Космический луч - Cosmic ray

«Космическое излучение» перенаправляется сюда. О некоторых других типах космического излучения см. Космический фон и Космический фон (значения). О фильме см. Космический луч (фильм).

Космический поток против энергии частицы

Космические лучи высокоэнергетичны протоны и атомные ядра которые движутся в пространстве почти на скорость света. Они исходят от солнца, извне Солнечная система,[1] и из далеких галактик.[2] Они были обнаружены Виктором Гессом в 1912 году в экспериментах на воздушном шаре. Прямое измерение космических лучей, особенно при более низких энергиях, стало возможным после запуска первых спутников в конце 1950-х годов. Детекторы частиц, подобные тем, которые используются в ядерной физике и физике высоких энергий, используются на спутниках и космических аппаратах для исследования космических лучей.[3] При ударе о Атмосфера Земли космические лучи могут производить ливни вторичных частиц которые иногда достигают поверхность. Данные из Космический телескоп Ферми (2013)[4] были интерпретированы как свидетельство того, что значительная часть первичных космических лучей исходит от сверхновая звезда взрывы звезд.[5] Активные ядра галактик также кажется, что они производят космические лучи, основываясь на наблюдениях нейтрино и гамма излучение из блазар TXS 0506 + 056 в 2018 году.[6][7]

Этимология

Период, термин луч это в некоторой степени неправильное название из-за исторической случайности, поскольку космические лучи сначала ошибочно считались электромагнитное излучение. В обычном научном обиходе[8] частицы высоких энергий с собственной массой известны как "космические" лучи, а фотоны, которые являются квантами электромагнитного излучения (и поэтому не имеют собственной массы), известны под своими общими названиями, такими как гамма излучение или же Рентгеновские лучи в зависимости от их энергия фотона.

Сочинение

Из первичных космических лучей, которые возникают за пределами атмосферы Земли, около 99% составляют ядра хорошо известных атомов (лишенных их электронных оболочек), а около 1% - одиночные электроны (то есть один тип бета-частица ). Из ядер около 90% простые протоны (т.е. ядра водорода); 9% являются альфа-частицы, идентичные ядрам гелия; и 1% - ядра более тяжелых элементов, называемых Ионы HZE.[9] Эти доли сильно различаются в диапазоне энергий космических лучей.[10] Очень небольшая часть - стабильные частицы антивещество, Такие как позитроны или же антипротоны. Точный характер этой оставшейся фракции является областью активных исследований. Активный поиск анти-альфа-частиц с околоземной орбиты не смог их обнаружить.[11]

Энергия

Космические лучи вызывают большой интерес практически из-за ущерба, который они наносят микроэлектронике и жизни за пределами защиты атмосферы и магнитного поля, а также с научной точки зрения, потому что энергии самых энергичных космические лучи сверхвысокой энергии (UHECR) приближаются к 3 × 1020 эВ,[12] примерно в 40 миллионов раз больше энергии частиц, ускоренных Большой адронный коллайдер.[13] Можно показать, что такая огромная энергия может быть достигнута с помощью центробежный механизм разгона в активные галактические ядра. В 50 J,[14] космические лучи ультравысоких энергий (такие как О-мой-Бог частица записанные в 1991 году) имеют энергию, сопоставимую с кинетической энергией бейсбольного мяча со скоростью 90 километров в час (56 миль в час). В результате этих открытий возник интерес к исследованию космических лучей еще большей энергии.[15] Однако большинство космических лучей не имеют таких экстремальных энергий; Энергетическое распределение космических лучей достигает максимума на 0,3 гигаэлектронвольта (4,8×10−11 J).[16]

История

После открытия радиоактивность к Анри Беккерель в 1896 г. считалось, что атмосферное электричество, ионизация из воздуха, был вызван только радиация от радиоактивных элементов в земле или радиоактивных газов или изотопов радон они производят.[17] Измерения увеличения скорости ионизации на увеличивающейся высоте над землей в течение десятилетия с 1900 по 1910 год можно объяснить поглощением ионизирующего излучения окружающим воздухом.[18]

Открытие

В 1909 г. Теодор Вульф разработал электрометр, устройство для измерения скорости образования ионов внутри герметично закрытого контейнера и использовало его, чтобы показать более высокие уровни излучения в верхней части Эйфелева башня чем у его основания. Однако его статья, опубликованная в Physikalische Zeitschrift не получил широкого признания. В 1911 г. Доменико Пачини наблюдали одновременные изменения скорости ионизации над озером, над морем и на глубине 3 метра от поверхности. Пачини пришел к выводу из уменьшения радиоактивности под водой, что определенная часть ионизации должна быть вызвана источниками, отличными от радиоактивности Земли.[19]

Пачини проводит измерения в 1910 году.

В 1912 г. Виктор Гесс нес три электрометра Вульфа повышенной точности[20] на высоту 5300 метров в свободный воздушный шар полет. Он обнаружил, что скорость ионизации увеличилась примерно в четыре раза по сравнению со скоростью на уровне земли.[20] Гесс исключил Солнце как источник излучения, подняв воздушный шар во время почти полного затмения. Поскольку Луна блокирует большую часть видимого излучения Солнца, Гесс все еще измерял возрастающую радиацию на повышающихся высотах.[20] Он пришел к выводу, что «результаты наблюдений, по-видимому, наиболее вероятно объясняются предположением о том, что излучение очень высокой проникающей способности проникает сверху в нашу атмосферу».[21] В 1913–1914 гг. Вернер Кольхёрстер подтвердили более ранние результаты Виктора Гесса, измерив увеличенную скорость энтальпии ионизации на высоте 9 км.

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

Гесс получил Нобелевская премия по физике в 1936 г. за его открытие.[22][23]

31 мая 2013 года ученые НАСА сообщили, что возможный пилотируемый полет на Марс может включать в себя большее радиационный риск чем считалось ранее, исходя из количества излучение энергичных частиц обнаружен РАД на Марсианская научная лаборатория во время путешествия из земной шар к Марс в 2011–2012 гг.[24][25][26]

Гесс приземляется после полета на воздушном шаре в 1912 году.

Идентификация

Бруно Росси написал, что:

В конце 1920-х - начале 1930-х годов техника самозаписывающих электроскопов, переносимых на воздушных шарах в самые высокие слои атмосферы или погружаемых на большие глубины под водой, была доведена до беспрецедентной степени совершенства немецким физиком. Эрих Регенер и его группа. Этим ученым мы обязаны одними из самых точных из когда-либо сделанных измерений ионизации космических лучей в зависимости от высоты и глубины.[27]

Эрнест Резерфорд в 1931 году заявил, что «благодаря прекрасным экспериментам профессора Милликена и еще более далеко идущим экспериментам профессора Регенера мы впервые получили кривую поглощения этих излучений в воде, на которую мы можем спокойно положиться» .[28]

В 1920-е годы термин космические лучи был придуман Роберт Милликен кто провел измерения ионизации космическими лучами от глубины 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, согласно которой они были произведены в межзвездном пространстве как побочные продукты слияния атомов водорода с более тяжелыми элементами, и что вторичные электроны были произведены в атмосфере Комптоновское рассеяние гамма-лучей. Но потом, отплыв из Ява в Нидерланды в 1927 году, Джейкоб Клей найденные доказательства,[29] позже во многих экспериментах было подтверждено, что интенсивность космических лучей увеличивается от тропиков к средним широтам, что указывает на то, что первичные космические лучи отклоняются геомагнитным полем и, следовательно, должны быть заряженными частицами, а не фотонами. В 1929 г. Боте и Кольхёрстер открыли заряженные частицы космических лучей, способные проникать через 4,1 см золота.[30] Заряженные частицы такой высокой энергии не могли быть произведены фотонами из предложенного Милликеном процесса межзвездного синтеза.[нужна цитата ]

В 1930 г. Бруно Росси предсказал разницу между интенсивностями космических лучей, приходящих с востока и запада, которая зависит от заряда первичных частиц - так называемый «эффект восток-запад».[31] Три независимых эксперимента[32][33][34] обнаружили, что интенсивность на самом деле больше с запада, что доказывает, что большинство первичных цветов являются положительными. В период с 1930 по 1945 год широкий спектр исследований подтвердил, что первичные космические лучи состоят в основном из протонов, а вторичное излучение, производимое в атмосфере, состоит в основном из электронов, фотонов и мюоны. В 1948 году наблюдения ядерных эмульсий, переносимых на воздушных шарах к верхним слоям атмосферы, показали, что примерно 10% первичных частиц являются ядрами гелия (альфа-частицы ) и 1% - более тяжелые ядра таких элементов, как углерод, железо и свинец.[35][36]

