Кіріспе

Жоғары энергиялы бөлшектер, көбінесе Күн жүйесінен тыс пайда болады. Космикалық сәулелер немесе астробөлшектер – кеңістікте жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын жоғары энергиялы бөлшектер немесе бөлшектердің топтары (көбінесе протондар немесе атомдық ядролар). Олар Күннен, Күн жүйесінің сыртындағы, біздің галактикамыздағы және алыс галактикалардан шығады. Жер атмосферасына шағылысқанда, космикалық сәулелер екіншілік бөлшектердің нұсқауларын тудырады, олардың бір бөлігі жер бетіне жетеді, ал көп бөлігі магнитосфера немесе гелиосферамен ғарышқа таратылады. Космикалық сәулелерді 1912 жылы Виктор Гесс баллондық эксперименттерде ашқан, осы еңбегі үшін 1936 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды. Ферми ғарыш телескопының (2013) деректері, бастапқы космикалық сәулелердің маңызды бөлігі жұлдыздардың суперновалық жарылыстарынан пайда болғанын көрсетеді. 2018 жылы блязер TXS 0506+056-дан алынған нейтрино және гамма сәулелерін бақылауларға сүйенсек, белсенді галактикалық ядролар да космикалық сәулелерді өндіреді.

Этимология

Жарық (оптикалық сәуледегідей) термині, олардың өту қабілетіне байланысты, ғарыш сәулелерінің бастапқыда электромагниттік сәулеленуден тұрады деген сенімнен туындаған болып көрінеді. Алайда, ғарыш сәулелері ішкі массасы бар әртүрлі жоғары энергиялы бөлшектер екені кеңінен танылғаннан кейін, "сәулелер" термині катод сәулелері, канал сәулелері, альфа сәулелері және бета сәулелері сияқты сол кезде белгілі бөлшектермен үйлесімді болды. Ал "ғарыштық" сәуле фотондары, электромагниттік сәулеленудің кванттары (яғни, ішкі массасы жоқ) фотон энергиясына қарай гамма сәулелері немесе рентген сәулелері деп аталады.

Құрамы

Жер атмосферасының сыртында пайда болатын алғашқы ғарыштық сәулелердің 99%-ы – жалпы атомдардың (электрондық қабықтарынан айырылған) жалаңаш ядролары, ал 1%-ы – жалғыз электрондар (яғни бета бөлшектерінің бір түрі). Ядролардың шамамен 90%-ы – қарапайым протон (яғни сутегі ядролары); 9%-ы – гелий ядроларына ұқсас альфа бөлшектері; ал 1%-ы – HZE иондары деп аталатын ауыр элементтердің ядролары. Бұл үлестер ғарыштық сәулелердің энергия диапазонында қатты өзгереді. Өте аз бөлігі позитрондар немесе антипротондар сияқты антиматерияның тұрақты бөлшектерінен тұрады. Бұл қалған үлестің нақты табиғаты белсенді зерттеулердің нысаны болып табылады. Жер орбитасынан анти-альфа бөлшектерін іздеу әрекеттері сәтті болмады. Атмосфераға шабуыл жасағанда, ғарыштық сәулелер атомдарды басқа материя түрлеріне күшпен айналдырып, көп мөлшерде пиондар мен мюондарды (жартылай өмірі қысқа зарядталған пиондардың ыдырауынан пайда болады) және нейтриноларды жасайды. Бөлшектер каскадының нейтрондық құрамы төменгі биіктіктерде артады, ұшақтардың биіктігінде радиацияның 40%-дан 80%-ына жетеді. Екіншілік ғарыштық сәулелердің ішінде атмосферадағы алғашқы ғарыштық сәулелерден пайда болған зарядталған пиондар тез ыдырайды, мюондар шығарады. Пиондардан айырмашылығы, бұл мюондар материямен күшті өзара әрекеттеспейді және атмосфера арқылы жер астына дейін өте алады. Жер бетіне келіп түсетін мюондардың қарқыны соншалық, секунд сайын адам басының көлеміне тең көлемнен бір мюон өтеді. Табиғи жергілікті радиоактивтілікпен бірге, осы мюондар атмосфераның иондануының маңызды себебі болып табылады, бұл ғалымдардың назарын алғаш рет аударды және біздің атмосферамыздың сыртынан келетін алғашқы ғарыштық сәулелерді ашуға әкелді.

