Сегодня космическое излучение: Что такое космические лучи и как они влияют на нашу жизнь

Что такое космические лучи и как они влияют на нашу жизнь

Уникальная научная установка НЕВОД, созданная учеными НИЯУ МИФИ, — это один из самых интересных экспериментальных комплексов для исследования космических лучей в России и мире. Разбираемся, как он работает

Поймать мюон: для чего ученые охотятся за космическими частицами?

Жизнь и ее развитие на Земле во многом подчинены законам и процессам, происходящим во Вселенной. Действие гравитации, океанические и морские приливы и отливы и другие привычные для нас явления существуют в результате постоянного взаимодействия нашей планеты с космическими соседями — Солнцем и Луной.

Что такое космические лучи

Космические лучи — одно из интереснейших и не до конца изученных явлений, которое оказывает значительное влияние на жизнедеятельность нашей планеты. Лучи рождаются в глубинах космоса, но их происхождение до сих пор остается загадкой.

Лучи представляют собой протоны и ядра различных атомов, которые движутся в космическом пространстве с высокими скоростями. Некоторые из этих частиц, достигающих Земли, обладают колоссальной энергией, в миллионы раз превышающей энергию частиц в Большом адронном коллайдере. Изучение потока и взаимодействия космических лучей с нашей планетой, а также поиск ответов на вопросы о их происхождении, открывают дорогу к Новой физике. Именно этим занимаются ученые, аспиранты и студенты НИЯУ МИФИ в Экспериментальном комплексе НЕВОД.

Как устроен НЕВОД

Экспериментальный комплекс НЕВОД (или НЕйтринный ВОдный Детектор) является уникальной по масштабам и возможностям установкой для регистрации и исследования космических лучей. Название НЕВОД перекликается с «рыбацкой сетью» для ловли космических частиц путем их регистрации в воде.

Комплекс включает в себя несколько физических детекторов и установок. Основа НЕВОДа — черенковский водный детектор, который работает с излучением, названным в честь открывшего его советского ученого Павла Алексеевича Черенкова. Черенковское излучение представляет собой свечение, вызываемое движением заряженной частицы в прозрачной среде, когда ее скорость превышает скорость света в этой же среде.

Ничто не может двигаться быстрее света в вакууме, но в веществе скорость света может быть значительно ниже. Если частица проходит через прозрачную среду, например воду, ее скорость может быть выше, чем скорость света в воде. По аналогии можно представить истребитель, скорость которого больше, чем скорость звука: в этой ситуации сначала пролетит истребитель, а следом за ним появится звуковая волна. Тот же эффект происходит и в воде, где черенковское излучение находится в видимой части спектра, его можно увидеть своими глазами, например, при работе ядерного реактора.

Черенковское излучение широко используется в детекторах элементарных частиц. Так, основой комплекса НЕВОД является огромный бассейн объемом в 2 тыс. куб. м, в котором и происходит «захват» света от космических частиц. Для сравнения, если одновременно включить два крана в ванной, потребуется несколько месяцев, чтобы наполнить бассейн такого размера.

Для стабильной работы детектора и предотвращения коррозии металлов вода в бассейне должна быть очень чистой, поэтому в детекторе используется дистиллированная вода, а чтобы избежать попадания внешнего света, бассейн накрывается стальными крышками и специальным дерматиновым покрытием.

Внутри бассейна квазисферические измерительные модули (КСМ) располагается в виде пространственной решетки. КСМ являются основным детектирующим элементом конструкции черенковского детектора. Они позволяют регистрировать черенковское излучение с помощью встроенных фотоумножителей.

Фотоумножитель — это высокочувствительный детектор света в различных диапазонах электромагнитного спектра. Каждый модуль имеет шесть фотоумножителей, которые направлены по всем осям координат, то есть смотрят в шесть разных сторон: вправо, влево, вверх, вниз, вперед и назад по отношению к центру модуля.

Модули в бассейне расположены в шахматном порядке на небольшом расстоянии друг от друга, что создает плотную пространственную решетку. Такая конструкция позволяет регистрировать частицы с любого направления с практически одинаково высокой эффективностью и измерять черенковское излучение с высокой точностью. Это уникальная особенность квазисферических модулей, создание которых было отмечено премией Ленинского комсомола. Их концепция на десятилетия опередила время, подобные измерительные модули стали проектировать в Европе только спустя 30 лет.

Поймает всех

Другая значимая особенность — расположение самого комплекса НЕВОД: он находится на поверхности Земли, что нетипично для подобных детекторов. Обычно их размещают глубоко под землей или во льдах. Благодаря такому положению НЕВОД имеет преимущество и может регистрировать самые различные частицы, как «классические» для таких установок мюоны, так и другие. Что представляют собой эти частицы?

Рождаясь, космические лучи движутся в пространстве и попадают в гелиосферу — внешнюю оболочку Солнца. Там космические лучи начинают отклоняться и взаимодействовать с межпланетным магнитным полем и его возмущениями. Когда первичные космические лучи, которые состоят из ядер атомов, достигают атмосферы Земли, они сталкиваются с ядрами атомов азота и кислорода — основных газов атмосферы. В результате такого взаимодействия космических частиц появляются вторичные частицы — пионы, которые «живут» всего 0,03 микросекунды. Пионы распадаются на еще более мелкие частицы — мюоны, которые «живут» почти в сто раз дольше и успевают достигнуть поверхности Земли. Таким образом 70% частиц, доходящих до поверхности Земли, составляют именно мюоны, получившие название от буквы «мю» греческого алфавита.

Каждую минуту детектор площадью 10 м² регистрирует 80 тыс. таких частиц. Каждый детектор имеет монитор, который собирает полученные данные и контролирует процесс работы детектора. Мониторы располагаются в едином центре сбора информации, где аккумулируются и хранятся данные со всех систем и детекторов НЕВОДа.

Обуздать Солнце

Анализ зарегистрированных космических лучей чрезвычайно важен как для новых научных открытий, так и для практического применения в повседневной жизни. Во-первых, космические лучи — это мощный бесплатный ускоритель, который может быть использован для проведения экспериментов, аналогичных проводимым на ускорителях. Во-вторых, изучение космических лучей помогает понять деятельность Солнца и особенности солнечно-земных связей. Солнце — мощный термоядерный реактор, который определяет многие процессы на нашей планете. Активность Солнца нестабильна, там часто происходят различные вспышки, выбросы плазменных облаков.

Плазменные облака обладают очень высокой температурой и могут вылетать в разные стороны. Если облако движется в сторону Земли, это может привести к появлению сильных магнитных бурь и зон турбулентности, которые могут вывести из строя спутники, системы глобального позиционирования, нарушить авиационные маршруты.