Во время тестирования своего оборудования для измерения эффекта восток-запад Росси заметил, что скорость почти одновременных разрядов двух широко разнесенных Счетчики Гейгера было больше, чем предполагалось. В своем отчете об эксперименте Росси писал: «... кажется, что время от времени записывающее оборудование поражается очень обширными потоками частиц, которые вызывают совпадения между счетчиками, даже расположенными на большом расстоянии друг от друга».[37] В 1937 г. Пьер Оже, не зная о более раннем отчете Росси, обнаружил то же явление и довольно подробно исследовал его. Он пришел к выводу, что частицы первичных космических лучей высокой энергии взаимодействуют с ядрами воздуха высоко в атмосфере, инициируя каскад вторичных взаимодействий, которые в конечном итоге приводят к ливню электронов и фотонов, которые достигают уровня земли.[38]

Советский физик Сергей Вернов первым применил радиозонды для измерения космических лучей с помощью прибора, который поднимается на большую высоту на воздушном шаре. 1 апреля 1935 года он провел измерения на высоте до 13,6 км с помощью пары Счетчики Гейгера в цепи предотвращения совпадений, чтобы избежать подсчета вторичных ливней.[39][40]

Хоми Дж. Бхабха получили выражение для вероятности рассеяния позитронов электронами, процесс, теперь известный как Бхабха рассеяние. Его классическая работа совместно с Вальтер Хайтлер, опубликованная в 1937 году, описала, как первичные космические лучи из космоса взаимодействуют с верхними слоями атмосферы, создавая частицы, наблюдаемые на уровне земли. Бхабха и Хайтлер объяснили образование ливня космических лучей каскадным образованием гамма-лучей и положительных и отрицательных электронных пар.[41][нужна цитата ][42]

Распределение энергии

Измерения энергии и направлений прихода первичных космических лучей сверхвысоких энергий методами выборка плотности и быстрое время широких атмосферных ливней были впервые проведены в 1954 году членами группы Росси по космическим лучам в Массачусетский Институт Технологий.[43] В эксперименте задействовано одиннадцать сцинтилляционные детекторы расположен в круге диаметром 460 метров на территории станции Агассис Обсерватория Гарвардского колледжа. Из этой работы и из многих других экспериментов, проведенных во всем мире, теперь известно, что энергетический спектр первичных космических лучей простирается за пределы 1020 эВ. Огромный эксперимент с воздушным душем под названием Оже проект в настоящее время работает на сайте пампасы Аргентины международным консорциумом физиков. Первым проектом руководил Джеймс Кронин, победитель 1980 г. Нобелевская премия по физике от Чикагский университет, и Алан Уотсон из Университет Лидса, а затем и другими учеными международного коллаборации Пьера Оже. Их цель - изучить свойства и направления прихода первичных космических лучей самых высоких энергий.[44] Ожидается, что результаты будут иметь важное значение для физики элементарных частиц и космологии из-за теоретической Предел Грейзена – Зацепина – Кузьмина. до энергий космических лучей с больших расстояний (около 160 миллионов световых лет), которые происходят выше 1020 эВ из-за взаимодействия с остаточными фотонами от Большой взрыв происхождение вселенной. В настоящее время обсерватория Пьера Оже проходит модернизацию, чтобы повысить ее точность и найти доказательства еще не подтвержденного происхождения наиболее энергичных космических лучей.

Гамма-лучи высоких энергий (> 50 Фотоны МэВ) были наконец обнаружены в первичном космическом излучении в эксперименте Массачусетского технологического института, проведенном на спутнике OSO-3 в 1967 году.[45] Компоненты как галактического, так и внегалактического происхождения были идентифицированы отдельно при интенсивностях намного меньше, чем 1% от первичных заряженных частиц. С тех пор многочисленные спутниковые обсерватории гамма-излучения нанесли на карту гамма-изображение неба. Самым последним из них является обсерватория Ферми, которая составила карту, показывающую узкую полосу интенсивности гамма-излучения, создаваемую дискретными и диффузными источниками в нашей галактике, и многочисленные точечные внегалактические источники, распределенные по небесной сфере.

Источники

Ранние предположения об источниках космических лучей включали предложение 1934 года Бааде и Цвикки предполагая, что космические лучи произошли от сверхновых.[46] Предложение 1948 г. Гораций В. Бэбкок предположил, что звезды с магнитной переменной могут быть источником космических лучей.[47] Впоследствии Секидо и другие. (1951) определили Крабовидная туманность как источник космических лучей.[48] С тех пор на поверхность стали появляться самые разные потенциальные источники космических лучей, в том числе сверхновые, активные галактические ядра, квазары, и гамма-всплески.[49]

Источники ионизирующего излучения в межпланетном пространстве.

Более поздние эксперименты помогли с большей уверенностью идентифицировать источники космических лучей. В 2009 году доклад, представленный на Международная конференция по космическим лучам (МККК) учеными из Обсерватория Пьера Оже в Аргентине показали космические лучи сверхвысокой энергии (UHECR), происходящие из места в небе очень близко к радиогалактика Центавр А, хотя авторы специально заявили, что потребуются дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что Центавр A является источником космических лучей.[50] Однако не было обнаружено никакой корреляции между падением гамма-всплесков и космических лучей, из-за чего авторы установили верхние пределы до 3,4 × 10−6× эрг ·см−2 на потоке 1 ГэВ - 1 ТэВ космические лучи от гамма-всплесков.[51]

В 2009 году сверхновые были названы источником космических лучей. Это открытие было сделано группой исследователей с использованием данных Очень большой телескоп.[52] Однако в 2011 г. этот анализ был оспорен данными ПАМЕЛА, который показал, что «спектральные формы [ядер водорода и гелия] различны и не могут быть хорошо описаны одним степенным законом», что предполагает более сложный процесс образования космических лучей.[53] Однако в феврале 2013 года исследование, анализировавшее данные Ферми путем наблюдения за распадом нейтрального пиона выяснилось, что сверхновые действительно являются источником космических лучей, причем каждый взрыв производит примерно 3 × 1042 – 3 × 1043 J космических лучей.[4][5]

Ускорение ударного фронта (теоретическая модель для сверхновых и активных ядер галактик): падающий протон ускоряется между двумя ударными фронтами до энергий высокоэнергетической составляющей 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.[54] Чтобы объяснить реальный процесс в сверхновых и активных ядрах галактик, который ускоряет лишенные атомы, физики используют ускорение фронта ударной волны в качестве аргумента правдоподобия (см. Рисунок справа).

В 2017 г. Пьер Оже Коллаборация опубликовал наблюдение слабого анизотропия в направлениях прихода космических лучей самых высоких энергий.[55] Поскольку Центр Галактики находится в области дефицита, эту анизотропию можно интерпретировать как свидетельство внегалактического происхождения космических лучей при самых высоких энергиях. Это означает, что должна быть энергия перехода от галактических источников к внегалактическим, и могут быть разные типы источников космических лучей, вносящие вклад в разные диапазоны энергий.

Типы

Космические лучи можно разделить на два типа:

  • галактические космические лучи (GCR) и внегалактические космические лучи, т.е. частицы высокой энергии, возникающие за пределами Солнечной системы, и
  • солнечные энергетические частицы, высокоэнергетические частицы (преимущественно протоны), испускаемые Солнцем, в основном в солнечные извержения.

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

Первичная космическая частица сталкивается с молекулой атмосферы.