Энергия

Космикалық сәулелер микроэлектроникаға және атмосфера мен магнит өрісінің қорғауынан тыс өмірге тигізетін зиянға байланысты, сондай-ақ ғылыми тұрғыдан үлкен қызығушылық тудырады, себебі ең энергетикалық ультра жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің энергиясы жақын келетіні байқалды (Бұл Үлкен адрондық коллайдерде үдетілген бөлшектердің жобалық энергиясынан 21 миллион есе артық). Мұндай зор энергияны белсенді галактикалық ядролардың центробегтік үдеу механизмі арқылы қол жеткізуге болады. Ең жоғары энергиялы ультра жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің (мысалы, 1991 жылы тіркелген OMG бөлшегі) энергиясы бейсболдың кинетикалық энергиясына шамалас. Осы жаңалықтар нәтижесінде одан да жоғары энергиялы ғарыштық сәулелерді зерттеуге қызығушылық артты. Дегенмен, көптеген ғарыштық сәулелердің энергиясы мұндай шектен тыс емес; ғарыштық сәулелердің энергия таралуы .

Тарих

1896 жылы Анри Беккерель радиоактивтілікті ашқаннан кейін, атмосфералық электр энергиясы, ауаның иондануы, тек жердегі радиоактивті элементтерден немесе олардың шығаратын радиоактивті газдарынан немесе радон изотоптарынан туындайды деп қабылданды. 1900-1910 жылдар аралығында жер бетінен биіктік көтерілген сайын иондану деңгейінің артуын өлшеу, аралық ауаның иондаушы сәулеленуді жұтуымен түсіндірілді.

Ашылу

1909 жылы Теодор Вулф электрметрді – герметикалық жабық ыдыста иондардың пайда болу жылдамдығын өлшейтін құрылғыны – жасады және оны Эйфель мұнарасының төменгі бөлігіне қарағанда жоғарғы жағында сәулеленудің жоғары деңгейін көрсету үшін пайдаланды. Дегенмен, оның "Физикалық журналда" жарияланған мақаласы кеңінен қабылданылмады. 1911 жылы Доменико Пачини көл үстінде, теңіз үстінде және жер бетінен 3 метр тереңдікте иондану жылдамдығының бір уақытта өзгеретінін байқады. Пачини су астындағы радиоактивтіліктің төмендеуінен ионданудың белгілі бір бөлігі Жердің радиоактивтілігінен өзге көздерден туындауы керек деген қорытындыға келді. 1912 жылы Виктор Гесс үш, дәлдігі жоғары Вулф электрометрін еркін шармен 5300 метр биіктікке көтерді. Ол иондану жылдамдығының жердегіден шамамен төрт есе артық екенін анықтады. 1913–1914 жылдары Вернер Колхорстер Виктор Гесстің бұрынғы нәтижелерін 9 км биіктікте иондану энтальпиясының арту жылдамдығын өлшеу арқылы растады. Гесс өзінің ашқандығы үшін 1936 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды.

Энергияны бөлу

Өте жоғары энергиялы бастапқы ғарыштық сәулелердің энергиясы мен келу бағыттарын өлшеу, тығыздықтан үлгі алу және кең ауқымды ауа душтарының уақытын жылдам анықтау әдістерімен алғаш рет 1954 жылы Массачусетс технология институтының Росси ғарыштық сәулелер тобының мүшелері жүргізді. Экспериментте Гарвард колледжінің обсерваториясының Агасзиз станциясы аумағындағы 460 метр диаметрлі шеңбер ішінде орналасқан он бір сцинтилляциялық детекторлар қолданылды. Осы жұмыстан және әлемнің түкпір-түкпірінде жүргізілген көптеген басқа эксперименттерден бастапқы ғарыштық сәулелердің энергия спектрі 1020 эВ-тан асып түсетіні белгілі болды. Қазіргі уақытта Аргентинаның Пампас аймағында физиктердің халықаралық консорциумы Аугер жобасы деп аталатын ірі ауа душтары экспериментін жүргізіп жатыр. Жобаға алғаш Чикаго университетінің физика саласындағы 1980 жылғы Нобель сыйлығының иегері Джеймс Кронин және Лидс университетінің профессоры Алан Уотсон жетекшілік етті, ал кейін халықаралық Пьер Огер ынтымақтастығының ғалымдары басқарды. Олардың мақсаты – ең жоғары энергиялы бастапқы ғарыштық сәулелердің қасиеттерін және келу бағыттарын зерттеу. Нәтижелер бөлшектер физикасы мен космология үшін маңызды салдарларға ие болуы күтілуде, себебі ғаламның Ұлы жарылысынан қалған фотондармен өзара әрекеттесуі нәтижесінде, 1020 эВ-тан жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің энергиясына теориялық Грейсен-Зацепин-Кузьмин шектеуі бар (шамамен 160 миллион жарық жылы қашықтықта). Қазіргі уақытта Пьер Огер обсерваториясы оның дәлдігін арттыру және ең энергетикалық ғарыштық сәулелердің әлі расталмаған шығу тегінің дәлелін табу үшін жаңартудан өтуде. Жоғары энергиялы гамма сәулелері (>50 МэВ фотондар) алғашқы ғарыштық сәулеленуде 1967 жылы МТИ-нің OSO 3 спутнигінде жүргізілген экспериментімен табылды. Галактикалық және галактикалық емес шығу тегінің компоненттері бастапқы зарядталған бөлшектердің 1%-дан кем қарқындылықпен жеке-жеке анықталды. Содан бері көптеген спутниктік гамма-сәуле обсерваториялары гамма-сәулелердің аспан картасын жасады. Ең соңғысы – Ферми обсерваториясы, ол біздің галактикамыздағы дискретті және диффузды көздерде туындаған гамма-сәулелерінің тар жолағын және аспан сферасына тараған көптеген галактикалық емес нүктелік көздерді көрсететін картаны жасады.

