Космические лучи
Что такое космические лучи, откуда они приходят, какие энергии достигают, как их задерживают магнитное поле и атмосфера Земли и чем они опасны космонавтам.
Космические лучи — это не лучи света, а поток заряженных частиц из космоса, которые летят почти со скоростью света. Около 90 % из них — протоны, примерно 10 % — ядра гелия, остальное — более тяжёлые ядра и электроны. Они постоянно проходят через нас.
Как открыли
В начале XX века учёные удивлялись, что электроскопы разряжаются даже в экранированных от радиоактивности условиях. В 1912 году Виктор Гесс поднялся на воздушном шаре и обнаружил, что ионизация воздуха с высотой растёт: значит, излучение приходит из космоса. Гесс получил Нобелевскую премию по физике 1936 года.
Какие у них энергии
Энергии частиц разнятся в миллиарды раз. Самые мощные превышают 10²⁰ электронвольт — в десятки миллионов раз больше, чем у протонов в Большом адронном коллайдере. Одну из самых энергичных частиц, зарегистрированную в 1991 году (около 3·10²⁰ эВ), прозвали «О-боже-мой»: её энергия — примерно 50 Дж, как у брошенного мяча, и всё это у одного ядра.
Откуда они берутся
- Солнце. Вспышки и выбросы массы («Солнечный ветер») разгоняют частицы до умеренных энергий.
- Остатки сверхновых. Основной источник галактических космических лучей. Космический телескоп Fermi (NASA) нашёл признаки ускорения протонов в остатках сверхновых.
- За пределами Галактики. Для самых энергичных частиц подозревают активные ядра галактик и другие экстремальные объекты («Квазары»). Обсерватория Пьера Оже в Аргентине в 2017 году обнаружила, что частицы с энергией выше 8·10¹⁸ эВ чаще приходят с одного направления, лежащего вне нашей Галактики, — значит, они, вероятно, внегалактического происхождения.
- Заряженные частицы отклоняются магнитными полями Галактики, поэтому по направлению прилёта источник определить трудно.
Защита Земли
Магнитное поле Земли («Магнитное поле») отклоняет заряженные частицы и сохраняет их в радиационных поясах. Атмосфера («Атмосфера Земли») поглощает остальное: частицы сталкиваются с атомами воздуха и порождают ливень вторичных частиц. До земной поверхности доходят в основном мюоны: около одного на квадратный сантиметр в минуту. Полярные сияния вызывают не космические лучи, а менее энергичные частицы солнечного ветра («Полярные сияния»).
Для космонавтов
На низкой орбите, например на МКС, магнитное поле Земли ещё защищает, но дозы всё равно выше земных: около 0,5 миллизиверта в сутки (на Земле среднегодовая природная доза — около 2,4 мЗв). Дальше от Земли хуже: прибор RAD на аппарате Curiosity измерил по пути к Марсу около 1,8 мЗв в сутки. Радиация — одна из главных проблем будущих полётов к Марсу («Артемида»).