Космические лучи возникают как первичные космические лучи, которые изначально образуются в различных астрофизических процессах. Первичные космические лучи состоят в основном из протонов и альфа-частицы (99%), с небольшим количеством более тяжелых ядер (≈1%) и очень незначительной долей позитроны и антипротоны.[9] Вторичные космические лучи, вызванные распадом первичных космических лучей при воздействии на атмосферу, включают: фотоны, лептоны, и адроны, 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 исходят из-за пределов Солнечная система а иногда даже Млечный Путь. Когда они взаимодействуют с атмосферой Земли, они превращаются во вторичные частицы. Массовое отношение ядер гелия к ядрам водорода, 28%, аналогично изначальному элементарное изобилие соотношение этих элементов - 24%.[56] Оставшаяся фракция состоит из других более тяжелых ядер, которые являются типичными конечными продуктами нуклеосинтеза, в первую очередь литий, бериллий, и бор. Эти ядра появляются в космических лучах в гораздо большем количестве (≈1%), чем в солнечной атмосфере, где их всего около 10−11 в изобилии, как гелий. Космические лучи, состоящие из заряженных ядер тяжелее гелия, называются Ионы HZE. Из-за высокого заряда и тяжелой природы ионов HZE их вклад в доза облучения в космосе имеет большое значение, хотя их относительно мало.

Эта разница в содержании является результатом того, как образуются вторичные космические лучи. Ядра углерода и кислорода сталкиваются с межзвездным веществом с образованием литий, бериллий и бор в процессе, называемом расщепление космических лучей. Скалывание также является причиной обилия скандий, титан, ванадий, и марганец ионы в космических лучах, возникающих при столкновении ядер железа и никеля с межзвездное вещество.[57]

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

Первичное антивещество космических лучей

Смотрите также: Альфа-магнитный спектрометр

Спутниковые эксперименты обнаружили доказательства позитроны и несколько антипротонов в первичных космических лучах, составляющих менее 1% частиц в первичных космических лучах. Похоже, они не являются продуктами большого количества антивещества, образовавшегося в результате Большого взрыва, или действительно сложного антивещества во Вселенной. Скорее, они состоят только из этих двух элементарных частиц, вновь созданных в энергетических процессах.

Предварительные результаты действующих в настоящее время Альфа-магнитный спектрометр (AMS-02) на борту Международная космическая станция показывают, что позитроны в космических лучах приходят без направления. В сентябре 2014 года новые результаты с почти вдвое большим объемом данных были представлены в докладе в ЦЕРН и опубликованы в Physical Review Letters.[58][59] Сообщалось о новом измерении доли позитронов до 500 ГэВ, показывающем, что доля позитронов достигает максимума около 16% от общего числа электрон + позитронных событий при энергии около 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 пика при энергиях, намного превышающих энергии электронов, которые достигают максимума около 10 ГэВ.[60] Было высказано предположение, что эти результаты интерпретации связаны с рождением позитронов в событиях аннигиляции массивных темная материя частицы.[61]

Антипротоны космических лучей также имеют гораздо более высокую среднюю энергию, чем их аналоги из нормальной материи (протоны). Они прибывают на Землю с характерным максимумом энергии 2 ГэВ, что указывает на их производство в процессе, принципиально отличном от процесса протонов космических лучей, которые в среднем имеют только одну шестую энергии.[62]

Нет никаких доказательств существования сложных атомных ядер антивещества, таких как антигелий ядер (то есть анти-альфа-частиц) в космических лучах. Их активно ищут. Прототип AMS-02 назначенный АМС-01, был отправлен в космос на борту Космический шатл Открытие на СТС-91 в июне 1998 года. Не обнаружив ни одного антигелий вообще, АМС-01 установил верхний предел 1.1 × 10−6 для антигелия к гелию поток соотношение.[63]

Луна в космических лучах
Мюонная тень луны
В Луна тень космических лучей, наблюдаемая во вторичных мюонах, обнаруженных на глубине 700 м под землей, на Судан 2 детектор
Луна в гамма-лучах
Луна глазами Комптонская гамма-обсерватория, в гамма-квантах с энергией более 20 МэВ. Они возникают в результате бомбардировки его поверхности космическими лучами.[64]

Вторичные космические лучи

Когда космические лучи входят в Атмосфера Земли они сталкиваются с атомы и молекулы, в основном кислород и азот. В результате взаимодействия образуется каскад более легких частиц, так называемый воздушный душ вторичная радиация, которая проливается дождем, в том числе рентгеновские лучи, протоны, альфа-частицы, пионы, мюоны, электроны, нейтрино, и нейтроны.[65] Все вторичные частицы, образовавшиеся в результате столкновения, продолжают движение по траекториям в пределах одного градуса от первоначального пути первичной частицы.

Типичные частицы, образующиеся при таких столкновениях: нейтроны и заряжен мезоны например, положительный или отрицательный пионы и каоны. Некоторые из них впоследствии распадаются на мюоны и нейтрино, которые способны достигать поверхности Земли. Некоторые мюоны высокой энергии даже проникают на некоторое расстояние в мелкие шахты, а большинство нейтрино проходят через Землю без дальнейшего взаимодействия. Другие распадаются на фотоны, впоследствии создавая электромагнитные каскады. Следовательно, рядом с фотонами электроны и позитроны обычно преобладают в атмосферных ливнях. Эти частицы, а также мюоны могут быть легко обнаружены многими типами детекторов частиц, такими как облачные камеры, пузырьковые камеры, водно-черенковский или мерцание детекторы. Наблюдение вторичного ливня частиц в нескольких детекторах одновременно является признаком того, что все частицы пришли из этого события.

Космические лучи, падающие на другие планетные тела в Солнечной системе, обнаруживаются косвенно, наблюдая высокоэнергетические гамма-луч излучения гамма-телескопа. Они отличаются от процессов радиоактивного распада своей более высокой энергией, превышающей примерно 10 МэВ.

Поток космических лучей

Обзор космической среды показывает взаимосвязь между солнечной активностью и галактическими космическими лучами.[66]

В поток приходящих космических лучей в верхние слои атмосферы зависит от Солнечный ветер, то Магнитное поле Земли, и энергия космических лучей. На расстояниях ≈94AU от Солнца солнечный ветер претерпевает переход, называемый завершающий шок, от сверхзвуковых до дозвуковых скоростей. Область между скачком прерывания и гелиопауза 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 дает основания для наблюдения, что поток, по-видимому, зависит от широта, долгота, и азимутальный угол.

Комбинированное воздействие всех упомянутых факторов способствует потоку космических лучей на поверхность Земли. Следующая таблица частот причастия достигает планеты[67] и выводятся из излучения более низкой энергии, достигающего земли.[68]

Относительные энергии частиц и скорости космических лучей
Энергия частиц (эВ )Скорость частиц (м−2s−1)
1×109 (ГэВ )1×104
1×1012 (ТэВ )1
1×1016 (10 ПэВ )1×10−7 (несколько раз в год)
1×1020 (100 EeV )1×10−15 (раз в столетие)

В прошлом считалось, что поток космических лучей остается довольно постоянным во времени. Однако недавние исследования показывают, что поток космических лучей за последние сорок тысяч лет изменился в масштабе времени в полтора-два раза в масштабе тысячелетия.[69]

Величина энергии потока космических лучей в межзвездном пространстве очень сравнима с величиной других энергий дальнего космоса: плотность энергии космических лучей составляет в среднем около одного электрон-вольта на кубический сантиметр межзвездного пространства, или ≈1 эВ / см3, что сравнимо с плотностью энергии видимого звездного света при 0,3 эВ / см3, то галактическое магнитное поле плотность энергии (предположительно 3 мкгаусс), которая составляет ≈ 0,25 эВ / см3, или космический микроволновый фон (CMB) плотность энергии излучения при ≈0,25 эВ / см3.[70]

Методы обнаружения

В ВЕРИТАС массив воздушных черенковских телескопов.