Модуляция

Күн циклы ғарыш сәулелері Жерге жеткенде өтетін Күн желiнiң магнит өрiсiн өзгертедi. Бұл төмен энергиядағы келіп түсетін сәулелер ағынының өзгеруіне алып келедi, және осы өзгерістер жаһандық нейтрондық мониторлар желісі арқылы жанама түрде анықталады.

Негізгі ғарыш сәулелері антиматериясы

Спутниктердегі эксперименттер негізгі ғарыш сәулелерінде позитрондар мен бірнеше антипротонның болуын анықтады, олардың үлесі негізгі ғарыш сәулелеріндегі бөлшектердің 1%-дан аспайды. Бұл Үлкен жарылыстан қалған көп мөлшердегі антиматерияның немесе ғаламдағы күрделі антиматерияның өнімдері емес сияқты. Керісінше, олар тек осы екі элементар бөлшектен тұратын болып көрінеді, олар жоғары энергетикалық процестерде жаңадан пайда болады. Халықаралық ғарыш станциясында орналасқан, қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған Альфа магниттік спектрометрінің (AMS 02) алдын ала нәтижелері ғарыш сәулелеріндегі позитрондардың ешқандай бағыттылығы көрсетпейтінін көрсетеді. 2014 жылдың қыркүйегінде CERN-де баяндама жасалып, Physical Review Letters журналында жарияланған жаңа нәтижелерде деректер көлемі шамамен екі есеге артты. 500 ГэВ-қа дейінгі позитронның үлесін жаңа өлшеу көрсетті, онда позитронның үлесі жалпы электрон+позитрон оқиғаларының шамамен 16%-ына дейін, 275 ± 32 ГэВ энергиясында максималды мәнге жетеді. 500 ГэВ-тан жоғары энергияда позитрондар мен электрондардың арақатынасы қайтадан төмендеуге бастайды. Позитрондардың абсолюттік ағыны 500 ГэВ-тан бұрын төмендеуге бастайды, бірақ 10 ГэВ шамасындағы электрон энергиясынан әлдеқайда жоғары энергияда максималды мәнге жетеді. Осы нәтижелердің интерпретациясы массивті қараңғы материя бөлшектерінің жойылу оқиғаларында позитронның пайда болуына байланысты болуы мүмкін деген болжам бар. Ғарыш сәулелеріндегі антипротонның орташа энергиясы олардың әдеттегі материялық әріптестерінен (протондардан) әлдеқайда жоғары. Олар Жерге 2 ГэВ энергияның максималды деңгейімен келеді, бұл олардың пайда болу процесінің ғарыш сәулелеріндегі протондардан түбегейлі ерекшеленетінін көрсетеді, олардың энергиясы орташа есеппен алғанда тек алтыдан бір бөлігін құрайды. Ғарыш сәулелерінде антигелий ядролары (яғни, анти-альфа бөлшектері) сияқты күрделі антиматериялық атом ядроларының бар екендігіне дәлел жоқ. Қазіргі уақытта оларды іздеу жұмыстары жүргізілуде. AMS 02 прототипі, AMS 01, 1998 жылдың маусым айында STS 91 миссиясымен ғарышқа ұшты. Антигелийдің ешқандай белгісін анықтамаған AMS 01 антигелий мен гелий ағысының қатынасының жоғарғы шегін 1,1 × 10−6 деп белгіледі.

