Космическое излучение

В широком смысле космическое излучение подразумевает под собой любое волновое или корпускулярное излучение, которое зарождается вне Земли. Однако, в научной прикладной сфере чаще всего под ним понимают более узкий термин – космические лучи. Это понятие входит в более широкое, плюс реликтовый фон в радиодиапазоне и некоторые другие лучи. В англоязычном сегменте cosmic rays и cosmic radiation тождественны, поэтому и мы будем использовать такой подход.

История открытия космических лучей

В начале двадцатого века многие физики исследовали  спонтанную ионизацию газа радиацией. Откуда возникал ток в камерах с газом, стенки которых были из свинца толщиной в полметра? Такой механизм пытались объяснить влиянием радиоактивного распада в недрах Земли и какое-то время гипотеза была рабочей.

Однако, в 1912 году исследователь Хесс провел эксперимент с подъемом камер на воздушных шарах. Он обнаружил, что с набором высоты спонтанная ионизация газа нарастала. То есть, чем дальше от Земли – тем больше радиация. После этого уже почти не осталось сомнения, что имеет место некое излучение из космоса.

Первым их окрестил космическими лучами американских физик Милликен. Он же определил приблизительную интенсивность и энергию этого излучения, сравнив его с гамма-радиацией атомных ядер. А в 1932 году Андерсон открыл в космических лучах позитроны, в 1955 – мюоны и мезоны. В 1958 Ван Аллен обнаружил вокруг Земли так называемые радиационные пояса, которые создаются высокоэнергетическими частицами галактического излучения.

Природа и виды космического излучения

Все космические лучи делятся на первичные – непосредственно из космоса, и вторичные – которые образуются в магнитосфере Земли. Из первичного подвида начнем разбираться с галактических космических лучей (ГКЛ).

ГКЛ приходят к нам из-за пределов Солнечной Системы, из разных точек Млечного Пути, собственно, поэтому так и называются. Состоят они из ядер лития, бериллия, бора, разогнанных до энергий от 10-20 мегаэлектронвольт, а также высокоэнергетичных электронов и позитронов. Гипотез происхождения ГКЛ много, но самыми реальными являются сверхновые звезды, либо коллапсары – магнетары, пульсары. Они своими мощными магнитными полями могут разгонять частицы до гигантских скоростей и энергий.

Очевидно предположить, что следующим активным источников космического излучения должно быть наше светило – Солнце. Этот тип так и называется – солнечные космические лучи (СКЛ). В них могут быть и электроны, и протоны, и ядра многих химических элементов, в основном гелия. Эти частицы рождаются в момент вспышек на нашем светиле.

Далее идет такой экстремальный вид КЛ, как гамма-всплески. Впервые их зафиксировали в 1967 году с американского военного спутника, предназначенного для отслеживания ядерных взрывов. Это гамма-излучение приходит к нам от объектов за миллиарды световых лет, можно сказать с другого края вселенной. Более того, оно настолько высоко энергетично, что случись такой всплеск у нас в галактике – вся жизнь на Земле бы вымерла (есть гипотеза, что вымирание трилобитов в ордовикском периоде было вызвано гамма-всплеском). Благо, такие события редки и узконаправлены – считается, что в Млечном Пути они происходят раз в миллион лет.

Что же порождает выбросы такой гигантской энергии? Единого ответа нет, но вероятнее всего они связаны либо со слиянием компактных релятивистских объектов (нейтронных звезд, черных дыр), либо с коллапсом сверхновых звезд определенного (быстровращающиеся) типа. За доли секунд такой объект испускает струю (джет) гамма-лучей с энергией, которую Солнце выделяет за миллионы лет. И потом этот узкий “луч смерти” летит сквозь вселенную.

Следующий вид космического излучения тоже можно отнести к редким и экстремальным явлениям. Речь идет о частицах сверхвысоких энергий (лучи Oh-My-God). Это энергии в 20 миллионов раз превышающие достигнутые на ускорителях частиц. Впервые они были зафиксированы в 1991 году и с тех пор регистрировались всего до 100 раз (то есть, это очень редкое явление). Их источник до сих пор не выявлен и дискутабелен в научной среде.

Все эти типы относятся к первичным, теперь же рассмотрим вторичные космические лучи. К ним относятся частицы (преимущественно протоны и электроны), которые захватываются магнитным полем Земли и циркулируют на определенных высотах. Есть два радиационных пояса Ван Аллена – нижний, на высоте 4000 км, и верхний, 17000 км.

Влияние на человека и социум

Никакого ощутимого влияния у поверхности Земли космическое излучение не имеет и негативных эффектов на здоровье человека не оказывает. Это связано с тем, что атмосфера и магнитосфера планеты нейтрализуют все виды корпускулярных лучей. Естественно, здесь речь не идет о гамма-всплесках, а только о галактических и солнечных частицах.

Гамма-всплески, в свою очередь, по расчетам могут вызывать катастрофические последствия для жизни. Так, если выброс джета от сверхновой нужного типа произойдет на расстоянии 300 световых лет от нас – всплеск буквально выжжет всю планету дотла. Энергия воздействия будет равноценна взрыву термоядерной бомбы на каждый квадратный километр! Но нужно помнить, что во-первых, эти события очень редки, а во-вторых, должны быть прицельно направлены на Землю, а в бескрайнем космосе такая вероятность ничтожно мала.

 

С другой стороны, космические лучи приобретают большую важность в космонавтике, особенно в будущих межпланетных перелетах. Потому что они могут наносить существенный вред астронавтам без защиты магнитосферы Земли. Высокоэнергетичные частицы могут повреждать ДНК клеток человека и вызывать опасные для жизни заболевания.