우주선이란 무엇입니까?

에너지 넘치는 우주 광선이 지구의 꼭대기를 공격합니다.

고에너지 입자의 소나기는 활기찬 우주선이 지구 대기의 꼭대기에 부딪힐 때 발생합니다. 대부분의 우주선은 원자핵입니다. 대부분은 수소 핵이고 일부는 헬륨 핵이며 나머지는 더 무거운 원소입니다. 많은 저에너지 우주선이 우리 태양에서 왔지만 가장 높은 에너지 우주선의 기원은 아직 알려지지 않았으며 많은 연구 주제입니다. 이 그림은 매우 높은 에너지의 우주선에서 오는 공기 샤워를 보여줍니다. (이미지 크레디트: Simon Swordy(U. Chicago), NASA)



우주선은 태양계 외부에서 지구로 비가 내리는 원자 조각입니다. 그들은 빛의 속도로 타오르고 있으며 위성 및 기타 기계의 전자 문제에 대한 비난을 받아왔습니다.



1912년에 발견된 우주선에 관한 많은 것들은 100년이 지난 후에도 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 한 가지 주요 예는 정확히 어디에서 왔는지입니다. 대부분의 과학자들은 그들의 기원이 초신성(별 폭발)과 관련이 있다고 생각하지만, 문제는 수년 동안 우주선의 기원이 하늘 전체를 조사하는 관측소에 균일하게 보였다는 것입니다.

2017년 피에르 오제 천문대(아르헨티나 서부의 3,000평방 킬로미터 또는 1,160평방 마일에 걸쳐 있음)에서 우주선 과학의 큰 도약이 이루어졌습니다. 30,000개의 우주 입자의 도착 궤적을 연구했습니다. . 어디를 보느냐에 따라 이러한 우주선이 도달하는 빈도에 차이가 있다는 결론을 내렸습니다. 그들의 기원은 아직 불확실하지만 어디를 봐야 하는지 아는 것이 그들이 어디에서 왔는지를 배우는 첫 번째 단계라고 연구원들은 말했습니다. 그 결과는 사이언스에 발표되었다.



우주선은 천문학 이외의 분야에도 사용할 수 있습니다. 2017년 11월, 연구팀은 기원전 2560년경에 지어진 기자 대피라미드에서 빈 공간 가능성을 발견했습니다. 우주선을 사용하여 . 연구자들은 우주선과 고체 물체를 통한 우주선의 침투를 조사하는 뮤온 단층촬영을 사용하여 이 공동을 발견했습니다.

역사

우주선은 1900년대에야 발견되었지만 과학자들은 이미 1780년대에 뭔가 신비한 일이 일어나고 있다는 것을 알고 있었습니다. 그 때 프랑스 물리학자 Charles-Augustin de Coulomb(그의 이름을 딴 전하 단위로 가장 잘 알려져 있음)은 전하를 띤 구체가 갑자기 그리고 불가사의하게 더 이상 전하를 띠지 않는 것을 관찰했습니다.

그 당시 공기는 전기 전도체가 아니라 절연체로 생각되었습니다. 그러나 더 많은 연구를 통해 과학자들은 공기의 분자가 전하를 띠거나 이온화되면 공기가 전기를 전도할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 분자가 하전 입자 또는 X선과 상호 작용할 때 가장 일반적으로 발생합니다.



그러나 이 하전 입자가 어디에서 왔는지는 미스터리였습니다. 다량의 납으로 전하를 막으려는 시도조차 공허했다. 1912년 8월 7일 물리학자 빅터 헤스는 17,400피트(5,300미터)까지 고공 열기구를 날렸습니다. 그는 그곳에서 지상보다 3배 더 많은 이온화 방사선을 발견했는데, 이는 방사선이 우주 공간에서 나와야 한다는 것을 의미했습니다.

그러나 우주선 '기원 이야기'를 추적하는 데는 한 세기 이상이 걸렸습니다. 2013년 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경은 다음과 같은 결과를 발표했습니다. 은하수에서 두 개의 초신성 잔해 관찰: IC 433 및 W44 .

이러한 별 폭발의 산물 중에는 (우주선과 달리) 자기장의 영향을 받지 않는 감마선 광자가 있습니다. 연구된 감마선은 중성 파이온이라고 불리는 아원자 입자와 동일한 에너지 특성을 가지고 있습니다. 파이온은 양성자가 초신성의 충격파 내부 자기장에 달라붙어 서로 충돌할 때 생성됩니다.



다시 말해, 일치하는 에너지 신호는 양성자가 초신성 내에서 우주선을 생성할 만큼 충분히 빠른 속도로 이동할 수 있음을 보여주었습니다.

현재 과학

오늘날 우리는 은하계 우주선이 양성자(양전하 입자), 전자(음전하 입자) 및 원자핵과 같은 원자 조각이라는 것을 알고 있습니다. 이제 우리는 그것들이 초신성에서 생성될 수 있다는 것을 알고 있지만 우주선 생성에 사용할 수 있는 다른 소스가 있을 수 있습니다. 또한 초신성이 어떻게 이러한 우주선을 그렇게 빠르게 만들 수 있는지도 명확하지 않습니다.

우주선은 끊임없이 지구에 비를 내리며, 고에너지 '1차' 광선은 지구의 상층 대기에 있는 원자와 충돌하여 거의 땅을 통과하지 못하는 반면, '2차' 입자는 이 충돌에서 분출되어 지구 상층부에 도달합니다. 지면.

그러나 이 우주선이 지구에 도착할 때쯤에는 어디서 왔는지 추적하는 것이 불가능합니다. 여러 자기장(은하계, 태양계 및 지구 자체)을 통과하면서 경로가 변경되었기 때문입니다.

