Содержание
вредно или безопасно для человека
Космические лучи
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.
Австрийско-американский физик ВИКТОР ФРАНЦ ХЕСС, лауреат Нобелевской премии по физике (1936 г.) за открытие космических лучей.
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).
Гамма-всплеск, нарисованный художником
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.
Ультрафиолетовой излучение в солнечном спектре
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.
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Просмотров записи: 7943
Запись опубликована: 14.
09.2021
Автор: Администратор
определение, специфические особенности и разновидности
Космические агентства заявляют о возможности пилотируемого полета на Луну и Марс уже совсем в недалеком будущем, а средства массовой информации вселяют страх в умы обывателей статьями о космическом излучении, магнитных бурях и солнечном ветре. Попробуем разобраться в понятиях ядерной физики и оценить опасности.
Энциклопедические сведения
Под понятие космического излучения подпадает любое электромагнитное излучение, которое имеет внеземное происхождение. Это потоки заряженных и незаряженных частиц различных энергий, которые движутся в космическом пространстве и достигают магнитной оболочки нашей планеты, а иногда и поверхности Земли. Органы чувств человека их не ощущают. Источниками космического излучения служат звезды и галактики.
История открытия
Первенство открытия существования космических лучей (излучение так тоже называют) принадлежит австрийскому физику В.
Гессу (1883-1964). В 1913 году он исследовал электропроводность воздуха. В соавторстве с американским физиком Карлом Дэйвидом Андерсеноном (1905-1991) он доказал, что электропроводность воздуха возникает в результате воздействия на атмосферу космического ионизирующего излучения. За свои исследования оба ученых в 1936 году получили Нобелевскую премию. Дальнейшие исследования в области свойств материи и слабых взаимодействий позволили уже в 50-х годах прошлого столетия выявить спектр этих излучений и происхождение позитронов, пионов, мюонов, гиперонов и мезонов.
Галактическое космическое излучение
Энергия космического потока в ядерной физике измеряется в электронвольтах и равна 0,00001-100 квинтиллионов. Поток частиц первичного (галактического) космического излучения состоит из ядер гелия и водорода. Поток излучения ослабляют магнитосфера нашей Солнечной системы, магнитные поля Солнца и планет. Атмосфера Земли и ее магнитное поле оберегает жизнь на нашей планете. Попадая в атмосферу, частицы испытывают каскадные ядерные превращения, названные вторичным излучением.
Космические тела и излучения при взрывах сверхновых звезд внутри галактики Млечный путь служат источником этого потока альфа-, бета- и гамма-частиц, которые достигают нашей планеты в виде так называемого атмосферного ливня. В магнитном поле Земли альфа- и бета-частицы отклоняются к полюсам, в отличие от нейтральных гамма-частиц.
Солнечное космическое излучение
Близкое по природе к галактическому, оно возникает в хромосфере Солнца и сопровождается взрывом плазменного вещества, за которым следуют выбросы протуберанцев и магнитные бури. При обычной солнечной активности плотность и энергия этого потока небольшие, и их уравновешивает галактическое космическое излучение. При вспышках плотность потока сильно возрастает и превосходит излучение, приходящее из Галактики.
Для жителей планеты опасности нет
И это действительно так. С момента обнаружения космического излучения ученые не перестают его изучать. Последние исследования подтверждают, что вредоносное действие этих потоков поглощается атмосферой планеты и озоновым слоем.
Вред оно может нанести космонавтам и объектам, которые находятся на высоте более 10 километров. Наглядно представить себе процесс каскадного разрушения этого опасного потока частиц в атмосфере довольно легко. Представьте, что с огромной лестницы вы сбросили башню из конструктора «Лего». На каждой ступеньке от нее будет отлетать множество кусочков. Именно так заряженные частицы космического излучения сталкиваются в атмосфере с ее атомами и теряют свой губительный потенциал.
А как же космонавты?
Человек присутствует в космосе в пределах магнитного поля Земли. Даже Международная космическая станция, хоть и находится за пределами атмосферы, но попадает под воздействие магнитного поля планеты. Исключения – полеты астронавтов на Луну. Кроме того, имеет значение и длительность воздействия. Самый продолжительный полет в космосе продлился немногом более года. Исследования здоровья астронавтов, проведенные космическим агентством НАСА, показали, что чем выше доза полученной космической радиации, тем больше вероятность развития у них катаракты.
Данных пока еще не достаточно, хотя именно космическое излучение считают главной опасностью при межпланетных путешествиях.
Кто долетит до Марса?
Федеральное управление авиации США утверждает, что после 32-хмесячного полета на красную планету астронавты получат такую дозу космической радиации, которая приведет к смертельной форме рака у 10% мужчин и 17% женщин. Кроме того, значительно возрастает риск развития катаракты, вероятность бесплодия и генетических аномалий у потомства. Добавим к этому нарушения в процессах нейрогенеза в гиппокампе — месте, где рождаются нейроны, и снижение долговременной памяти. Для того, чтобы снизить уровень этого воздействия, конструкторам еще необходимо изобрести защитную броню для более высокоскоростных космических кораблей и новые эффективные нейропротекторы для астронавтов.