Екіншілік ғарыш сәулелері

Космикалық сәулелер Жер атмосферасына кіргенде, олар атомдар мен молекулалармен, негізінен оттегі мен азотпен соқтығысады. Бұл әрекеттесу нәтижесінде жеңіл бөлшектердің тізбегі пайда болады, яғни рентген сәулелері, протондар, альфа бөлшектер, пиондар, мюондар, электрондар, нейтринолар және нейтрондар сияқты ауада таралатын екіншілік сәулелену туындайды. Соқтығысудан пайда болатын барлық екіншілік бөлшектер бастапқы бөлшектің бағытынан шамамен бір градусқа дейін бұрылмастан қозғалады. Мұндай соқтығысуларда көбінесе нейтрондар және оң немесе теріс пиондар мен каондар сияқты зарядталған мезондар пайда болады. Олардың кейбіреуі кейін мюондар мен нейтриноларға ыдырайды, олар Жер бетіне жете алады. Көбінесе жоғары энергиялы мюондар тіпті аз тереңдіктегі шахталарға да еніп, ал нейтринолардың көп бөлігі Жерді қосымша әрекеттесусіз кесіп өтеді. Ал қалғандары фотондарға ыдырайды, одан кейін электромагниттік каскадтар пайда болады. Сондықтан, фотондардан кейін, ауада электрондар мен позитрондар басым болады. Бұл бөлшектерді, сондай-ақ мюондарды бұлтты камералар, көпіршік камералары, су Черенков немесе сцинтилляциялық детекторлар сияқты түрлі бөлшектерді анықтау құралдары арқылы оңай табуға болады. Егер бірнеше детекторда бір уақытта бөлшектердің екіншілік жауын-шашыны байқалса, онда барлық бөлшектер осы оқиғадан туындағаны анық болады. Күн жүйесіндегі басқа планеталық денелерге түсетін ғарыштық сәулелер гамма-сәуле телескопы арқылы жоғары энергиялы гамма-сәулелердің шығарылуын байқау арқылы жанама түрде анықталады. Олар шамамен 10 МэВ-тан жоғары энергияларымен радиоактивті ыдырау процестерінен ерекшеленеді.

Анықтау әдістері

Анықтау әдістерінің екі негізгі класы бар. Біріншіден, космоста немесе жоғары биіктікте шармен көтерілетін құралдар арқылы алғашқы ғарыштық сәулелерді тікелей анықтау. Екіншіден, екіншілік бөлшектерді, яғни кең ауа душтарын жанама анықтау. Ауа душтарын анықтау үшін ғарыш және шарларда қолданылатын ұсыныстар мен прототиптер болғанымен, қазіргі уақытта жоғары энергиялы ғарыштық сәулелерді зерттеуге арналған эксперименттер негізінен жерде жүргізіледі. Жалпы, тікелей анықтау, жанама анықтаудан дәлірек. Дегенмен, ғарыштық сәулелердің ағыны энергияның артуымен азаяды, бұл 1 PeV-тен жоғары энергия диапазонында тікелей анықтауды қиындатады. Тікелей және жанама анықтау әртүрлі техникалар арқылы жүзеге асырылады.

Тікелей анықтау

Тура анықтау АЭС-те, спутниктерде немесе биікке көтерілетін шарларда кез келген түрдегі бөлшек детекторлары арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Алайда, детекторларды таңдауды шектейтін салмақ және өлшемдер бойынша белгілі бір шектеулер бар. Тура анықтау әдісінің мысалы – Роберт Флейшер, П. Буфорд Прайс және Роберт М. Уокердің жоғары биіктіктегі шарларда қолдану үшін әзірлеген ядролық іздерге негізделген әдіс. Бұл әдісте 0,25 мм қалыңдықтағы Лексан поликарбонаты сияқты мөлдір пластик қабаттар біріктіріліп, тікелей ғарыш немесе биіктіктегі ғарыш сәулелеріне ұшыратылады. Ядролық заряд пластикте химиялық байланыстарды үзуге немесе иондануға себеп болады. Пластик қабаттың үстіңгі бөлігінде, ғарыш сәулелерінің жоғары жылдамдығына байланысты иондану деңгейі төмен болады. Қабаттағы жылдамдықтың төмендеуіне байланысты ғарыш сәулесінің жылдамдығы азайған сайын, иондану жол бойында артады. Нәтижесінде алынған пластик қабаттар жылы каустикалық натрий гидроксидінің ерітіндісінде "тәжірибеленеді" немесе баяу ерітіледі, бұл беткі материалды баяу, белгілі бір жылдамдықпен жояды. Каустикалық натрий гидроксиді иондалған пластик бойындағы пластикті жылдамдатып ерітеді. Соның нәтижесінде пластикте конус тәрізді ойық пайда болады. Ойықтар жоғары қуатты микроскоппен (әдетте 1600 есе майға батырылған) өлшенеді және тәжірибелену жылдамдығы пластик қабаттың тереңдігіне байланысты график түрінде көрсетіледі. Бұл әдіс әрбір атом ядросы үшін 1-ден 92-ге дейін бірегей қисық береді, бұл пластик қабаттан өтетін ғарыш сәулесінің зарядын және энергиясын анықтауға мүмкіндік береді. Жол бойындағы иондану деңгейі қаншалықты жоғары болса, заряд соғұрлым үлкен болады. Ғарыш сәулелерін анықтаудан басқа, бұл әдіс ядролық бөлінудің нәтижесінде пайда болған ядроларды анықтау үшін де қолданылады.

