Holisztikus tábor - Július 13-15 - Jelentkezz!
Sign up with your email address to be the first to know about new products, VIP offers, blog features & more.

A kozmikus sugárzás titkai

A kozmikus sugárzás nagyenergiájú töltött részecskékből áll, melyek a világűrből származnak. Sebességük elképesztő: megközelítik a fény terjedési sebességét. Ezek folyamatosan bombázzák a Földet.

 

A kozmikus részecskéknek többféle csoportosítási módja is ismeretes:

  • galaktikus kozmikus sugárzás – ez a leggyakoribb értelmezési mód
  • naperedetű kozmikus sugárzás,
  • ultra-nagy energiájú kozmikus sugárzás,
  • anomális kozmikus sugárzás.

A kozmikus sugárzásban találunk elektronokat, protonokat, gamma-sugárzást és számtalan atommagot. E részecskék mozgási energiája 14 nagyságrendet fog át. A részecskeenergiák között azért van ekkora különbség, mert különböző eredettel bírnak: származhatnak a Napból, de akár az univerzum legtávolabbi szegletéből is.

A KOZMIKUS SUGRÁZÁS FELFEDEZÉSE

 

A kozmikus sugárzást felfedezése Victor Hess nevéhez fűződik, aki 1912-ben egy léggömb-kísérlete során arra lett figyelmes, hogy a fedélzetére vitt elekroszkóp annál gyorsabban veszítette el töltését, minél magasabban járnak. Victor Hess különböző tengerszint feletti magasságokban mérte a sugárzást. A 20. század hajnalán tehát többek között arra keresték a választ a fizikusok, hogy az elektroszkóp miért veszíti el lassan töltését, ha a közelben nincsen semmilyen nyilvánvaló ionizáló sugárforrás. Feltételezték, hogy a töltésvesztést egy y-sugárzásnak nevezett jelenség produkálja. Hess ezt egy olyan sugárzásnak tulajdonította, amely a légkörön kívülről származik. (A kozmikus sugárzásról amúgy azt gondolták, hogy a föld radioaktív izotópjaiból ered.) Az is új távlatokat nyitott meg a kutatásban, hogy az 1912-es napfogyatkozás alkalmával végzett ballonos méréseivel kimutatta, hogy nem a Nap a sugárzás elsődleges forrása. Végül a tudós felfedezéséért 1936-ban Nobel-díjat kapott.

 

Kiderült, hogy nem elektromágneses sugárzásról, hanem töltött részecskékről van szó, amelyek kölcsönhatásba kerülnek a Föld mágneses terével. Az 1930-as — 1950-es évek között, mielőtt az ember által épített részecskegyorsítók energiája elég nagy nem lett, a kozmikus sugárzás volt a nagyenergiájú részecskefizika legfontosabb laboratóriuma. A kozmikus sugárzásban fedezték fel pl. a pozitront és a müont. Ma a kozmikus sugárzással kapcsolatos kutatások nagy része azt vizsgálja, hogy honnan származnak ezek a nagysebességű részecskék, és hogy mi az a mechanizmus, amely gyorsítja őket.

 

1938-ban Pierre Auger vizsgálta az eltérő irányból érkező kozmikus sugárzási eseményeket. Az észlelt események olyan részecskéktől származtak, amelyek túl nagy energiájúak voltak ahhoz, hogy a légkörbe hatoljanak. Vagyis e részecskék nem ütköztek össze a légkör atommagjaival, hanem rengeteg részecskét hoznak létre. Az Auger által tapasztalt események az addig ismerteknél 10 milliószor nagyobb energiájú részecskéktől származtak.

Példának okáért a kozmikus sugárzásban fedezték fel a tudósok a pozitront és a müont is. Manapság arra kíváncsiak a kutatók, hogy vajon honnan származnak ezek a nagysebességű részecskék és milyen jelenség gyorsítja fel őket a hihetetlen sebességűre.

