Průvodce | Karpattreky | Horolezectví | Cykloturistika | Cestování | Lyžování | Příroda | Soutěže | Aktuality | Zajímavosti | Kalendář akcí | Napsat článek | E-shop | Více…
Kontakty  Cookies  Ceník inzerce  RSS 
Treking.cz Hledat
Poslední aktualizace: 26.11.2019 , svátek má
Reklama
Treking > Vesmír > Kosmické záření - částice primárního a sekundárního záření a limita GZK

Kosmické záření - částice primárního a sekundárního záření a limita GZK

Nepřetržitý proud částic o vysokých energiích, primární a sekundární kosmické záření v atmosféře, vliv na člověka a ochrana před kosmických zářením

15.10.2016 | Otakar Brandos

Kosmické záření je nepřetržitý proud částic o vysokých energiích, které k nám přicházející z kosmického prostoru. Kosmické záření tvoří proud vysokoenergetických protonů (asi 89 %) a alfa částic (asi 9 %). Zbývající 2 % částic primárního kosmického záření tvoří elektrony, pozitrony, jádra jiných atomů a nebo další částice.

Objev kosmického záření v srpnu roku 1912 je spojen, což nás může těšit, s územím dnešní České republiky. Během balónového výstupu, který odstartoval v Ústí nad Labem 7.8.1912, zjistil rakouský fyzik Viktor Hess (1883 - 1964), že intenzita ionizujícího záření stoupá s přibývající nadmořskou výškou. Měření probíhala během výstupu do asi 5kilometrové výšky i během sestupu balónu Böhmen, jenž byl naplněn vodíkem z místní chemičky.

V. Hess z tohoto zjištění správně usoudil, že detekované záření je kosmického původu. Toto kosmické záření ale původně nazval výškové záření (Höhenstrahlung). Pojem kosmické záření byl zaveden teprve později. V roce 1936 obdržel Viktor Hess za tento významný objev Nobelovu cenu za fyziku.

Primární a sekundární kosmické záření, měká a tvrdá složka

To co V. Hess pozoroval bylo především sekundární kosmické záření. Primární částice kosmického záření totiž v atmosféře neproniknou do větších hloubek než 15 až 12 km. Sekundární kosmické záření tvořené především elektrony, pozitrony, piony, miony a gama částicemi vzniká jako důsledek srážek primárního kosmického záření s molekulami zemské atmosféry. Ta společně s magnetosférou funguje jako vcelku spolehlivý štít před kosmickým zářením.

Čtěte také: Sluneční vítr, proud nabitých částic unikajících ze Slunce

V důsledku srážek částic primárního kosmického záření s molekulami zemské atmosféry dochází ke vzájemné interakci a ke vzniku spršek částic sekundárního kosmického záření. Ty mají svůj původ ve stratosféře, obvykle ve výškách okolo 18 km. Např. střední volná dráha protonů v atmosféře je asi 70 g / cm2. To značí, že k první jaderné interakci dochází ve výšce okolo 18,5 km.

Při těžších jádrech se střední volná dráha ještě menší. U jader uhlíku to je 30 g / cm2, u jader železa 17 g / cm2. U nich pak k první jaderným interakcím se zemskou atmosférou dochází ve výškách 24 km resp. 27,5 km.

Při srážkách primárních částic kosmického záření vznikají obvykle sekundární protony, které postupně ztrácejí energii a většina z nich (s energií pod 1 GeV, gigaelektronvolt) se zastaví ve vzduchu a k zemskému povrchu nedospěje.

Neutrální piony, které mají velice krátkou životnost (asi 1,78 × 10-16 s), se ve sprškách sekundárního kosmického záření rozpadají na dvě gama částice (fotony). Nabité piony se rozpadají na miony a fotony, nízkoenergetické miony se dále rozpadají na elektrony a pozitrony… To jsou ony zmíněné spršky sekundárního kosmického záření způsobené jedinou vysokoenergetickou částicí primárního kosmického záření, které mohou na zemském povrchu pokrýt plochu až 10 000 m2!

Sekundární kosmické záření můžeme rozdělit rovněž na měkou a tvrdou složku. Měkou složku představují většinou elektrony a pozitrony, tvrdou složku pak mezony. U kosmického záření se také projevuje tzv. šířkový efekt, který je způsoben magnetickým polem Země. Zatímco na rovníku bývá intenzita sekundárního kosmického záření nejnižší, tak na pólech je jeho intenzita obvykle nejvyšší.

Jakou energii částice kosmického záření mají?