Для распознавания таких явлений в комплексе НЕВОД была создана установка УРАГАН, предназначенная для изучения вариаций космических лучей, существующих в гелиосфере, магнитосфере, атмосфере. В режиме реального времени установка регистрирует потоки частиц со всех направлений, анализирует их распределение и различные вариации. Потоки частиц запечатлеваются в виде снимков, где интенсивность потока мюонов выделяется определенным цветом. Зеленый означает некоторое среднее значение, нормальный фон мюонов. Синий цвет — снижение интенсивности, а красно-желтый сигнализирует о возмущениях в направлении движения частиц. Такой процесс называется мюонной диагностикой и позволяет заранее обнаружить аномальные возмущения в магнитном поле Земли.

На пути к Новой физике

Таким образом, комплекс НЕВОД представляет собой уникальный исследовательский центр, не имеющий аналогов в мире. НЕВОД был разработан и создан силами студентов, аспирантов и ученых МИФИ, и является одним из самых масштабных университетских исследовательских центров. Сейчас перед работниками стоят задачи модернизации существующих и разработка новых детекторов для последующих вызовов и открытий в поисках Новой физики. Достижение поставленных целей сделает комплекс НЕВОД частью мировой сети научных центров класса мегасайенс.

Ученые выяснили, как космическое излучение вызывает сбой техники

Электронные гаджеты и компьютеры могут выйти из строя из-за космического излучения, выяснили исследователи. Оно способно вызывать сбои в работе электронных устройств, что не может не беспокоить — ведь сложной техники вокруг становится все больше.

Когда компьютер или смартфон выходит из строя, первые, на кого хочется спустить собак, — производители. Но проблема не всегда в них или в неправильном использовании устройства.

В сбоях электронных устройств могут быть виноваты субатомные частицы родом из-за пределов нашей галактики, считают исследователи из Университета Вандербильта.

Древние кувшины рассказали о магнитном поле Земли

2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее, выяснили ученые. По крайней мере, на территории…

15 февраля 19:01

Как объясняет профессор электротехники Бхарат Бхува в докладе, сделанном в рамках сессии «Облачно, возможны солнечные вспышки: подсчет рисков космической погоды» на ежегодной встрече Американской ассоциации содействия развитию науки, во многих случаях отказ техники происходит из-за воздействия электрически заряженных частиц, созданных космическими лучами. В основном эти лучи генерируются за пределами нашей галактики.

«Это действительно большая проблема, но в основном незаметная для общественности», — отмечает он.

В докладе он проливает свет на различные концепции, в том числе на единичные случаи выхода из строя (Single Event Upset, SEU). На атмосферу Земли воздействуют космические лучи, движущиеся со скоростью света. Они порождают каскады пионов, мюонов, нейтронов и альфа-частиц. Ежесекундно миллионы образовавшихся частиц бомбардируют тела людей. Это воздействие незаметно и не оказывает вреда для организма. Но часть этих частиц способна создавать помехи в интегральных схемах электронных устройств. В результате это взаимодействие может изменить данные, хранящиеся в памяти устройства.

Бхува сообщает, что трудно определить, когда и где появятся такие частицы. Кроме того, никаких физических признаков повреждения не возникает. Также нельзя сразу сказать, виновато в сбое космическое излучение, аппаратный дефект или ошибка программного обеспечения. Для того чтобы утверждать, что проблема вызвана SEU, нужно сначала исключить другие причины.

И все же, трудно — не значит невозможно.

Авторы исследования приводят пример с бельгийским городком Схарбек, где в 2003 году во время выборов в парламент один из кандидатов благодаря излучению получил 4096 дополнительных голосов.

Ошибка была замечена, потому что кандидат набрал количество голосов, превышающее возможное. Расследование причин произошедшего привело к выводу, что ошибка возникла именно из-за воздействия космических лучей, которые вызвали сбой в реестре электронного устройства для подсчета голосов.

Астронавт-близнец омолодился космосом

Неожиданные результаты показало исследование организмов близнецов, один из которых слетал в космос. Ученые…

01 февраля 19:35

Другой приведенный пример — проблема, возникшая на пассажирском самолете, летевшем из Сингапура в Перт.

Из-за воздействия излучения у самолета отключился автопилот и он резко «подпрыгнул» на 210 метров.

Почти треть пассажиров получила настолько серьезные травмы, что самолет пришлось экстренно посадить в ближайшем аэропорту. Кроме того, компьютеры авиакомпании выдали несколько необъяснимых ошибок, которые привели к отмене сотен рейсов и в результате к значительным экономическим потерям.

Исследователи взяли образцы интегральных схем и обследовали их в лаборатории, проверив, как на них воздействуют нейтронные лучи. Выяснилось, что основная часть электроники под таким воздействием может выдавать сотни и тысячи ошибок в работе.

«Наше исследование подтверждает, что мы имеем дело с серьезной и растущей проблемой. Это не стало неожиданностью. Исследовав воздействие излучения на электронные схемы, разработанные для военных и космических технологий, мы смогли выявить его и в устройствах, работающих на Земле», — рассказывает Бхува.

В 2004 году компания Cypress Semiconductor, занимающаяся разработкой и производством полупроводников, приводила следующие данные по количеству вызываемых космическим излучением ошибок:

— мобильный телефон с 500 Кб памяти должен совершать одну потенциальную ошибку в 28 лет;
— сеть маршрутизаторов с памятью в 25 Гб допускает одну ошибку, приводящую к сбою в сети, каждые 17 часов;
— находясь в самолете на высоте 10,6–10,7 км, ноутбук с памятью в 500 Кб может совершать одну ошибку каждые пять часов.

«Мы все равно все умрем»

Когда погибнет жизнь на Земле, как рождается система из трех звезд и где во Вселенной обнаружены. ..

05 ноября 21:02

«Производители полупроводников очень обеспокоены этой проблемой, потому что она становится все серьезнее из-за того, что мощность электронных устройств растет, да и их количество значительно увеличивается», — сообщает Бхува.

Группа, в составе которой он работает, с 2001 года анализирует воздействие космического излучения на бытовые приборы. За это время работу Бхувы и его коллег финансировали такие компании, как Altera, ARM, AMD, Broadcom, Cisco Systems, Marvell, MediaTek, Renesas, Qualcomm, Synopsys и TSMC.

Как отмечает Бхува, проблема касается в основном сектора бытовой электроники — в сферах авиации, медицины, информационных технологий и связи, транспортных, энергетических и финансовых отраслях о проблеме знают и предпринимают шаги для ее решения.

Как было обнаружено космическое излучение?

АстрономияАстрофизика

10.09.2019

3 402 3 минут чтения

Что такое космическое излучение?

Космическое излучение из космоса — это поток высокоэнергетических заряженных частиц. До сих пор его точное происхождение еще не до конца понятно. В связи с этим среди ученых все еще существуют противоречия.

Как было обнаружено космическое излучение?