Тікелей емес анықтау

Қазіргі кезде ғарыштық сәулелерді анықтаудың бірнеше жер бетіндегі әдістері бар, оларды екі негізгі санатқа бөлуге болады: әртүрлі бөлшектер детекторлары арқылы ауқымды ауа шұңқырын (EAS) құрайтын екіншілік бөлшектерді анықтау және атмосферада EAS шығаратын электромагниттік сәулеленуді анықтау. Бөлшектерді анықтайтын үлкен ауа массивтері олар арқылы өтетін зарядталған бөлшектерді өлшейді. EAS массивтері аспанның кең аумағын бақылай алады және уақыттың 90% -дан астамын белсенді түрде пайдалана алады. Алайда, олар Черенков телескоптарына қарағанда, космостық сәулелердің фондық әсерлерін ажыратуда нашаррақ. Көптеген қазіргі заманғы EAS массивтері пластикалық сцинтилляторларды қолданады. Сонымен қатар, су (сұйық немесе мұздатылған) бөлшектердің өтуіне және оларды анықтауға мүмкіндік беретін Черенков сәулесін шығару үшін детекторлық орта ретінде қолданылады. Сондықтан, бірнеше массивтер су/мұз Черенков детекторларын сцинтилляторларға балама ретінде немесе қосымша ретінде қолданады. Бірнеше детекторларды біріктіру арқылы кейбір EAS массивтері мюондарды жеңіл екіншілік бөлшектерден (фотон, электрон, позитрон) ажыратуға қабілетті. Екіншілік бөлшектер арасындағы мюондардың үлесі – бастапқы ғарыш сәулелерінің массалық құрамын бағалаудың дәстүрлі әдісі. Екіншілік бөлшектерді анықтаудың тарихи әдісі, демонстрациялық мақсаттар үшін әлі де қолданылады, ол пион ыдырағанда пайда болатын екіншілік мюондарды анықтау үшін бұлтты камераларды пайдалануды қамтиды. Бұлтты камералар кеңінен қолданылатын материалдардан жасалуы мүмкін, тіпті мектеп зертханасында да құрастырылуы мүмкін. Тағы бір әдіс – көпіршік камераларын қолдану арқылы ғарыш сәулелерінің бөлшектерін анықтау. Жақында, смартфон камераларындағы CMOS құрылғылары ультра жоғары энергиялы ғарыш сәулелерінен туындайтын ауа шұңқырын анықтау үшін практикалық, таратылған желі ретінде ұсынылды. Бұл ұсынысты пайдаланған алғашқы қосымша – CRAYFIS (Смартфондарда табылған ғарыштық сәулелер) эксперименті. 2017 жылы CREDO (Cosmic Ray Extremely Distributed Observatory) ынтымақтастығы Android құрылғылары үшін толыққанды ашық кодты қосымшаның алғашқы нұсқасын жариялады. Содан бері, ынтымақтастық көптеген ғылыми мекемелердің, білім беру ұйымдарының және әлемнің көптеген адамдарының қызығушылығын тартты. Болашақ зерттеулер осы жаңа техниканың арнайы EAS массивтерімен қандай аспектілерде бәсекелесе алатынын көрсетуі керек. Екінші санаттағы алғашқы анықтау әдісі – ауалық Черенков телескопы, ол төмен энергиялы (<200 ГэВ) ғарыш сәулелерін олардың Черенков сәулелерін талдау арқылы анықтауға арналған. Бұл сәуле – ғарыш сәулелері үшін гамма сәулелері, себебі олар атмосферадағы жарық жылдамдығынан жылдам қозғалады. Бұл телескоптар фондық сәулелену мен ғарыш сәулелерінің арасындағы айырмашылықты өте жақсы анықтай алса да, олар айдың жарығы жоқ ашық түндерде ғана жақсы жұмыс істейді, өте кішкентай көрініс бұрыштарына ие және уақыттың бірнеше пайызы ғана белсенді болады. Екінші әдіс атмосферада қозғалатын бөлшектердің атмосферадағы азотты қоздыруынан туындаған азоттың флуоресценциясынан шығатын жарықты анықтайды. Бұл әдіс ең жоғары энергиядағы ғарыш сәулелері үшін ең дәл, әсіресе бөлшектерді анықтайтын EAS массивтерімен біріктірілгенде. Черенков сәулесін анықтау әдісі сияқты, бұл әдіс те ашық түндерде қолданылады. Басқа әдіс – ауа шұңқырынан шығатын радио толқындарды анықтау. Бұл техниканың бөлшектерді анықтайтын детекторларға ұқсас жоғары жұмыс циклі бар. Бұл техниканың дәлдігі соңғы жылдары түрлі тәжірибелік тәжірибелер арқылы жақсартылды және атмосфералық Черенков сәулесі мен флуоресценттік сәулені анықтаудың, кем дегенде жоғары энергияда, баламасы болуы мүмкін.