A KOZMIKUS SUGÁRZÁS ÖSSZETÉTELE

Ami a kozmikus sugárzás összetételét illeti, megközelítőleg 89%-át protonok alkotják, 9-10% hélium-atommag (alfa-részecske) és nagyjából 1% nehezebb elem. A leggyakoribb nehezebb elemek (C,N,O) ugyanolyan gyakorisággal fordulnak elő a kozmikus sugárzásban a hidrogénhez képest, mint a Naprendszerben. Ugyanakkor a ritka, könnyű elemek (Li, Be, B, Ne) jóval nagyobb gyakorissággal találhatók meg benne. Ez arra engedte következtetni a szakértőket, hogy a részecskék a megszokotthoz képest eltérő úton jönnek létre.

A (primer) elsőrendű kozmikus sugárzásnak csupán kis hányada ér le a tenger szintjére, mivel kölcsönhatásba lép az atmoszférát alkotó atomokkal és molekulákkal. Másodrendű komponenseknek azokat a részecskéket nevezik, amelyek a primer komponensek és vagy az atmoszférát, vagy a csillagközi ködöket alkotó atomok kölcsönhatása során keletkeznek. Ilyenek például a kisebb atommagok, a pionok, a kaonok és a gamma-sugárzás. A szekunder komponensek közül a tenger szintjén a müonok fordulnak elő legnagyobb számban.

A KOZMIKUS SUGÁRZÁS EREDETE

A galaktikus kozmikus sugárzás töltött részecskéit komolyan befolyásolják a Tejútrendszerben található mágneses terek. Így a mérésükkel az a gond, hogy abból nem lehet megállapítani, hogy honnan származnak. Viszont egyes helyeken beazonosíthatók a kozmikus sugárzás részecskéi, mivel elektromágneses sugárzást keltenek. Erre jó példa Rák-köd.

A kozmikus sugárzásban megtalálható izotópok gyakorisága megmutatja, hogy egy részecske átlagosan mennyi időt tölt el a csillagközi térben, mielőtt elérné a Földet. Egy áltagos részecske nagyjából 10 millió évet tölt el a Tejútrendszer mágneses terében a mérések alapján. A tudósok ma úgy vélik, hogy a galaktikus kozmikus sugárzás legnagyobb része szupernóva-robbanásokból származik. A galaktikus kozmikus sugárzás energia-eloszlásában két fő összetevő azonosítható: egy megszokott galaktikus háttér és egy nemrégiben felrobbant szupernóva hatása.

A kozmikus sugárzás részecskéinek a csillagközi tér gázatomjaival történő ütközése során létrejövő gamma-fotonok alkalmasak annak meghatározására, hogy a kozmikus sugárzás galaktikus eredetű-e, vagy a Tejútrendszeren kívülről származik. Logikus teória, hogy ha a kozmikus sugárzás a galaxison kívülről ered más csillagködökből, akkor azok irányából is ugyanazt az intenzitást kellene mérnünk, mint a Tejútrendszerben. Ennek a logikának azonban ellentmond az a tény, hogy gázsűrűség gamma-fluxusa a mérések alapján jóval kevesebb, mint a galaxison belül. Vagyis ebből az következik, hogy a kozmikus sugárzás javarésze valóban a Tejútrendszerből származik.

Ami a Naprendszeren belül észlelt kozmikus sugárzást illeti, a napaktivitás változását követi a kozmikus sugárzás intenzitása. Ennek hátterében az áll, hogy a galaktikus kozmikus sugárzás kölcsönhatásba lép a Naprendszer bolygóközi mágneses terével, ezért nehezen jut be a belső Naprendszerbe.

A kozmikus sugárzásnak van egy úgynevezett anomális összetevője is. Ez csak nehezen ionizálható molekulákból áll. Ilyen a He, N, O, Ne és az Ar. Ezek a részecskék elektromosan semlegesen érkeznek a Naprendszer közelébe, majd a napszélnek a csillagközi anyaggal való kölcsönhatásának köszönhetően ionizálódnak és felgyorsulnak. Azt a helyet, hol ez a jelenség megtörténik, lökéshullám-frontnak nevezik.

A ZETTA RÉSZECSKE

Az ultra-nagy energiájú sugárzás egyik részecskéje a zetta részecske. Ennek energiája a CERN Nagy Hadronütköztető részecskegyorsítója által létrehozott részecskék energiának milliószorosával egyenértékű. Rejtély, hogy miből származhat ekkora energia. Az enigma megfejtése már csak azért is várat magára, mert a Föld egy négyzet-kilométerére csak egy esik évszázadonként.