Около века назад ученые начали измерять заряды в атмосфере. В то время, хотя некоторые из них действительно обнаруживали явления ионизации в атмосфере, они полагали, что заряды испускаются Землей, а не из космоса.

В 1912 году немецкий ученый Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре на 5000 метров и измерил изменения в атмосфере. Он обнаружил, что обнаруженный ток увеличивается с высотой, что привело к его убеждению, что ток был вызван сильным проникающим излучением из космоса. Этот вид излучения впоследствии был назван «космическими лучами». И благодаря этому открытию Виктор Гесс был удостоен Нобелевской премии по физике в 1936 году.

Состав космических лучей

Космические лучи состоят в основном из высокоэнергетических протонов: 85% ядер водорода, 12% α-частиц, с небольшой долей электронов и некоторыми более тяжелыми атомными ядрами. Космические лучи движутся в пространстве почти со скоростью света, некоторые из которых достигают Земли.

Воздействие космических лучей на организм человека

Одна вещь, которую мы должны знать, — то, что заряд высокоэнергетических частиц космических лучей может достигать 100 МэВ. Они могут нарушать нормальную функцию клетки, вызывать заболевания, а значит, представлять угрозу для космонавтов. Если космические лучи проникают в капсулу космических кораблей, они могут также подорвать точность прибора, влияя на их работу. Таким образом, тщательное планирование должно быть принято в каждой космической миссии.

Как человеческое тело сталкивается с космическим излучением?

Пока мы живем на поверхности Земли, нет необходимости принимать какие-либо меры предосторожности против воздействия космического излучения. Это потому, что у Земли есть два механизма, чтобы защитить нас от вреда космических лучей:

Магнитное поле Земли — когда космические лучи приближаются к Земле, магнитное поле будет отклонять заряженные частицы. Конечным результатом является то, что они в основном сосредоточены на двух полюсах Земли, которые очень малочисленны, если вообще населены. Видимым проявлением влияния магнитного поля Земли является сияние, наблюдаемое на полюсах — некоторые частицы космических лучей, которые входят в верхнюю атмосферу Земли (ионосферу), взаимодействуют с атомами, молекулами или ионами азота и кислорода, чтобы произвести красный цвет, зеленый или синий, которые наблюдаются только в высокоширотных областях Земли, демонстрируя, что под магнитным полем Земли интенсивность космических лучей выше вблизи северного и южного полюсов, но ниже вблизи экватора.
Другим механизмом является защитная атмосфера Земли. Атмосфера не только может поглощать большую часть инфракрасного и ультрафиолетового света, но и взаимодействовать с космическими лучами. Частицы высоких энергий так называемого первичного космического луча столкнутся с атомами кислорода или азота в атмосфере и затем превратятся во вторичные частицы космического луча.

Космические лучи проходят через атмосферу, ослабляются и в конечном итоге достигают земли

Эти вторичные частицы имеют достаточную энергию для производства частиц следующего поколения. В результате последовательных преобразований будет получен большой кластер частиц. Однако большинство этих частиц будут поглощаться или саморазрушаться при попадании в атмосферу. Большая часть космического излучения не может достичь поверхности Земли. Энергии частиц, которые проникают на поверхность Земли, будут дополнительно уменьшаться при приближении к земле.

Следовательно, атмосфера действует как барьер для блокирования частиц высоких энергий. Когда космические лучи достигают поверхности Земли, потенциальные вредные воздействия значительно уменьшаются.

Как Гонконгская обсерватория измеряет космические лучи?

Для измерения космических лучей на уровне земли самое главное-минимизировать воздействие других источников излучения, исходящих с земли. Поэтому при проведении измерений существуют определенные требования для обеспечения хороших результатов:

Прежде всего, нам нужно провести измерение в большом пресноводном озере, чтобы ионизирующее излучение радиоактивных веществ в земной коре было поглощено водой; точка измерения должна находиться далеко от гор, почвы и камней, ее расстояние должно быть не менее 1000 метров от берега; а также глубина воды около 6 метров.

Обсерватория Гонконга впервые измерила космическое излучение в 1989 году (Tsui et al, 1991). В Гонконге идеальное место для измерений — водохранилище Plover Cove. С 2000 года Обсерватория ежеквартально использовала лодку из стекловолокна Департамента водоснабжения для измерения в центре резервуара мощности дозы гамма-излучения, вызванной космическими лучами. Для измерения использовалась ионизационная камера высокого давления (портативная система радиационного контроля окружающей среды Reuter-Stokes, модель RSS-131). Время измерения составляло около 1 часа каждый раз.

Сотрудники обсерватории проводят измерения космических лучей на водохранилище Пловерской бухты

Материалы оборудования и стеклопластиковой лодки вместе с радиоактивным элементом (калием-40) внутри человеческого тела также испускают излучение. Поэтому, чтобы получить более высокую точность мощности дозы гамма-излучения из-за космического излучения, мы также устраняем такие незначительные эффекты излучения, добавляя корректировку к измерениям. Такая корректировка составляет около -0,0036 мкГр-1.

На следующем рисунке показаны временные ряды космических излучений, измеренных HKO в 2000–2009 годах. В течение этого периода средняя мощность дозы гамма-излучения находилась в диапазоне от 0,029 до 0,038 мкГр-1, тогда как общее среднее значение составляло 0,033 мкГр-1.

Подпишитесь на нас:Дзен.Новости / Вконтакте / Telegram

Back to top button

Пульсары испускают космические лучи с миллионом миллиардов электронвольт

Мы живем в захватывающее время, когда инструменты нового поколения и усовершенствованные методы ведут к открытиям в астрономии, астрофизике, планетологии и космологии. По мере того, как мы смотрим дальше и подробнее в космос, мы, наконец, находим ответы на некоторые из самых непреходящих загадок. Особый интерес представляют космические лучи, крошечные частицы, состоящие из протонов, атомных ядер или блуждающих электронов, которые были ускорены почти до скорости света. Эти частицы представляют серьезную опасность для астронавтов, отправляющихся за пределы защитного магнитного поля Земли.

В то же время космические лучи регулярно взаимодействуют с нашей атмосферой (производя «ливни» вторичных частиц) и, возможно, даже сыграли роль в эволюции жизни на Земле. Из-за того, что они несут электрический заряд, который затрудняет их путь, когда они путешествуют через магнитное поле Млечного Пути, астрономам трудно найти источник космических лучей. Но благодаря новому исследованию, в котором изучались данные космического гамма-телескопа Fermi НАСА за 12 лет, ученые подтвердили, что самые мощные из них возникают из-за ударных волн, вызванных остатками сверхновых.

Исследованием руководил Ке Фанг, доцент Висконсинского центра астрофизики частиц IceCube Университета Висконсин-Мэдисон. К ней присоединились исследователи из Военно-морской исследовательской лаборатории, Института астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли, Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Католического университета Америки и Центра исследований и исследований в области космической науки и техники (CRESST) в Годдардском университете НАСА. Центр космических полетов. Статья, описывающая их выводы, недавно появилась в журнале Письма о физическом обзоре .