Қоршаған орта радиациясының рөлі

Космикалық сәулелер Жердегі адамдардың жылдық радиациялық дозасының бір бөлігін құрайды, Жер халқы үшін жылына шамамен 0,39 мЗв, жалпы 3 мЗв-дің (жалпы фонның 13%) құрайды. Дегенмен, ғарыштық сәулелерден туындайтын фондық радиация биіктікпен бірге артады – теңіз деңгейінде жылына 0,3 мЗв болса, биік орналасқан қалаларда жылына 1,0 мЗв-ға жетеді, бұл аталған қалалардың халқы үшін ғарыштық радиацияға ұшырауды жалпы фондық радиацияның төрттен бір бөлігіне дейін арттырады. Ұзақ қашықтыққа ұшатын әуе кемесі экипаждары ғарыштық сәулелердің әсерінен жыл сайын қосымша 2,2 мЗв радиацияға ұшырайды, бұл олардың иондаушы сәулелерге ұшырауын шамамен екі есеге арттырады. + Жылдық орташа радиациялық доза (миллизиверт) Радиация UNSCEAR Princeton Wa State MEXT Ескерту түрі Көзі Әлемдік орташа Типтік диапазон АҚШ АҚШ Жапония Табиғи Ауа 1,26 0,2–10,0a 2,29 2,00 0,40 Негізінен радоннан, (а) үй ішінде радон газының жиналуына байланысты. Ішкі 0,29 0,2–1,0b 0,16 0,40 0,40 Негізінен тамақ өнімдеріндегі радиоизотоптардан (40K, 14C және т.б.) (b) диетаға байланысты. Жер бетінен 0,48 0,3–1,0c 0,19 0,29 0,40 (с) топырақтың құрамына және құрылыс материалдарына байланысты. Космикалық 0,39 0,3–1,0d 0,31 0,26 0,30 (d) Жалпы биіктікпен бірге артады. Барлығы 2,40 1,0–13,0 2,95 2,95 1,50 Жасанды Медициналық 0,60 0,03–2,0 3,00 0,53 2,30 Жауын-шашын 0,007 0–1+ – – 0,01 1963 жылы (Жарым-жартылай сынақтарға тыйым салу туралы шартқа дейін) және 1986 жылы ең жоғары деңгейге жетті; ядролық сынақтар мен апаттар орындарының жанында әлі де жоғары. АҚШ үшін жауын-шашын басқа санаттарға енгізілген. Басқалары 0,0052 0–20 0,25 0,13 0,001 Орташа жылдық кәсіби доза 0,7 мЗв; кеншілердің дозасы жоғары. Ядролық электр станцияларының жанында тұратын халық жылына қосымша ≈0,02 мЗв доза алады. Барлығы 0,6 0–ондаған 3,25 0,66 2,311 Барлығы 3,00 0–ондаған 6,20 3,61 3,81 Бұл көрсеткіштер Фукусима Дайичидегі ядролық апаттан бұрынғы кезеңге қатысты. UNSCEAR-дың жасаған мәндері Жапонның Ұлттық радиологиялық ғылымдар институтынан алынған, ол UNSCEAR деректерін жинақтаған.

