Sinar Kosmik: Wisatawan Tercepat di Alam Semesta

Sinar kosmik terdengar seperti semacam ancaman fiksi ilmiah dari luar angkasa. Ternyata, dalam jumlah yang cukup tinggi, mereka. Di sisi lain, sinar kosmik melewati kita setiap hari tanpa berbuat banyak (jika ada bahaya). Jadi, apa potongan misterius energi kosmik ini?

Istilah "sinar kosmik" mengacu pada partikel berkecepatan tinggi yang mengelilingi alam semesta. Mereka ada di mana-mana. Kemungkinannya sangat bagus bahwa sinar kosmik telah melewati tubuh setiap orang pada suatu waktu atau yang lain, terutama jika mereka hidup di ketinggian atau terbang di pesawat terbang. Bumi terlindungi dengan baik terhadap semua kecuali yang paling energetik dari sinar-sinar ini, sehingga mereka tidak benar-benar membahayakan kita dalam kehidupan sehari-hari.

Sinar kosmik memberikan petunjuk menarik tentang objek dan peristiwa di tempat lain di alam semesta, seperti kematian bintang-bintang masif (disebut ledakan supernova) dan aktivitas di Matahari, sehingga para astronom mempelajarinya menggunakan balon ketinggian tinggi dan instrumen berbasis ruang. Penelitian itu memberikan wawasan baru yang menarik tentang asal-usul dan evolusi bintang dan galaksi di alam semesta.

Sinar kosmik adalah partikel bermuatan energi sangat tinggi (biasanya proton) yang bergerak hampir kecepatan cahaya. Beberapa berasal dari Matahari (dalam bentuk partikel energetik matahari), sementara yang lain dikeluarkan dari ledakan supernova dan peristiwa energetik lainnya dalam ruang antarbintang (dan intergalaksi). Ketika sinar kosmik bertabrakan dengan atmosfer Bumi, mereka menghasilkan hujan dari apa yang disebut "partikel sekunder".

Keberadaan sinar kosmik telah dikenal selama lebih dari seabad. Mereka pertama kali ditemukan oleh fisikawan Victor Hess. Ia meluncurkan elektron dengan akurasi tinggi di atas balon cuaca pada tahun 1912 untuk mengukur laju ionisasi atom (yaitu, seberapa cepat dan seberapa sering atom diberi energi) di lapisan atas atmosfer Bumi. Apa yang dia temukan adalah bahwa tingkat ionisasi jauh lebih besar semakin tinggi Anda naik di atmosfer - sebuah penemuan yang kemudian ia memenangkan Hadiah Nobel.

Ini terbang di hadapan kebijaksanaan konvensional. Naluri pertamanya tentang cara menjelaskan ini adalah bahwa beberapa fenomena matahari menciptakan efek ini. Namun, setelah mengulangi eksperimennya selama gerhana matahari dekat ia memperoleh hasil yang sama, secara efektif mengesampingkan asal matahari untuk, menyimpulkan bahwa pasti ada beberapa medan listrik intrinsik di atmosfer yang menciptakan ionisasi yang diamati, meskipun ia tidak dapat menyimpulkan apa sumber medan tersebut. akan menjadi.

Itu lebih dari satu dekade kemudian sebelum fisikawan Robert Millikan mampu membuktikan bahwa medan listrik di atmosfer yang diamati oleh Hess bukan fluks foton dan elektron. Dia menyebut fenomena ini "sinar kosmik" dan mereka mengalir melalui atmosfer kita. Dia juga menentukan bahwa partikel-partikel ini bukan dari Bumi atau lingkungan dekat-Bumi, melainkan berasal dari angkasa luar. Tantangan selanjutnya adalah mencari tahu proses atau objek apa yang bisa menciptakannya.