Защита от космических лучей является одним из основных соображений, касающихся будущих полетов на Луну и Марс. Подобно солнечному излучению, эти высокоэнергетические частицы представляют опасность для здоровья космонавтов из-за их воздействия на кожные ткани и органы, а также из-за «ливней» вторичных частиц, которые они производят. Это происходит, когда космические лучи вступают в контакт с нашей атмосферой, которая производит частицы с более низкой энергией, такие как нейтроны или электроны, большая часть которых отклоняется в космос.

Однако в космосе космические лучи производят ливни после столкновения с плотным материалом, например, с радиационной защитой. На борту МКС воздействие этих лучей создает потоки вторичных частиц, которые проходят через корпус и наполняют внутреннее пространство излучением с меньшей энергией. В то время как астронавты МКС могут ограничить свое воздействие этого излучения, возвращаясь на Землю, длительные миссии не будут иметь такой роскоши. В пилотируемых полетах на Марс астронавты проведут в пути до полутора лет плюс несколько месяцев на поверхности Марса.

По этой причине знание того, откуда берутся космические лучи и какой энергии они могут достичь, необходимо для разработки улучшенных методов защиты и смягчения последствий. В течение многих лет астрономы искали, откуда берутся космические лучи с самой высокой энергией — те, которые превышают 1000 триллионов электрон-вольт (ПэВ). Эти лучи в десять раз превышают энергию, генерируемую Большим адронным коллайдером, самым мощным ускорителем частиц в мире, и почти достаточно мощны, чтобы покинуть нашу галактику.

«Теоретики считают, что протоны космических лучей с самой высокой энергией в Млечном Пути достигают энергии в миллион миллиардов электрон-вольт (или ПэВ)», — объяснил Фэнг в недавнем пресс-релизе НАСА. «Точную природу их источников, которые мы называем PeVatrons, было трудно определить».

Результаты космического телескопа Ферми, показывающие G106.3+2 (и J2229+6114) в различных диапазонах энергий. Авторы и права: НАСА/Ферми/Фанг и др. 2022

Хотя отследить происхождение космических лучей сложно, ученые наблюдали, как они сталкиваются с межзвездным газом вблизи сверхновых, что приводит к образованию гамма-лучей (свет с самой высокой энергией). Исходя из этого, ученые предположили в предыдущем исследовании (также основанном на Fermi data), что значительная часть первичных космических лучей возникает в результате взрывов сверхновых. Ради своего исследования профессор Фанг и ее коллеги проанализировали данные Fermi за двенадцать лет о SNR G106.3+2, остатке сверхновой в форме кометы, расположенном примерно в 2600 световых годах от Земли в созвездии Цефея.

Используя свой основной инструмент — Телескоп большой площади (LAT) — Ферми обнаружил гамма-лучи мощностью в миллиарды электрон-вольт (ГэВ) из расширенного хвоста G106. 3+2. Подобные наблюдения были проведены с использованием системы массивов телескопов с очень мощным излучением (VERITAS) в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в южной Аризоне, в Высокогорной водной обсерватории гамма-излучения Черенкова в Мексике и в Тибетском эксперименте AS-Gamma в Китае. Эти обсерватории обнаружили гамма-лучи еще более высоких энергий, достигающие 100 триллионов электрон-вольт (ТэВ).

Хотя частицы космических лучей изначально будут захвачены мощными магнитными полями остатка сверхновой, их путь заставляет их многократно пересекать ударную волну сверхновой. Частицы набирают скорость и энергию с каждым проходом и в конечном итоге становятся слишком быстрыми, чтобы остаток сверхновой мог их удержать. В этот момент они улетают в межзвездное пространство, где становится невероятно трудно проследить их источник. Соавтор Хенрике Флейшхак, исследователь из Католического университета Америки в Вашингтоне и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА:

«Этот объект уже некоторое время вызывает значительный интерес, но чтобы признать его ПеВатроном, мы должны доказать, что он ускоряет протоны. Загвоздка в том, что такое же излучение могут давать электроны, ускоренные до нескольких сотен ТэВ. Теперь, с помощью данных Fermi за 12 лет, мы думаем, что доказали, что G106.3+2.7 действительно является PeVatron».

Иллюстрация работы космического гамма-телескопа НАСА «Ферми». Предоставлено: NASA GSFC

Остаток сверхновой звезды также примечателен пульсаром J2229.+6114 на ее северном конце, который, по мнению астрономов, родился от той же сверхновой. Этот пульсар испускает гамма-лучи при вращении, создавая стробирующий эффект (подобный маяку), энергия которого обычно составляет менее 10 ГэВ. Эти выбросы видны только в течение первой половины вращения пульсара и не представляют каких-либо значительных помех для Fermi . Тем не менее исследовательская группа смогла выделить высокоэнергетические выбросы G106.3+2.7, проанализировав гамма-лучи, поступающие из последней части цикла.

Их детальный анализ убедительно показывает, что протоны в ЭВ являются причиной мощного гамма-излучения, которое они наблюдали. Это исследование показало, что остатки сверхновых являются источником самых мощных космических лучей во Вселенной, хотя остаются некоторые вопросы. Хотя астрономы идентифицировали другие потенциальные источники PeVatron, включая активные галактические ядра (AGN), остатки сверхновых остаются в верхней части списка. Однако было обнаружено, что из примерно 300 известных остатков лишь немногие излучают гамма-лучи с такими энергиями.

«Пока что G106.3+2.7 уникальна, но она может оказаться самым ярким членом новой популяции остатков сверхновых, испускающих гамма-лучи, достигающие энергий ТэВ», — добавил Фанг. «Больше их может быть обнаружено в ходе будущих наблюдений Ферми и гамма-обсерваторий очень высоких энергий».

Дополнительная литература: NASA , Physical Review Letters

Нравится:

Нравится Загрузка…

Физика космических лучей: Чрезвычайно мощные частицы врезаются в Землю.

Вы можете думать, что величайшие и самые загадочные тайны Вселенной существуют где-то там, на краю черной дыры или внутри взрывающейся звезды.

Нет, нас постоянно окружают великие тайны Вселенной. Они даже пронизывают нас, плывя прямо сквозь наши тела. Одной из таких загадок являются космические лучи, состоящие из крошечных частиц атомов. Эти лучи, проходящие через нас в данный момент, не вредны ни для нас, ни для какой-либо другой жизни на поверхности Земли.

Но некоторые из них несут столько энергии, что физики недоумевают, какой объект во Вселенной мог их создать. Многие из них слишком сильны, чтобы происходить от нашего солнца. Многие из них слишком сильны, чтобы возникнуть из-за взрыва звезды. Поскольку космические лучи не часто распространяются по прямой линии, мы даже не знаем, откуда в ночном небе они исходят.