Электрондық құрылғыларға әсері

Космикалық сәулелер электрондық интегралдық тізбектердегі тізбек компоненттерінің күйін өзгертуге жеткілікті энергияға ие, бұл уақытша қателерге (мысалы, электрондық жад құрылғыларындағы бұрмаланған деректер немесе процессорлардың қате жұмысы) әкеледі, олар көбінесе "жұмсақ қателер" деп аталады. Бұл мәселе спутниктер сияқты аса биік биіктіктегі электроникада ұзақтан бері бар, бірақ транзисторлардың өлшемі кішірейген сайын, бұл құбылыс жердегі электроникада да маңызды мәселеге айналуда. IBM-нің 1990 жылдардағы зерттеулері компьютерлердің ай сайын 256 мегабайт жедел жадқа шамамен бір ғарыш сәулесінен туындайтын қатеге ұшырағанын көрсетіп тұр. Бұл мәселені шешу үшін Intel корпорациясы болашақ жоғары тығыздықты микропроцессорларға енгізілетін ғарыш сәулесін анықтау құралын ұсынды, ол процессорға ғарыш сәулесі оқиғасынан кейін соңғы команданы қайталауға мүмкіндік береді. ECC жады ғарыш сәулелерінен туындаған деректердің бұзылуынан қорғау үшін қолданылады. 2008 жылы ұшу басқару жүйесіндегі деректердің бұзылуы салдарынан Airbus A330 ұшағы екі рет жүздеген футқа құлап, көптеген жолаушылар мен экипаж мүшелері жарақат алды. Деректердің бұзылуының басқа да себептерімен қатар, ғарыш сәулелері де зерттелді, бірақ олардың ықтималдығы өте төмен деп қорытындыланды. 2020 жылдың тамызында ғалымдар қоршаған ортадағы радиоактивті материалдар мен ғарыш сәулелерінен шығатын иондаушы сәулеленудің, тиісінше қорғалмаған жағдайда кубиттердің когеренттілік уақытын айтарлықтай қысқарта алатынын хабарлады, бұл болашақта қателерге төзімді суперөткізгіш кванттық компьютерлерді құру үшін маңызды болуы мүмкін.

Әуе-ғарыш сапарларындағы маңызы

Галактикалық ғарыштық сәулелер - экипажды ғарыш кемелерімен жоспарланған планетаралық сапарлардың алдында тұрған ең маңызды кедергілердің бірі. Космикалық сәулелер сонымен қатар шығарылған зерттеушілердің бортындағы электроникаға да қауіп төндіреді. 2010 жылы "Вояджер-2" ғарыш кемесінде бір бит бұрылып, қате пайда болды, бұл, басы артық болжам бойынша, ғарыштық сәуледен туындаған. Ғарыш кемелерін физикалық немесе магниттік қорғау сияқты стратегиялар электроника мен адамдарға ғарыштық сәулелердің тигізетін зиянын азайту мақсатында қарастырылды. 2013 жылдың 31 мамырында NASA ғалымдары Марсқа экипажбен ұшу бұрынғыдан да көп радиациялық тәуекелмен байланысты болуы мүмкін екенін хабарлады, бұл 2011-2012 жылдары Жерден Марсқа сапар барысында "Марс ғылыми зертханасының" RAD құрылғысымен тіркелген жоғары энергиялық бөлшектердің радиациясының деңгейіне негізделген. Жолаушылар мен авиалайнер экипаждары биікке көтерілгенде, теңіз деңгейіндегі адамдарға қарағанда кем дегенде 10 есе көп ғарыштық сәулелерге ұшырайды. Геомагниттік полюстерге жақын полярлық бағыттармен ұшатын ұшақтар ерекше тәуекелге ұшырайды.

Найзағайдағы рөлі

Ғарыштық сәулелердің молнияның (электр разрядының) туындауына ықпал ететіні анықталды. Барлық молниялардың да релятивистік процесс, яғни ғарыштық сәулелердің екінші туындыларының әсерінен басталатын "қашқыш бұзылу" арқылы туындайды деген ұсыныс бар. Ал молнияның одан әрі дамуы "дәстүрлі бұзылу" механизмдері арқылы жүзеге асады.