Есть два основных класса методов обнаружения. Во-первых, прямое обнаружение первичных космических лучей в космосе или на большой высоте с помощью приборов, устанавливаемых на воздушном шаре. Во-вторых, косвенное обнаружение вторичных частиц, т. Е. Обширных атмосферных ливней при более высоких энергиях. Несмотря на то, что были предложения и прототипы для обнаружения атмосферных ливней из космоса и с помощью воздушных шаров, в настоящее время проводимые эксперименты с высокоэнергетическими космическими лучами проводятся на земле. Обычно прямое обнаружение более точное, чем косвенное. Однако поток космических лучей уменьшается с увеличением энергии, что затрудняет прямое обнаружение в диапазоне энергий выше 1 ПэВ. Как прямое, так и косвенное обнаружение осуществляется 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, разработанный Робертом Флейшером, П. Буфорд Прайс, и Роберт М. Уокер для использования на высотных аэростатах.[71] В этом методе листы прозрачного пластика, вроде 0,25мм Лексан поликарбонат, сложены вместе и подвергаются прямому воздействию космических лучей в космосе или на большой высоте. Ядерный заряд вызывает разрыв химической связи или ионизация в пластике. В верхней части пластикового пакета ионизация меньше из-за высокой скорости космических лучей. По мере того как скорость космических лучей уменьшается из-за замедления в стопке, ионизация увеличивается по пути. Полученные пластиковые листы «протравливаются» или медленно растворяются в теплой каустике. едкий натр раствор, который удаляет поверхностный материал с медленной известной скоростью. Едкий гидроксид натрия растворяет пластик с большей скоростью по пути ионизированного пластика. В результате в пластике образуется коническая ямка для травления. Ямки травления измеряются под микроскопом с большим увеличением (обычно 1600 × масляная иммерсия), и скорость травления наносится на график как функция глубины уложенного пластика.

Этот метод дает уникальную кривую для каждого атомного ядра от 1 до 92, позволяя идентифицировать как заряд, так и энергию космических лучей, проходящих через пластиковую стопку. Чем больше ионизация по пути, тем выше заряд. В дополнение к использованию для обнаружения космических лучей, этот метод также используется для обнаружения ядер, созданных как продукты ядерное деление.

Косвенное обнаружение

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

Обширные массивы воздушных ливней, состоящие из детекторов частиц, измеряют заряженные частицы, которые проходят через них. Массивы EAS могут вести наблюдение за обширной областью неба и могут быть активны более 90% времени. Однако они менее способны отделить фоновые эффекты от космических лучей, чем телескопы Черенкова в воздухе. В большинстве современных массивов EAS используется пластик. сцинтилляторы. Также вода (жидкая или замороженная) используется в качестве среды обнаружения, через которую частицы проходят и производят черенковское излучение, чтобы сделать их обнаруживаемыми.[72] Поэтому в некоторых массивах используются черенковские детекторы воды / льда в качестве альтернативы или в дополнение к сцинтилляторам. Благодаря комбинации нескольких детекторов некоторые массивы ШАЛ имеют возможность отличать мюоны от более легких вторичных частиц (фотонов, электронов, позитронов). Долю мюонов среди вторичных частиц одним из традиционных способов оценивают массовый состав первичных космических лучей.

Исторический метод обнаружения вторичных частиц, который до сих пор используется в демонстрационных целях, включает использование облачные камеры[73] для обнаружения вторичных мюонов, образующихся при распаде пиона. В частности, облачные камеры могут быть построены из широко доступных материалов и могут быть построены даже в лаборатории средней школы. Пятый метод, включающий пузырьковые камеры, может быть использован для обнаружения частиц космических лучей.[74]

Совсем недавно CMOS устройства во всепроникающих смартфон Камеры были предложены в качестве практической распределенной сети для обнаружения атмосферных ливней космических лучей сверхвысокой энергии (КЛВЭ).[75] Первый приложение, чтобы использовать это предположение, был эксперимент CRAYFIS (Космические лучи, обнаруженные в смартфонах).[76][77] Затем, в 2017 году, сотрудничество CREDO (Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory)[78] выпустила первую версию своего приложения с полностью открытым исходным кодом для устройств Android. С тех пор сотрудничество вызвало интерес и поддержку многих научных учреждений, учебных заведений и представителей общественности по всему миру.[79] Будущие исследования должны показать, в каких аспектах этот новый метод может конкурировать со специализированными массивами ШАЛ.

Первый метод регистрации во второй категории называется воздушный черенковский телескоп, предназначенный для регистрации космических лучей с низкой энергией (<200 ГэВ) путем анализа их Черенковское излучение, которые для космических лучей представляют собой гамма-лучи, излучаемые, поскольку они движутся быстрее, чем скорость света в их среде, в атмосфере.[80] Хотя эти телескопы чрезвычайно хороши в различении фонового излучения и излучения космического происхождения, они могут хорошо работать только в ясные ночи, когда Луна не светит, и имеют очень маленькое поле зрения и активны только в течение нескольких процентов времени. .

Второй метод обнаруживает свет от флуоресценции азота, вызванной возбуждением азота в атмосфере ливнем частиц, движущихся через атмосферу. Этот метод является наиболее точным для космических лучей при самых высоких энергиях, особенно в сочетании с массивами детекторов частиц ШАЛ.[81] Как и в случае обнаружения черенковского света, этот метод ограничен ясными ночами.

Другой метод обнаруживает радиоволны, излучаемые атмосферными ливнями. Этот метод имеет высокий рабочий цикл, аналогичный детекторам частиц. Точность этого метода была улучшена в последние годы, как показали различные эксперименты с прототипами, и 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 нестабильные изотопы в атмосфере Земли, например углерод-14, через реакцию:

п + 14N → p + 14C

Космические лучи держали уровень углерод-14[82] в атмосфере примерно постоянна (70 тонн) в течение как минимум последних 100000 лет,[нужна цитата ] до начала наземных испытаний ядерного оружия в начале 1950-х годов. Этот факт используется в радиоуглеродное датирование.[нужна цитата ]

Продукты реакции первичных космических лучей, период полураспада радиоизотопа и реакция образования[83]

Роль в окружающем излучении

Космические лучи составляют долю годового облучения людей на Земле, в среднем 0,39 мЗв из всего 3 мЗв в год (13% от общего фона) для населения Земли. Однако фоновое излучение космических лучей увеличивается с высотой, начиная с 0,3 мЗв в год для районов на уровне моря до 1,0 мЗв в год для высокогорных городов, что увеличивает экспозицию космического излучения до четверти от общего фонового радиационного облучения для населения указанных городов. Экипажи авиакомпаний, летящие на дальние высотные маршруты, могут подвергаться воздействию 2.2. мЗв дополнительного излучения ежегодно из-за космических лучей, что почти вдвое увеличивает их общее воздействие ионизирующего излучения.

Среднее годовое радиационное облучение (миллизиверты )
РадиацияНКДАР ООН[84][85]Принстон[86]Штат Ва[87]MEXT[88]Замечание
ТипИсточникМир
средний		Типичный диапазонСоединенные Штаты АмерикиСоединенные Штаты АмерикиЯпония
ЕстественныйВоздуха1.260.2–10.0а2.292.000.40В первую очередь от радона, (а)зависит от накопления радона в помещении.
Внутренний0.290.2–1.0б0.160.400.40В основном из радиоизотопов в продуктах питания (40K, 14C, так далее.) (б)зависит от диеты.
Наземный0.480.3–1.0c0.190.290.40(c)Зависит от состава грунта и строительного материала конструкций.
Космический0.390.3–1.0d0.310.260.30(г)Обычно увеличивается с увеличением высоты.
Промежуточный итог2.401.0–13.02.952.951.50
ИскусственныйМедицинское0.600.03–2.03.000.532.30
Выпадать0.0070 – 1+––0.01Пик пришелся на 1963 год с пиком в 1986 году; по-прежнему высокий вблизи мест ядерных испытаний и аварий.
В Соединенных Штатах радиоактивные осадки относятся к другим категориям.
Другие0.00520–200.250.130.001Среднее годовое профессиональное облучение составляет 0,7 мЗв; горняки подвержены более высокому риску.
Население вблизи АЭС получает дополнительно ≈0,02 мЗв ежегодно.
Промежуточный итог0.6От 0 до десятков3.250.662.311
Общий3.00От 0 до десятков6.203.613.81
Цифры относятся к периоду до Ядерная катастрофа на Фукусима-дайити. Ценности, созданные НКДАР ООН, взяты из Японского национального института радиологических наук, который обобщил данные НКДАР ООН.