Sejak saat itu, para ilmuwan terus menggunakan balon terbang tinggi untuk menembus atmosfer dan mencicipi lebih banyak partikel berkecepatan tinggi ini. Wilayah di atas Antartika di kutub selatan adalah tempat peluncuran yang disukai, dan sejumlah misi telah mengumpulkan lebih banyak informasi tentang sinar kosmik. Di sana, Fasilitas National Science Balloon adalah rumah bagi beberapa penerbangan yang sarat instrumen setiap tahun. "Penghitung sinar kosmik" yang mereka bawa mengukur energi sinar kosmik, serta arah dan intensitasnya.

Itu Stasiun ruang angkasa Internasionaljuga berisi instrumen yang mempelajari sifat-sifat sinar kosmik, termasuk percobaan Energi dan Massa Cosmic Ray (CREAM). Dipasang pada tahun 2017, ia memiliki misi tiga tahun untuk mengumpulkan data sebanyak mungkin pada partikel yang bergerak cepat ini. CREAM sebenarnya dimulai sebagai percobaan balon, dan terbang tujuh kali antara 2004 dan 2016.

Karena sinar kosmik tersusun dari partikel bermuatan, jalurnya dapat diubah oleh medan magnet apa pun yang bersentuhan dengannya. Secara alami, benda-benda seperti bintang dan planet memiliki medan magnet, tetapi medan magnet antarbintang juga ada. Ini membuat memprediksi di mana (dan seberapa kuat) medan magnet sangat sulit. Dan karena medan magnet ini bertahan di seluruh ruang, mereka muncul di setiap arah. Oleh karena itu tidak mengherankan bahwa dari sudut pandang kita di Bumi ini tampak bahwa sinar kosmik tampaknya tidak datang dari satu titik di ruang angkasa.

Menentukan sumber sinar kosmik terbukti sulit selama bertahun-tahun. Namun, ada beberapa asumsi yang bisa diasumsikan. Pertama-tama, sifat sinar kosmik sebagai partikel bermuatan energi sangat tinggi menyiratkan bahwa mereka dihasilkan oleh aktivitas yang agak kuat. Jadi peristiwa seperti supernova atau daerah di sekitar lubang hitam tampaknya menjadi kandidat. Matahari memancarkan sesuatu yang mirip dengan sinar kosmik dalam bentuk partikel yang sangat energik.

Pada tahun 1949 fisikawan Enrico Fermi menyatakan bahwa sinar kosmik hanyalah partikel yang dipercepat oleh medan magnet di awan gas antarbintang. Dan, karena Anda membutuhkan bidang yang agak besar untuk menciptakan sinar kosmik berenergi tertinggi, para ilmuwan mulai melihat sisa-sisa supernova (dan benda-benda besar lainnya di ruang angkasa) sebagai sumber yang mungkin.

Pada Juni 2008 NASA meluncurkan a teleskop gamma-ray dikenal sebagai Fermi - Dinamai untuk Enrico Fermi. Sementara Fermi adalah teleskop sinar gamma, salah satu tujuan ilmu pengetahuan utamanya adalah untuk menentukan asal usul sinar kosmik. Ditambah dengan penelitian lain tentang sinar kosmik oleh balon dan instrumen berbasis ruang angkasa, para astronom kini mencari sisa-sisa supernova, dan benda-benda eksotis seperti lubang hitam supermasif sebagai sumber sinar kosmik paling energik yang terdeteksi di sini Bumi.

• Sinar kosmik berasal dari seluruh alam semesta dan dapat dihasilkan oleh peristiwa seperti ledakan supernova.
• Partikel berkecepatan tinggi juga dihasilkan dalam peristiwa energik lainnya seperti aktivitas quasar.
• Matahari juga mengirimkan sinar kosmik dalam bentuk atau partikel energetik matahari.
• Sinar kosmik dapat dideteksi di Bumi dengan berbagai cara. Beberapa museum memiliki pendeteksi sinar kosmik sebagai pameran.

• "Paparan Sinar Kosmik." Radioaktivitas: Yodium 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, bayangkan.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Diedit dan diperbarui oleh Carolyn Collins Petersen.