รังสีคอสมิก

รังสีคอสมิก (อังกฤษ: cosmic ray) เป็นรังสีพลังงานสูงอย่างยิ่งที่ส่วนใหญ่กำเนิดนอกระบบสุริยะ อาจทำให้เกิดการสาดอนุภาครองซึ่งทะลุทะลวงและมีผลกระทบต่อบรรยากาศของโลกและบ้างมาถึงผิวโลกได้ รังสีคอสมิกประกอบด้วยโปรตอนและนิวเคลียสอะตอมพลังงานสูงเป็นหลัก มีที่มาลึกลับ ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศแฟร์มี (2556) ถูกตีความว่าเป็นหลักฐานว่าส่วนสำคัญของรังสีคอสมิกปฐมภูมิกำเนิดจากมหานวดารา(supernova) ของดาวฤกษ์ขนาดยักษ์ ทว่า คาดว่ามหานวดารามิใช่แหล่งเดียวของรังสีคอสมิก นิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์อาจผลิตรังสีคอสมิกด้วย

ฟลักซ์รังสีคอสมิกเทียบกับพลังงานอนุภาค

รังสีคอสมิกถูกเรียกว่า "รังสี" เพราะทีแรกเข้าใจผิดว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในการใช้ทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป อนุภาคพลังงานสูงที่มีมวลในตัว เรียก รังสี "คอสมิก" และโฟตอน ซึ่งเป็นควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (จึงไม่มีมวลในตัว) ถูกเรียกด้วยชื่อสามัญ เช่น "รังสีแกมมา" หรือ "รังสีเอ็กซ์" ขึ้นกับความถี่

รังสีคอสมิกดึงดูดความสนใจอย่างมากในทางปฏิบัติ เนื่องจากความเสียหายที่รังสีกระทำต่อไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และชีวิตนอกเหนือการป้องกันจากบรรยากาศและสนามแม่เหล็ก และในทางวิทยาศาสตร์ เพราะมีการสังเกตว่า พลังงานของรังสีคอสมิกพลังงานสูงอย่างยิ่ง (ultra-high-energy cosmic rays, UHECRs) ที่มีพลังงานมากที่สุดเฉียด 3 × 10²⁰ eV หรือเกือบ 40 ล้านเท่าของพลังงานของอนุภาคที่ถูกเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่เร่ง ที่ 50 จูล รังสีคอสมิกพลังงานสูงอย่างยิ่งมีพลังงานเทียบเท่ากับพลังงานจลน์ของลูกเบสบอลความเร็ว 90 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ด้วยผลการค้นพบเหล่านี้ จึงมีความสนใจสำรวจรังสีคอสมิกเพื่อหาพลังงานที่สูงกว่านี้ ทว่า รังสีคอสมิกส่วนมากไม่มีพลังงานสูงสุดขีดเช่นนั้น การกระจายพลังงานของรังสีคอสมิกสูงสุดที่ 0.3 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (4.8×10⁻¹¹ J)

ในบรรดารังสีคอสมิกปฐมภูมิซึ่งกำเนิดนอกบรรยากาศของโลก ราว 99% ของนิวเคลียส (ซึ่งหลุดจากเปลือกอิเล็กตรอนของมัน) เป็นอะตอมที่ทราบกันดี และราว 1% เป็นอิเล็กตรอนเดี่ยว (คล้ายอนุภาคบีตา) ในจำนวนนิวเคลียส ราว 90% เป็นโปรตอน คือ นิวเคลียสไฮโดรเจน 9% เป็นอนุภาคแอลฟา และ 1% เป็นนิวเคลียสของธาตุหนักกว่า ส่วนน้อยมากเป็นอนุภาคปฏิสสารที่เสถียร เช่น โพสิตรอนและแอนติโปรตอน ธรรมชาติที่แน่ชัดของส่วนที่เหลือนี้เป็นขอบเขตการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ การแสวงอนุภาคอย่างแข็งขันจากวงโคจรโลกยังไม่พบแอนติแอลฟา

ผล

การเปลี่ยนแปลงเคมีบรรยากาศ

รังสีคอสมิกทำให้โมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนในบรรยากาศกลายเป็นไอออน ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาเคมีจำนวนหนึ่ง มีปฏิกิริยาหนึ่งส่งผลให้เกิดการพร่องโอโซน รังสีคอสมิกยังมีผลต่อการผลิตไอโซโทปไม่เสถียรจำนวนหนึ่งในบรรยากาศของโลกอย่างต่อเนื่อง เช่น คาร์บอน-14 ผ่านปฏิกิริยา

n + ¹⁴N → p + ¹⁴C

รังสีคอสมิกรักษาระดับคาร์บอน-14 ในบรรยากาศเกือบคงที่ (70 ตัน) เป็นเวลาอย่างน้อย 100,000 ปีที่ผ่านมา กระทั่งการเริ่มการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์เหนือพื้นดินในช่วงต้นคริสต์ทศวรรษ 1950 เป็นข้อเท็จจริงสำคัญที่ใช้ในการหาอายุคาร์บอนรังสีในโบราณคดี

อ้างอิง

1. Sharma (2008). Atomic And Nuclear Physics. Pearson Education India. p. 478. ISBN 978-81-317-1924-4.
2. 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.; และคณะ (2013-02-15). "Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants". Science. American Association for the Advancement of Science. 339 (6424): 807–811. arXiv:1302.3307. Bibcode:2013Sci...339..807A. doi:10.1126/science.1231160. สืบค้นเมื่อ 2013-02-14.
3. Ginger Pinholster (2013-02-13). "Evidence Shows that Cosmic Rays Come from Exploding Stars".
4. Dr. Eric Christian. "Are Cosmic Rays Electromagnetic radiation?". NASA. สืบค้นเมื่อ 2012-12-11.
5. Nerlich, Steve (12 June 2011). "Astronomy Without A Telescope – Oh-My-God Particles". Universe Today. Universe Today. สืบค้นเมื่อ 17 February 2013.
6. "Facts and figures". The LHC. European Organization for Nuclear Research. 2008. สืบค้นเมื่อ 17 February 2013.
7. Gaensler, Brian (November 2011). "Extreme speed". COSMOS (41).
8. L. Anchordoqui, T. Paul, S. Reucroft, J. Swain; Paul; Reucroft; Swain (2003). "Ultrahigh Energy Cosmic Rays: The state of the art before the Auger Observatory". International Journal of Modern Physics A. 18 (13): 2229. arXiv:hep-ph/0206072. Bibcode:2003IJMPA..18.2229A. doi:10.1142/S0217751X03013879.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
9. Nave, Carl R. "Cosmic rays". HyperPhysics Concepts. Georgia State University. สืบค้นเมื่อ 17 February 2013.
10. "What are cosmic rays?". NASA, Goddard Space Flight Center. สืบค้นเมื่อ 31 October 2012.

แหล่งข้อมูลอื่น

• ประวัติของรังสีคอสมิก
• ภาพรวมของรังสีคอสมิก