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

Všudypřítomný proud vysokoenergetických částic k nám z okolního vesmíru přichází ze všech stran. Hovoříme sice o „kosmickém záření“, ale o záření v pravém slova smyslu nejde. Naprostou většinu – možná až 99 % – jeho částic představují jádra atomů, která nemají své elektrony. Z těchto jader tvoří 90 % protony čili vlastně jádra atomu běžného vodíku, 9 % tzv. alfa-částice neboli jádra atomů helia a zbylé 1 % připadá na jádra prvků těžších než vodík a helium – převážně lithia, berylia a boru. 

Kromě jader atomů se jedná i o další částice, jako jsou elektrony a jejich antihmotové protějšky, pozitrony. Vědci se stále snaží zjistit, kolik antihmoty se v kosmickém záření ukrývá a jaké antičástice ji reprezentují. Zmíněné záření zahrnuje také další stabilní částice, neutrina. Vše kolem nich se ovšem stále jeví komplikované, a platí to i pro neutrina v komickém záření. Někdy se k němu počítají rovněž vysokoenergetické fotony, jež přilétají k Zemi z hlubokého vesmíru. 

Částicová sprška

Všechny uvedené částice tvoří primární kosmické záření, které vzniká převážně mimo Sluneční soustavu, často v nezměrné dálce. Když se takové vysokoenergetické částice přiřítí k naší planetě, srážejí se s atomy a molekulami v zemské atmosféře, především s kyslíkem a dusíkem. 

Kolize vyvolá jaderné reakce, čímž vzniká kaskáda lehčích částic a ty se jako sprška sekundárního kosmického záření snášejí k Zemi: Jedná se o fotony rentgenového záření, miony, protony, alfa-částice, piony, elektrony i neutrony. Všechny takto vzniklé částice sekundárního záření se pohybují po dráze maximálně s 1% odchylkou od trajektorie původní částice.

Extrémní urychlovače

Kosmické záření – to jsou vlastně částice, které se přirozenými vesmírnými mechanismy urychlí na vysoké energie. Odborníci se zpočátku domnívali, že k nám přilétají především z explozí supernov. Výzkumy však ukazují, že existuje víc odlišných zdrojů, jež produkují částice o různých energiích. K těmto přirozeným kosmickým urychlovačům patří především supernovy, aktivní galaktická jádra a kvazary nebo dosud ne zcela známé zdroje ultimátních gama-záblesků. 

Americká rentgenová observatoř Chandra nedávno odhalila, že mezi výkonné vesmírné urychlovače patří i galaktické superbubliny, jejichž vznik se vědcům zatím nepodařilo úplně objasnit. Jedná se o ohromné struktury s průměrem v tisícovkách světelných let, vyplněné lehkým kosmickým plynem. Vycházejí z centra galaxie a zřejmě souvisejí s „krmením“ supermasivních černých děr v centru daného hvězdného ostrova. Dvojici takových útvarů známe i v Mléčné dráze pod názvem Fermiho bubliny. Nafukováním superbublin vznikají rázové vlny, v jejichž magnetických polích se nejspíš urychlují vysokoenergetické částice kosmického záření.

Radioaktivní příspěvek

Nepřetržitý proud částic bombardující zemskou atmosféru nezůstává bez následků. Kosmické záření ionizuje atomy a molekuly dusíku a kyslíku v ovzduší, což vyvolává řadu chemických reakcí. Kosmické záření také zodpovídá za neustálou produkci mnoha nestabilních radioaktivních izotopů, jako je například uhlík-14: Udržuje ho totiž v atmosféře zhruba v konstantním množství, jež činí asi 70 tun, a to minimálně posledních sto tisíc let. Do objemu zmíněného izotopu významněji zasáhly jen nadzemní testy jaderných zbraní, probíhající od počátku 50. let. Uhlík-14 hraje klíčovou roli v radiokarbonovém datování, které s oblibou využívají archeologové (viz Radiokarbonové datování).

TIP: Jak ochránit astronauty? NASA simuluje galaktické kosmické záření na Zemi

Podle některých názorů plní kosmické záření také zásadní úlohu při tvorbě blesků: Možná dokonce všechny tyto výboje vznikají v souvislosti s relativistickými procesy, jež doprovázejí zmíněné sekundární spršky. Ačkoliv většinu nabitých částic proudících z kosmu odstíní magnetické pole Země a atmosféra, přispívá kosmické záření k přirozenému radioaktivnímu pozadí na povrchu naší planety asi 13 %. S nadmořskou výškou pak jeho vliv roste.

Dokončení: Částicová sprška: Kosmické záření jako hrozba i naděje pro život (vychází v neděli 2. srpna)