Миру нужно больше чудес

Информационный бюллетень «Необъяснимое» проведет вас через самые увлекательные, оставшиеся без ответа вопросы в науке — и умопомрачительные способы, которыми ученые пытаются на них ответить. Зарегистрироваться Сегодня.

Ответ на тайну космических лучей может включать в себя объекты и физические явления во Вселенной, которые никто никогда раньше не видел и не записывал. И физики проводят несколько масштабных экспериментов по всему миру, посвященных раскрытию этого случая.

Хотя мы не знаем, откуда они берутся и как сюда попадают, мы можем видеть, что происходит, когда эти космические лучи достигают атмосферы нашей планеты почти со скоростью света.

Космические лучи являются посланниками из более широкой вселенной; напоминание о том, что мы являемся частью этого, и напоминание о том, что вокруг еще много тайн. Давайте внимательно посмотрим на эти удивительные частицы, падающие на Землю дождем издалека.

Врезаясь в нашу атмосферу

Когда частицы космических лучей сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы, они взрываются, разрывая атомы на части при сильном столкновении. Частицы от этого взрыва затем продолжают разрывать другие частицы материи в цепной реакции, нарастающей как снежный ком. Часть этой атомной шрапнели даже попадает в землю.

Хавьер Заррачина/Vox

Хавьер Заррачина/Вокс; НАСА

Можно увидеть это в действии, соорудив так называемую камеру Вильсона из стеклянной банки, войлока, сухого льда и изопропилового спирта (то есть медицинского спирта). Вы замачиваете войлок в спирте, а сухой лед (это суперхолодный твердый углекислый газ) охлаждает пары спирта, которые стекают с войлока. Это создает облако паров алкоголя.

В этой камере вы можете увидеть космические лучи, особенно те, что исходят от частицы, называемой мюоном. Мюоны похожи на электроны, но немного тяжелее. Каждый квадратный сантиметр Земли на уровне моря, включая пространство на макушке, каждую минуту подвергается воздействию одного мюона.

Как и электроны, мюоны несут отрицательный заряд. Когда мюоны проносятся через облако спирта, они ионизируют (заряжают) воздух, через который проходят. Заряд в воздухе притягивает пары спирта, и он конденсируется в капли. И эти капли затем прослеживают путь, пройденный космическими лучами через камеру.

Когда вы видите пути, которые прокладывают эти мюоны, подумайте вот о чем: эти субатомные частицы летят к Земле со скоростью 98 процентов скорости света.

Они движутся так быстро, что испытывают замедление времени, предсказанное специальной теорией относительности Эйнштейна. Предполагается, что они распадаются — т. е. распадаются на более мелкие компоненты, электроны и нейтрино — всего за 2,2 микросекунды, что означает, что они едва опустятся на 2000 футов над верхним слоем атмосферы, прежде чем погибнут. Но из-за того, что они движутся так быстро по сравнению с нами, они стареют в 22 раза медленнее. (Подобное случилось с персонажем Мэтью МакКонахи в фильме «9».0007 Interstellar , поскольку он увеличил свою относительную скорость, приближаясь к черной дыре.)

Если бы теория Эйнштейна была неверна, мы бы не увидели никаких мюонов в камере Вильсона. К счастью, они безобидны и двигаются так быстро, что не успевают нанести мощный удар по вашему телу. Ученые могут делать с мюонами кое-что интересное, например использовать их для фотографирования внутренней части Великой пирамиды в Египте.

Напомним, что эти лучи потенциально приводились в движение силами за пределами нашей Солнечной системы, силами, непонятными ни одному физику. Это просто потрясающе.

«Наши коллеги-физики-теоретики недоумевают» по поводу того, как эти частицы получают энергию, — говорит Чарльз Джуи, физик из Университета Юты, занимающийся поиском космических лучей. «Мы также не можем понять, откуда они берутся».

Космические лучи, объяснение

Тайна космических лучей началась с их открытия в 1912 году. Именно тогда физик Виктор Гесс совершил полет на воздушном шаре и обнаружил, что количество радиации в атмосфере увеличивается по мере подъема.

Он был на воздушном шаре, чтобы изолировать свой эксперимент от радиации. Но шумнее было только наверху. Это привело его к выводу, что излучение исходило из космоса, а не радиоактивность от горных пород в земле.

Он также совершил полет на воздушном шаре во время полного солнечного затмения. Поскольку Луна загораживает Солнце, космическое излучение, исходящее от Солнца, должно было отфильтровываться. Но кое-что все же записал. Это привело его к пониманию того, что излучение исходит не от солнца, а из глубины космоса. Его открытие космических лучей принесло ему 1936 Нобелевская премия по физике.

Самая высокоэнергетическая из когда-либо зарегистрированных частиц космических лучей, называемая частицей «О, мой Бог», была примерно в 2 миллиона раз более энергичной, чем самый мощный протон, запущенный Большим адронным коллайдером, самым мощным в мире ускорителем частиц. .

Эта энергия, как объясняет Антонелла Кастеллина, итальянский астрофизик из обсерватории Пьера Оже, подобна энергии, с которой лучший теннисист изо всех сил ударяет по мячу. Теперь это звучит не так уж и много. Но представьте, что вся эта энергия втиснута в область меньше атома — это экстремально. Этой мощности достаточно, чтобы зажечь лампочку на секунду или больше. «Никто не знает, что во Вселенной способно дать субатомной частице такую ​​энергию», — говорит она.

Более того, ученые не понимают, как такая частица вообще может достичь Земли. Считается, что частицы с такими безумно высокими энергиями взаимодействуют с излучением, оставшимся от Большого взрыва и сотворения Вселенной, что должно прервать их, прежде чем они достигнут нас.

Что создало частицу «Боже мой» и столь же мощные космические лучи, остается полной и загадочной загадкой. (Вы можете подумать, почему мы называем эти частицы «лучами»? Это немного неправильное название, сохранившееся с тех пор, как они были открыты столетие назад. Их также называют «астрочастицами». Но космические лучи звучат круче, поэтому мы будем придерживаться этого.)

Космические лучи были открыты 100 лет назад. Итак, вы можете подумать: почему мы не можем понять, что стреляет в нас этими космическими лучами?

Что ж, мы знаем, что некоторые космические лучи исходят от Солнца. Но самые сильные, самые загадочные приходят из великого выхода из галактики и вселенной.

Проблема с поиском источников этих космических лучей очень высокой энергии заключается в том, что лучи не всегда движутся по прямой линии. Различные магнитные поля галактики и вселенной отклоняют их и направляют на извилистые пути.

Многие космические лучи, попадающие на Землю, особенно те, которые исходят от нашего Солнца, отклоняются к полюсам из-за магнитного поля Земли. Вот почему у нас есть северное и южное сияние около полюсов.

