News

Autor: Andrzej Klimek

Nasza planeta bombardowana jest bez przerwy milionami maleńkich cząstek materii i energii. Tak było od początku istnienia ziemskiego globu i tak będzie zawsze.

Naładowane elektrycznie cząstki o ogromnych nieraz energiach wpadają do atmosfery, docierają do powierzchni globu, a można je często wykryć nawet na dużych głębokościach – w sztolniach i chodnikach kopalń, czy w głębinach oceanu.
Wszechobecne promieniowanie kosmiczne dociera do nas o każdej porze dnia i nocy ze wszystkich kierunków. Skąd pochodzi i jakie są skutki jego obecności na Ziemi? Nie wszystko jeszcze na ten temat wiadomo.
Badania nad promieniami kosmicznymi prowadzone są od kilkudziesięciu lat. Pracownią dla tych badań stała się cała kula ziemska. Aparaty pomiarowe umieszcza się w okolicach biegunów i równika, nad i pod powierzchnią ziemi, w głębinach kopalń i oceanów, a także w rakietach i aparatach kosmicznych.

Szybkie protony

Badania wykazały, że promieniowanie kosmiczne dobiegające w okolice naszej planety to przede wszystkim strumienie szybko pędzących protonów, czyli elementarnych składników jądra atomowego, naładowanych dodatnio. Jest ich w pierwotnym promieniowaniu około 90%. Blisko 7% stanowią jądra helu, a pozostałe 3% jądra innych pierwiastków.
W strumieniach promieni kosmicznych znaleziono jądra wszystkich niemal pierwiastków, m. in. magnezu, krzemu, wapnia i żelaza. Na wysokości 37 km nad powierzchnią Ziemi odkryto nawet ślady cząstek złożonych ze 100 protonów, czyli jądra pierwiastka fermu, który nie występuje na naszej planecie.{mospagebreak}

Pęk kosmiczny

Zdarza się, że ciężka cząstka naładowana o dużej energii przelatując przez atmosferę ziemską uderza w jądro atomu któregoś ze składników powietrza, powodując jego gwałtowny rozpad. Towarzyszy temu uwolnienie większej ilości wysokoenergetycznych cząstek trafiających w sąsiednie jądra atomów. W ułamku sekundy następuje reakcja lawinowa, stająca się źródłem wtórnego promieniowania, znanego pod nazwą pęku kosmicznego lub kosmicznej ulewy.
Zjawisko to bada się w specjalnych obserwatoriach za pomocą aparatury rozmieszczonej na dużej powierzchni i różnych wysokościach. Stwierdzono, że jedno zderzenie kosmicznej cząstki z jądrem atomu w atmosferze daje w efekcie od 3 mln cząstek promieniowania wtórnego, spadających na obszarze kilku tysięcy kilometrów kwadratowych.
15 października 1991 r. nad amerykańskim stanem Utah cząstka o energii około 50J utworzyła w atmosferze lawinę około 200 mld cząstek wtórnych: poruszających się z podświetlnymi prędkościami elektronów, pozytonów i ich cięższych kuzynów, mionów.

Bliskie prędkości światła

Było to najprawdopodobniej jądro pierwiastka o masie zbliżonej do tlenu i węgla, nie można jednak wykluczyć samotnego protonu. Jego prędkość była tak bliska prędkości światła, że gdyby wyruszył w drogę przez próżnię jednocześnie z fotonem, po roku zostałby przezeń wyprzedzony o zaledwie 46 nm – dystans zajmowany przez kilkaset ustawionych w rządku atomów.
Przemierzenie dystansu pomiędzy Słońcem a jego najbliższą sąsiadką, Alfą Centauri, zajęło jej ułamki milisekund. Podróż do Galaktyki Andromedy trwałaby przy tej prędkości 3,5 min, a do krańców obserwowanego przez nas Wszechświata - zaledwie 19 dni (oczywiście w jej układzie odniesienia; dla poruszającej się z tak kolosalną prędkością cząstki czas płynie w zupełnie innym niż dla wolniejszych obserwatorów tempie).
Skąd przylatują do nas tajemnicze promienie? Pytanie to nurtowało uczonych od dawna. Z początku podejrzewano, że ich źródłem jest Słońce. Istotnie, nasza dzienna gwiazda emituje, oprócz światła i ciepła, strumienie naładowanych cząstek, zwane wiatrem słonecznym. Docierają one do najdalszych zakątków naszego układu planetarnego, a częściowo nawet go opuszczają.

Nie tylko Słońce

Natężenie promieniowania kosmicznego pochodzącego od Słońca zmienia się jednak w rytm 11-letniego cyklu zmian aktywności tej gwiazdy. Tymczasem to, co nazwano pierwotnym promieniowaniem kosmicznym, jest niemal stałe, nie zmienia się w czasie wielu lat. Stąd wniosek, że emisja Słońca jest tylko jednym, w dodatku niewielkim składnikiem promieniowania kosmicznego.
Podstawowe źródła znajdują się daleko poza naszym układem planetarnym, a nawet poza Galaktyką. Są to przede wszystkim gwiazdy nowe i supernowe. Terminem tym astronomowie określają potężne katastrofy kosmiczne o trudnej do wyobrażenia skali.
Powstające przy tym, rozpędzone do ogromnej prędkości cząstki rozbiegają się we wszystkie strony i przez tysiące, a nawet miliony lat przemierzają najdalsze zakątki Wszechświata, docierają do innych galaktyk, aż kiedyś dolecą do jakiegoś ciała niebieskiego w rodzaju naszej planety, gdzie pozostawią trwały ślad w aparacie pomiarowym fizyka...

Kosmos pełen cząstek

Wybuchy gwiazd supernowych są zjawiskiem dość rzadkim – w jednej galaktyce występuje ono średnio raz na sto lat. Ale to zupełnie wystarcza, by wypełnić przestrzeń kosmiczną ogromną liczbą cząstek o wielkiej energii, które bombardują Ziemię i inne planety ze wszystkich stron przez miliardy lat. A może gdzieś w dalekich przestrzeniach są jeszcze inne źródła takiego promieniowania?
Jakie skutki na powierzchni naszej planety wywołują owe strumienie cząstek? Jakie zjawiska im towarzyszą? Wiele pytań pozostaje do dziś bez odpowiedzi. A wśród nich chyba najciekawsze: czy i jaki wpływ miało i ma promieniowanie kosmiczne na powstanie i rozwój życia na Ziemi?

Regulator ewolucji?

Faktem jest, że nasz glob posiada swoistą osłonę przed promieniowaniem. Tę osłonę stanowi pole geomagnetyczne, którte przechwytuje i magazynuje cząstki naładowane, a ku powierzchni planety przedostaje się zaledwie mały ułamek materii przylatującej z dalekich przestrzeni.
Ale nawet ta niewielka część promieniowania powodowała zawsze – jak wykazały badania – zmiany w aparacie genetycznym żywych istot, powstawanie mutacji i postęp w ewolucji. Geofizycy podejrzewają, że były w dziejach naszej planety okresy, w których nie wytwarzała ona pola magnetycznego. W tych okresach natężenie promieniowania kosmicznego bardzo poważnie wzrastało. Jaki to miało wpływ na przyspieszenie procesu ewolucji dokładnie nie wiadomo, ale należy przypuszczać, że skutki były wyraźne. Nie jest również w pełni wyjaśniony związek między promieniowaniem kosmicznym a samym faktem powstania pierwszej żywej komórki na naszym globie.