stringtranslate.com

Космический луч

Космический поток в зависимости от энергии частиц в верхней части атмосферы Земли
Изображение слева: мюон космических лучей, проходящий через камеру Вильсона, рассеивается на небольшой угол в средней металлической пластине и покидает камеру. Изображение справа: мюон космических лучей теряет значительную энергию после прохождения через пластину, на что указывает увеличенная кривизна трека в магнитном поле.

Космические лучи или астрочастицы — это высокоэнергетические частицы или скопления частиц (в основном представленные протонами или атомными ядрами ), которые движутся в пространстве почти со скоростью света . Они происходят от Солнца , за пределами Солнечной системы , в нашей галактике [1] и из далеких галактик. [2] При столкновении с атмосферой Земли космические лучи производят ливни вторичных частиц , некоторые из которых достигают поверхности , хотя основная масса отклоняется в космос магнитосферой или гелиосферой .

Космические лучи были открыты Виктором Гессом в 1912 году в экспериментах на воздушном шаре, за что он был удостоен Нобелевской премии по физике 1936 года . [3]

Прямое измерение космических лучей, особенно при более низких энергиях, стало возможным с момента запуска первых спутников в конце 1950-х годов. Детекторы частиц, аналогичные тем, которые используются в ядерной физике и физике высоких энергий, используются на спутниках и космических станциях для исследования космических лучей. [4] Данные космического телескопа Ферми (2013 г.) [5] были интерпретированы как свидетельство того, что значительная часть первичных космических лучей возникает в результате взрывов сверхновых звезд. [6] [ нужен лучший источник ] Судя по наблюдениям нейтрино и гамма-лучей от блазара TXS 0506+056 в 2018 году, активные ядра галактик, по-видимому, также производят космические лучи. [7] [8]

Этимология

Термин «луч» (как и «оптический луч »), по-видимому, возник из-за первоначального убеждения, из-за их проникающей способности, что космические лучи представляют собой в основном электромагнитное излучение . [9] Тем не менее, после более широкого признания космических лучей как различных частиц высокой энергии с собственной массой , термин «лучи» все еще соответствовал известным на тот момент частицам, таким как катодные лучи , канальные лучи , альфа-лучи и бета-лучи . Между тем, фотоны «космических» лучей , которые являются квантами электромагнитного излучения (и поэтому не имеют собственной массы), известны под своими общими названиями, такими как гамма-лучи или рентгеновские лучи , в зависимости от энергии их фотонов .

Состав

Из первичных космических лучей, возникающих за пределами земной атмосферы, около 99% составляют голые ядра обычных атомов (лишенные электронных оболочек), а около 1% — одиночные электроны (то есть один из типов бета-частиц ). Из ядер около 90% составляют простые протоны (т. е. ядра водорода); 9% — альфа-частицы , идентичные ядрам гелия; и 1% — ядра более тяжелых элементов, называемых ионами HZE . [10] Эти фракции сильно различаются в диапазоне энергий космических лучей. [11] Очень небольшую часть составляют стабильные частицы антиматерии , такие как позитроны или антипротоны . Точная природа этой оставшейся фракции является областью активных исследований. Активный поиск анти-альфа-частиц с околоземной орбиты не привел к их обнаружению. [12]

Попадая в атмосферу, космические лучи яростно разрывают атомы на другие частицы материи, производя большое количество пионов и мюонов (образующихся в результате распада заряженных пионов , имеющих короткий период полураспада), а также нейтрино . [13] Нейтронный состав каскада частиц увеличивается на более низких высотах, достигая от 40% до 80% излучения на высотах самолета. [14]

Из вторичных космических лучей заряженные пионы, порождаемые первичными космическими лучами в атмосфере, быстро распадаются, испуская мюоны. В отличие от пионов, эти мюоны не сильно взаимодействуют с веществом и могут путешествовать через атмосферу, проникая даже ниже уровня земли. Скорость поступления мюонов на поверхность Земли такова, что примерно один в секунду проходит через объем размером с голову человека. [15] Вместе с естественной локальной радиоактивностью эти мюоны являются важной причиной ионизации приземной атмосферы, которая впервые привлекла внимание ученых и в конечном итоге привела к открытию первичных космических лучей, приходящих из-за пределов нашей атмосферы.

Энергия

Космические лучи вызывают большой интерес практически из-за ущерба, который они наносят микроэлектронике и жизни за пределами атмосферы и магнитного поля, а также с научной точки зрения, потому что энергии наиболее энергичных космических лучей сверхвысоких энергий приближаются к 3 × 1020 эВ [16](Это чуть больше, чем в 21 миллион раз расчетная энергия частиц, ускоренныхБольшим адронным коллайдером, 14тераэлектронвольт[ТэВ] (1,4×1013 эВ).[17]). Можно показать, что такие огромные энергии может быть достигнуто с помощьюцентробежного механизма ускорениявактивных ядрах галактик. При энергии 50джоулей[Дж] (3,1×1011 ГэВ)[18]самые высокоэнергетические космические лучи сверхвысоких энергий (такие какчастица OMG, зарегистрированная в 1991 г.) имеют энергии, сравнимые с кинетической энергией 90-километрового - в час[км/ч] (56 миль в час) бейсбола. В результате этих открытий возник интерес к исследованию космических лучей еще более высоких энергий.[19]Однако большинство космических лучей не обладают такими экстремальными энергиями; Максимальное энергетическое распределение космических лучей составляет 300мегаэлектронвольт[МэВ] (4,8×10-11 Дж).[20]

История

После открытия Анри Беккерелем радиоактивности в 1896 году вообще считалось, что атмосферное электричество, ионизация воздуха , вызывается только излучением радиоактивных элементов в земле или радиоактивных газов или изотопов радона , которые они производят. [21] Измерения увеличения скорости ионизации на увеличивающихся высотах над землей в течение десятилетия с 1900 по 1910 год можно объяснить поглощением ионизирующего излучения находящимся рядом воздухом. [22]

Открытие

Пачини проводит измерения в 1910 году.

В 1909 году Теодор Вульф разработал электрометр — устройство для измерения скорости производства ионов внутри герметично закрытого контейнера — и использовал его, чтобы показать более высокие уровни радиации на вершине Эйфелевой башни, чем у ее основания. [23] Однако его статья, опубликованная в Physikalische Zeitschrift, не получила широкого признания. В 1911 году Доменико Пачини наблюдал одновременные изменения скорости ионизации над озером, над морем и на глубине 3 метров от поверхности. На основании уменьшения радиоактивности под водой Пачини пришел к выводу, что определенная часть ионизации должна происходить из источников, отличных от радиоактивности Земли. [24]

В 1912 году Виктор Гесс в свободном полете на воздушном шаре поднял три электрометра Вульфа повышенной точности [3] на высоту 5300 метров . Он обнаружил, что скорость ионизации увеличилась примерно в четыре раза по сравнению со скоростью на уровне земли. [3] Гесс исключил Солнце как источник радиации, поднявшись на воздушном шаре во время почти полного затмения. Поскольку Луна блокировала большую часть видимого излучения Солнца, Гесс все еще измерял возрастающую радиацию на высоте. [3] Он пришел к выводу, что «результаты наблюдений, скорее всего, объясняются предположением, что излучение очень высокой проникающей способности проникает сверху в нашу атмосферу». [25] В 1913–1914 годах Вернер Кольхёрстер подтвердил более ранние результаты Виктора Гесса, измерив повышенную скорость энтальпии ионизации на высоте 9 км. [26] [27]

Увеличение ионизации с высотой, измеренное Гессом в 1912 году (слева) и Кольхёрстером (справа)

За свое открытие Гесс получил Нобелевскую премию по физике в 1936 году. [28] [29]

Гесс приземляется после полета на воздушном шаре в 1912 году.

Идентификация

Бруно Росси писал об этом:

В конце 1920 — начале 1930-х годов техника самопишущих электроскопов, переносимых на воздушных шарах в самые верхние слои атмосферы или погружаемых на большую глубину под воду, была доведена до небывалой степени совершенства немецким физиком Эрихом Регенером и его группой. Этим ученым мы обязаны одними из самых точных когда-либо сделанных измерений ионизации космических лучей в зависимости от высоты и глубины. [30]

Эрнест Резерфорд заявил в 1931 году, что «благодаря прекрасным экспериментам профессора Милликена и еще более далеко идущим экспериментам профессора Регенера мы теперь впервые получили кривую поглощения этих излучений в воде, на которую мы можем смело положиться. на". [31]

В 1920-х годах термин « космические лучи» был придуман Робертом Милликеном , который проводил измерения ионизации космических лучей от глубоко под водой до больших высот и по всему земному шару. Милликен считал, что его измерения доказали, что первичные космические лучи были гамма-лучами; т.е. энергичные фотоны. И он предложил теорию, что они образовались в межзвездном пространстве как побочные продукты синтеза атомов водорода в более тяжелые элементы, и что вторичные электроны образовались в атмосфере в результате комптоновского рассеяния гамма-лучей. В 1927 году во время плавания с Явы в Нидерланды Джейкоб Клей обнаружил доказательства, подтвержденные позднее [32] во многих экспериментах, что интенсивность космических лучей увеличивается от тропиков к средним широтам, что указывало на то, что первичные космические лучи отклоняются геомагнитным полем и следовательно, это должны быть заряженные частицы, а не фотоны. В 1929 году Боте и Кольхёрстер обнаружили заряженные частицы космических лучей, которые могли проникать через 4,1 см золота. [33] Заряженные частицы такой высокой энергии не могли быть произведены фотонами в рамках предложенного Милликеном процесса межзвездного синтеза. [ нужна цитата ]