Az ilyen típusú, ritkán észlelhető részecskék befogására épül a 3000 km2 –t felölelő berendezéssel ellátott obszervatórium a Föld déli és északi féltekéjén, melynek neve: Pierre Auger Obszervatórium. Az Argentínában részben már működőképes részben eddig 59 ilyen részecskét sikerült összegyűjteni.

Amennyiben az ősrobbanásból származna egy ilyen részecske, akkor annak energiáját az útjába akadó fotonokkal való ütközés erősen lelassította volna. Ebből viszont az a konklúzió vonható le, hogy a forrása nincs túl messze, ami galaktikus léptékben számolva néhány száz-millió fényév távolságot fed le.

AZ EMBERRE GYAKOROLT HATÁS

A kozmikus sugárzás olyan hatást gyakorol az emberi szervezetre, amely egyáltalán nem elhanyagolható. A tengerszinten a teljes háttérsugárzás intenzitásának kb. 30%-a érzékelhető.

További sugárzás származik a természetben egyébként is előforduló radioaktív anyagok bomlásából. Feltételezik, hogy a kozmikus sugárzás befolyással lehet a Föld klímájára. Megfigyelték, hogy a kozmikus sugárzás intenzitása 11 éves ciklusban, a napaktivitással antikorrelációban változik. A napállandó a napfoltciklus során nem sokat változik, ám ultraibolya hullámhosszakon jelentős változást mértek. A megnövekedett intenzitású kozmikus sugárzás jelentős hatást gyakorol a felsőlégkör állapotára.

A MIKORHULLÁMÚ HÁTTÉRSUGÁRZÁS

A mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás egy olyanfajta elektromágneses sugárzás, amely az egész világegyetemet kitölti. Energia-eloszlása 2,725 kelvin hőmérsékletű feketetest-sugárzásnak felel meg, melynek maximuma a mikrohullámú frekvenciatartományba esik.

Az ősrobbanás után kb. 380 000 évvel az atommagok és elektronok atomokká álltak össze, így a világegyetem átlátszóvá vált a fotonok számára. A mikrohullámú háttérsugárzás ebből az időből származik, de a vöröseltolódás miatt a hőmérséklete lecsökkent. A mikrohullámú háttérsugárzást az ősrobbanás egyik bizonyítékának tekintik.

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás majdnem egyenletes. Ugyanakkor bizonyos irányokban tapasztalható némi eltérés a sugárázás tekintetében. Ez talán azzal magyarázható és egyben küszöbölhető ki, hogy a Tejútrendszer  627 km/s sebességgel mozog a sugárzás nyugvó rendszeréhez képest. Ha ezt leszámítjuk a mért adatokból, akkor nagyjából egyenletes eloszlást kapunk.

Az ősrobbanás-teória szerint a korai világegyetem fotonok, elektronok és barionok forró plazmájából épült fel. A fotonok állandó kölcsönhatásban álltak a plazmával. Ahogy a világegyetem tágult, lehetségessé vált, hogy az elektronok protonokhoz kapcsoljanak és hidrogénatomokat hozzanak létre. Ezután a fotonok már nem szóródtak a semlegessé vált atomokon, és szabadon kezdtek el utazni a térben. Ezt a folyamatot rekombinációnak vagy lecsatolódásnak hívják, mivel az elektronok az atommagokkal kombinálódnak és lecsatolódik egymásról az anyag és a sugárzás. Ennek tudható be, hogy az égen jelenleg általunk mért sugárzás 13,7 milliárd évvel ezelőtt indult el felénk, vagyis csatolódott le az anyaggal való kölcsönhatás során.

Azóta a foton tovább hűlt és jelenleg érte el a 2,725 K értéket. Várhatóan a hőmérséklete még tovább fog hűlni, amíg csak a világegyetem tágul.

Boldog napot!

TÁRSOLDALUNK: www.napvallas.hu
signature

No Comments Yet.

What do you think?

Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..