Home 9 Forside 9 Basisviden 9 Kosmisk stråling

Kosmisk stråling

  • Hvad er kosmisk stråling?
  • Er den konstant over tid?
  • Hvilke faktorer kan nedsætte den kosmiske strålings indflydelse på jorden og dens atmosfære?


Hvad er kosmisk stråling?
Kosmisk stråling er en partikelstråling som kommer fra rummet og rammer jorden fra mange forskellige vinkler. Dette kaldes den primære stråling. Strålingen består for det meste (90%) af brint-kerner. Det vil sige protoner (positivt ladet ioniseret partikel). Ca. 9% er Alfa-partikler (heliumkerner, 2 protoner og 2 neutroner). I kosmiske stråling findes desuden elektroner (med negative ladninger) eller positroner (”elektroner” med positiv ladning). De udgør ca. 1%. Herud over består kosmisk stråling af kerner fra stort set hele det periodiske systems atomer. Disse forekommer dog i meget begrænset antal i sammenligning med antallet af protoner og alfa-partikler. Disse atomdele kan ramme jorden og dens atmosfære med utrolig stor fart (nær lysets hastighed) og rummer derfor stor kinetisk energi når de brager ind i jordens atmosfære. Det menes at de har opnået deres store hastighed ved at være udsat for de chokbølgerne efter en supernovaeksplosion.

Faktaboks
Kosmisk stråling blev opdaget i 1912 af V.F.Hess som fandt ud af at en ukendt stråling påvirkede luftens ledningsevne. Luften er altid svag elektrisk ledende og ved at udsætte den for ioniserende stråling fra radioaktive stoffer, bliver denne ledningsevne forøget. Selv når alle radfioaktive kilder var fjernet var er luften stadig svagt ledende. I forsøget på at lokalisere om en ukendt stråling kom fra jorden, sendte han balloner i vejret for at måle luftens ledningsevne i forskellige højder. Han fandt at i stedet for at aftage, steg luftens ledningsevne jo højere ballonerne kom til vejrs. Herved sluttede han at den ioniserende stråling kom fra verdensrummet.

 

Den kosmiske strålers oprindelse kategoriseres efter deres energi: (eV=elektronvolt)

  • Solar kosmisk stråling fra solen. ca. 109 til 1010 eV
  • Galaktisk kosmisk stråling,  fra vores egen galakse fra Mælkevejen1010 til 1015 eV:
  • Intergalaktisk kosmisk stråling,  fra andre galakser Mere end 1015 eV:

Som det fremgår af ovenstående udsender solen den svageste del af den kosmiske stråling, mens den mest energirige del kommer fra områder uden for vores solsystem. Man antager at det er stråling fra eksploderende supernovaer. Teorien går ud på at partikler er blevet accelereret op til næsten lysets hastigherd i trykbølgerne, men det er ikke bevist.

Figuren ovenfor viser størrelsesforholdet mellem mængden og styrken af den kosmiske stråling. Det gule felt viser den kosmiske stråling fra solen. Den er den svageste del af den kosmiske stråling, men til gengæld rammes 1 m2 af jordens overflade af en partikel pr sekund. Disse partikler opnår ikke tilnærmelsesvis lysets hastighed, men kan være flere dage undervejs fra solen. Det midterste felt i figuren viser strålingen fra solsystemet. Den er lidt kraftigere, men til gengæld rammes 1 m2 af en partikel herfra pr år. Den sidste del af diagrammet viser strålingen der kommer fra det ydre rum uden for solsystemer. Her er det er betydeligt kraftigere stråling hvor partiklerne er tæt på lysets hastighed. Til gengæld rammes blot 1 km2 af en partikel pr år af disse stråler.

Den kosmiske strålings sammenstød med luftens molekyler skaber kaskader af sekundær stråling bl.a. fri neutroner.Energien i strålingen er så stor at det fremkalder en spallation (faktaboks) hos nogle atomer i atmosfæren hvorved de sønderdeles og ændres til andre atomer og samtidig udsender en ny sekundær stråling af enten protoner, neutroner, elektroner og positroner m.m. med næsten lige så stor kraft som den oprindelige kosmiske stråling.

Faktaboks
Spallation: I kernefysikken den process hvorved tungere atomers kerner splittes ad i forskellige lettere kernedele som følge af et bombardement fra høj-energi-partikler.

  

Denne kaskade fortsætter til jordens overflade og påvirker, foruden luftens atomer, også atomerne i jordens øverste lag. Intensiteten af strålingen aftager dog jo nærmere den når jordens overflade og evnen til at lave spallationer aftager. Få meter nede i jorden er der ikke ret meget stråling tilbage. På grund af de kosmiske strålers elektriske ladning, bevæger de sig ikke i rette baner. De afbøjes af forskellige magnetfelter og deres baner bliver derfor ofte spiralformede.