В 1930 году Бруно Росси предсказал разницу между интенсивностью космических лучей, приходящих с востока и запада, зависящую от заряда первичных частиц — так называемый «эффект востока-запада». [34] Три независимых эксперимента [35] [36] [37] показали, что интенсивность на самом деле выше с запада, доказывая, что большинство праймериз положительны. В период с 1930 по 1945 год самые разнообразные исследования подтвердили, что первичные космические лучи представляют собой в основном протоны, а вторичное излучение, образующееся в атмосфере, — это преимущественно электроны, фотоны и мюоны . В 1948 году наблюдения с ядерными эмульсиями , доставленными на воздушных шарах вблизи верхних слоев атмосферы, показали, что примерно 10% первичных частиц представляют собой ядра гелия (альфа-частицы) и 1% — ядра более тяжелых элементов, таких как углерод, железо и свинец. [38] [39]

Во время испытания своего оборудования для измерения эффекта восток-запад Росси заметил, что скорость почти одновременных разрядов двух широко разнесенных счетчиков Гейгера была выше ожидаемой случайной частоты. В своем отчете об эксперименте Росси писал: «... кажется, что время от времени на записывающую аппаратуру поражаются очень обширные ливни частиц, что вызывает совпадения между счетчиками, даже расположенными на больших расстояниях друг от друга». [40] В 1937 году Пьер Оже , не зная о более раннем отчете Росси, обнаружил то же явление и исследовал его довольно подробно. Он пришел к выводу, что высокоэнергетические первичные частицы космических лучей взаимодействуют с ядрами воздуха высоко в атмосфере, запуская каскад вторичных взаимодействий, которые в конечном итоге приводят к потоку электронов и фотонов, которые достигают уровня земли. [41]

Советский физик Сергей Вернов был первым, кто использовал радиозонды для измерения космических лучей с помощью прибора, доставленного на большую высоту на воздушном шаре. 1 апреля 1935 года он провел измерения на высоте до 13,6 км, используя пару счетчиков Гейгера по схеме антисовпадений, чтобы избежать подсчета ливней вторичных лучей. [42] [43]

Хоми Дж. Бхабха вывел выражение для вероятности рассеяния позитронов на электронах, процесса, теперь известного как рассеяние Бхабхи . Его классическая статья, опубликованная совместно с Уолтером Хейтлером в 1937 году, описала, как первичные космические лучи из космоса взаимодействуют с верхними слоями атмосферы, образуя частицы, наблюдаемые на уровне земли. Бхабха и Хейтлер объяснили образование потока космических лучей каскадным образованием гамма-лучей, а также положительных и отрицательных электронных пар. [44] [45]

Распределение энергии

Измерения энергии и направлений прибытия первичных космических лучей сверхвысокой энергии с помощью методов измерения плотности и быстрого определения времени обширных атмосферных ливней были впервые выполнены в 1954 году членами Группы космических лучей Росси в Массачусетском технологическом институте. . [46] В эксперименте использовались одиннадцать сцинтилляционных детекторов , расположенных по кругу диаметром 460 метров на территории станции Агассис обсерватории Гарвардского колледжа . Из этой работы и многих других экспериментов, проведенных по всему миру, теперь известно, что энергетический спектр первичных космических лучей простирается за пределы 10 20  эВ. Огромный эксперимент с воздушным душем под названием « Проект Оже» в настоящее время проводится на объекте в пампасах Аргентины международным консорциумом физиков. Проект сначала возглавили Джеймс Кронин , лауреат Нобелевской премии по физике 1980 года из Чикагского университета , и Алан Уотсон из Университета Лидса , а позже учёные международной коллаборации Пьера Оже. Их цель — изучить свойства и направления прибытия первичных космических лучей самой высокой энергии. [47] Ожидается, что результаты будут иметь важное значение для физики элементарных частиц и космологии из-за теоретического ограничения Грейзена-Зацепина-Кузьмина для энергий космических лучей на больших расстояниях (около 160 миллионов световых лет), которое возникает выше 10 20  эВ, потому что взаимодействий с остатками фотонов, образовавшихся в результате Большого взрыва во Вселенной. В настоящее время обсерватория Пьера Оже проходит модернизацию, чтобы повысить ее точность и найти доказательства пока неподтвержденного происхождения самых энергичных космических лучей.

Гамма-лучи высокой энергии (  фотоны >50 МэВ) были наконец обнаружены в первичном космическом излучении в ходе эксперимента MIT, проведенного на спутнике ОСО-3 в 1967 году. [48] Компоненты как галактического, так и внегалактического происхождения были отдельно идентифицированы при интенсивностях гораздо меньше 1% первичных заряженных частиц. С тех пор многочисленные спутниковые гамма-обсерватории составили карты гамма-неба. Последней из них является обсерватория Ферми, которая подготовила карту, показывающую узкую полосу интенсивности гамма-излучения, создаваемого дискретными и диффузными источниками в нашей галактике, а также многочисленные точечные внегалактические источники, распределенные по небесной сфере.

Источники

Ранние предположения об источниках космических лучей включали предложение Бааде и Цвикки 1934 года , предполагающее, что космические лучи произошли от сверхновых. [49] Предложение 1948 года Горация Бэбкока предположило, что магнитные переменные звезды могут быть источником космических лучей. [50] Впоследствии Sekido et al. (1951) определили Крабовидную туманность как источник космических лучей. [51] С тех пор стало появляться множество потенциальных источников космических лучей, включая сверхновые , активные ядра галактик, квазары и гамма-всплески . [52]

Источники ионизирующего излучения в межпланетном пространстве.

Более поздние эксперименты помогли с большей уверенностью идентифицировать источники космических лучей. В 2009 году в докладе, представленном на Международной конференции по космическим лучам учеными из обсерватории Пьера Оже в Аргентине, были показаны космические лучи сверхвысокой энергии, исходящие из места на небе, очень близкого к радиогалактике Центавр А , хотя авторы конкретно заявили, что Для подтверждения того, что Центавр А является источником космических лучей, потребуется дальнейшее исследование. [53] Однако не было обнаружено никакой корреляции между частотой гамма-всплесков и космическими лучами, в результате чего авторы установили верхний предел всего лишь 3,4 × 10 −6 ×  эрг · см −2 для потока 1 ГэВ – 1 ТэВные космические лучи от гамма-всплесков. [54]

В 2009 году сверхновые были признаны источником космических лучей. Это открытие было сделано группой ученых, использующей данные Очень Большого Телескопа . [55] Однако этот анализ был оспорен в 2011 году данными PAMELA , которые показали, что «спектральные формы [ядер водорода и гелия] различны и не могут быть хорошо описаны одним степенным законом», что предполагает более сложный процесс образование космических лучей. [56] Однако в феврале 2013 года исследование, анализирующее данные Ферми , посредством наблюдения за распадом нейтрального пиона показало, что сверхновые действительно были источником космических лучей, причем каждый взрыв производил примерно 3 × 10 42 – 3 × 10 43 Дж космических лучей. . [5] [6] 

Ускорение ударного фронта (теоретическая модель сверхновых и активных ядер галактик): Падающий протон ускоряется между двумя ударными фронтами до энергий высокоэнергетической компоненты космических лучей.

Однако сверхновые не производят все космические лучи, и доля космических лучей, которые они производят, — это вопрос, на который невозможно ответить без более глубокого исследования. [57] Чтобы объяснить реальный процесс в сверхновых и активных ядрах галактик, который ускоряет лишенные атомов атомы, физики используют ускорение фронта ударной волны в качестве аргумента правдоподобия (см. рисунок справа).

В 2017 году Коллаборация Пьера Оже опубликовала наблюдение слабой анизотропии в направлениях прибытия космических лучей самой высокой энергии. [58] Поскольку Галактический Центр находится в дефицитной области, эту анизотропию можно интерпретировать как свидетельство внегалактического происхождения космических лучей при самых высоких энергиях. Это означает, что должна существовать энергия перехода от галактических к внегалактическим источникам и могут существовать разные типы источников космических лучей, вносящие вклад в разные энергетические диапазоны.

Типы

Космические лучи можно разделить на два типа:

Однако термин «космические лучи» часто используется только для обозначения внесолнечного потока.

Первичная космическая частица сталкивается с молекулой атмосферы, создавая воздушный душ.

Космические лучи возникают как первичные космические лучи, которые первоначально образуются в результате различных астрофизических процессов. Первичные космические лучи состоят в основном из протонов и альфа-частиц (99%), с небольшим количеством более тяжелых ядер (≈1%) и чрезвычайно незначительной долей позитронов и антипротонов. [10] Вторичные космические лучи, вызванные распадом первичных космических лучей при их воздействии на атмосферу, включают фотоны, адроны и лептоны , такие как электроны , позитроны, мюоны и пионы . Последние три из них были впервые обнаружены в космических лучах.