Частицы из космоса ломают гаджеты
Профессор из Университета Вадрербильта (США) Бхарат Бхува выяснил, что электронные устройства могут выйти из строя под воздействием космического излучения.
Согласно данным его исследований, субатомные частицы излучения способны создать помехи в интегральных схемах высокоточных электронных устройств, что приводит к изменению данных в их памяти. В доказательство приводятся следующие факты:
- В городе Схарбек (Бельгия) в 2013 году один из кандидатов в парламент набрал количество голосов значительно превышающее возможное. Именно так и был замечен сбой в реестре устройства, которое подсчитывало голоса. После расследования был сделан вывод, что причина сбоя в космических лучах.
- В 2008 году авиалайнер, который шел по маршруту из австралийского Перта в Сингапур, резко ушел вверх на 210 метров. Травмы получила третья часть всех пассажиров и экипажа. Причина – отказ автопилота. Кроме того, компьютеры авиакомпании тоже выдали несколько ошибок. Расследование исключило все возможные причины таких нарушений в работе систем, кроме космического излучения.
Подводя итог
Теперь у системных администраторов и программистов есть объяснение глюков и сбоев в работе компьютерной техники.
Во всем виновата космическая радиация! А если без шуток – давайте помнить, что жизнь на планете Земля вообще и наш организм в частности — это очень хрупкие биологические системы. Миллиарды лет биологической эволюции испытывали на прочность все формы органической жизни в условиях нашей планеты. Мы можем уберечься от очень многого, но всегда остаются угрозы, которых стоит опасаться. А чтобы правильно защититься, об угрозах нужно знать. Осведомлен – значит вооружен. А к Марсу астронавты все равно полетят, может, не к 2030 году, но полетят точно! Ведь мы, люди, всегда будем стремиться к звездам!
Космические лучи. Космические лучи — это энергичные частицы, которые находятся в космосе и фильтруются через нашу атмосферу. В прошлом мы часто называли космические лучи «галактическими космическими лучами», потому что не знали, откуда они взялись. Теперь ученые определили, что Солнце выбрасывает значительное количество этих высокоэнергетических частиц. «Солнечные космические лучи» (космические лучи Солнца) исходят из солнечной Ученые предположили, что космические лучи могут воздействовать на Землю, вызывая изменения погоды. Нажмите на рисунок, чтобы просмотреть схему потока космических лучей. Нейтронные мониторы. Наземные нейтронные мониторы обнаруживают изменения в диапазоне первичных космических лучей в диапазоне примерно от 500 МэВ до 20 ГэВ. Этот класс детекторов космических лучей более чувствителен в части спектра космических лучей приблизительно от 500 Мэв до 4 ГэВ, чем детекторы мюонов космических лучей. Часть спектра космических лучей, которая достигает атмосферы Земли, контролируется геомагнитной отсечкой, которая варьируется от минимума (теоретически нулевого) на магнитных полюсах до вертикальной отсечки космических лучей около 15 ГВ (в диапазоне от 13 до 17) в экваториальные районы. Первичные частицы космических лучей взаимодействуют с атмосферой и порождают вторичные частицы, часть которых достигает поверхности Земли. В высокоширотных районах Земли, где геомагнитная отсечка невелика, нижний порог срабатывания нейтронного монитора определяется массой атмосферы (около 1030 граммов на уровне моря), что ограничивает порог срабатывания нейтронного монитора на первичное излучение около 430 МэВ. (На Южном полюсе, где поверхность находится на высоте 2820 м над уровнем моря, уменьшенная масса атмосферы снижает порог обнаружения первичного излучения примерно до 300 МэВ). В средних или экваториальных широтах порог обнаружения определяется геомагнитной отсечкой. Нейтронные мониторы на больших высотах имеют более высокую скорость счета, чем нейтронные мониторы на более низких высотах, из-за поглощения атмосферой вторичных космических лучей, генерируемых в верхней части атмосферы. Когда вторичные космические лучи взаимодействуют с монитором (фактически со свинцом, окружающим счетчики), они вызывают распад ядер или звезд. Эти звезды состоят из заряженных фрагментов и нейтронов, обычно в диапазоне энергий от десятков до сотен МэВ, вплоть до энергий до ГэВ. В результате этих ядерных взаимодействий с высокой энергией будет генерироваться больше вторичных фрагментов, чем падающих частиц, и, следовательно, для счетчиков возникает эффект умножения. Нейтроны замедляются, а затем подсчитываются с использованием пропорциональных счетчиков на трифториде бора (BF3), которые являются эффективными детекторами тепловых нейтронов; отсюда и название нейтронный монитор. Первоначальную конструкцию часто называют нейтронным монитором IGY. Описание этого типа инструментов дано Симпсоном (Анналы МГГ, т. 4, с. 351-373, 19).57). NM-64 или супернейтронный монитор был разработан для IQSY (Международные годы тихого солнца 1964-65), когда требовались приборы с более высокой счетной способностью. Данные нейтронного монитора и супермонитора здесь состоят из более чем 100 станций почасовых (UT) значений: (a) скорости счета с поправкой на влияние атмосферного давления; б) нескорректированные скорости счета; и c) данные об атмосферном давлении. Если невозможно получить все три типа данных, наиболее важным является скорость счета с поправкой на атмосферное давление. На этом графике показаны данные нейтронного монитора Climax, штат Колорадо, которым управляет Чикагский университет. Космические лучи показывают обратную связь с циклом солнечных пятен, потому что магнитное поле Солнца сильнее во время максимума солнечных пятен и защищает Землю от космических лучей. Данные космических лучей архивируются со следующих приборов:
Большая часть данных, хранящихся в NCEI, получена с наземных нейтронных мониторов. Спутниковые наблюдения WDC-C2 для космических лучей. Данные космических лучей от нейтронных мониторов, ионизационных камер и мюонных телескопов представляют собой в основном почасовые данные, хранящиеся в виде таблиц на бумаге или в цифровом формате (в настоящее время 130 станций и более 100 Мбайт). | ||
Космические лучи интересовали ученых по разным причинам. Они приходят со всех направлений в космосе, и происхождение многих из этих космических лучей неизвестно. Космические лучи были первоначально открыты из-за ионизации, которую они производят в нашей атмосфере. Космические лучи также имеют экстремальный энергетический диапазон падающих частиц, что позволило физикам изучить аспекты их поля, которые невозможно изучить никаким другим способом.
