда придет космический луч, он оставит видимый след в этом паре. Вы можете найти инструкции о том, как это сделать, на веб-сайте CERN.
С помощью самодельного детектора космических лучей Вы можете увидеть около одного низкоэнергетического (около 10 ^ 10 электронвольт) космического луча на квадратный метр в секунду. Более высокоэнергетические космические лучи, имеющие энергию порядка 10 в 15 степени эВ, поражают один квадратный метр примерно один раз в год.
Вредны ли космические лучи?
Космические лучи всех энергий опасны для людей и изделий тяжелой и легкой промышленности😁. Они могут нарушить работу электроники. И даже способны выводить из строя цифровые фотоаппараты. Как форма ионизирующего излучения они могут создать множество негативных последствий для здоровья человека.
Плотная атмосфера нашей планеты и ее мощное магнитное поле хорошо защищают людей от разрушительного воздействия космических лучей. Однако они представляют серьезную опасность для космонавтов. Шестимесячное пребывание на МКС обеспечивает космонавтам дозу космического излучения, эквивалентную той, что 25 человек получат за всю свою жизнь в обыкновенных условиях на Земле. А миссия на Марс туда и обратно, включая некоторое минимальное время пребывания на его незащищенной поверхности, утроит эту дозу.
Космические агентства в настоящее время усердно работают над определением долгосрочных неблагоприятных последствий для здоровья накопленных повреждений, наносимых космическими лучами. И пытаются разработать системы для снижения рисков. Такие, например, как проектирование специальных капсул, в которых груз действует как щит от космических лучей.
Хотя космические лучи обычно доставляют неудобства, без них эволюция жизни, возможно, была бы весьма затруднена. Поскольку они вызывают мутации, которые и предоставляют живым организмам способность эволюционировать.