Первичные космические лучи

Первичные космические лучи в основном возникают за пределами Солнечной системы , а иногда даже за пределами Млечного Пути . Когда они взаимодействуют с атмосферой Земли, они преобразуются во вторичные частицы. Массовое соотношение ядер гелия и водорода, 28%, аналогично соотношению содержания этих элементов в первичных элементах, 24%. [59] Оставшаяся часть состоит из других более тяжелых ядер, которые являются типичными конечными продуктами нуклеосинтеза, в первую очередь лития , бериллия и бора . Эти ядра появляются в космических лучах в большем количестве (≈1%), чем в солнечной атмосфере, где их количество (по количеству) всего лишь примерно в 10 -3 меньше, чем у гелия . Космические лучи, состоящие из заряженных ядер тяжелее гелия, называются ионами HZE . Из-за высокого заряда и тяжелой природы ионов HZE их вклад в дозу радиации космонавта в космосе значителен, хотя они относительно немногочисленны.

Эта разница в содержании является результатом способа формирования вторичных космических лучей. Ядра углерода и кислорода сталкиваются с межзвездным веществом, образуя литий , бериллий и бор в процессе, называемом расщеплением космических лучей . Откол также ответственен за содержание ионов скандия , титана , ванадия и марганца в космических лучах, образующихся в результате столкновений ядер железа и никеля с межзвездным веществом . [60]

При высоких энергиях состав меняется, и более тяжелые ядра имеют большее содержание в некоторых энергетических диапазонах. Текущие эксперименты направлены на более точные измерения состава при высоких энергиях.

Первичные космические лучи, антиматерия

Спутниковые эксперименты обнаружили доказательства присутствия позитронов и нескольких антипротонов в первичных космических лучах, составляющих менее 1% частиц в первичных космических лучах. Похоже, что они не являются продуктами большого количества антиматерии Большого взрыва или сложной антиматерии во Вселенной. Скорее всего, они состоят только из этих двух элементарных частиц, вновь созданных в результате энергетических процессов.

Предварительные результаты действующего в настоящее время альфа-магнитного спектрометра ( AMS-02 ) на борту Международной космической станции показывают, что позитроны в космических лучах прибывают без какой-либо направленности. В сентябре 2014 года новые результаты с почти вдвое большим объемом данных были представлены на докладе в ЦЕРН и опубликованы в журнале Physical Review Letters. [61] [62] Сообщалось о новом измерении доли позитронов до 500 ГэВ, которое показало, что доля позитронов достигает пика максимум примерно в 16% от общего количества электрон-позитронных событий, около энергии 275 ± 32 ГэВ . При более высоких энергиях, до 500 ГэВ, соотношение позитронов и электронов снова начинает падать. Абсолютный поток позитронов также начинает падать до 500 ГэВ, но достигает максимума при энергиях, намного превышающих энергии электронов, которые достигают максимума около 10 ГэВ. [63] Предполагается, что эти результаты интерпретации связаны с рождением позитронов в событиях аннигиляции массивных частиц темной материи . [64]

Антипротоны космических лучей также имеют гораздо более высокую среднюю энергию, чем их аналоги из обычной материи (протоны). Они прибывают на Землю с характерным максимумом энергии 2 ГэВ, что указывает на то, что их образование происходит в принципиально ином процессе, чем протоны космических лучей, которые в среднем имеют лишь одну шестую энергии. [65]

Нет никаких свидетельств существования сложных атомных ядер антивещества, таких как ядра антигелия (т.е. анти-альфа-частицы), в космических лучах. Их активно ищут. Прототип AMS-02 , получивший обозначение AMS-01 , был отправлен в космос на борту космического корабля " Дискавери" на STS-91 в июне 1998 года. Не обнаружив никакого антигелия вообще, AMS -01 установил верхний предел 1,1 × 10 − 6 для отношения потоков антигелия к гелию . [66]

Луна в космических лучах

Вторичные космические лучи

Когда космические лучи попадают в атмосферу Земли , они сталкиваются с атомами и молекулами , главным образом с кислородом и азотом. В результате взаимодействия образуется каскад более легких частиц, так называемое вторичное излучение воздушного потока, которое падает вниз, включая рентгеновские лучи , протоны, альфа-частицы, пионы, мюоны, электроны, нейтрино и нейтроны . [68] Все вторичные частицы, образовавшиеся в результате столкновения, продолжают двигаться дальше по путям, находящимся примерно в одном градусе от первоначального пути первичной частицы.

Типичными частицами, образующимися в таких столкновениях, являются нейтроны и заряженные мезоны , такие как положительные или отрицательные пионы и каоны . Некоторые из них впоследствии распадаются на мюоны и нейтрино, которые способны достичь поверхности Земли. Некоторые мюоны высоких энергий даже проникают на некоторое расстояние в неглубокие шахты, а большинство нейтрино пересекают Землю без дальнейшего взаимодействия. Другие распадаются на фотоны, образуя впоследствии электромагнитные каскады. Следовательно, в атмосферных ливнях наряду с фотонами обычно доминируют электроны и позитроны. Эти частицы, а также мюоны могут быть легко обнаружены многими типами детекторов частиц, такими как камеры Вильсона , пузырьковые камеры , черенковские или сцинтилляционные детекторы. Наблюдение вторичного потока частиц в нескольких детекторах одновременно является показателем того, что все частицы произошли в результате этого события.

Космические лучи, падающие на другие планетные тела Солнечной системы, обнаруживаются косвенно, наблюдая за выбросами гамма-лучей высокой энергии с помощью гамма-телескопа. Они отличаются от процессов радиоактивного распада своей более высокой энергией, превышающей примерно 10 МэВ.

Поток космических лучей

Обзор космической среды показывает связь между солнечной активностью и галактическими космическими лучами. [69]

Поток приходящих космических лучей в верхних слоях атмосферы зависит от солнечного ветра , магнитного поля Земли и энергии космических лучей. На расстояниях ≈94  а.е. от Солнца солнечный ветер претерпевает переход, называемый завершающей ударной волной , от сверхзвуковой к дозвуковой скорости. Область между завершающей ударной волной и гелиопаузой действует как барьер для космических лучей, уменьшая поток при более низких энергиях (≤ 1 ГэВ) примерно на 90%. Однако сила солнечного ветра непостоянна, и поэтому было замечено, что поток космических лучей коррелирует с солнечной активностью.

Кроме того, магнитное поле Земли отклоняет космические лучи от ее поверхности, что приводит к наблюдению, что поток, по-видимому, зависит от широты , долготы и азимутального угла .

Совокупное воздействие всех упомянутых факторов способствует потоку космических лучей на поверхность Земли. Следующая таблица частных частот достигает планеты [70] и выводится из излучения более низкой энергии, достигающего земли. [71]

Раньше считалось, что поток космических лучей остается довольно постоянным во времени. Однако недавние исследования предполагают, что за последние сорок тысяч лет изменения в потоке космических лучей произошли в полутора-двух тысячелетии. [72]

Величина энергии потока космических лучей в межзвездном пространстве вполне сопоставима с энергией других энергий дальнего космоса: плотность энергии космических лучей в среднем составляет около одного электрон-вольта на кубический сантиметр межзвездного пространства, или ≈1 эВ/см 3 , что составляет сравнима с плотностью энергии видимого звездного света при 0,3 эВ/см 3 , плотностью энергии галактического магнитного поля (предполагается 3 микрогаусс), которая составляет ≈0,25 эВ/см 3 , или плотностью энергии космического микроволнового фонового излучения (CMB) при ≈0,25 эВ. /см 3 . [73]

Методы обнаружения

Группа воздушных черенковских телескопов VERITAS .

Существует два основных класса методов обнаружения. Во-первых, прямое обнаружение первичных космических лучей в космосе или на большой высоте с помощью аэростатных приборов. Во-вторых, косвенное обнаружение вторичных частиц, т. е. обширные атмосферные ливни при более высоких энергиях. Хотя были предложения и прототипы для обнаружения воздушных ливней в космосе и с помощью воздушных шаров, в настоящее время проводятся эксперименты по космическим лучам высоких энергий, которые проводятся на земле. Обычно прямое обнаружение является более точным, чем косвенное обнаружение. Однако поток космических лучей уменьшается с ростом энергии, что затрудняет прямое обнаружение в диапазоне энергий выше 1 ПэВ. Как прямое, так и косвенное обнаружение реализуется несколькими методами.

Прямое обнаружение

Прямое обнаружение возможно всеми видами детекторов частиц на МКС , на спутниках или на высотных аэростатах. Однако существуют ограничения по весу и размеру, ограничивающие выбор детекторов.

Примером метода прямого обнаружения является метод, основанный на ядерных треках, разработанный Робертом Флейшером, П. Буфордом Прайсом и Робертом М. Уокером для использования на высотных аэростатах. [74] В этом методе листы прозрачного пластика, такого как  поликарбонат Lexan толщиной 0,25 мм , складываются вместе и подвергаются непосредственному воздействию космических лучей в космосе или на большой высоте. Ядерный заряд вызывает разрыв химических связей или ионизацию пластика. В верхней части пластиковой стопки ионизация меньше из-за высокой скорости космических лучей. Поскольку скорость космических лучей уменьшается из-за торможения в стопке, ионизация увеличивается на пути следования. Полученные пластиковые листы «травятся» или медленно растворяются в теплом растворе едкого гидроксида натрия , который удаляет поверхностный материал с медленной и известной скоростью. Едкий гидроксид натрия растворяет пластик быстрее на пути ионизированного пластика. Конечным результатом является коническая ямка травления в пластике. Ямки травления измеряются под мощным микроскопом (обычно 1600-кратное масляное погружение), а скорость травления строится как функция глубины сложенного пластика.

Этот метод дает уникальную кривую для каждого атомного ядра от 1 до 92, что позволяет идентифицировать как заряд, так и энергию космических лучей, проходящих через пластиковую стопку. Чем шире ионизация на пути, тем выше заряд. Помимо обнаружения космических лучей, этот метод также используется для обнаружения ядер, образующихся в результате ядерного деления .

Косвенное обнаружение

В настоящее время используется несколько наземных методов обнаружения космических лучей, которые можно разделить на две основные категории: обнаружение вторичных частиц, образующих обширные воздушные ливни (ШАЛ), с помощью различных типов детекторов частиц и обнаружение испускаемого электромагнитного излучения. по EAS в атмосфере.

Обширные массивы воздушных ливней, состоящие из детекторов частиц, измеряют заряженные частицы, которые проходят через них. Массивы EAS могут наблюдать обширную область неба и быть активными более 90% времени. Однако они менее способны отделять фоновые эффекты от космических лучей, чем черенковские телескопы . В большинстве современных массивов ШАЛ используются пластиковые сцинтилляторы . Также вода (жидкая или замороженная) используется в качестве детекторной среды, через которую проходят частицы и производят черенковское излучение , чтобы их можно было обнаружить. [75] Поэтому в некоторых установках в качестве альтернативы или в дополнение к сцинтилляторам используются черенковские детекторы вода/лед. За счет комбинации нескольких детекторов некоторые массивы ШАЛ способны отличать мюоны от более легких вторичных частиц (фотонов, электронов, позитронов). Доля мюонов среди вторичных частиц — один из традиционных способов оценки массового состава первичных космических лучей.

Исторический метод обнаружения вторичных частиц, до сих пор используемый в демонстрационных целях, включает использование камер Вильсона [76] для обнаружения вторичных мюонов, образующихся при распаде пиона. В частности, камеры Вильсона можно построить из широко доступных материалов и построить даже в школьной лаборатории. Пятый метод, включающий пузырьковые камеры , может быть использован для обнаружения частиц космических лучей. [77]

Совсем недавно КМОП- устройства в камерах смартфонов были предложены в качестве практической распределенной сети для обнаружения воздушных ливней от космических лучей сверхвысокой энергии. [78] Первым приложением , использовавшим это предположение, был эксперимент CRAYFIS (Космические ЛУЧИ, обнаруженные в смартфонах). [79] [80] В 2017 году коллаборация CREDO ( Чрезвычайно распределенная обсерватория Cosmic-Ray ) [81] выпустила первую версию своего приложения с полностью открытым исходным кодом для устройств Android. С тех пор это сотрудничество привлекло интерес и поддержку многих научных учреждений, образовательных учреждений и представителей общественности по всему миру. [82] Будущие исследования должны показать, в каких аспектах эта новая технология может конкурировать со специализированными массивами EAS.

Первый метод обнаружения второй категории называется воздушным черенковским телескопом , предназначенным для обнаружения космических лучей низкой энергии (<200 ГэВ) путем анализа их черенковского излучения , которое для космических лучей представляет собой гамма-лучи, испускаемые при их движении быстрее, чем скорость света в их среде — атмосфере. [83] Хотя эти телескопы чрезвычайно хорошо различают фоновое излучение и излучение космического происхождения, они могут хорошо работать только в ясные ночи, когда не светит Луна, имеют очень маленькие поля зрения и активны лишь в течение нескольких процентов. времени.

Второй метод обнаруживает свет флуоресценции азота, вызванный возбуждением азота в атмосфере частицами, движущимися через атмосферу. Этот метод является наиболее точным для космических лучей самых высоких энергий, особенно в сочетании с массивами детекторов частиц ШАЛ. [84] Подобно обнаружению черенковского света, этот метод ограничен ясными ночами.

Другой метод обнаруживает радиоволны, излучаемые воздушными ливнями. Этот метод имеет высокий рабочий цикл, аналогичный детектору частиц. Точность этого метода была улучшена в последние годы, как показали различные эксперименты с прототипами, и он может стать альтернативой обнаружению атмосферного черенковского света и флуоресцентного света, по крайней мере, при высоких энергиях.

Последствия

Изменения в химии атмосферы

Космические лучи ионизируют молекулы азота и кислорода в атмосфере, что приводит к ряду химических реакций. Космические лучи также ответственны за непрерывное производство ряда нестабильных изотопов , таких как углерод-14 , в атмосфере Земли в результате реакции:

п + 14 Н → п + 14 С

Космические лучи поддерживали уровень углерода-14 [85] в атмосфере примерно постоянным (70 тонн) в течение, по крайней мере, последних 100 000 лет, вплоть до начала наземных испытаний ядерного оружия в начале 1950-х годов . Этот факт используется при радиоуглеродном датировании .

Продукты реакции первичных космических лучей, период полураспада радиоизотопов и реакция образования

Роль в окружающем излучении

Космические лучи составляют часть годового радиационного облучения людей на Земле, составляя в среднем 0,39  мЗв из общего количества 3  мЗв в год (13% общего фона) для населения Земли. Однако фоновое излучение космических лучей увеличивается с высотой: от 0,3  мЗв в год для районов на уровне моря до 1,0  мЗв в год для высокогорных городов, в результате чего воздействие космического излучения достигает четверти общего фонового радиационного воздействия для населения указанных городов. . Экипажи авиакомпаний, выполняющие дальние высотные маршруты, могут  ежегодно подвергаться дополнительному излучению в 2,2 мЗв из-за космических лучей, что почти вдвое увеличивает их общее воздействие ионизирующего излучения.

Цифры относятся к периоду до ядерной катастрофы на Фукусиме-дайити . Созданные человеком ценности НКДАР ООН взяты из Японского национального института радиологических наук, который обобщил данные НКДАР ООН.

Влияние на электронику

Космические лучи обладают достаточной энергией, чтобы изменять состояние компонентов схемы в электронных интегральных схемах , вызывая возникновение временных ошибок (таких как повреждение данных в электронных запоминающих устройствах или неправильная работа процессоров ), часто называемых « мягкими ошибками ». Это была проблема в электронике на чрезвычайно больших высотах, например, на спутниках , но поскольку транзисторы становятся все меньше и меньше, это становится все более серьезной проблемой и в наземной электронике. [92] Исследования, проведенные IBM в 1990-х годах, показывают, что компьютеры обычно испытывают примерно одну ошибку, вызванную космическими лучами, на 256 мегабайт оперативной памяти в месяц. [93] Чтобы облегчить эту проблему, корпорация Intel предложила детектор космических лучей, который может быть интегрирован в будущие микропроцессоры высокой плотности , позволяя процессору повторять последнюю команду после события космических лучей. [94] Память ECC используется для защиты данных от повреждения данных, вызванного космическими лучами.

В 2008 году из-за повреждения данных в системе управления полетом авиалайнер Airbus A330 дважды упал на сотни футов , что привело к травмам нескольких пассажиров и членов экипажа. Космические лучи исследовались среди других возможных причин повреждения данных, но в конечном итоге были исключены как маловероятные. [95]

В августе 2020 года ученые сообщили, что ионизирующее излучение радиоактивных материалов окружающей среды и космических лучей может существенно ограничить время когерентности кубитов , если они не защищены должным образом, что может иметь решающее значение для создания отказоустойчивых сверхпроводящих квантовых компьютеров в будущем. [96] [97] [98]

Значение для аэрокосмических путешествий

Галактические космические лучи являются одним из важнейших барьеров, стоящих на пути планов межпланетных путешествий пилотируемых космических кораблей. Космические лучи также представляют угрозу для электроники, установленной на борту отправляющихся зондов. В 2010 году неисправность на борту космического корабля «Вояджер-2» была связана с одним перевернутым битом, вероятно, вызванным космическими лучами. Были рассмотрены такие стратегии, как физическое или магнитное экранирование космических кораблей, чтобы свести к минимуму ущерб электронике и людям, причиненный космическими лучами. [99] [100]

31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможная миссия на Марс с экипажем может быть связана с более высоким радиационным риском, чем предполагалось ранее, исходя из количества излучения энергичных частиц , обнаруженного RAD в Марсианской научной лаборатории во время путешествия с Земли на Марс в 2011–2012 гг. [101] [102] [103]

Сравнение доз радиации, включая суммы, обнаруженные во время полета с Земли на Марс РАД на MSL ( 2011–2013 гг.). [101] [102] [103]