Energie primárních částic kosmického záření zaujímá opravdu mimořádně široké spektrum. Od 109 až po 1020 eV (elektronvoltů)! Když byly v roce 1962 zaregistrovány částice kosmického záření s energií v řádu 100 EeV bylo to obrovským překvapením. A což teprve dnes, kdy byly zaregistrovány částice s energiemi ještě vyššími.

Dosavadním rekordmanem je částice, která byla detekována v říjnu 1991 na detektoru Muší oko v Utahu. Její energie činila neuvěřitelných 3,2 × 1020 eV. Tedy asi 51 Joulů! Takováto částice se pohybuje jen o 5 × 10-24 c pomaleji, než je rychlost světla.

A jaké je rozdělení částic kosmického záření? Nejvíce částic kosmického záření dopadajících na zemský povrch mají energie okolo jednoho GeV (109 eV). Takovýchto částic dopadne na metr čtvereční zemského povrchu každou sekundu asi 10 000.

S přibývající energií však počet částic kosmického záření radikálně ubývá. Částic s energiemi 1012 eV dopadá na zemský povrch o čtyři řády méně. Na metr čtvereční zemského povrchu dopadne každou sekundu v průměru jen jedna takováto částice. Částic s energiemi 1016 eV je ještě mnohem méně. Pouhých několik kousků na kilometr čtvereční. Avšak ne za sekundu, ale za rok!

Prudký pokles četnosti extrémně energetických částic a limita GZK

Dřívější měření poklesu četnosti nejenergetičtějších primárních částic kosmického záření potvrzují i nová pozorování. Např. ta probíhající na TA (Telescope Array) v Utahu. Počet částic kosmického záření začíná klesat od energií větších než 4,6 EeV a velice prudký pokles četnosti částic začíná nad hladinou 54 EeV (etaelektronvoltů).

Tento prudký pokles četnosti částic přičítají badatelé limitě GZK, interakci částic kosmického záření s fotony reliktního (zbytkového) záření. Vinou této interakce s reliktním zářením by nejenergetičtější částice primárního kosmického záření neměly pocházet z velkých kosmologických vzdáleností. Rozhodně ne větších než cca 75 Mpc až 100 Mpc…

V roce 2012 publikoval T. Abu-Zayad s týmem výsledky studie, během níž hledali případnou anizotropii v rozložení směru příletu extrémně energetických částic kosmického záření. Využili k tomu aparaturu TA v Utahu. Měření probíhala v letech 2008 - 2011, během níž získali údaje o 988 částicích s energiemi nad 1 EeV a 27 částicích s energií nad 57 EeV, přičemž rekordní energie detekované částice byla 163 EeV. Statistika distribuce částic však dává izotropní rozložení.

Při měřeních je rovněž nutné vzít v potaz vliv interstelárních i intergalaktických magnetických polí na pohyb elektricky nabitých částic kosmického záření, které podléhají jejich vlivu. Směr příletu takovéto částice do měřící aparatury neodpovídá směru ke zdroji tohoto záření. Indukce intergalaktického magnetického pole není úplně zanedbatelná, může činit podle různých odhadů 10-22 T až 10-19 T, avšak v jádrech kup galaxií může dosahovat až 3 nT!

Co je zdrojem kosmického záření?

Zdroje kosmického záření jsou opravdu velice různorodé. Některé musíme hledat uvnitř naší Sluneční soustavy, jiné uvnitř naší Galaxie a jiné ve vzdáleném vesmíru.

Uvnitř naší Sluneční soustavy je zdrojem primárního kosmického záření Slunce, u kterého se projevují 27denní, roční a 11leté variace intenzity. Při balónových měřeních činí tyto variace toku slunečního kosmického záření až okolo 10 %. V celkové variaci toku KZ se to však projeví max. jedním procentem. Složka slunečního kosmického záření má energie obvykle pod 10 GeV.

Dalšími zdroji kosmického záření jsou galaxie, rozsáhlé oblaky plynu v rádiových galaxiích a nebo obří bubliny horkého plynu okolo hvězdných asociací, ve kterých dochází díky opakovaným interakcím k postupnému urychlování částic. Tento mechanismus urychlování popsal již roku 1949 známý italský fyzik Enrico Fermi.

Posledním (?) zdrojem kosmického záření mohou být různé eruptivní procesy. Jejich zdroji jsou aktivní galaktická jádra, neutronové hvězdy, výbuchy supernov uvolňující energetické protony s energiemi až 1 PeV a se zpožděním tisíců let elektrony s energiemi až 50 TeV. A nebo dosud neobjasněné záblesky gama záření či pozůstatky po supernovách.

