宇宙線

太陽圏、宇宙線から太陽系を部分的に保護する磁気バブルのアーティストのコンセプト。 Walt Feimer/NASA GSFC の概念イメージ ラボ

宇宙線は、宇宙からのある種の SF の脅威のように聞こえます。十分に高い量であることが判明しました。一方、宇宙線は毎日私たちを通り過ぎますが、害はありません。では、これらの神秘的な宇宙エネルギーの断片は何ですか?

宇宙線の定義

「宇宙線」という用語は、宇宙を移動する高速粒子を指します。彼らはどこにでもいます。特に高地に住んでいる場合や飛行機で飛んでいる場合は特に、宇宙線がいずれかの時点ですべての人の体を通過する可能性が非常に高くなります。地球はこれらの光線の中で最もエネルギーの強いものを除いて十分に保護されているため、日常生活で実際に危険をもたらすことはありません.

宇宙線は、大質量星の死（ 超新星爆発 ) と太陽での活動のため、天文学者は高高度気球と宇宙ベースの機器を使用してそれらを研究します。その研究は、宇宙の星や銀河の起源と進化についての刺激的な新しい洞察を提供しています。

宇宙線は、宇宙の他のプロセスの中でも、超新星爆発から発生します。これは、W44 と呼ばれる超新星残骸の赤外線と X 線を組み合わせた画像です。画像を取得するために、いくつかの望遠鏡がそれを見ました。このシーンを作成した星が爆発すると、宇宙線やその他の高エネルギー粒子、電波、赤外線、X 線、紫外線、可視光が放出されました。 NASA/CXC および NASA/JPL-CalTech

宇宙線とは

宇宙線は非常に高エネルギーの荷電粒子 (通常は陽子) であり、ほぼ 光の速度 .太陽から (太陽のエネルギー粒子の形で) 来るものもあれば、星間 (および銀河間) 空間での超新星爆発やその他のエネルギーイベントから放出されるものもあります。宇宙線が地球の大気に衝突すると、「二次粒子」と呼ばれるもののシャワーが発生します。

宇宙線研究の歴史

宇宙線の存在は一世紀以上前から知られていました。それらは、物理学者のビクター・ヘスによって最初に発見されました。彼は 1912 年に気象観測気球に搭載された高精度の電位計を打ち上げ、原子の電離率 (つまり、原子がどのくらいの速さと頻度でエネルギーを与えられるか) を測定しました。 地球の大気の上層 .彼が発見したのは、大気中の高度が上がるほどイオン化率がはるかに大きくなることでした。この発見により、彼は後にノーベル賞を受賞しました。

これは、従来の知恵に直面して飛びました。これを説明する方法についての彼の最初の本能は、何らかの太陽現象がこの効果を生み出しているということでした。しかし、近日食の間に彼の実験を繰り返した後、彼は同じ結果を得て、太陽の起源を事実上除外した.したがって、彼は推測できなかったが、観測されたイオン化を生み出す大気中に何らかの固有の電場がなければならないと結論付けた.フィールドのソースは何か。

物理学者のロバート・ミリカンが、ヘスによって観測された大気中の電場が光子と電子の流れではないことを証明できたのは、それから 10 年以上後のことでした。彼はこの現象を「宇宙線」と呼び、大気中を流れていました。彼はまた、これらの粒子が地球や地球に近い環境から来たものではなく、深宇宙から来たものであると判断しました。次の課題は、どのプロセスまたはオブジェクトがそれらを作成したのかを突き止めることでした。

宇宙線の性質に関する継続的な研究

それ以来、科学者たちは高空を飛ぶ気球を使って大気圏を飛び出し、これらの高速粒子をより多くサンプリングしてきました。南極の南極上空は打ち上げ場所として好まれており、多くのミッションで宇宙線に関するより多くの情報が収集されています。そこにある国立科学気球施設では、毎年数回、計器を搭載した飛行が行われています。彼らが運ぶ「宇宙線カウンター」は、宇宙線のエネルギーだけでなく、その方向と強度を測定します。

南極からの長時間の気球飛行は、宇宙線を検出するために使用できます。 NASA

の 国際宇宙ステーション また、Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM) 実験など、宇宙線の特性を研究する機器も含まれています。 2017 年に設置され、これらの高速で移動する粒子について可能な限り多くのデータを収集するという 3 年間の使命があります。実はCREAMは気球の実験から始まり、2004年から2016年の間に7回飛行しました。

宇宙線の源を突き止める

宇宙線は荷電粒子で構成されているため、その経路は接触する磁場によって変化する可能性があります。恒星や惑星などの天体には当然磁場がありますが、星間磁場も存在します。これにより、磁場がどこで（どのくらいの強さで）発生するかを予測することが非常に困難になります。そして、これらの磁場は空間全体に持続するため、あらゆる方向に現れます。したがって、ここ地球上の私たちの視点から、宇宙線が宇宙のどの地点からも到達していないように見えることは驚くべきことではありません。

宇宙線の発生源を特定することは、長年にわたって困難であることが証明されていました。ただし、想定できるいくつかの仮定があります。まず第一に、宇宙線が非常に高エネルギーの荷電粒子であるという性質は、宇宙線がかなり強力な活動によって生成されることを意味していました。そのため、超新星やブラック ホール周辺の領域などのイベントが有力な候補のように思われました。 太陽 高エネルギー粒子の形で宇宙線に似たものを放出します。

太陽はエネルギーを与えられた粒子の流れと宇宙線を放出します。 SOHO/極端紫外線イメージング望遠鏡 (EIT) コンソーシアム

1949 年、物理学者のエンリコ フェルミは、宇宙線は星間ガス雲の磁場によって加速された単なる粒子であると示唆しました。また、最高エネルギーの宇宙線を生成するにはかなり大きなフィールドが必要であるため、科学者は超新星残骸 (および宇宙の他の大きな物体) をソースとして考え始めました。

宇宙線は、クエーサーに関連する活動など、遠く離れた宇宙の非常にエネルギーの高いイベントから発生する可能性があります。初期の遠いクエーサーがどのように見えるかの芸術的な見方。 ESO/M.コーンメッサー

2008 年 6 月、NASA は として知られるガンマ線望遠鏡 フェルミ — エンリコ・フェルミにちなんで名付けられました。その間 フェルミ はガンマ線望遠鏡であり、その主な科学目標の 1 つは、宇宙線の起源を特定することでした。気球や宇宙ベースの機器による宇宙線の他の研究と相まって、天文学者は現在、ここ地球上で検出された最も高エネルギーの宇宙線の源として、超新星残骸や超大質量ブラックホールなどのエキゾチックな物体に注目しています。

速い事実

• 宇宙線は宇宙のあちこちからやってくるもので、超新星爆発などのイベントによって発生することがあります。
• 高速粒子は、クエーサー活動などの他のエネルギー イベントでも生成されます。
• 太陽はまた、太陽のエネルギー粒子の形で宇宙線を放出します。
• 宇宙線は、地球上でさまざまな方法で検出できます。博物館によっては、宇宙線検出器を展示物として持っています。

ソース

• 宇宙線被ばく。 放射能：ヨウ素131 、www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm。
• NASA 、NASA、imagination.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html。
• RSS 、www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html。

によって編集および更新されましたキャロリン・コリンズ・ピーターセン.