Пролетая на высоте 12 километров (39 000 футов), пассажиры и экипажи реактивных авиалайнеров подвергаются как минимум в 10 раз большей дозе космических лучей, чем люди, находящиеся на уровне моря . Особому риску подвергаются самолеты, летающие по полярным маршрутам вблизи геомагнитных полюсов . [104] [105] [106]

Роль в молнии

Космические лучи были вовлечены в возникновение электрического пробоя молнии . Было высказано предположение, что по существу все молнии возникают в результате релятивистского процесса, или « безудержного распада », вызванного вторичными космическими лучами. Последующее развитие грозового разряда происходит за счет механизмов «обычного пробоя». [107]

Постулируемая роль в изменении климата

Роль космических лучей в климате была предположена Эдвардом П. Неем в 1959 году [108] и Робертом Э. Дикинсоном в 1975 году. [109] Было высказано предположение, что космические лучи могли быть ответственны за серьезные климатические изменения и массовое вымирание в прошлое. По мнению Адриана Меллотта и Михаила Медведева, 62-миллионные циклы биологических морских популяций коррелируют с движением Земли относительно галактической плоскости и увеличением воздействия космических лучей. [ 110] Исследователи предполагают, что это, а также бомбардировки гамма-лучами, вызванные местными сверхновыми, могли повлиять на уровень рака и мутаций , а также могут быть связаны с решающими изменениями в климате Земли и с массовым вымиранием ордовика . [111] [112]

Датский физик Хенрик Свенсмарк спорно утверждал, что, поскольку изменение солнечной активности модулирует поток космических лучей на Земле, это, следовательно, повлияет на скорость образования облаков и, следовательно, станет косвенной причиной глобального потепления . [113] [114] Свенсмарк - один из нескольких ученых, открыто выступающих против основной научной оценки глобального потепления, что приводит к опасениям, что предположение о том, что космические лучи связаны с глобальным потеплением, может быть идеологически предвзятым, а не научно обоснованным. [115] Другие ученые резко критиковали Свенсмарка за небрежную и непоследовательную работу: одним из примеров является корректировка данных об облаках, которая занижает ошибку в данных о нижней облачности, но не в данных о высокой облачности; [116] Другим примером является «неправильная обработка физических данных», приводящая к тому, что графики не показывают корреляций, которые, как они утверждают, показывают. [117] Несмотря на утверждения Свенсмарка, галактические космические лучи не показали статистически значимого влияния на изменения облачного покрова, [118] и в исследованиях было показано, что они не имеют причинной связи с изменениями глобальной температуры. [119]

Возможный фактор массового вымирания

Несколько исследований пришли к выводу, что близлежащая сверхновая или серия сверхновых вызвали вымирание морской мегафауны плиоцена , существенно увеличив уровень радиации до опасного уровня для крупных морских животных. [120] [121] [122]

Исследования и эксперименты

Существует ряд инициатив по исследованию космических лучей, перечисленных ниже.