Климаттың өзгеруіндегі роль

Эдвард П. Ней 1959 жылы және Роберт Э. Дикинсон 1975 жылы климаттағы ғарыш сәулелерінің рөлін ұсынды. Бұрынғы ғарыш сәулелері климаттың күрт өзгеруіне және жаппай жойылуға себеп болған болуы мүмкін деген гипотеза бар. Адриан Мелотт пен Михаил Медведевтің сөзіне сәйкес, теңіздегі биологиялық популяциялардың 62 миллион жылдық циклдары Жердің галактикалық жазықтыққа қатысты қозғалысымен және ғарыш сәулелеріне ұшыраудың артуымен сәйкес келеді. Зерттеушілер бұл және жергілікті жұлдыздардың жарқырауынан туындаған гамма сәулелерінің әсері қатерлі ісік пен мутация деңгейіне әсер етуі мүмкін екенін, сондай-ақ Жердің климатындағы шешуші өзгерістерге және ордовик кезеңіндегі жаппай жойылуға байланысты болуы мүмкін деп санайды. Даниялық физик Хенрик Свенсмарк күннің өзгеруі Жердегі ғарыш сәулелерінің ағынын өзгертеді, демек бұл бұлттардың пайда болу жылдамдығына әсер етеді және жаһандық жылынудың тікелей себебі болуы мүмкін деген пікірді қатаң түрде қорғайды. Свенсмарк жаһандық жылынудың бағытталған ғылыми бағалауына қарсы шыққан бірнеше ғалымның бірі, бұл ғарыш сәулелерінің жаһандық жылынумен байланысты екендігі туралы ұсыныстың ғылыми негізге емес, идеологиялық көзқарасқа байланысты болуы мүмкін деген алаңдаушылықты тудырады. Басқа ғалымдар Свенсмаркты нашар және тұрақсыз жұмысы үшін сынады: мысалы, бұлт деректерін түзету төменгі бұлт деректеріндегі қателікті азайтады, бірақ жоғары бұлт деректерінде емес; тағы бір мысал – «физикалық деректерді дұрыс қолданбау», нәтижесінде графиктерде олар көрсеткендей байланыс байқалмайды. Свенсмарктың мәлімдемелеріне қарамастан, галактикалық ғарыш сәулелері бұлт жамылғысының өзгеруіне статистикалық тұрғыдан маңызды әсер еткені дәлелденбеді және зерттеулерде жаһандық температураның өзгеруіне себеп-салдарлық байланысы жоқ екені көрсетілді.

Мүмкін жаппай құрып кету факторы

Бірнеше зерттеулер жақын жерде болған бір немесе бірнеше суперновалар Плиоцен кезеңіндегі теңіз мегафаунасының жойылуына себеп болғанын көрсетеді, олар ірі теңіз жануарлары үшін қауіпті деңгейде сәулеленуді күрт арттырды.

Ғылыми-зерттеу және тәжірибелер

Төменде бірнеше ғарыштық сәулелерді зерттеу жобалары тізілген.

Қосымша сілтемелер

Р. Г. Харрисон мен Д. Б. Стивенсон, Бұлттарға галактикалық ғарыш сәулелерінің әсерін анықтау, Геофизикалық зерттеулер жинағы, 8-том, 07661, 2006 SRef ID: 1607 7962/gra/EGU06 A 07661.
Р. Клей және Б. Доусон, Cosmic Bullets, Allen & Unwin, 1997. Т. К. Гейссер, Космикалық сәулелер және бөлшектер физикасы, Кембридж университетінің баспасы, 1990. П. К. Ф. Гридер, Жердегі ғарыш сәулелері: Зерттеушілердің анықтамалық нұсқаулығы және деректер кітабы, Elsevier, 2001. А. М. Хиллас, Космикалық сәулелер, Пергамон баспасы, Оксфорд, 1972.
М. Д. Нгобени және М. С. Потгитер, Сыртқы гелиосферадағы ғарыш сәулелерінің анизотропиясы, Ғарыш зерттеулерінің жетістіктері, 2007. М. Д. Нгобени, Сыртқы гелиосферадағы ғарыш сәулелерінің модуляциясының аспектілері, магистрлік диссертация, Солтүстік-Батыс университеті (Потчефструм кампусы), Оңтүстік Африка, 2006. Д. Перкинс, Бөлшектер астрофизикасы, Оксфорд университетінің баспасы, 2003. С. Е. Ролфс және С. Р. Уильямс, Космостағы қазандар, Чикаго университетінің баспасы, 1988. Б. Б. Росси, Космикалық сәулелер, МакГроу Хилл, Нью-Йорк, 1964. Мартин Уолт, Геомагниттік тұтқынға түскен сәулеленуге кіріспе, 1994. TRACER – Ұзақ мерзімді шатырлық жоба: шатырларда ұшырылған ең ірі ғарыш сәулелерін анықтағыш.