Влияние на электронику

Смотрите также: Радиационное упрочнение

Космические лучи обладают достаточной энергией, чтобы изменять состояния компонентов схемы в электронный интегральные схемы, вызывая временные ошибки (например, поврежденные данные в электронные запоминающие устройства или неправильное выполнение Процессоры ) часто называют "мягкие ошибки ". Это было проблемой в электроника на очень большой высоте, например, в спутники, но с транзисторы становясь все меньше и меньше, это вызывает все большую озабоченность и в наземной электронике.[89] Исследования IBM в 1990-х годах предполагают, что компьютеры обычно испытывают примерно одну ошибку, вызванную космическими лучами, на 256 мегабайт баран в месяц.[90] Чтобы решить эту проблему, Корпорация Intel предложил детектор космических лучей, который может быть интегрирован в будущую систему высокой плотности микропроцессоры, позволяя процессору повторить последнюю команду после события космического луча.[91] Память ECC используется для защиты данных от повреждения, вызванного космическими лучами.

В 2008 году повреждение данных в системе управления полетом вызвало Airbus A330 авиалайнер дважды нырнуть на сотни футов, в результате чего получили травмы несколько пассажиров и членов экипажа. Cosmic rays were investigated among other possible causes of the data corruption, but were ultimately ruled out as being very unlikely.[92]

A high-profile recall in 2009–2010 involving Toyota vehicles with throttles that became stuck in the open position may have been caused by cosmic rays.[93] The connection was discussed on the "Bit Flip" episode of the radio program Радиолаборатория.[94]

In August 2020 scientists reported that that ionizing radiation from environmental radioactive materials and cosmic rays may substantially limit the согласованность времена кубиты if they aren't shielded adequately which may be critical for realizing fault-tolerant superconducting квантовые компьютеры в будущем.[95][96][97]

Significance to aerospace travel

Основная статья: Угроза здоровью от космических лучей

Galactic cosmic rays are one of the most important barriers standing in the way of plans for interplanetary travel by crewed spacecraft. Cosmic rays also pose a threat to electronics placed aboard outgoing probes. In 2010, a malfunction aboard the Вояджер 2 space probe was credited to a single flipped bit, probably caused by a cosmic ray. Strategies such as physical or magnetic shielding for spacecraft have been considered in order to minimize the damage to electronics and human beings caused by cosmic rays.[98][99]

Comparison of radiation doses, including the amount detected on the trip from Earth to Mars by the РАД на MSL (2011–2013).[24][25][26]

Flying 12 kilometres (39,000 ft) high, passengers and crews of реактивные авиалайнеры are exposed to at least 10 times the cosmic ray dose that people at уровень моря receive. Aircraft flying полярные маршруты недалеко от geomagnetic poles are at particular risk.[100][101][102]

Role in lightning

Cosmic rays have been implicated in the triggering of electrical breakdown in молния. It has been proposed that essentially all lightning is triggered through a relativistic process, or "побег из строя ", seeded by cosmic ray secondaries. Subsequent development of the lightning discharge then occurs through "conventional breakdown" mechanisms.[103]

Postulated role in climate change

A role for cosmic rays in climate was suggested by Эдвард П. Ней в 1959 г.[104] и по Роберт Э. Дикинсон в 1975 г.[105] It has been postulated that cosmic rays may have been responsible for major climatic change and mass-extinction in the past. According to Adrian Mellott and Mikhail Medvedev, 62-million-year cycles in biological marine populations correlate with the motion of the Earth relative to the galactic plane and increases in exposure to cosmic rays.[106] The researchers suggest that this and гамма-луч bombardments deriving from local сверхновые could have affected рак и mutation rates, and might be linked to decisive alterations in the Earth's climate, and to the mass-extinctions из Ордовик.[107][108]

Danish physicist Henrik Svensmark has controversially argued that because solar variation modulates the cosmic ray flux on Earth, they would consequently affect the rate of cloud formation and hence be an indirect cause of глобальное потепление.[109][110] Svensmark is one of several scientists outspokenly opposed to the mainstream scientific assessment of global warming, leading to concerns that the proposition that cosmic rays are connected to global warming could be ideologically biased rather than scientifically based.[111] Other scientists have vigorously criticized Svensmark for sloppy and inconsistent work: one example is adjustment of cloud data that understates error in lower cloud data, but not in high cloud data;[112] another example is "incorrect handling of the physical data" resulting in graphs that do not show the correlations they claim to show.[113] Despite Svensmark's assertions, galactic cosmic rays have shown no statistically significant influence on changes in cloud cover,[114] and have been demonstrated in studies to have no causal relationship to changes in global temperature.[115]

Possible mass extinction factor

Смотрите также: Pliocene § Supernovae

A handful of studies conclude that a nearby supernova or series of supernovas caused the Плиоцен marine megafauna extinction event by substantially increasing radiation levels to hazardous amounts for large seafaring animals.[116][117][118]

Research and experiments

Смотрите также: Обсерватория космических лучей

There are a number of cosmic-ray research initiatives, listed below.

Наземный

спутник

Balloon-borne

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шарма (2008). Атомная и ядерная физика. Pearson Education India. п. 478. ISBN  978-81-317-1924-4.
  2. ^ "Detecting cosmic rays from a galaxy far, far away". Science Daily. 21 сентября 2017 г.. Получено 26 декабря 2017.
  3. ^ Vaclav Cilek, ed. (2009). "Cosmic Influences on the Earth". Earth System: History and Natural Variability Volume I. Издательство Eolss. п. 165. ISBN  978-1-84826-104-4.
  4. ^ а б Ackermann, M.; Ajello, M.; Allafort, A.; Baldini, L.; Ballet, J.; Barbiellini, G.; Baring, M. G.; Bastieri, D.; Bechtol, K .; Bellazzini, R .; Blandford, R.D .; Bloom, E.D.; Bonamente, E.; Borgland, A. W.; Bottacini, E.; Brandt, T. J.; Bregeon, J.; Brigida, M.; Bruel, P.; Buehler, R .; Busetto, G.; Buson, S.; Caliandro, G. A.; Cameron, R.A .; Caraveo, P. A.; Casandjian, J. M.; Cecchi, C.; Celik, O.; Charles, E.; и другие. (15 февраля 2013 г.). "Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants". Наука. 339 (6424): 807–811. arXiv:1302.3307. Bibcode:2013Sci...339..807A. Дои:10.1126/science.1231160. PMID  23413352. S2CID  29815601.
  5. ^ а б Ginger Pinholster (13 February 2013). "Evidence Shows that Cosmic Rays Come from Exploding Stars".
  6. ^ HESS collaboration (2016). "Acceleration of petaelectronvolt protons in the Galactic Centre". Природа. 531 (7595): 476–479. arXiv:1603.07730. Bibcode:2016Natur.531..476H. Дои:10.1038/nature17147. PMID  26982725. S2CID  4461199.
  7. ^ Collaboration, IceCube (12 July 2018). «Эмиссия нейтрино со стороны блазара TXS 0506 + 056 до сигнала тревоги IceCube-170922A». Наука. 361 (6398): 147–151. arXiv:1807.08794. Bibcode:2018Научный ... 361..147I. Дои:10.1126 / science.aat2890. ISSN  0036-8075. PMID  30002248.
  8. ^ Eric Christian. "Are Cosmic Rays Electromagnetic radiation?". НАСА. Получено 11 декабря 2012.
  9. ^ а б "What are cosmic rays?". NASA, Goddard Space Flight Center. Архивировано из оригинал 28 октября 2012 г.. Получено 31 октября 2012. копировать В архиве 4 марта 2016 г. Wayback Machine
  10. ^ H. Dembinski; и другие. (2018). "Data-driven model of the cosmic-ray flux and mass composition from 10 GeV to 10^11 GeV". Труды науки. ICRC2017: 533. arXiv:1711.11432. Дои:10.22323/1.301.0533. S2CID  85540966.
  11. ^ "Космические лучи". Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. НАСА. Получено 23 марта 2019.
  12. ^ Nerlich, Steve (12 June 2011). "Astronomy Without A Telescope – Oh-My-God Particles". Вселенная сегодня. Вселенная сегодня. Получено 17 февраля 2013.
  13. ^ "Факты и цифры". The LHC. European Organization for Nuclear Research. 2008 г.. Получено 17 февраля 2013.
  14. ^ Gaensler, Brian (November 2011). "Extreme speed". КОСМОС (41). Архивировано из оригинал 7 апреля 2013 г.
  15. ^ L. Anchordoqui; T. Paul; S. Reucroft; J. Swain (2003). "Ultrahigh Energy Cosmic Rays: The state of the art before the Auger Observatory". Международный журнал современной физики A. 18 (13): 2229–2366. arXiv:hep-ph/0206072. Bibcode:2003IJMPA..18.2229A. Дои:10.1142/S0217751X03013879. S2CID  119407673.
  16. ^ Nave, Carl R. "Cosmic rays". HyperPhysics Concepts. Государственный университет Джорджии. Получено 17 февраля 2013.
  17. ^ Malley, Marjorie C. (25 August 2011), Radioactivity: A History of a Mysterious Science, Oxford University Press, pp. 78–79, ISBN  9780199766413.
  18. ^ North, John (15 July 2008), Космос: иллюстрированная история астрономии и космологии, University of Chicago Press, стр. 686, ISBN  9780226594415.
  19. ^ D. Pacini (1912). "La radiazione penetrante alla superficie ed in seno alle acque". Il Nuovo Cimento. 3 (1): 93–100. arXiv:1002.1810. Bibcode:1912NCim....3...93P. Дои:10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.
    Translated and commented in A. de Angelis (2010). "Penetrating Radiation at the Surface of and in Water". Il Nuovo Cimento. 3: 93–100. arXiv:1002.1810. Bibcode:1912NCim....3...93P. Дои:10.1007/BF02957440. S2CID  118487938.
  20. ^ а б c "Nobel Prize in Physics 1936 – Presentation Speech". Nobelprize.org. 10 декабря 1936 г.. Получено 27 февраля 2013.
  21. ^ V. F. Hess (1912). "Über Beobachtungen der durchdringenden Strahlung bei sieben Freiballonfahrten (English translation)". Physikalische Zeitschrift. 13: 1084–1091. arXiv:1808.02927.
  22. ^ В.Ф. Hess (1936). "The Nobel Prize in Physics 1936". Нобелевский фонд. Получено 11 февраля 2010.
  23. ^ В.Ф. Hess (1936). "Unsolved Problems in Physics: Tasks for the Immediate Future in Cosmic Ray Studies". Нобелевские лекции. Нобелевский фонд. Получено 11 февраля 2010.
  24. ^ а б Kerr, Richard (31 May 2013). «Радиация сделает путешествие астронавтов на Марс еще более опасным». Наука. 340 (6136): 1031. Bibcode:2013Наука ... 340.1031K. Дои:10.1126 / science.340.6136.1031. PMID  23723213.
  25. ^ а б Zeitlin, C.; Hassler, D. M.; Cucinotta, F. A.; Ehresmann, B.; Wimmer-Schweingruber, R.F .; Brinza, D. E.; Kang, S .; Weigle, G.; и другие. (31 мая 2013 г.). "Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory". Наука. 340 (6136): 1080–1084. Bibcode:2013Научный ... 340.1080Z. Дои:10.1126 / science.1235989. PMID  23723233. S2CID  604569.
  26. ^ а б Chang, Kenneth (30 May 2013). "Данные о радиационном риске для путешественников на Марс". Нью-Йорк Таймс. Получено 31 мая 2013.
  27. ^ Rossi, Bruno Benedetto (1964). Cosmic Rays. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-053890-0.
  28. ^ Geiger, H.; Rutherford, Lord; Regener, E.; Lindemann, F. A.; Wilson, C. T. R.; Chadwick, J.; Gray, L. H.; Tarrant, G. T. P.; и другие. (1931). "Discussion on Ultra-Penetrating Rays". Труды Лондонского королевского общества A. 132 (819): 331. Bibcode:1931RSPSA.132..331G. Дои:10.1098/rspa.1931.0104.
  29. ^ Clay, J. (1927). "Penetrating Radiation" (PDF). Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen Te Amsterdam. 30 (9–10): 1115–1127.
  30. ^ Bothe, Walther; Werner Kolhörster (November 1929). "Das Wesen der Höhenstrahlung". Zeitschrift für Physik. 56 (11–12): 751–777. Bibcode:1929ZPhy...56..751B. Дои:10.1007/BF01340137. S2CID  123901197.
  31. ^ Rossi, Bruno (August 1930). "On the Magnetic Deflection of Cosmic Rays". Физический обзор. 36 (3): 606. Bibcode:1930PhRv...36..606R. Дои:10.1103/PhysRev.36.606.
  32. ^ Johnson, Thomas H. (May 1933). "The Azimuthal Asymmetry of the Cosmic Radiation". Физический обзор. 43 (10): 834–835. Bibcode:1933PhRv...43..834J. Дои:10.1103/PhysRev.43.834.
  33. ^ Alvarez, Luis; Compton, Arthur Holly (May 1933). "A Positively Charged Component of Cosmic Rays". Физический обзор. 43 (10): 835–836. Bibcode:1933PhRv...43..835A. Дои:10.1103/PhysRev.43.835.
  34. ^ Rossi, Bruno (May 1934). "Directional Measurements on the Cosmic Rays Near the Geomagnetic Equator". Физический обзор. 45 (3): 212–214. Bibcode:1934PhRv...45..212R. Дои:10.1103/PhysRev.45.212.
  35. ^ Фрейер, Филлис; Lofgren, E .; Ney, E .; Oppenheimer, F .; Bradt, H .; Peters, B.; и другие. (July 1948). "Evidence for Heavy Nuclei in the Primary Cosmic radiation". Физический обзор. 74 (2): 213–217. Bibcode:1948ПхРв ... 74..213Ф. Дои:10.1103 / PhysRev.74.213.
  36. ^ Фрейер, Филлис; Peters, B.; и другие. (December 1948). "Investigation of the Primary Cosmic Radiation with Nuclear Photographic Emulsions". Физический обзор. 74 (12): 1828–1837. Bibcode:1948PhRv...74.1828B. Дои:10.1103/PhysRev.74.1828.
  37. ^ Rossi, Bruno (1934). "Misure sulla distribuzione angolare di intensita della radiazione penetrante all'Asmara". Ricerca Scientifica. 5 (1): 579–589.
  38. ^ Auger, P.; и другие. (July 1939), "Extensive Cosmic-Ray Showers", Обзоры современной физики, 11 (3–4): 288–291, Bibcode:1939РвМП ... 11..288А, Дои:10.1103 / RevModPhys.11.288.