Космические лучи могут вызывать образование облаков в верхних слоях атмосферы после того, как частицы сталкиваются с другими атмосферными частицами в нашей тропосфере. Процесс столкновения частицы космического луча с частицами в нашей атмосфере и распада на более мелкие пионы, мюоны и т. п. называется
(Примечание: ГэВ — единица энергии, ГВ — единица магнитной жесткости).
Описание этого типа нейтронного монитора дано Кармайклом (Annals of the IQSY, Vol. 1, pp. 178-197, 1968). Супернейтронные мониторы часто обозначаются как xx-NM-64, где xx — количество трубок в мониторах. 18-NM-64 на высоких широтах имеет скорость счета примерно 1 миллион импульсов в час или 0,1% статистики.
Некоторые из этих данных регулярно публикуются как в табличной, так и в графической форме вПрорывная технология открывает происхождение космических лучей
Группа исследователей из Рурского университета Бохума (RUB) разработала новое потрясающее программное обеспечение для обнаружения неизвестных причин космических лучей. Причина высокоэнергетического излучения, попадающего на Землю из космоса, неизвестна уже целое столетие.
Команда разработала компьютерную программу, моделирующую перенос космических лучей в космосе. Это новое изобретение способно определить, какие небесные объекты заставляют лучи падать на поверхность Земли, вместо того, чтобы полагаться на теоретические модели.
Открытие космических лучей
Космические лучи — это форма высокоэнергетического излучения, исходящего с неизвестной территории за пределами Солнечной системы Земли. Они были обнаружены учеными 100 лет назад, и с тех пор исследователи пытаются выяснить, откуда они взялись.
Исследователи столкнулись с рядом проблем, пытаясь установить источник излучения. Если смотреть с Земли днем, космические лучи просто кажутся идентичными небу. Это происходит потому, что свет Солнца рассеивается в атмосфере Земли и равномерно распространяется по всему небу.
Поскольку они взаимодействуют с космическими магнитными полями на пути к Земле, космическое излучение рассеивается до того, как успевает достичь Земли. Это означает, что все, что мы можем видеть в небе, — это равномерно освещенное изображение, поэтому причина высокоэнергетического излучения остается неизвестной.
Программа CRPropa
Программа моделирования была разработана в результате международного сотрудничества 17 исследователей из Германии, Испании, Нидерландов, Италии, Хорватии, Англии и Австрии.
Жюльен Дёрнер, аспирант RUB, сказал: «Наша программа, известная как CRPropa, позволяет нам отслеживать траектории частиц от их образования до прибытия на Землю — и это для всех энергий, которые мы можем наблюдать с Земли».
«Мы также можем полностью объяснить взаимодействие частиц с материей и фотонными полями во Вселенной».
Программа не только моделирует распространение космических лучей, но также улавливает нейтрино и гамма-лучи, образующиеся в результате взаимодействия космических лучей.
Доктор Патрик Райхерцер, научный сотрудник RUB, объяснил: «В отличие от космических лучей, эти частицы-посланники можно наблюдать непосредственно из их источников, поскольку они приходят на Землю по прямому пути».
«Мы также можем использовать программное обеспечение для предсказания таких сигнатур от нейтрино и гамма-лучей от далеких галактик, таких как вспышки звезд или активные галактики».
Эта новая программа моделирования в настоящее время является самым передовым программным обеспечением для изучения космических лучей и позволяет исследователям открывать новые данные о Вселенной.
«Мы можем исследовать новые диапазоны энергий в моделировании, которые не могут быть полностью охвачены с такими подробностями с помощью доступных на сегодняшний день программ», — сказал профессор Карл-Хайнц Камперт из Университета Вупперталя.