В настоящее время ведется несколько масштабных проектов, направленных на то, чтобы лучше понять, откуда берутся эти космические лучи. Один из них связан с действительно огромной глыбой льда на Южном полюсе.

Огромная глыба льда на Южном полюсе — гигантский детектор космических лучей

На дне мира мало живого, кроме физиков. Там, на южном полюсе, они построили нейтринную обсерваторию IceCube, выкованную прямо во льду под поверхностью Южного полюса.

Это блок кристально чистого льда объемом 1 кубический километр (около 1,3 миллиарда кубических ярдов), окруженный датчиками. Эти датчики настроены на обнаружение, когда субатомные частицы, называемые нейтрино, которые путешествуют вместе с другими субатомными частицами в космических лучах, врезаются в Землю.

Хавьер Заррачина/Вокс

Как это работает, не так уж отличается от эксперимента с камерой Вильсона, который мы показали вам выше. Он пытается проследить путь очень особого типа космического луча, называемого нейтрино, который проходит через обсерваторию.

Нейтрино отличаются от других компонентов космических лучей одним очень важным моментом: они практически не взаимодействуют с другими формами материи. У них нет электрического заряда. Это означает, что они путешествуют по Вселенной по относительно прямой линии, и мы можем проследить их до источника.

«Если я посветю фонариком сквозь стену, свет не пройдет», — сказала мне Наоко Курахаши Нельсон, физик элементарных частиц из Университета Дрекселя. «Это потому, что частицы света, фотоны, взаимодействуют с частицами в стене и не могут проникнуть внутрь. Если бы у меня был нейтринный фонарик, этот поток нейтрино прошел бы сквозь стену».

Но время от времени нейтрино — возможно, каждое из 100 000 — ударяет атом во льду в обсерватории и разрывает атом на части.

Затем происходит нечто впечатляющее: в результате столкновения образуются другие субатомные частицы, которые затем разгоняются до скорости, превышающей скорость света, когда они проходят сквозь лед.

Возможно, вы слышали, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Это верно, но только в вакууме. Фотоны, из которых состоит свет (сама по себе субатомная частица), на самом деле немного замедляются, когда входят в плотное вещество, такое как лед. Но другие субатомные частицы, такие как мюоны и электроны, не замедляются.

Когда частицы движутся со скоростью больше скорости света в такой среде, как лед, они светятся. Это так называемое черенковское излучение. И это явление похоже на звуковой удар. (Когда вы движетесь со скоростью, превышающей скорость звука, вы производите взрыв шума.) Когда частицы движутся со скоростью, превышающей скорость света, они оставляют следы жуткого голубого света, как следы от катера на воде. Вот как художник изобразил, как все это выглядит. Нейтрино имеет форму капли серого цвета.

Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/лаборатория CI/Николь Р. Фуллер/NSF/IceCube

Другие обсерватории, ищущие космические лучи, также огромны.

Обсерватория Пьера Оже, где работает Кастеллина, использует массив из 1600 резервуаров, каждый из которых заполнен 3000 галлонами воды. Резервуары разбросаны по площади более 1000 квадратных миль в Мендосе, Аргентина.

Хавьер Заррачина/Вокс

Танки работают как глыба льда на Южном полюсе. Но вместо льда для регистрации космических лучей они используют воду. Танки внутри абсолютно черные. Но когда космические лучи — больше, чем просто нейтрино — попадают в резервуары, они вызывают небольшие вспышки света через черенковское излучение, поскольку они превышают скорость света в воде.

Хавьер Заррачина/Vox

Если многие из резервуаров зафиксируют всплеск космических лучей одновременно, ученые смогут работать в обратном направлении и вычислить энергию частицы, которая попала в верхнюю часть атмосферы. Они также могут приблизительно предположить, откуда в небе была выпущена частица.

В Северном полушарии в штате Юта проводится аналогичный эксперимент, который называется массивом телескопов. Подобно резервуарам в Южной Америке, массив в Юте имеет серию детекторов, разбросанных по огромной площади. В настоящее время он занимает около 300 квадратных миль, но в настоящее время ведутся работы по его модернизации до 1200 квадратных миль. (Чем больше площадь, тем больше шанс обнаружить самые неуловимые и мощные космические лучи.)

Детекторы в штате Юта изготовлены из сверхпрозрачного акрилового пластика и размещены в блоках, напоминающих больничные койки.

Хавьер Заррачина/Вокс

Если многие из детекторов зафиксируют попадание последовательно (представьте, что все частицы ударяются о землю примерно в одно и то же время, как пули из дробовика в мишень), «вы можете реконструировать направление», откуда они пришли, говорит Джуи из Университета. физик из штата Юта, работающий над массивом.

Хавьер Заррачина/Vox

Обсерватория тоже может кое-что прикольное сделать. В очень ясные и темные ночи в пустыне Юты он действительно может видеть слабые следы космических лучей, освещающие нашу атмосферу.

«Идея состоит в том, что вы можете наблюдать за развитием воздушного ливня в атмосфере с помощью ультрафиолетовых камер», — говорит Джуи. «Это камеры, которые снимают видео в течение нескольких микросекунд, десяти кадров в микросекунду [это очень медленное движение], а затем вы действительно можете увидеть протяженную линию в небе и измерить по ней энергию [космических лучей]».

Вы можете помочь в поисках космических лучей

Имея достаточно данных об этих высокоэнергетических космических лучах, ученые надеются когда-нибудь лучше определить, откуда они исходят на небе.

Проблема в том, что сейчас у них просто недостаточно наблюдений за самыми мощными космическими лучами.

Это займет некоторое время, потому что самые мощные космические лучи не слишком часто проходят через детекторы: на каждый квадратный километр Земли приходится примерно одна такая частица в столетие. И чтобы учесть тот факт, что эти лучи не часто проходят по прямой линии, потребуется масса данных.

Но у нас уже есть некоторые подсказки. У обсерватории Пьера Оже есть некоторые (пока не окончательные) данные о том, что некоторые из этих высокоэнергетических частиц происходят из галактик со вспышками звездообразования, которые представляют собой галактики, формирующие звезды с очень высокой скоростью. Группа Джуи пришла к выводу, что около четверти самых мощных наблюдаемых космических лучей исходят из круга размером около 6 процентов от размера ночного неба, расположенного недалеко от созвездия Большой Медведицы. Но это огромная область космоса, и в этом регионе нет явного дымящегося пистолета.

Продолжают поступать новые подсказки. Прошлым летом ученые из обсерватории IceCube опубликовали волнующие доказательства того, что галактики, называемые блазарами, генерируют некоторые из этих высокоэнергетических частиц. Блазары имеют в центре сверхмассивные черные дыры, которые разрывают материю на составные части, а затем выбрасывают субатомные частицы в космос, как лазерную пушку.

Вот очень-очень не в масштабе рисунок художника, на котором изображен блазар, стреляющий лучом космических лучей в Землю.