  39. ^ J.L. DuBois; R.P. Multhauf; C.A. Ziegler (2002). The Invention and Development of the Radiosonde (PDF). Smithsonian Studies in History and Technology. 53. Пресса Смитсоновского института.
  40. ^ S. Vernoff (1935). "Radio-Transmission of Cosmic Ray Data from the Stratosphere". Природа. 135 (3426): 1072–1073. Bibcode:1935Natur.135.1072V. Дои:10.1038/1351072c0. S2CID  4132258.
  41. ^ Bhabha, H. J.; Heitler, W. (1937). "The Passage of Fast Electrons and the Theory of Cosmic Showers" (PDF). Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 159 (898): 432–458. Bibcode:1937RSPSA.159..432B. Дои:10.1098/rspa.1937.0082. ISSN  1364-5021.
  42. ^ Braunschweig, W.; и другие. (1988). "A study of Bhabha scattering at PETRA energies". Zeitschrift für Physik C. 37 (2): 171–177. Дои:10.1007/BF01579904. S2CID  121904361.
  43. ^ Clark, G .; Earl, J.; Kraushaar, W.; Linsley, J.; Rossi, B.; Scherb, F.; Scott, D. (1961). "Cosmic-Ray Air Showers at Sea Level". Физический обзор. 122 (2): 637–654. Bibcode:1961PhRv..122..637C. Дои:10.1103/PhysRev.122.637.
  44. ^ "The Pierre Auger Observatory". Auger Project. В архиве from the original on 3 September 2018.
  45. ^ Kraushaar, W. L.; и другие. (1972). «Название неизвестно». Астрофизический журнал. 177: 341. Bibcode:1972ApJ...177..341K. Дои:10.1086/151713.
  46. ^ Baade, W.; Zwicky, F. (1934). "Cosmic rays from super-novae". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 20 (5): 259–263. Bibcode:1934PNAS...20..259B. Дои:10.1073/pnas.20.5.259. JSTOR  86841. ЧВК  1076396. PMID  16587882.
  47. ^ Babcock, H. (1948). "Magnetic variable stars as sources of cosmic rays". Физический обзор. 74 (4): 489. Bibcode:1948PhRv...74..489B. Дои:10.1103/PhysRev.74.489.
  48. ^ Sekido, Y.; Masuda, T .; Yoshida, S.; Wada, M. (1951). "The Crab Nebula as an observed point source of cosmic rays". Физический обзор. 83 (3): 658–659. Bibcode:1951PhRv...83..658S. Дои:10.1103/PhysRev.83.658.2.
  49. ^ Gibb, Meredith (3 February 2010). "Cosmic rays". Imagine the Universe. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Получено 17 марта 2013.
  50. ^ Hague, J.D. (July 2009). "Correlation of the Highest Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects in Pierre Auger Observatory Data" (PDF). Proceedings of the 31st ICRC, Łódź 2009. International Cosmic Ray Conference. Łódź, Poland. С. 6–9. Архивировано из оригинал (PDF) 28 мая 2013 г.. Получено 17 марта 2013.
  51. ^ Hague, J.D. (July 2009). "Correlation of the highest energy cosmic rays with nearby extragalactic objects in Pierre Auger Observatory data" (PDF). Proceedings of the 31st ICRC, Łódź, Poland 2009 – International Cosmic Ray Conference: 36–39. Архивировано из оригинал (PDF) 28 мая 2013 г.. Получено 17 марта 2013.
  52. ^ Moskowitz, Clara (25 June 2009). "Source of cosmic rays pinned down". Space.com. Tech Media Network. Получено 20 марта 2013.
  53. ^ Adriani, O .; Barbarino, G.C.; Bazilevskaya, G.A.; Bellotti, R.; Boezio, M.; Bogomolov, E.A.; и другие. (2011). "PAMELA measurements of cosmic-ray proton and helium spectra". Наука. 332 (6025): 69–72. arXiv:1103.4055. Bibcode:2011Sci...332...69A. Дои:10.1126/science.1199172. HDL:2108/55474. PMID  21385721. S2CID  1234739.
  54. ^ Jha, Alok (14 February 2013). "Cosmic ray mystery solved". Хранитель. London, UK: Guardian News and Media Limited. Получено 21 марта 2013.
  55. ^ Pierre Auger Collaboration; Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez-Muñiz, J.; Anastasi, G. A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Arqueros, F.; Arsene, N.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J.; Avila, G.; Badescu, A. M.; Balaceanu, A.; Barbato, F.; Barreira Luz, R. J.; Beatty, J. J.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Berat, C.; и другие. (The Pierre Auger Collaboration) (2017). "Observation of a large-scale anisotropy in the arrival directions of cosmic rays above 8×1018 eV". Наука. 357 (6357): 1266–1270. arXiv:1709.07321. Дои:10.1126/science.aan4338. PMID  28935800. S2CID  3679232.
  56. ^ Mewaldt, Richard A. (1996). "Космические лучи". Калифорнийский технологический институт.
  57. ^ Koch, L.; Engelmann, J.J.; Goret, P.; Juliusson, E.; Petrou, N.; Rio, Y.; Soutoul, A.; Byrnak, B.; Lund, N.; Peters, B. (October 1981). "The relative abundances of the elements scandium to manganese in relativistic cosmic rays and the possible radioactive decay of manganese 54". Астрономия и астрофизика. 102 (11): L9. Bibcode:1981A&A...102L...9K.
  58. ^ Accardo, L.; и другие. (AMS Collaboration) (18 September 2014). "High statistics measurement of the positron fraction in primary cosmic rays of 0.5–500 GeV with the alpha magnetic spectrometer on the International Space Station" (PDF). Письма с физическими проверками. 113 (12): 121101. Bibcode:2014PhRvL.113l1101A. Дои:10.1103/PhysRevLett.113.121101. PMID  25279616.
  59. ^ Schirber, Michael (2014). "Synopsis: More dark matter hints from cosmic rays?". Письма с физическими проверками. 113 (12): 121102. arXiv:1701.07305. Bibcode:2014PhRvL.113l1102A. Дои:10.1103/PhysRevLett.113.121102. HDL:1721.1/90426. PMID  25279617. S2CID  2585508.
  60. ^ "New results from the Alpha Magnetic$Spectrometer on the International Space Station" (PDF). AMS-02 at NASA. Получено 21 сентября 2014.
  61. ^ Aguilar, M.; Alberti, G .; Alpat, B.; Alvino, A.; Ambrosi, G.; Andeen, K.; и другие. (2013). "First result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision measurement of the positron fraction in primary cosmic rays of 0.5–350 GeV" (PDF). Письма с физическими проверками. 110 (14): 141102. Bibcode:2013PhRvL.110n1102A. Дои:10.1103/PhysRevLett.110.141102. PMID  25166975.
  62. ^ Moskalenko, I.V.; Strong, A.W.; Ormes, J.F.; Potgieter, M.S. (Январь 2002 г.). "Secondary antiprotons and propagation of cosmic rays in the Galaxy and heliosphere". Астрофизический журнал. 565 (1): 280–296. arXiv:astro-ph/0106567. Bibcode:2002ApJ...565..280M. Дои:10.1086/324402. S2CID  5863020.
  63. ^ Aguilar, M.; Alcaraz, J.; Allaby, J.; Alpat, B.; Ambrosi, G.; Anderhub, H.; и другие. (AMS Collaboration) (August 2002). "The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station: Part I – Results from the test flight on the space shuttle". Отчеты по физике. 366 (6): 331–405. Bibcode:2002PhR...366..331A. Дои:10.1016/S0370-1573(02)00013-3. HDL:2078.1/72661.
  64. ^ "EGRET detection of gamma rays from the Moon". GSFC. НАСА. 1 августа 2005 г.. Получено 11 февраля 2010.
  65. ^ Morison, Ian (2008). Introduction to Astronomy and Cosmology. Джон Вили и сыновья. п. 198. Bibcode:2008iac..book.....M. ISBN  978-0-470-03333-3.
  66. ^ "Extreme Space Weather Events". Национальный центр геофизических данных.
  67. ^ "How many?". Auger.org. Cosmic rays. Pierre Auger Observatory. Архивировано из оригинал 12 октября 2012 г.. Получено 17 августа 2012.
  68. ^ "The mystery of high-energy cosmic rays". Auger.org. Pierre Auger Observatory.
  69. ^ Lal, D.; Jull, A.J.T .; Pollard, D .; Vacher, L. (2005). "Evidence for large century time-scale changes in solar activity in the past 32 Kyr, based on in-situ cosmogenic 14C in ice at Summit, Greenland". Письма по науке о Земле и планетах. 234 (3–4): 335–349. Bibcode:2005E&PSL.234..335L. Дои:10.1016/j.epsl.2005.02.011.
  70. ^ Castellina, Antonella; Donato, Fiorenza (2012). "Astrophysics of Galactic charged cosmic rays". In Oswalt, T.D.; McLean, I.S.; Bond, H.E.; French, L.; Kalas, P .; Барстоу, М .; Gilmore, G.F.; Keel, W. (eds.). Planets, Stars, and Stellar Systems (1-е изд.). Springer. ISBN  978-90-481-8817-8.