Наземный

спутник

Воздушный шар

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шарма, Шатендра (2008). Атомная и ядерная физика . Пирсон Образовательная Индия. п. 478. ИСБН 978-81-317-1924-4.
  2. ^ «Обнаружение космических лучей из далекой-далекой галактики». Наука Дейли . 21 сентября 2017 года . Проверено 26 декабря 2017 г.
  3. ^ abcd «Нобелевская премия по физике 1936 года - презентационная речь». Нобелевская премия.org. 10 декабря 1936 года . Проверено 27 февраля 2013 г.
  4. ^ Чилек, Вацлав, изд. (2009). «Космические влияния на Землю». Система Земли: история и естественная изменчивость . Том. И. Издательство Eolss. п. 165. ИСБН 978-1-84826-104-4.
  5. ^ аб Акерманн, М.; Аджелло, М.; Аллафорт, А.; Бальдини, Л.; Балет, Дж.; Барбиеллини, Дж.; и другие. (15 февраля 2013 г.). «Обнаружение характерных признаков распада пиона в остатках сверхновых». Наука . 339 (6424): 807–811. arXiv : 1302.3307 . Бибкод : 2013Sci...339..807A. дои : 10.1126/science.1231160. PMID  23413352. S2CID  29815601.
  6. ^ аб Пинхолстер, Джинджер (13 февраля 2013 г.). «Факты показывают, что космические лучи исходят от взрывающихся звезд» (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация содействия развитию науки .
  7. ^ Абрамовский, А.; и другие. (Сотрудничество HESS) (2016). «Ускорение петаэлектронвольтных протонов в Галактическом центре». Природа . 531 (7595): 476–479. arXiv : 1603.07730 . Бибкод : 2016Natur.531..476H. дои : 10.1038/nature17147. PMID  26982725. S2CID  4461199.
  8. ^ Аартсен, Марк; и другие. (Сотрудничество IceCube) (12 июля 2018 г.). «Выброс нейтрино в направлении блазара TXS 0506+056 до предупреждения IceCube-170922A». Наука . 361 (6398): 147–151. arXiv : 1807.08794 . Бибкод : 2018Sci...361..147I. doi : 10.1126/science.aat2890. ISSN  0036-8075. PMID  30002248. S2CID  133261745.
  9. ^ Кристиан, Эрик. «Являются ли космические лучи электромагнитным излучением?». НАСА. Архивировано из оригинала 31 мая 2000 года . Проверено 11 декабря 2012 г.
  10. ^ ab «Что такое космические лучи?». Центр космических полетов Годдарда. НАСА. Архивировано из оригинала 28 октября 2012 года . Проверено 31 октября 2012 г.«зеркальная копия, также в архиве». Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
  11. ^ Дембинский, Х.; и другие. (2018). «Управляемая данными модель потока и массового состава космических лучей от 10 ГэВ до 10 ^ 11 ГэВ». Труды науки . ICRC2017: 533. arXiv : 1711.11432 . дои : 10.22323/1.301.0533 . S2CID  85540966.
  12. ^ «Космические лучи». Центр космических полетов Годдарда. Imagine.gsfc.nasa.gov . Научный набор инструментов. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 23 марта 2019 г.
  13. ↑ Резник, Брайан (25 июля 2019 г.). «На нас обрушиваются чрезвычайно мощные космические лучи. Никто не знает, откуда они берутся». Вокс Медиа . Проверено 14 декабря 2022 г.
  14. ^ Член парламента Совиль, Вукович Б, Станич Д (2020). «Потенциальная польза ретроспективного использования нейтронных мониторов для улучшения оценки воздействия ионизирующего излучения на международных рейсах: проблемы, возникающие при измерениях нейтронными пассивными дозиметрами и моделировании EPCARD во время внезапных изменений солнечной активности». Архив За Хигиену Рады и Токсикологии . 71 (2): 152–157. дои : 10.2478/aiht-2020-71-3403. ПМЦ 7968484 . ПМИД  32975102. 
  15. ^ ЦЕРН https://home.cern/science/физика/cosmic-rays-particles-outer-space
  16. ↑ Нерлих, Стив (12 июня 2011 г.). «Астрономия без телескопа - частицы« Боже мой »». Вселенная сегодня . Проверено 17 февраля 2013 г.
  17. ^ "БАК: Путеводитель" . Большой адронный коллайдер . Часто задаваемые вопросы: Факты и цифры. Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН). 2021. с. 3 . Проверено 9 октября 2022 г.
  18. ^ Генслер, Брайан (ноябрь 2011 г.). «Экстремальная скорость». КОСМОС . № 41. Архивировано из оригинала 7 апреля 2013 года.
  19. ^ Анкордоки, Л.; Пол, Т.; Реукрофт, С.; Суэйн, Дж. (2003). «Космические лучи сверхвысокой энергии: современное состояние до обсерватории Оже». Международный журнал современной физики А. 18 (13): 2229–2366. arXiv : hep-ph/0206072 . Бибкод : 2003IJMPA..18.2229A. дои : 10.1142/S0217751X03013879. S2CID  119407673.
  20. ^ Нейв, Карл Р. (ред.). "Космические лучи". Кафедра физики и астрономии. Гиперфизика . Государственный университет Джорджии . Проверено 17 февраля 2013 г.
  21. ↑ Мэлли, Марджори К. (25 августа 2011 г.). Радиоактивность: история загадочной науки. Издательство Оксфордского университета. стр. 78–79. ISBN 9780199766413.
  22. ↑ Норт, Джон (15 июля 2008 г.). Космос: иллюстрированная история астрономии и космологии. Издательство Чикагского университета. п. 686. ИСБН 9780226594415.
  23. ^ Вульф, Теодор (1910). «Beobachtungen über die Strahlung hoher Durchdringungsfähigkeit auf dem Eiffelturm» [Наблюдения радиации высокой проникающей способности на Эйфелевой башне]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 11 : 811–813.
  24. ^ Пачини, Д. (1912). «Проникновение поверхностного излучения в сено все достигнуто». Иль Нуово Чименто . 3 (1): 93–100. arXiv : 1002.1810 . Бибкод : 1912NCim....3...93P. дои : 10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.: Переведено с комментариями в работе де Анжелиса А. (2010). «Проникающая радиация на поверхности и в воде». Иль Нуово Чименто . 3 (1): 93–100. arXiv : 1002.1810 . Бибкод : 1912NCim....3...93P. дои : 10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.
  25. ^ Гесс, В.Ф. (1912). «Über Beobachtungen der durchdringenden Strahlung bei sieben Freiballonfahrten» [О наблюдениях проникающей радиации во время семи полетов на свободном воздушном шаре]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 13 : 1084–1091. arXiv : 1808.02927 .
  26. ^ Кольхёрстер, Вернер (1913). «Messungen der durchdringenden Strahlung im Freiballon in größeren Höhen» [Измерения проникающей радиации в свободном воздушном шаре на больших высотах]. Physikalische Zeitschrift (на немецком языке). 14 : 1153–1156.
  27. ^ Кольхёрстер, В. (1914). «Messungen der durchdringenden Strahlungen bis в Хёэне на высоте 9300 м». Измерения проникающей радиации до высот 9300 м. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (на немецком языке). 16 : 719–721.
  28. ^ Гесс, В.Ф. (1936). «Нобелевская премия по физике 1936 года». Нобелевский фонд . Проверено 11 февраля 2010 г.
  29. ^ Гесс, В.Ф. (1936). «Нерешенные проблемы физики: задачи на ближайшее будущее в исследованиях космических лучей». Нобелевские лекции. Нобелевский фонд . Проверено 11 февраля 2010 г.
  30. ^ Росси, Бруно Бенедетто (1964). Космические лучи . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-053890-0.
  31. ^ Гейгер, Х.; Резерфорд, Лорд; Регенер, Э.; Линдеманн, ФА; Уилсон, CTR; Чедвик, Дж.; и другие. (1931). «Дискуссия о сверхпроникающих лучах». Труды Лондонского королевского общества А. 132 (819): 331. Бибкод : 1931RSPSA.132..331G. дои : 10.1098/rspa.1931.0104 .
  32. ^ Клэй, Дж. (1927). «Проникающая радиация» (PDF) . Труды секции наук Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam . 30 (9–10): 1115–1127. Архивировано (PDF) из оригинала 6 февраля 2016 года.
  33. ^ Боте, Вальтер; Вернер Кольхёрстер (ноябрь 1929 г.). «Das Wesen der Höhenstrahlung». Zeitschrift für Physik . 56 (11–12): 751–777. Бибкод : 1929ZPhy...56..751B. дои : 10.1007/BF01340137. S2CID  123901197.
  34. ^ Росси, Бруно (август 1930 г.). «О магнитном отклонении космических лучей». Физический обзор . 36 (3): 606. Бибкод : 1930PhRv...36..606R. doi :10.1103/PhysRev.36.606.
  35. ^ Джонсон, Томас Х. (май 1933 г.). «Азимутальная асимметрия космического излучения». Физический обзор . 43 (10): 834–835. Бибкод : 1933PhRv...43..834J. doi : 10.1103/PhysRev.43.834.
  36. ^ Альварес, Луис; Комптон, Артур Холли (май 1933 г.). «Положительно заряженная компонента космических лучей». Физический обзор . 43 (10): 835–836. Бибкод : 1933PhRv...43..835A. doi : 10.1103/PhysRev.43.835.
  37. ^ Росси, Бруно (май 1934 г.). «Направленные измерения космических лучей вблизи геомагнитного экватора». Физический обзор . 45 (3): 212–214. Бибкод : 1934PhRv...45..212R. doi : 10.1103/PhysRev.45.212.
  38. ^ Фрейер, Филлис; Лофгрен, Э.; Ней, Э.; Оппенгеймер, Ф.; Брэдт, Х.; Питерс, Б.; и другие. (июль 1948 г.). «Доказательства наличия тяжелых ядер в первичном космическом излучении». Физический обзор . 74 (2): 213–217. Бибкод : 1948PhRv...74..213F. doi : 10.1103/PhysRev.74.213.
  39. ^ Фрейер, Филлис; Питерс, Б.; и другие. (декабрь 1948 г.). «Исследование первичного космического излучения с помощью ядерных фотоэмульсий». Физический обзор . 74 (12): 1828–1837. Бибкод : 1948PhRv...74.1828B. doi :10.1103/PhysRev.74.1828.
  40. ^ Росси, Бруно (1934). «Мизуре по ангольскому распределению интенсивности проникающего излучения по всей Асмэре». Рицерка Сайентиа . 5 (1): 579–589.
  41. ^ Оже, П.; и другие. (Июль 1939 г.), «Обширные ливни космических лучей», Обзоры современной физики , 11 (3–4): 288–291, Бибкод : 1939RvMP...11..288A, doi : 10.1103/RevModPhys.11.288.