IceCube/НАСА

Текущие результаты пока не могут объяснить самые мощные космические лучи, зарегистрированные в истории. Их тоже нужно повторять.

Существует также вероятность того, что некоторые лучи производятся силами и объектами, о которых мы в настоящее время не знаем, или взаимодействуют с таинственными вещами, такими как темная материя, способами, которые мы пока не понимаем. Это могут быть инопланетяне, но я в этом сомневаюсь.

Ученым нужно больше данных, больше наблюдений, чтобы определить источники в небе, из которых исходят эти частицы.

И скоро вы сможете заняться поиском. Ваш телефон можно превратить в детектор космических лучей. Дэниел Уайтсон — физик из Калифорнийского университета в Ирвине, который работает над проектом по исследованию космических лучей на основе краудсорсинга. Он называется Crayfis (Космические лучи в смартфонах).

«Количество частиц, которые ударяются об атмосферу с сумасшедшей энергией, действительно велико. Это миллионы [в год]», — говорит Уайтсон. Но обсерватории, такие как Пьер Оже, хоть и огромные, но недостаточно большие, чтобы обнаружить большинство из них. «Если бы мы могли построить достаточно большой телескоп, охватывающий огромные участки земли, мы могли бы очень быстро собрать много данных».

Вот где на помощь приходят смартфоны. Камера в вашем телефоне работает, потому что фотоны — субатомные частицы, из которых состоит свет — активируют датчик на задней части объектива. Космические лучи тоже могут активировать датчик. (Иногда космические лучи могут мешать работе микропроцессора и вызывать сбой компьютера.)

«Если вы положите камеру телефона экраном вниз, большая часть [света] будет заблокирована, и вы получить черную картинку», — объясняет он. «Но частицы из космоса пройдут прямо через ваш телефон, потолок или стену, попадут в [сенсор камеры] и оставят след».

Есть надежда, что миллионы пользователей смогут включить приложение ночью, пока они спят, и оно будет искать эти космические лучи. Уайтсон надеется, что с достаточным количеством телефонов он и его коллеги смогут лучше понять, откуда берутся космические лучи. Проект еще не совсем запущен. Но вы можете зарегистрироваться сейчас, чтобы стать бета-тестером, когда приложение будет готово.

Физики не собираются сдаваться в ближайшее время. Существование высокоэнергетических космических лучей говорит нам о том, что наше понимание Вселенной крайне неполно.

«Это одно из самых жестоких явлений» во вселенной, — говорит Джуи. Вы не хотите узнать, чем это вызвано?

Наша цель в этом месяце

Сейчас не время для платного доступа. Настало время указать на то, что скрыто на виду (например, сотни отрицателей выборов в бюллетенях по всей стране), четко объяснить ответы на вопросы избирателей и дать людям инструменты, необходимые им для активного участия в американской политике. демократия. Подарки читателям помогают сделать наши журналистские статьи, основанные на исследованиях, бесплатными для всех. К концу сентября мы планируем добавить 5000 новых финансовых спонсоров в наше сообщество сторонников Vox. Поможете ли вы нам достичь нашей цели, сделав подарок сегодня?

Что такое космические лучи? | Космос

Ливни частиц высокой энергии возникают, когда энергетические космические лучи достигают верхней части земной атмосферы. Большинство космических лучей представляют собой ядра атомов: большинство из них — ядра водорода, некоторые — ядра гелия, а остальные — более тяжелых элементов. Хотя многие космические лучи с низкой энергией исходят от нашего Солнца, происхождение космических лучей с самой высокой энергией остается неизвестным и предметом многих исследований. На этом рисунке показаны воздушные ливни от космических лучей очень высокой энергии.
(Изображение предоставлено Саймоном Сворди (Университет Чикаго), НАСА)

Космические лучи — это фрагменты атомов, которые падают на Землю дождем из-за пределов Солнечной системы. Они летят со скоростью света, и их обвиняют в проблемах с электроникой спутников и других механизмов.

Открытые в 1912 году космические лучи остаются загадкой более века спустя. Одним из ярких примеров является именно то, откуда они берутся. Большинство ученых подозревают, что их происхождение связано со сверхновыми (звездными взрывами), но проблема заключается в том, что в течение многих лет происхождение космических лучей казалось одинаковым для обсерваторий, изучающих все небо.

Большой скачок вперед в науке о космических лучах произошел в 2017 году, когда обсерватория Пьера Оже (которая раскинулась на 3000 квадратных километров или 1160 квадратных миль в западной части Аргентины) изучила траектории прихода 30 000 космических частиц. Он пришел к выводу, что существует разница в том, как часто приходят эти космические лучи, в зависимости от того, куда вы смотрите. По словам исследователей, хотя их происхождение все еще туманно, знание того, где искать, является первым шагом в изучении того, откуда они взялись. Результаты были опубликованы в Science.

Космические лучи можно использовать даже для приложений, не связанных с астрономией. В ноябре 2017 года исследовательская группа обнаружила возможную пустоту в Великой пирамиде в Гизе, построенной около 2560 года до н. э. с помощью космических лучей. Исследователи обнаружили эту полость с помощью мюонной томографии, которая исследует космические лучи и их проникновение через твердые объекты.

История

Хотя космические лучи были обнаружены только в 1900-х годах, ученые знали, что происходит что-то таинственное, еще в 1780-х годах. Именно тогда французский физик Шарль-Огюстен де Кулон, наиболее известный тем, что в его честь была названа единица измерения электрического заряда, внезапно и таинственным образом обнаружил электрически заряженную сферу, которая больше не была заряжена.

В то время воздух считался изолятором, а не электрическим проводником. Однако после дополнительной работы ученые обнаружили, что воздух может проводить электричество, если его молекулы заряжены или ионизированы. Чаще всего это происходит, когда молекулы взаимодействуют с заряженными частицами или рентгеновскими лучами.

Но откуда взялись эти заряженные частицы, оставалось загадкой; даже попытки заблокировать заряд большим количеством свинца заканчивались ничем. 7 августа 1912 года физик Виктор Гесс поднял высотный воздушный шар на высоту 17 400 футов (5 300 метров). Он обнаружил там в три раза больше ионизирующего излучения, чем на земле, а это означало, что излучение должно было исходить из космоса.

Но на отслеживание «истории происхождения» космических лучей ушло более века. В 2013 году космический гамма-телескоп Ферми НАСА опубликовал результаты наблюдения двух остатков сверхновых в Млечном Пути: IC 433 и W44.

Среди продуктов взрыва этих звезд есть фотоны гамма-излучения, на которые (в отличие от космических лучей) не действуют магнитные поля. Изученные гамма-лучи имели ту же энергетическую сигнатуру, что и субатомные частицы, называемые нейтральными пионами. Пионы образуются, когда протоны застревают в магнитном поле внутри ударной волны сверхновой и сталкиваются друг с другом.

