Wat is kosmische straling?

De beschermende magnetosfeer van de Aarde
De magnetosfeer van de Aarde beschermt ons tegen schadelijke zonnewind en kosmische straling

Kosmische stralen zijn fragmenten van atomen die van buiten het zonnestelsel neerkomen op Aarde. Ze reizen met de lichtsnelheid en ze worden verdacht van het veroorzaken van elektronische problemen met satellieten en andere apparaten.

Kosmische straling werd in 1912 voor het eerst waargenomen en nu meer dan een eeuw later zijn nog er nog veel zingen onduidelijk. Zo weet men nog niet precies waar kosmische straling nu precies vandaan komt. Veel astronomen denken dat ze hun herkomst gerelateerd kan worden aan supernova’s maar het uitdagende is dat we kosmische straling van alle kanten uniform waarnemen.

Geschiedenis

De kosmische straling werd in 1912 voor het eerst waargenomen maar wetenschappers wisten al sinds 1780 dat er iets was. Het was de Franse natuurkundige Charles Augustin de Coulomb, die ook een eenheid van elektrische lading op zijn naam heeft staan ontdekte dat een elektrisch geladen bol plotseling en onverklaarbaar niet meer geladen was.

In die tijd dacht men dat lucht een isolator en geen elektrische geleider was. Echter na verloop van tijd ontdekten de wetenschappers dat lucht elektriciteit kan geleiden als de moleculen geladen of geïoniseerd zijn. Dit kan o.a. gebeuren als moleculen reageren met geladen deeltjes of röntgenstraling.

Maar waar deze geladen deeltjes dan vandaan kwamen was een volstrekt raadsel. Zelfs pogingen om met behulp van grote hoeveelheden lood de lading te blokkeren mislukten. Op 7 augustus 1912 vloog de natuurkundige Victor Hess op een hoogte van 5300 meter in een luchtballon. Hij ontdekte daar drie keer meer geïoniseerde straling dan op aan de grond. Dit betekende dat de straling uit de ruimte zou moeten komen. Maar het zou meer dan een eeuw duren voordat men de straling in de ruimte kon traceren. In 2013 werden er resultaten van de Fermi Gamma-ray Space Telescope van de NASA gepubliceerd. De Fermi bestudeerde twee supernovarestanten in ons sterrenstelsel: IC 433 en W44.

Onder de producten die ontstaan bij dergelijke ster-explosies bevinden zich gammastraling fotonen die, anders dan kosmische straling, niet worden beïnvloedt door magneetvelden. De gammastraling die werd bestudeerd had dezelfde energie handtekening als subatomaire deeltjes die bekend zijn als “neutrale pionen”. Pionen worden geproduceerd als protonen worden gevangen in een magnetisch veld in de boeggolf van de supernova en op elkaar knallen.

Met andere woorden, de overeenkomstige energie handtekeningen lieten zien dat protonen in een supernova snel genoeg kunnen bewegen om kosmische straling op te wekken.

Huidig onderzoek

Tegenwoordig weten we dat kosmische stralen fragmenten van atomen zijn zoals protonen (positief geladen deeltjes), elektronen (negatief geladen deeltjes) en atoomkernen. We weten nu dat ze gevormd kunnen worden tijdens een supernova-explosie maar er zijn wellicht nog meer bronnen die kosmische straling kunnen veroorzaken. Ook is het nog helemaal niet duidelijk hoe supernova’s in staat zijn om deze kosmische straling zo snel te maken.

Kosmische stralen regenen constant neer op de Aarde en terwijl hoogenergetische primaire stralen botsen met atomen in de bovenste lagen van de Aardse atmosfeer en zelden de grond bereiken worden er secundaire deeltjes van deze botsingen weggestoten. Deze deeltjes bereiken wel de grond.

Tegen de tijd dat kosmische straling de Aarde bereikt is het onmogelijk geworden om de herkomst er van te herleiden. Omdat zich zich door verschillende magneetvelden in het heelal hebben bewogen (het magneetveld van ons sterrenstelsel, het magneetveld van het zonnestelsel en het Aardse magneetveld) zijn ze diverse malen van richting veranderd.

Volgens de NASA bereiken kosmische stralen gelijkmatig van alle kanten. Wetenschappers proberen dus de oorsprong van kosmische stralen te traceren door de samenstelling van kosmische stralen te bestuderen. Wetenschappers kunnen die tonen door naar de spectroscopische handtekening van iedere kern kern te kijken als die straling uitzendt en ook door het bepalen van de verschillende isotopen van elementen die de stralingsdetectoren bereiken.

Volgens NASA laat het resultaat hele gewone elementen in het heelal zien. Ongeveer 90 procent van de kosmische stralingskernen zijn afkomstig van waterstof (protonen) en 9 procent zijn afkomstig van helium (alfa deeltjes). Waterstof en helium zijn de meest voorkomende elementen in het heelal en de ze vormen het beginpunt van sterren, sterrenstelsels en andere grote structuren. Het resterende 1 procent zijn alle andere elementen en dit ene procent wordt dan ook door wetenschappers gebruikt om naar zeldzame elementen te zoeken om vergelijkingen te maken tussen verschillende types van kosmische straling.

Wetenschappers kunnen de kosmische straling ook dateren aan de hand van het radioactieve verval van kernen in de loop van de tijd. Door de halfwaardetijd van iedere kern te bepalen kan er een schatting gemaakt worden van hoe lang de kosmische straling in de ruimte is geweest.

Zorgen over ruimtestraling

Het magneetveld van de Aarde en de atmosfeer beschermen de planeet voor 99,9% van de straling die uit de ruimte komt. Echter, mensen die zich buiten het beschermende magneetveld bevinden worden blootgesteld aan een serieuze hoeveelheid straling. Een instrument aan boord van de Marsrover Curiosity mat gedurende de 253 dagen durende reis van de naar de rode planeet te dat de dosis straling die een astronaut zou ontvangen op de kortste reis van de Aarde naar Mars en v.v. ongeveer 0,66 Sievert is. Dat komt overeen met een volledige CT scan iedere vijf tot zes dagen.

Een dosis van 1 Sievert wordt verantwoordelijk gesteld voor een risico toename op een fatale kanker van 5,5%. De normale dosis die een gemiddeld persoon op Aarde ontvangt is 0,00001 Sievert.

De Maan heeft een atmosfeer en maar een zwak magneetveld. Astronauten die op de Maan leven moeten zichzelf dus beschermen bijvoorbeeld door ondergronds te gaan wonen.

Mars heeft een magneetveld. Deeltjes van de Zon hebben de atmosfeer van Mars bijna volledig gestript zodat er nauwelijks bescherming is aan het oppervlak tegen de kosmische straling. De hoogste luchtdruk op Mars komt overeen met de Aardse luchtdruk op een hoogte van 35 kilometer. Op lagere hoogtes biedt de atmosfeer van Mars een beetje meer bescherming tegen kosmische straling.

Laatste wijziging: 26 april 2016