과학자들은 우주선이 무엇으로 구성되어 있는지 살펴봄으로써 우주선의 기원을 추적하려고 노력하고 있습니다. 과학자들은 각 핵이 방사선에서 발산하는 분광학적 특성을 살펴보고 우주선 탐지기에 부딪히는 다양한 동위원소(유형) 요소의 무게를 측정하여 이를 알아낼 수 있습니다.

NASA는 그 결과 우주에서 매우 흔한 요소를 보여주고 있다고 덧붙였습니다. 우주선 핵의 대략 90%는 수소(양성자)이고 9%는 헬륨(알파 입자)입니다. 수소와 헬륨은 우주에서 가장 풍부한 원소이며 별, 은하 및 기타 대형 구조물의 기원점입니다. 나머지 1%는 모든 원소이며 과학자들은 다른 유형의 우주선을 비교하기 위해 희귀 원소를 가장 잘 검색할 수 있는 1%입니다. 피에르 오제 천문대(Pierre Auger Observatory) 협력은 2017년 우주선의 도착 궤적에서 몇 가지 변형을 발견하여 광선이 어디서 발생했을 수 있는지에 대한 몇 가지 힌트를 제공했습니다.

과학자들은 또한 다음과 같이 우주선의 연대를 측정할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 감소하는 방사성 핵을보고 . 각 핵의 반감기를 측정하면 우주선이 우주에서 얼마나 오랫동안 존재했는지 추정할 수 있습니다.

2016년에 NASA 우주선은 대부분의 우주선이 (상대적으로) 가까운 무거운 별 무리에서 나올 가능성이 있음을 발견했습니다. 에이전시의 ACE(Advanced Composition Explorer) 우주선 방사성 형태의 철로 우주선을 감지했습니다. 철-60으로 알려져 있습니다. 이 형태의 우주선은 시간이 지남에 따라 분해되기 때문에 과학자들은 그것이 지구에서 3,000광년 이상 시작되지 않았을 것이라고 추정합니다.

ISS-CREAM(Cosmic Ray Energetics and Mass)이라는 실험 2017년 국제우주정거장에 발사 . 초신성이 가장 많은 우주선 입자를 생성하는지 여부, 우주선 입자가 언제 생성되는지, 우주선에 대해 보이는 모든 에너지 스펙트럼을 단일 메커니즘으로 설명할 수 있는지 등의 질문에 답하며 3년 동안 작동할 것으로 예상됩니다. ISS는 또한 CALorimetric 전자 망원경(CALET) , 가장 에너지가 높은 유형의 우주선을 검색합니다. CALET는 2015년에 런칭했습니다.

우주선은 또한 NASA의 제트 추진 연구소와 여러 대학의 참여를 포함하는 Super Trans-Iron Galactic Element Recorder(SuperTIGER) 실험을 통해 풍선으로 감지할 수 있습니다. 2012년 12월부터 2013년 1월까지 기록적인 55일 간의 남극 비행을 포함하여 여러 번 비행했습니다. '이 비행의 데이터로 우리는 우주선의 기원을 연구하고 있습니다. 특히, OB 협회에서 우주선 기원의 새로운 모델을 테스트하고 어떤 입자가 가속될 것인지를 결정하기 위한 모델을 테스트합니다. SuperTIGER 웹 사이트는 .

시민 과학자도 할 수 있습니다. 우주선 탐사에 참여하다 웹사이트 crayfis.io에 등록하여 그곳에서 그들은 러시아 국립 연구 대학 고등 경제 대학의 빅 데이터 분석 방법 연구소(LAMBDA)가 운영하는 CRAYFIS 실험에 참여할 것입니다. 그곳의 연구원들이 휴대폰을 이용해 초고에너지 우주선을 조사하고 있다.

우주 방사선 문제

지구의 자기장과 대기는 우주에서 방출되는 방사선의 99.9%로부터 행성을 보호합니다. 그러나 지구 자기장의 보호를 받지 못하는 사람들에게 우주 방사선은 심각한 위험이 됩니다. 큐리오시티 마스(Curiosity Mars) 탐사선이 화성으로 253일 동안 순항하는 동안 우주선에 탑재된 기기에 따르면 지구와 화성을 가장 짧은 왕복 여행에서 우주인이 받는 방사선량은 약 0.66시버트일 것입니다. 이 금액은 5~6일마다 전신 CT 스캔을 받는 것과 같습니다.

1시버트의 복용량은 치명적인 암의 위험이 5.5% 증가하는 것과 관련이 있습니다. 지구에 사는 평균적인 사람이 받는 정상적인 일일 방사선량은 10마이크로시버트(0.00001시버트)입니다.

달은 대기가 없고 자기장이 매우 약합니다. 그곳에 사는 우주비행사들은 예를 들어 서식지를 지하에 묻음으로써 스스로 보호해야 할 것입니다.

화성에는 지구 자기장이 없습니다. 태양의 입자는 화성 대기의 대부분을 제거하여 표면의 방사선에 대한 보호가 매우 열악합니다. 화성에서 가장 높은 기압은 지구 표면 위의 22마일(35km) 고도와 같습니다. 낮은 고도에서 화성의 대기는 우주 방사선으로부터 약간 더 나은 보호 기능을 제공합니다.

2017년에 NASA는 우주선이 화성을 포함하여 긴 항해에서 우주비행사에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 더 많은 연구를 수행하기 위해 우주 방사선 연구소(뉴욕의 Brookhaven 국립 연구소에 위치)를 일부 업그레이드했습니다. 이러한 업그레이드를 통해 연구원은 소프트웨어 제어로 인해 이온 유형과 에너지 강도를 보다 쉽게 ​​변경할 수 있습니다.