Původ extrémně energetických částic (nad 50 EeV) je dosud obestřen tajemstvím. Jaký mechanismus dokáže dodat částicím energii, která je asi 100milionkrát větší než energie, kterou dokáže částicím dodat nejvýkonnější urychlovač světa LHC v Ženevě? Jedná se o jednu z největších nerozlousknutých fyzikálních záhad současnosti.

Asi nejbližším zdrojem extrémně energetického kosmického záření je galaxie AGN Cen A (NGC 5128) ve vzdálenosti 3,8 Mpc, ve které dochází k urychlování hadronů na desítky EeV a leptonů na energie v řádech TeV. Zdrojem záření jsou obří laloky této rádiové galaxie, jejichž teplota dosahuje až 160 miliónů K.

Další související články:

+ Kosmické záření: Na stopě původu částic kosmického záření, VLT zkoumá pozůstatky…
+ Sluneční erupce pozdního léta, Solar Dynamics Observatory nasnímala sluneční erupci třídy M5
+ Bafající Slunce porodilo neochotnou erupci. Sluneční erupce v roce 2014
+ Sluneční erupce aktuálně, online pohled na Slunce z SDO
+ Sluneční skvrny online, online pohled na Slunce z SDO
+ Slunce ze sond Stereo
+ Slunce, naše nejbližší hvězda
+ Sluneční soustava
+ Sluneční počasí
+ Polární záře, aurora borealis a aurora australis
+ Mezon, středně těžká a nestabilní elementární částice
+ Leptony, lehké elementární částice
+ Baryony, těžké částice podléhající silné interakci
+ Hyperony, podivné nestabilní částice s velice krátkou dobou života
+ Hadrony, skupina částic účastnících se na silných interakcích
+ Higgsův boson, Higgsovo pole a poslední chybějící článek standardního modelu částicové fyziky
+ Neutron jako nestabilní nukleon
+ Elektron je nejlehčí elementární částice
+ Neutrino, stabilní elementární částice
+ Proton jako baryon, fermion a hadron aneb elementární částice, která není…
+ Pozitron: Elementární částice, která je antičásticí elektronu
+ Planckova konstanta, univerzální fyzikální konstanta
+ Solární konstanta. Konstanta, která je proměnná - hodnota solární (sluneční) konstanty
+ Astronomická jednotka, jednotka pro měření vzdáleností ve Sluneční soustavě
+ Světelný rok, nejpoužívanější jednotka vzdálenosti ve vesmíru
+ Parsek, základní jednotka vzdálenosti ve vesmíru
+ Jarní souhvězdí, které hvězdy vidíme na jaře?
+ Podzimní hvězdná obloha
+ Co jsou to hvězdy? Ze života hvězd
+ Nejdetailnější snímek protoplanetárního disku získaný pomocí ALMA
+ Exoplanety. Zrození obří planety? Kandidát na exoplanetu pozorován v hvězdném lůně
+ Pořídil dalekohled VLT snímek dosud nejlehčí exoplanety?
+ Hnědý trpaslík, záhadné objekty na pomezí planet a hvězd
+ Černá díra se krmí oblaky chladného mezigalaktického plynu
+ Mira Ceti - hvězda s chvostem, neočekávaný objev v souhvězdí Velryby
Reklama
Reklama
Na Trekingu dále naleznete
Naše rozhledny Skalní města
Naše vrcholy Vodopády
Ledovcová jezera Sedla a doliny
Jeskyně Památky
České hrady Slovenské hrady
Geomorfologie (ČR) Geomorfologie (SK)
Nejvyšší hory (SK) Nejvyšší hory (ČR)
Nejvyšší vrcholy Orografické členění
Rozloha celků Alpy
Karpaty Přehled pohoří
Reklama
Reklama
Vyhledat ubytování podle pohoří

1. Beskydy, ubytování a horské chaty v Beskydech
2. Javorníky, ubytování a horské chaty v Javorníkách
3. Jeseníky, ubytování a horské chaty v Jeseníkách
4. Jizerské hory, ubytování a chaty v Jizerských horách
5. Krkonoše, ubytování a horské boudy v Krkonoších
6. Orlické hory, ubytování a chaty v Orlických horách
7. Šumava, ubytování a horské chaty na Šumavě
CZ / SK
1. Malá Fatra, ubytování a horské chaty na Malé Fatře
2. Nízké Tatry, ubytování a chaty v Nízkých Tatrách
3. Oravské Beskydy, ubytování a chaty na Oravě
4. Roháče, ubytování a chaty v Západních Tatrách
5. Slovenský ráj, ubytování a chaty ve Slovenském ráji
6. Velká Fatra, horské chaty a útulny na Velké Fatře
7. Vysoké Tatry, ubytování a chaty ve Vysokých Tatrách
Regiony
Beskydy | Bílé Karpaty | Blatenská pahorkatina | Brdy | Broumovská vrchovina | Česká Kanada | České středohoří | České Švýcarsko | Český les | Český ráj | Děčínská vrchovina | Doupovské hory | Drahanská vrchovina | Džbán | Hanušovická vrchovina | Hornosvratecká vrchovina | Hostýnské vrchy | Chřiby | Javorníky | Jeseníky | Ještědsko-kozákovský hřbet | Jevišovická pahorkatina | Jizerské hory | Králický Sněžník | Krkonoše | Krušné hory | Křemešnická vrchovina | Křivoklátská vrchovina | Litenčická pahorkatina | Lužické hory | Nízký Jeseník | Novohradské hory | Orlické hory | Pálava | Podbeskydská pahorkatina | Podyjí | Rakovnická pahorkatina | Ralsko | Rychlebské hory | Slavkovský les | Slezské Beskydy | Smrčiny | Svitavská pahorkatina | Šluknovská pahorkatina | Šumava | Švihovská vrchovina | Vizovická vrchovina | Vlašimská pahorkatina | Vsetínské vrchy | Východolabská tabule | Zábřežská vrchovina | Zlatohorská vrchovina | Ždánický les | Železné hory | Žulovská pahorkatina | Belianské Tatry | Branisko | Bukovské vrchy | Burda | Cerová vrchovina | Čergov | Čierna hora | Chočské vrchy | Kremnické vrchy | Krupinská planina | Kysucké Beskydy | Laborecká vrchovina | Levočské vrchy | Ľubovnianska vrchovina | Malá Fatra | Malé Karpaty | Muránska planina | Myjavská pahorkatina | Nízké Tatry | Ondavská vrchovina | Oravská Magura | Oravské Beskydy | Ostrôžky | Pieniny | Podunajská pahorkatina | Pohronský Inovec | Polana | Považský Inovec | Revúcka vrchovina | Roháče | Slanské vrchy | Slovenský kras | Slovenský ráj | Spišská Magura | Beskydy | Stolické vrchy | Strážovské vrchy | Starohorské vrchy | Šarišská vrchovina | Štiavnické vrchy | Tribeč | Velká Fatra | Veporské vrchy | Vihorlat | Volovské vrchy | Vtáčnik | Vysoké Tatry | Východoslovenská rovina | Zemplínské vrchy | Žiar
Témata našich článků…
Sahara Pravčická brána Holubyho chata Na Turoldu Házmburk Borišov Kašparova chata Bezděz Hluboká Macocha Lysá hora Retezat Viklany Úplněk Měsíce Jarní prázdniny Mont Blanc Loket Soumrak Motýli Kuiperův pás Batohy Říp
Reklama
Reklama
Vybíráme z obsahu…
1. Plesa Štrbské pleso, nejznámější a druhé největší pleso slovenských Tater
2. Geologická památka Panská skála, čedičové varhany u Kamenického Šenova
3. Naše vrcholy Praděd, nejvyšší hora Hrubého Jeseníku a pátá nejvyšší hora v ČR
4. Propasti Hranická propast, nejhlubší propast v ČR
5. Vesmír Černá díra: Extrémně podivný objekt, z jehož osidel neunikne ani foton
6. Horské chaty Téryho chata: Vysoké Tatry, cena a recenze ubytování na Téryho chatě
7. České hrady Karlštejn, jeden z nejznámějších a nejnavštěvovanějších českých hradů
Služby Horská seznamka Outdoor bazar Ztráty a nálezy Archiv článků Spolupracujeme Počasí Satelitní snímky Fotogalerie Turistická mapa Kalendář turistických akcí Treky České hory Slovenské hory Alpy Karpattreky Rumunské hory Ukrajinské Karpaty Asijské hory Severské země Turistika s dětmi Balkánské a evropské hory Ubytování Horské chaty, české hory Slovenské chaty Penziony, hotely Ubytování online Alpské chaty České kempy Slovenské kempy Chorvatské kempy Kempy, Slovinsko Ukrajina, Rumunské hory Výlety Skalní města a skály Naše vrcholy Rozhledny České hrady Slovenské hrady Jeskyně Vodopády Sedla a doliny Členění Slovenska Geomorfologické členění ČR Výlety Přehled našich pohoří Sopky v ČR Karpaty Alpy Ledovcová jezera Památky a zámky Větrné mlýny Čedičové varhany Viklany Bludné (eratické) balvany Ostatní Cestování, cestopisy Horolezectví Cykloturistika Snow Soutěže Příroda, fauna a flóra Vesmír, astronomie E-shop Testujeme Outdoor vybavení, poradna
TOPlist