  42. ^ Дж. Л. Дюбуа; Р.П. Мультхауф; CA Зиглер (2002). Изобретение и разработка радиозонда (PDF) . Смитсоновские исследования в области истории и технологий. Том. 53. Издательство Смитсоновского института . Архивировано (PDF) из оригинала 5 июня 2011 года.
  43. ^ С. Вернов (1935). «Радиопередача данных космических лучей из стратосферы». Природа . 135 (3426): 1072–1073. Бибкод : 1935Natur.135.1072V. дои : 10.1038/1351072c0. S2CID  4132258.
  44. ^ Бхабха, HJ; Гейтлер, В. (1937). «Прохождение быстрых электронов и теория космических ливней» (PDF) . Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 159 (898): 432–458. Бибкод : 1937RSPSA.159..432B. дои : 10.1098/rspa.1937.0082 . ISSN  1364-5021. Архивировано (PDF) из оригинала 2 января 2016 г.
  45. ^ Брауншвейг, В.; и другие. (1988). «Исследование рассеяния Бабы при энергиях PETRA». Zeitschrift für Physik C. 37 (2): 171–177. дои : 10.1007/BF01579904. S2CID  121904361.
  46. ^ Кларк, Г.; Эрл, Дж.; Краушаар, В.; Линсли, Дж.; Росси, Б.; Щерб, Ф.; Скотт, Д. (1961). «Воздушные ливни космических лучей на уровне моря». Физический обзор . 122 (2): 637–654. Бибкод : 1961PhRv..122..637C. дои : 10.1103/PhysRev.122.637.
  47. ^ "Обсерватория Пьера Оже". Проект Оже. Архивировано из оригинала 3 сентября 2018 года.
  48. ^ Краушаар, WL; и другие. (1972). "(никто)". Астрофизический журнал . 177 : 341. Бибкод : 1972ApJ...177..341K. дои : 10.1086/151713 .
  49. ^ Бааде, В.; Цвикки, Ф. (1934). «Космические лучи от сверхновых». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 20 (5): 259–263. Бибкод : 1934PNAS...20..259B. дои : 10.1073/pnas.20.5.259 . JSTOR  86841. PMC 1076396 . ПМИД  16587882. 
  50. ^ Бэбкок, Х. (1948). «Магнитные переменные звезды как источники космических лучей». Физический обзор . 74 (4): 489. Бибкод : 1948PhRv...74..489B. doi : 10.1103/PhysRev.74.489.
  51. ^ Секидо, Ю.; Масуда, Т.; Ёсида, С.; Вада, М. (1951). «Крабовидная туманность как наблюдаемый точечный источник космических лучей». Физический обзор . 83 (3): 658–659. Бибкод : 1951PhRv...83..658S. дои : 10.1103/PhysRev.83.658.2.
  52. ↑ Гибб, Мередит (3 февраля 2010 г.). "Космические лучи". Представьте себе Вселенную . Центр космических полетов имени Годдарда НАСА . Проверено 17 марта 2013 г.
  53. ^ Гаага, JD (июль 2009 г.). «Корреляция космических лучей высочайшей энергии с близлежащими внегалактическими объектами по данным обсерватории Пьера Оже» (PDF) . Материалы 31-й сессии МККК, Лодзь, 2009 г. Международная конференция по космическим лучам. Лодзь, Польша. стр. 6–9. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2013 года . Проверено 17 марта 2013 г.
  54. ^ Гаага, JD (июль 2009 г.). «Корреляция космических лучей самой высокой энергии с близлежащими внегалактическими объектами по данным обсерватории Пьера Оже» (PDF) . Материалы 31-й МККК, Лодзь, Польша, 2009 г. - Международная конференция по космическим лучам : 36–39. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2013 года . Проверено 17 марта 2013 г.
  55. ↑ Московиц, Клара (25 июня 2009 г.). «Источник космических лучей зафиксирован». Space.com . Сеть технических СМИ . Проверено 20 марта 2013 г.
  56. ^ Адриани, О.; Барбарино, GC; Базилевская, Г.А.; Беллотти, Р.; Боэзио, М.; Богомолов Е.А.; и другие. (2011). «Измерения PAMELA спектров протонов и гелия космических лучей». Наука . 332 (6025): 69–72. arXiv : 1103.4055 . Бибкод : 2011Sci...332...69A. дои : 10.1126/science.1199172. hdl : 2108/55474. PMID  21385721. S2CID  1234739.
  57. ↑ Джа, Алок (14 февраля 2013 г.). «Тайна космических лучей раскрыта». Хранитель . Лондон, Великобритания: Guardian News and Media Ltd. Проверено 21 марта 2013 г.
  58. ^ Сотрудничество Пьера Оже; Ааб, А.; Абреу, П.; Аглиетта, М.; Аль Самарай, И.; Альбукерке, IFM; Аллекотт, И.; Алмела, А.; Альварес Кастильо, Дж.; Альварес-Муньис, Дж.; Анастаси, Джорджия; Анкордоки, Л.; Андрада, Б.; Андринга, С.; Арамо, К.; Аркерос, Ф.; Арсен, Н.; Асори, Х.; Ассис, П.; Облин, Дж.; Авила, Г.; Бадеску, AM; Балачану, А.; Барбато, Ф.; Баррейра Луз, RJ; Битти, Джей-Джей; Беккер, К.Х.; Беллидо, Дж.А.; Берат, К.; и другие. (Коллаборация Пьера Оже) (2017). «Наблюдение крупномасштабной анизотропии в направлениях прихода космических лучей выше 8×10 18  эВ». Наука . 357 (6357): 1266–1270. arXiv : 1709.07321 . Бибкод : 2017Sci...357.1266P. дои : 10.1126/science.aan4338. PMID  28935800. S2CID  3679232.
  59. ^ Мевальдт, Ричард А. (1996). "Космические лучи". Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала 30 августа 2009 года . Проверено 26 декабря 2012 г.
  60. ^ Кох, Л.; Энгельманн, Джей Джей; Горет, П.; Юлиуссон, Э.; Петру, Н.; Рио, Ю.; Сутул, А.; Бирнак, Б.; Лунд, Н.; Питерс, Б. (октябрь 1981 г.). «Относительное содержание элементов скандия и марганца в релятивистских космических лучах и возможный радиоактивный распад марганца 54». Астрономия и астрофизика . 102 (11): Л9. Бибкод : 1981A&A...102L...9K.
  61. ^ Аккардо, Л.; и другие. (Сотрудничество AMS) (18 сентября 2014 г.). «Высокостатистическое измерение доли позитронов в первичных космических лучах 0,5–500 ГэВ с помощью альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции» (PDF) . Письма о физических отзывах . 113 (12): 121101. Бибкод : 2014PhRvL.113l1101A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121101 . PMID  25279616. Архивировано (PDF) из оригинала 17 октября 2014 г.
  62. ^ Ширбер, Майкл (2014). «Сводка: Еще больше намеков на темную материю в космических лучах?». Письма о физических отзывах . 113 (12): 121102. arXiv : 1701.07305 . Бибкод : 2014PhRvL.113l1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121102. hdl : 1721.1/90426. PMID  25279617. S2CID  2585508.
  63. ^ «Новые результаты Альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции» (PDF) . AMS-02 в НАСА . Архивировано (PDF) из оригинала 23 сентября 2014 года . Проверено 21 сентября 2014 г.
  64. ^ Агилар, М.; Альберти, Дж.; Алпат, Б.; Альвино, А.; Амбрози, Г.; Андин, К.; и другие. (2013). «Первый результат работы альфа-магнитного спектрометра на Международной космической станции: прецизионное измерение доли позитронов в первичных космических лучах 0,5–350 ГэВ» (PDF) . Письма о физических отзывах . 110 (14): 141102. Бибкод : 2013PhRvL.110n1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.141102 . PMID  25166975. Архивировано (PDF) из оригинала 13 августа 2017 года.
  65. ^ Москаленко, ИВ; Стронг, AW; Ормс, Дж. Ф.; Потгитер, М.С. (январь 2002 г.). «Вторичные антипротоны и распространение космических лучей в Галактике и гелиосфере». Астрофизический журнал . 565 (1): 280–296. arXiv : astro-ph/0106567 . Бибкод : 2002ApJ...565..280M. дои : 10.1086/324402. S2CID  5863020.
  66. ^ Агилар, М.; Алькарас, Дж.; Аллаби, Дж.; Алпат, Б.; Амбрози, Г.; Андерхуб, Х.; и другие. (Сотрудничество AMS) (август 2002 г.). «Альфа-магнитный спектрометр (AMS) на Международной космической станции: Часть I – Результаты испытательного полета на космическом корабле». Отчеты по физике . 366 (6): 331–405. Бибкод : 2002PhR...366..331A. дои : 10.1016/S0370-1573(02)00013-3. hdl : 2078.1/72661. S2CID  122726107.
  67. ^ «EGRET обнаружение гамма-лучей с Луны». ГСФК . НАСА. 1 августа 2005 года . Проверено 11 февраля 2010 г.
  68. ^ Морисон, Ян (2008). Введение в астрономию и космологию . Джон Уайли и сыновья. п. 198. Бибкод : 2008iac..книга.....М. ISBN 978-0-470-03333-3.
  69. ^ «Экстремальные космические погодные явления» . Национальный центр геофизических данных . Архивировано из оригинала 22 мая 2012 года . Проверено 19 апреля 2012 г.
  70. ^ «Сколько?». Огер.орг . Космические лучи. Обсерватория Пьера Оже. Архивировано из оригинала 12 октября 2012 года . Проверено 17 августа 2012 г.
  71. ^ «Тайна космических лучей высокой энергии». Огер.орг . Обсерватория Пьера Оже. Архивировано из оригинала 8 марта 2021 года . Проверено 15 июля 2015 г.
  72. ^ Лал, Д.; Джул, AJT; Поллард, Д.; Вашер, Л. (2005). «Доказательства крупных изменений солнечной активности в масштабе столетия за последние 32 тыс. лет, основанные на космогенном 14 C во льду на вершине, Гренландия». Письма о Земле и планетологии . 234 (3–4): 335–349. Бибкод : 2005E&PSL.234..335L. дои : 10.1016/j.epsl.2005.02.011.
  73. ^ Кастеллина, Антонелла; Донато, Фиоренца (2012). «Астрофизика галактических заряженных космических лучей». В Освальте, ТД; Маклин, И.С.; Бонд, HE; Френч, Л.; Калас, П.; Барстоу, М.; Гилмор, ГФ; Кил, В. (ред.). Планеты, звезды и звездные системы (1-е изд.). Спрингер. ISBN 978-90-481-8817-8.
  74. ^ Р.Л. Флейшер; ПБ Цена; Р. М. Уокер (1975). Ядерные следы в твердых телах: принципы и приложения . Издательство Калифорнийского университета .
  75. ^ "Что такое космические лучи?" (PDF) . Национальная лаборатория сверхпроводниковых циклотронов Университета штата Мичиган. Архивировано из оригинала (PDF) 12 июля 2012 года . Проверено 23 февраля 2013 г.