  71. ^ R.L. Fleischer; П. Б. Цена; Р.М. Уокер (1975). Nuclear tracks in solids: Principles and applications. Калифорнийский университет Press.
  72. ^ "What are cosmic rays?" (PDF). Michigan State University National Superconducting Cyclotron Laboratory. Архивировано из оригинал (PDF) 12 июля 2012 г.. Получено 23 февраля 2013.
  73. ^ "Cloud Chambers and Cosmic Rays: A Lesson Plan and Laboratory Activity for the High School Science Classroom" (PDF). Корнелл Университет Laboratory for Elementary-Particle Physics. 2006. Получено 23 февраля 2013.
  74. ^ Chu, W.; Kim, Y .; Beam, W.; Kwak, N. (1970). "Evidence of a Quark in a High-Energy Cosmic-Ray Bubble-Chamber Picture". Письма с физическими проверками. 24 (16): 917–923. Bibcode:1970PhRvL..24..917C. Дои:10.1103/PhysRevLett.24.917.
  75. ^ Timmer, John (13 October 2014). "Cosmic ray particle shower? There's an app for that". Ars Technica.
  76. ^ Collaboration website В архиве 14 October 2014 at the Wayback Machine
  77. ^ CRAYFIS detector array paper. В архиве 14 October 2014 at the Wayback Machine
  78. ^ "CREDO". credo.science.
  79. ^ "CREDO's first light: The global particle detector begins its collection of scientific data". EurekAlert!.
  80. ^ "The Detection of Cosmic Rays". Milagro Gamma-Ray Observatory. Лос-Аламосская национальная лаборатория. 3 April 2002. Archived from оригинал 5 марта 2013 г.. Получено 22 февраля 2013.
  81. ^ Letessier-Selvon, Antoine; Stanev, Todor (2011). "Ultrahigh energy cosmic rays". Обзоры современной физики. 83 (3): 907–942. arXiv:1103.0031. Bibcode:2011RvMP...83..907L. Дои:10.1103/RevModPhys.83.907. S2CID  119237295.
  82. ^ Trumbore, Susan (2000). Noller, J. S.; J. M. Sowers; W. R. Lettis (eds.). Quaternary Geochronology: Methods and Applications. Washington, D.C.: American Geophysical Union. С. 41–59. ISBN  978-0-87590-950-9.
  83. ^ "Natürliche, durch kosmische Strahlung laufend erzeugte Radionuklide" (PDF) (на немецком). Архивировано из оригинал (PDF) 3 февраля 2010 г.. Получено 11 февраля 2010.
  84. ^ НКДАР ООН "Sources and Effects of Ionizing Radiation" page 339 retrieved 29 June 2011
  85. ^ Japan NIRS UNSCEAR 2008 report page 8 retrieved 29 June 2011
  86. ^ Princeton.edu "Background radiation" В архиве 9 июня 2011 г. Wayback Machine retrieved 29 June 2011
  87. ^ Washington state Dept. of Health "Background radiation" В архиве 2 мая 2012 г. Wayback Machine retrieved 29 June 2011
  88. ^ Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology of Japan "Radiation in environment" retrieved 29 June 2011
  89. ^ IBM experiments in soft fails in computer electronics (1978–1994), из Terrestrial cosmic rays and soft errors, IBM Journal of Research and Development, Vol. 40, No. 1, 1996. Retrieved 16 April 2008.
  90. ^ Scientific American (21 июля 2008 г.). "Solar Storms: Fast Facts". Издательская группа Nature.
  91. ^ Intel plans to tackle cosmic ray threat, BBC News Online, 8 April 2008. Retrieved 16 April 2008.
  92. ^ In-flight upset, 154 km west of Learmonth, Western Australia, 7 October 2008, VH-QPA, Airbus A330-303. (2011). Австралийское бюро транспортной безопасности.
  93. ^ https://cars.usnews.com/cars-trucks/daily-news/100317-cosmic-rays-may-be-causing-unintended-acceleration-in-toyotas
  94. ^ "Bit Flip | Radiolab". WNYC Studios.
  95. ^ "Quantum computers may be destroyed by high-energy particles from space". Новый ученый. Получено 7 сентября 2020.
  96. ^ "Cosmic rays may soon stymie quantum computing". Phys.org. Получено 7 сентября 2020.
  97. ^ Vepsäläinen, Antti P.; Karamlou, Amir H.; Orrell, John L.; Dogra, Akshunna S.; Loer, Ben; Vasconcelos, Francisca; Kim, David K.; Melville, Alexander J.; Niedzielski, Bethany M.; Yoder, Jonilyn L.; Gustavsson, Simon; Formaggio, Joseph A.; VanDevender, Brent A.; Oliver, William D. (August 2020). "Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence". Природа. 584 (7822): 551–556. arXiv:2001.09190. Bibcode:2020Natur.584..551V. Дои:10.1038/s41586-020-2619-8. ISSN  1476-4687. PMID  32848227. S2CID  210920566. Получено 7 сентября 2020.
  98. ^ Globus, Al (10 July 2002). "Appendix E: Mass Shielding". Space Settlements: A Design Study. НАСА. Получено 24 февраля 2013.
  99. ^ Atkinson, Nancy (24 January 2005). "Magnetic shielding for spacecraft". Космический обзор. Получено 24 февраля 2013.
  100. ^ Phillips, Tony (25 October 2013). "The Effects of Space Weather on Aviation". Новости науки. НАСА.
  101. ^ "Converting Cosmic Rays to Sound During a Transatlantic Flight to Zurich" на YouTube
  102. ^ "NAIRAS Real-time radiation Dose". sol.spacenvironment.net.
  103. ^ Runaway Breakdown and the Mysteries of Lightning, Physics Today, May 2005.
  104. ^ Ney, Edward P. (14 February 1959). "Cosmic Radiation and the Weather". Природа. 183 (4659): 451–452. Bibcode:1959Natur.183..451N. Дои:10.1038/183451a0. S2CID  4157226.
  105. ^ Dickinson, Robert E. (December 1975). "Solar Variability and the Lower Atmosphere". Бюллетень Американского метеорологического общества. 56 (12): 1240–1248. Bibcode:1975BAMS...56.1240D. Дои:10.1175/1520-0477(1975)056<1240:SVATLA>2.0.CO;2.
  106. ^ ""Ancient Mass Extinctions Caused by Cosmic Radiation, Scientists Say" – Национальная география (2007)".
  107. ^ Melott, A.L.; Thomas, B.C. (2009). "Late Ordovician geographic patterns of extinction compared with simulations of astrophysical ionizing radiation damage". Палеобиология. 35 (3): 311–320. arXiv:0809.0899. Дои:10.1666/0094-8373-35.3.311. S2CID  11942132.
  108. ^ "Did Supernova Explosion Contribute to Earth Mass Extinction?". Space.com.
  109. ^ Long, Marion (25 June 2007). "Sun's Shifts May Cause Global Warming". Обнаружить. Получено 7 июля 2013.
  110. ^ Henrik Svensmark (1998). "Influence of Cosmic Rays on Earth's Climate" (PDF). Письма с физическими проверками. 81 (22): 5027–5030. Bibcode:1998PhRvL..81.5027S. CiteSeerX  10.1.1.522.585. Дои:10.1103/PhysRevLett.81.5027.
  111. ^ Plait, Phil (31 August 2011). "No, a new study does not show cosmic-rays are connected to global warming". Обнаружить. Kalmbach Publishing. Получено 11 января 2018.
  112. ^ Benestad, Rasmus E. "'Cosmoclimatology' – tired old arguments in new clothes". Получено 13 ноября 2013.
  113. ^ Peter Laut, "Solar activity and terrestrial climate: an analysis of some purported correlations", Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 65 (2003) 801- 812
  114. ^ Lockwood, Mike (16 May 2012). "Solar Influence on Global and Regional Climates". Исследования по геофизике. 33 (3–4): 503–534. Bibcode:2012SGeo...33..503L. Дои:10.1007/s10712-012-9181-3.
  115. ^ Sloan, T.; Wolfendale, A.W. (7 ноября 2013 г.). "Cosmic rays, solar activity and the climate". Письма об экологических исследованиях. 8 (4): 045022. Bibcode:2013ERL.....8d5022S. Дои:10.1088/1748-9326/8/4/045022.
  116. ^ Melott, Adrian L.; F. Marinho; L. Paulucci (2019). "Muon Radiation Dose and Marine Megafaunal Extinction at the end-Pliocene Supernova". Астробиология. 19 (6): 825–830. arXiv:1712.09367. Дои:10.1089/ast.2018.1902. PMID  30481053. S2CID  33930965.
  117. ^ Benitez, Narciso; и другие. (2002). "Evidence for Nearby Supernova Explosions". Phys. Rev. Lett. 88 (8): 081101. arXiv:astro-ph/0201018. Bibcode:2002PhRvL..88h1101B. Дои:10.1103/PhysRevLett.88.081101. PMID  11863949. S2CID  41229823.
  118. ^ Fimiani, L.; Cook, D.L.; Faestermann, T.; Gómez-Guzmán, J.M.; Hain, K.; Herzog, G.; Knie, K .; Korschinek, G.; Ludwig, P.; Park, J.; Reedy, R.C.; Rugel, G. (2016). "Interstellar 60Fe on the Surface of the Moon". Phys. Rev. Lett. 116 (15): 151104. Bibcode:2016PhRvL.116o1104F. Дои:10.1103/PhysRevLett.116.151104. PMID  27127953.

Дальнейшие ссылки

внешняя ссылка