På grund af jordens magnetfelt og dets specielle udbredelse, vil kosmisk stråling have lettest ved at komme ind i jordens atmosfære ved polerne og sværest ved ækvator. Den kosmiske stråling ved polerne er derfor ca. 4 gange så kraftig som ved ækvator. Hvis der er sket polvendinger vil dette have haft en indvirkning på den kosmiske strålings intensitet forskellige steder på jorden, som kan være vanskelige at indkalkulere i et eventuelt måleresultater. Da den kosmiske stråling rammer jorden fra vilkårlige retninger, vil intensiteten ved jordens overflade også blive afskærmet af f.eks. høje bjerge, som skærmer for stråler fra lave vinkler.

Kosmisk stråling og dateringsmetoder
I dateringssammenhænge er der især to følgevirkninger af den kosmiske stråling vi er interesseret i, nemlig omdannelse af kvælstof (N-14) til kulstof-14 (C-14) (kulstof-14 metoden) og Be-10 i atmosfæren og dannelsen af forskellige isotoper i jordskorpens klippers øverste lag (TL, OSL og Kosmogenetisk kernedatering). Til sidstnævnte hører de radioaktive isotoper 10Be, 26Al (kvarts) og 36Cl (basalt).

En forudsætning for at ovennævnte ændringer af grundstoffer til radioaktive isotoper kan bruges til en valid datering er at man må kende strålingsdosis pr år. Da man kun har målinger af denne intensitet inden for de seneste årtier vil man ikke med sikkerhed kunne sige om denne intensitet har været konstant. Dette kan nemlig betvivles idet undersøgelser har vist varierende produktion af C-14 som er en direkte følge af indvirkningen fra kosmisk stråling igennem de sidste få tusinde år. Dette er konstateret ved C-14 målinger på artefakter og årringe på træ med kendt alder. Her viser det sig at der ikke er en overensstemmelse mellem indholdet af C-14 og den til-grund-liggende kosmiske stråling på det pågældende tidspunkt (andre parmetre som N-indholdet og CO2 indholdet i atmosfæren spiller også en rolle). På baggrund af disse målinger er udarbejdet kalibreringskurver til C-14 metoden, NETOP fordi den kosmiske stråling tilsyneladende ikke har været konstant.

Dette kan skyldes to forhold. For det første at den kosmiske strålings intensitet i perioder har været påvirket i mere eller mindre omfang af afskærmning. Der er primært tre forhold der bremser eller nedbringer de skadelige virkninger af den kosmiske stråling, nemlig jordens magnetfelt, jordens atmosfære og solens magnetfelt. Såfremt disse tre faktorer ændrer sig vil bestrålingen af jorden og dens atmosfære og dermed følgevirkningerne af denne, også ændre sig. For det andet har den kosmiske stråling fra universet ikke været konstant over tid. Solens partikelstrøm mod jorden er underlagt visse cykler. Dermed vil den svageste del af partikelstrømmen i den kosmiske stråling i hvert fald være underlagt forandringer.

Det er foreslået at supernovaeksplosioner både i vores mælkevej og uden for, er årsagen til den stærkeste del af den kosmiske stråling. Alle kender til Thyco Brahes Stella Nova i 1572. Når et sådant udbrud når jorden, skulle man mene at der vil være en forøget intensitet af den kosmiske stråling. Hvad er hyppigheden på supernovaeksplosioner? Er der grund til at mene at de er jævnt fordelt over tid og afstand til jorden således at strålingen optræder med en ensartet intensitet? Der er forskere der mener at forøget kosmisk stråling i fortiden har været medvirkende årsag til masse-ud-døen. Der er ikke nogen umiddelbar logisk grund til at antage at den kosmiske stråling har været konstant over tid da dens oprindelse antages at stamme fra supernovaseksplosioner som kommer i vilkårlig orden og afstand fra jorden. Hvis målinger af den kosmiske stråling i dag, danner grundlag for udregningen af produktionsraten over tid og der i nyere tid er sket en forøgelse af denne gennem hyppigere og/eller større supernovaer, vil produktionsraten i fortiden ikke kunne udregnes på baggrund af disse målinger.


Billede af en supernova hvorfra de mest energirige partikler i den kosmiske stråling menes at komme fra.

I billedet herunder fremgår det at der er en ca. 11-årig cyklus i intensiteten af solpletter, som er sammenfaldende med en tilsvarende cyklus i nedsættelse af den kosmiske strålings intensitet på grund af det øgede magnetfelt fra solen.

Sammenligning af strålingsdoserne incl. den mængde der blev målt på rejsen fra Jorden til Mars.

Kilder
Wikipedia: cosmic ray
https://www.nature.com/news/cosmic-rays-originate-from-supernova-shockwaves-1.12436
https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_particle
http://denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Astronomi/Stjernet%C3%A5ger_og_interstellart_stof/kosmisk_str%C3%A5ling
https://en.wikipedia.org/wiki/Beryllium-10
Home » Glacial Geology » Dating glacial sediments » Cosmogenic nuclide dating
By Bethan Davies – Last updated 24/11/2014
https://www.sciencealert.com/supernovae-extinctions-earth-millions-of-years-ago-radiation-ozone-cosmic-rays
https://io9.gizmodo.com/5717053/how-cosmic-rays-could-have-caused-one-of-the-worst-mass-extinctions-on-earth

Print Friendly, PDF & Email
Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert