Částicová sprška: Kosmické záření jako hrozba i naděje pro život

Účinky kosmického záření a možnosti adekvátní ochrany se staly předmětem intenzivního výzkumu vesmírných agentur i soukromých společností. Zatímco na zemském povrchu nás před sprškou nabitých částic do značné míry chrání magnetické pole a plynný obal planety, s přibývající výškou čelí živé organismy i přístroje záření z kosmu s rostoucí intenzitou.

Předchozí část: Částicová sprška: Odkud se bere a z čeho se skládá kosmické záření?

Posádka letadla ve 12 000 metrech je mu vystavena přinejmenším v 10násobném množství oproti lidem na úrovni mořské hladiny. Nejvíc přitom dané záření zasahuje letouny na polárních trasách, poblíž geomagnetických pólů. 

Maximální obavy pak vyvolávají částice o nejvyšších energiích. „Rekordmanky“, označované jako UHERC neboli Ultra-High-Energy Cosmic Rays, svou energií 40milionkrát překonávají částice urychlené na nejvýkonnějším přístroji svého druhu na světě – Velkém hadronovém urychlovači (LHC). Většina částic kosmického záření nicméně tak extrémních energií nedosahuje: Obvyklé hodnoty se pohybují kolem 0,3 GeV (gigaelektronvoltu). 

Hrozba, nebo šance?

Vysokoenergetické kosmické záření prostupuje celý vesmír, s výjimkou míst chráněných mocnými magnetickými poli a atmosférami nebo jiným podobným materiálem. Jeho vysoké dávky mají přitom ničivý dopad na život, jak jej známe. Astrobiolog Dimitra Atri z amerického Blue Marble Space Institute of Science v Seattlu ovšem přišel se zajímavou myšlenkou: I když může kosmické záření dodávat jen nevelké množství využitelné energie, mohlo by „pohánět“ životní procesy jednoduchých organismů. I na Zemi už známe bakterie žijící v hlubinách a zcela závislé na energii, kterou jim poskytuje záření z rozpadu radioaktivních izotopů v horninách (viz  Život v izolaci).

Podle Atriho počítačových simulací by sice nevelké, zato stálé množství energie, kterou ve vesmíru přináší kosmické záření, mohlo přinejmenším teoreticky pro nějaké jednoduché organismy stačit. Takový život by mohl existovat třeba i na Marsu, kamenné planetě plné minerálů, jež není úplně zmrzlá a zároveň má velmi řídké ovzduší, takže jím značná část kosmického záření bez problémů pronikne. Podle Atriho je to ironie, protože obvykle hledáme život na pohostinných světech s hustou atmosférou. Živé formy vázané na kosmické záření by se přitom mohly vyskytovat na velmi odlišných místech.

Neutrino jako svědek

Mnohé částice kosmického záření jsou elektricky nabité, což znemožňuje vysledovat jejich zdroj: Kdykoliv se totiž nabité částice během letu vesmírem připletou k nějakému magnetickému poli, vychýlí se ze své dráhy. A magnetických polí existuje v kosmu spousta. Částice pak míří k Zemi desítky milionů let – a čím déle, tím víc energie při tom ztratí. 

Kosmické záření však zahrnuje i vysokoenergetická neutrina, jež žádný elektrický náboj nemají. Pokud víme, z dráhy je neodchýlí prakticky nic – ani ta nejsilnější magnetická pole ve vesmíru. Proto vědci předpokládají, že k nám neutrina letí rovně, přímo od zdroje: A stejná cesta by jim, na rozdíl od nabitých částic, trvala asi sto tisíc roků. 

V září 2016 zasáhlo oblast polární observatoře IceCube jedno vysokoenergetické neutrino. Jeho energie se odhaduje na 300 TeV, což asi 45krát překonává protony urychlené v LHC. IceCube pak zalarmovala teleskopy po celém světě a poslala jim souřadnice předpokládaného zdroje zachycené částice. 

Gama-observatořím, včetně amerického vesmírného zařízení Fermi a pozemního teleskopu MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope) na Kanárských ostrovech, se po tomto poplachu podařilo na určeném místě detekovat výtrysk vysokoenergetických paprsků gama. Původcem byl blazar TXS 0506+056, a stal se tak prvním potvrzeným zdrojem extrémně energetických neutrin kosmického záření: Patří k nejzářivějším známým zdrojům ve vesmíru, takže příliš nepřekvapuje, že vystřeluje neutrina, jejichž energie opravdu „stojí za to“. Jedná se o ultimátní přírodní urychlovač částic.

Signály vzdálených civilizací?

Ke sledování kosmických částic využívají vědci dva způsoby: Primární záření lze zachytit přímo detektory na satelitech či orbitálních základnách nebo na balonech vysoko v atmosféře. Spršky sekundárního záření by sice bylo možné detekovat stejně, dnes je však zachycují přístroje na zemském povrchu. Jde tak o nepřímou detekci kosmického záření, která obecně není natolik přesná jako v případě primárního záření. 

V současnosti odborníci používají několik metod, jak na povrchu Země zachytit sekundární kosmické záření: Buď se jedná o detekci druhotně vzniklých částic, jež pocházejí ze spršek sekundárního záření, nebo o detekci elektromagnetického záření, které tyto spršky vytvářejí v atmosféře. Na jeho zachycení se podílejí především pozemní teleskopy určené ke sledování Čerenkovova záření čili Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes, IACT. 

Dnes na světě pracují čtyři systémy typu IACT. Výkonné pozemní Čerenkovovy teleskopy – jako třeba americká soustava VERITAS neboli Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array v Arizoně – se výtečně hodí k detekci záblesků přilétajících na zemský povrch. Jsou v tom tak úspěšné, že vědci programu Breakthrough Listen hodlají teleskopy VERITAS využít k pátrání po signálech mimozemských civilizací. Podle jejich výpočtů by dokázaly zachytit záblesky nejsilnějších současných laserů, kdyby se nacházely na planetách do vzdáleností stovek světelných let a možná i dál. Detektory kosmického záření by tak mohly přispět k objevu něčeho ještě mnohem zajímavějšího… 

RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D., šéfredaktor popularizačního webu Osel.cz. Kdysi dávno biolog, kterému učarovala popularizace vědy, psychedelie astrofyziky a magie výchovy tří nespoutaných potomků. Ve službách Jihočeské univerzity vydává knihy a popularizuje českou vědu, jak to jen jde