Другими словами, совпадающие энергетические сигнатуры показали, что протоны могут двигаться с достаточно высокими скоростями внутри сверхновых, чтобы создавать космические лучи.

Современная наука

Сегодня мы знаем, что галактические космические лучи представляют собой фрагменты атомов, такие как протоны (положительно заряженные частицы), электроны (отрицательно заряженные частицы) и атомные ядра. Хотя теперь мы знаем, что они могут быть созданы в сверхновых, могут быть и другие источники для создания космических лучей. Также неясно, как именно сверхновые звезды могут создавать эти космические лучи с такой скоростью.

Космические лучи постоянно падают на Землю, и в то время как высокоэнергетические «первичные» лучи сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы Земли и редко доходят до земли, «вторичные» частицы выбрасываются в результате этого столкновения и достигают нас на земле.

Но к тому времени, когда эти космические лучи достигают Земли, невозможно проследить, откуда они пришли. Это потому, что их путь изменился, поскольку они путешествовали через множество магнитных полей (галактики, Солнечной системы и самой Земли).0003

Ученые пытаются проследить происхождение космических лучей, изучая, из чего они состоят. Ученые могут выяснить это, глядя на спектроскопическую сигнатуру, испускаемую каждым ядром в излучении, а также взвешивая различные изотопы (типы) элементов, которые попадают в детекторы космических лучей.

Результат, добавляет НАСА, показывает очень распространенные элементы во Вселенной. Примерно 90 процентов ядер космических лучей составляют водород (протоны) и 9 процентов — гелий (альфа-частицы). Водород и гелий являются наиболее распространенными элементами во Вселенной и источником образования звезд, галактик и других крупных структур. Оставшийся 1 процент — это все элементы, и именно из этого 1 процента ученые могут лучше всего искать редкие элементы, чтобы проводить сравнения между различными типами космических лучей. Сотрудничество обсерватории Пьера Оже обнаружило некоторые вариации в траекториях прихода космических лучей в 2017 году, что дало некоторые намеки на то, откуда эти лучи могли возникнуть.

Ученые также могут датировать космические лучи, изучая радиоактивные ядра, которые со временем уменьшаются. Измерение периода полураспада каждого ядра дает оценку того, как долго космические лучи находятся в космосе.

В 2016 году космический корабль НАСА обнаружил, что большинство космических лучей, вероятно, исходит от (относительно) близких скоплений массивных звезд. Космический корабль Advanced Composition Explorer (ACE) агентства обнаружил космические лучи с радиоактивной формой железа , известной как железо-60. Поскольку эта форма космических лучей со временем деградирует, по оценкам ученых, она должна была возникнуть на расстоянии не более 3000 световых лет от Земли — расстояние, эквивалентное ширине местного спирального рукава Млечного Пути.

Эксперимент под названием ISS-CREAM (Cosmic Ray Energetics and Mass) был запущен на Международной космической станции в 2017 году. Ожидается, что он будет работать в течение трех лет, отвечая на такие вопросы, как, генерируют ли сверхновые звезды большинство частиц космических лучей, когда частицы космических лучей возникли , и если все наблюдаемые энергетические спектры космических лучей могут быть объяснены единым механизмом. На МКС также находится Калориметрический электронный телескоп (CALET), который занимается поиском типов космических лучей с самой высокой энергией. CALET был запущен там в 2015 году.

Космические лучи также можно обнаружить с помощью воздушного шара, например, с помощью эксперимента Super Trans-Iron Galactic Element Recorder (SuperTIGER), в котором участвуют Лаборатория реактивного движения НАСА и несколько университетов. Он совершал полеты несколько раз, в том числе рекордный 55-дневный полет над Антарктидой в период с декабря 2012 г. по январь 2013 г. «С данными этого полета мы изучаем происхождение космических лучей. В частности, тестируем новую модель происхождения космических лучей в OB-ассоциации, а также модели для определения того, какие частицы будут ускорены», — говорится на сайте SuperTIGER.

Граждане ученые также могут участвовать в поиске космических лучей, зарегистрировавшись на сайте crayfis.io. Там они присоединятся к эксперименту CRAYFIS, проводимому Лабораторией методов анализа больших данных (LAMBDA) НИУ ВШЭ в России. Исследователи изучают космические лучи сверхвысоких энергий с помощью мобильных телефонов.

Космическая радиация

Магнитное поле Земли и атмосфера защищают планету от 99,9 процента радиации из космоса. Однако для людей, находящихся вне защиты магнитного поля Земли, серьезной опасностью становится космическое излучение. Прибор на борту марсохода Curiosity во время его 253-дневного полета к Марсу показал, что доза радиации, полученная астронавтом даже во время самого короткого полета между Землей и Марсом, составит около 0,66 зиверта. Это количество равносильно тому, чтобы проходить компьютерную томографию всего тела каждые пять или шесть дней.

Доза в 1 зиверт связана с 5,5-процентным увеличением риска смертельного рака. Нормальная суточная доза радиации, получаемая среднестатистическим человеком, живущим на Земле, составляет 10 микрозивертов (0,00001 зиверта).

У Луны нет атмосферы и очень слабое магнитное поле. Астронавты, живущие там, должны будут обеспечить свою собственную защиту, например, закопав под землю свою среду обитания.

Марс не имеет глобального магнитного поля. Солнечные частицы уничтожили большую часть атмосферы Марса, что привело к очень плохой защите от радиации на поверхности. Самое высокое давление воздуха на Марсе равно высоте 22 мили (35 километров) над поверхностью Земли. На малых высотах атмосфера Марса обеспечивает несколько лучшую защиту от космической радиации.

В 2017 году НАСА произвело некоторые модернизации своей Лаборатории космических излучений (расположенной в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке), чтобы провести дополнительные исследования того, как космические лучи могут влиять на астронавтов во время длительных путешествий, в том числе на Марс. Эти обновления позволяют исследователям легче изменять типы ионов и интенсивность энергии благодаря программному управлению.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space. com.

Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором статей для Space.com (открывается в новой вкладке) в течение 10 лет до этого, с 2012 года. Как гордый Trekkie и канадец, она также занимается такими темами, как разнообразие, научная фантастика, астрономия и игры, чтобы помочь другим исследовать вселенную. Репортажи Элизабет с места событий включают в себя два запуска пилотируемых космических кораблей из Казахстана, три миссии шаттлов во Флориде и встроенные репортажи с моделируемой миссии на Марс в Юте. Она имеет докторскую степень. и магистр наук. получил степень бакалавра космических исследований в Университете Северной Дакоты и степень бакалавра журналистики в Карлтонском университете в Канаде. Элизабет также является инструктором по коммуникациям и науке после окончания средней школы с 2015 года. Ее последняя книга «Моменты лидерства от НАСА» написана в соавторстве с астронавтом Дэйвом Уильямсом.