  76. ^ «Облачные камеры и космические лучи: план урока и лабораторные занятия для класса естественных наук средней школы» (PDF) . Лаборатория физики элементарных частиц Корнеллского университета . 2006. Архивировано (PDF) из оригинала 6 июня 2013 года . Проверено 23 февраля 2013 г.
  77. ^ Чу, В.; Ким, Ю.; Бим, В.; Квак, Н. (1970). «Свидетельства наличия кварка на снимке пузырьковой камеры космических лучей высокой энергии». Письма о физических отзывах . 24 (16): 917–923. Бибкод : 1970PhRvL..24..917C. doi :10.1103/PhysRevLett.24.917.
  78. ↑ Тиммер, Джон (13 октября 2014 г.). «Поток космических лучей? Для этого есть приложение». Арс Техника .
  79. ↑ Веб-сайт сотрудничества. Архивировано 14 октября 2014 г. на Wayback Machine.
  80. ^ Бумага для детекторной матрицы CRAYFIS. Архивировано 14 октября 2014 г. в Wayback Machine.
  81. ^ "КРЕДО". Кредо.наука .
  82. ^ «Первый свет CREDO: глобальный детектор частиц начинает сбор научных данных» . ЭврекАлерт! .
  83. ^ «Обнаружение космических лучей». Гамма-обсерватория Милагро . Лос-Аламосская национальная лаборатория. 3 апреля 2002 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2013 г. Проверено 22 февраля 2013 г.
  84. ^ Летессье-Сельвон, Антуан; Станев, Тодор (2011). «Космические лучи сверхвысоких энергий». Обзоры современной физики . 83 (3): 907–942. arXiv : 1103.0031 . Бибкод : 2011РвМП...83..907Л. doi : 10.1103/RevModPhys.83.907. S2CID  119237295.
  85. ^ Трамбор, Сьюзен (2000). Дж. С. Ноллер; Дж. М. Соуерс; WR Леттис (ред.). Четвертичная геохронология: методы и приложения. Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз. стр. 41–59. ISBN 978-0-87590-950-9. Архивировано из оригинала 21 мая 2013 года . Проверено 28 октября 2011 г.
  86. ^ "Natürliche, durch kosmische Strahlung laufend erzeugte Radionuklide" (PDF) (на немецком языке). Архивировано из оригинала (PDF) 3 февраля 2010 года . Проверено 11 февраля 2010 г.
  87. ↑ НКДАР ООН «Источники и последствия ионизирующего излучения», страница 339, получено 29 июня 2011 г.
  88. ↑ Отчет Японии NIRS UNSCEAR 2008, стр. 8, получено 29 июня 2011 г.
  89. ↑ Princeton.edu «Фоновое излучение». Архивировано 9 июня 2011 г. на Wayback Machine , получено 29 июня 2011 г.
  90. ↑ Департамент здравоохранения штата Вашингтон «Радиационный фон». Архивировано 2 мая 2012 г. на Wayback Machine , получено 29 июня 2011 г.
  91. ↑ Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии «Радиация в окружающей среде». Архивировано 22 марта 2011 г. на Wayback Machine, получено 29 июня 2011 г.
  92. ^ «Эксперименты IBM по устранению мягких сбоев в компьютерной электронике (1978–1994)» . В «Земных космических лучах и мягких ошибках», IBM Journal of Research and Development , Vol. 40, № 1, 1996. Проверено 16 апреля 2008 г.
  93. ^ Scientific American (21 июля 2008 г.). «Солнечные бури: краткие факты». Издательская группа «Природа» .
  94. ^ «Intel планирует бороться с угрозой космических лучей» . BBC News , 8 апреля 2008 г. Проверено 16 апреля 2008 г.
  95. ^ «Авария в полете, 154 км к западу от Лермонта, Западная Австралия, 7 октября 2008 г., VH-QPA, Airbus A330-303». Архивировано 5 мая 2022 г. в Wayback Machine (2011). Австралийское бюро транспортной безопасности.
  96. ^ «Квантовые компьютеры могут быть уничтожены частицами высокой энергии из космоса». Новый учёный . Проверено 7 сентября 2020 г.
  97. ^ «Космические лучи вскоре могут помешать квантовым вычислениям» . физ.орг . Проверено 7 сентября 2020 г.
  98. ^ Вепсяляйнен, Антти П.; Карамлу, Амир Х.; Оррелл, Джон Л.; Догра, Акшунна С.; Лоер, Бен; Васконселос, Франциска; Ким, Дэвид К.; Мелвилл, Александр Дж.; Недзельски, Бетани М.; Йодер, Джонилин Л.; Густавссон, Саймон; Формаджо, Джозеф А.; ВанДевендер, Брент А.; Оливер, Уильям Д. (август 2020 г.). «Влияние ионизирующего излучения на когерентность сверхпроводящих кубитов». Природа . 584 (7822): 551–556. arXiv : 2001.09190 . Бибкод : 2020Natur.584..551V. дои : 10.1038/s41586-020-2619-8. ISSN  1476-4687. PMID  32848227. S2CID  210920566 . Проверено 7 сентября 2020 г.
  99. ↑ Глобус, Эл (10 июля 2002 г.). «Приложение E: Массовая защита». Космические поселения: исследование дизайна . НАСА. Архивировано из оригинала 31 мая 2010 года . Проверено 24 февраля 2013 г.
  100. ↑ Аткинсон, Нэнси (24 января 2005 г.). «Магнитная защита космических аппаратов». Космический обзор . Проверено 24 февраля 2013 г.
  101. ^ Аб Керр, Ричард (31 мая 2013 г.). «Радиация сделает путешествие астронавтов на Марс еще более рискованным». Наука . 340 (6136): 1031. Бибкод : 2013Sci...340.1031K. дои : 10.1126/science.340.6136.1031. ПМИД  23723213.
  102. ^ аб Цейтлин, К.; Хасслер, DM; Кучинотта, ФА; Эресманн, Б.; Виммер-Швайнгрубер, РФ; Бринза, Делавэр; Канг, С.; Вейгл, Г.; и другие. (31 мая 2013 г.). «Измерения излучения энергетических частиц на пути к Марсу в Марсианской научной лаборатории». Наука . 340 (6136): 1080–1084. Бибкод : 2013Sci...340.1080Z. дои : 10.1126/science.1235989. PMID  23723233. S2CID  604569.
  103. ^ Аб Чанг, Кеннет (30 мая 2013 г.). «Данные указывают на радиационный риск для путешественников на Марс». Нью-Йорк Таймс . Проверено 31 мая 2013 г.
  104. ↑ Филлипс, Тони (25 октября 2013 г.). «Влияние космической погоды на авиацию». Новости науки . НАСА. Архивировано из оригинала 28 сентября 2019 года . Проверено 12 июля 2017 г. .
  105. ^ «Преобразование космических лучей в звук во время трансатлантического полета в Цюрих» на YouTube
  106. ^ «НАЙРАС Доза радиации в реальном времени» . sol.spacenvironment.net .
  107. ^ «Безудержный пробой и тайны молнии», Physics Today , май 2005 г.
  108. ↑ Ней, Эдвард П. (14 февраля 1959 г.). «Космическое излучение и погода». Природа . 183 (4659): 451–452. Бибкод : 1959Natur.183..451N. дои : 10.1038/183451a0. S2CID  4157226.
  109. ^ Дикинсон, Роберт Э. (декабрь 1975 г.). «Изменчивость Солнца и нижняя атмосфера». Бюллетень Американского метеорологического общества . 56 (12): 1240–1248. Бибкод : 1975BAMS...56.1240D. doi : 10.1175/1520-0477(1975)056<1240:SVATLA>2.0.CO;2 .
  110. ^ «Древние массовые вымирания, вызванные космическим излучением, говорят ученые» . Национальная география . 2007. Архивировано из оригинала 23 апреля 2007 года.
  111. ^ Мелотт, Алабама; Томас, Британская Колумбия (2009). «Позднеордовикские географические закономерности вымирания в сравнении с моделированием астрофизического ущерба от ионизирующей радиации». Палеобиология . 35 (3): 311–320. arXiv : 0809.0899 . Бибкод : 2009Pbio...35..311M. дои : 10.1666/0094-8373-35.3.311. S2CID  11942132.
  112. ^ «Способствовал ли взрыв сверхновой массовому вымиранию Земли?» Space.com . 11 июля 2016 г.
  113. ↑ Лонг, Мэрион (25 июня 2007 г.). «Сдвиг Солнца может вызвать глобальное потепление». Обнаружить . Проверено 7 июля 2013 г.
  114. ^ Свенсмарк, Хенрик (1998). «Влияние космических лучей на климат Земли» (PDF) . Письма о физических отзывах . 81 (22): 5027–5030. Бибкод : 1998PhRvL..81.5027S. CiteSeerX 10.1.1.522.585 . doi : 10.1103/PhysRevLett.81.5027. Архивировано (PDF) из оригинала 9 августа 2017 года. 
  115. ↑ Плейт, Фил (31 августа 2011 г.). «Нет, новое исследование не показывает, что космические лучи связаны с глобальным потеплением». Обнаружить . Кальмбах. Архивировано из оригинала 12 января 2018 года . Проверено 11 января 2018 г.
  116. ^ Бенестад, Расмус Э. (9 марта 2007 г.). «Космоклиматология – усталые старые споры в новой одежде» . Проверено 13 ноября 2013 г.
  117. ^ Питер Лаут, «Солнечная активность и земной климат: анализ некоторых предполагаемых корреляций», Журнал атмосферной и солнечно-земной физики 65 (2003) 801–812
  118. ↑ Локвуд, Майк (16 мая 2012 г.). «Влияние Солнца на глобальный и региональный климат». Исследования в области геофизики . 33 (3–4): 503–534. Бибкод : 2012SGeo...33..503L. дои : 10.1007/s10712-012-9181-3 .
  119. ^ Слоан, Т.; Вулфендейл, Австралия (7 ноября 2013 г.). «Космические лучи, солнечная активность и климат». Письма об экологических исследованиях . 8 (4): 045022. Бибкод : 2013ERL.....8d5022S. дои : 10.1088/1748-9326/8/4/045022 .
  120. ^ Мелотт, Адриан Л.; Мариньо, Ф.; Паулуччи, Л. (2019). «Доза мюонного излучения и вымирание морской мегафауны в конце плиоцена сверхновой». Астробиология . 19 (6): 825–830. arXiv : 1712.09367 . дои : 10.1089/ast.2018.1902. PMID  30481053. S2CID  33930965.
  121. ^ Бенитес, Нарцисо; и другие. (2002). «Доказательства близлежащих взрывов сверхновых». Письма о физических отзывах . 88 (8): 081101. arXiv : astro-ph/0201018 . Бибкод : 2002PhRvL..88h1101B. doi :10.1103/PhysRevLett.88.081101. PMID  11863949. S2CID  41229823.
  122. ^ Фимиани, Л.; Кук, Д.Л.; Фастерманн, Т.; Гомес-Гусман, Х.М.; Хейн, К.; Херцог, Г.; Кни, К.; Корщинек, Г.; Людвиг, П.; Парк, Дж.; Риди, Р.К.; Ругель, Г. (2016). «Межзвездный 60Fe на поверхности Луны». Письма о физических отзывах . 116 (15): 151104. Бибкод : 2016PhRvL.116o1104F. doi :10.1103/PhysRevLett.116.151104. ПМИД  27127953.

Дальнейшие ссылки

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с космическими лучами .
В Wikiquote есть цитаты, связанные с космическими лучами .