Kosmisk strålning är en mycket energirik strålning som huvudsakligen kommer från områden utanför solsystemet.

Termen stråle är en historisk tillfällighet, eftersom kosmisk strålning först felaktigt ansågs vara huvudsakligen elektromagnetisk strålning.

De är partiklar. De flesta är protoner och alfapartiklar, som är kärnorna i heliumatomer. En del är elektroner (betapartiklar), gammastrålar eller fotoner och en liten del är ännu tyngre partiklar.

 

Vad består kosmisk strålning av?

Kosmisk strålning består huvudsakligen av laddade partiklar: protoner (ungefär 85–90 %), heliumkärnor (alfapartiklar, cirka 9–10 %) samt en mindre andel tyngre atomkärnor och fria elektroner. Dessutom finns fotoner i form av röntgen- och gammastrålning och sekundära partiklar som bildas när primära kosmiska strålar kolliderar med atmosfären.

Energi och förekomst

Partiklarnas energier varierar enormt, från några MeV (10^6 elektronvolt) upp till ultra‑höga energier över 10^20 eV. Flödet av partiklar minskar kraftigt med ökande energi: lågenergetiska kosmiska strålar är mycket vanligare än de extremt energirika.

Var kommer de ifrån?

  • Solfysik: Solen skickar ut relativt lågenergetiska partiklar vid solstormar och koronal massutkastning.
  • Vintergatan (galaktiska källor): Supernovarester, pulsarer och deras chockvågor är troliga källor till många av de galaktiska kosmiska strålarna.
  • Extragalaktiska källor: För de allra högsta energierna misstänks aktiva galaxkärnor (AGN), radiogalaxer eller gammablixtar (GRB) kunna vara ursprung.

Primära och sekundära partiklar

När kosmiska strålar träffar jordens atmosfär skapar de kaskader av sekundära partiklar — så kallade luftskurar. Dessa innehåller bland annat myoner, neutroner, fotoner och elektroner, och kan nå marken där de kan mätas.

Så upptäcks kosmisk strålning

  • Ballong- och satellitmätningar: Instrument som sitter över atmosfären mäter primära partiklar direkt (exempelvis AMS, PAMELA, och andra experiment).
  • Markdetektorer och ytar: Stora experiment som Pierre Auger-observatoriet registrerar luftskurar från mycket högenergetiska partiklar.
  • Cherenkov- och scintillationsdetektorer: Mäter ljus som produceras när partiklar rör sig snabbare än ljuset i ett medium.

Påverkan på jorden och människor

  • Strålningsdos: Vid flygning i högre höjd och för astronauter ökar den joniserande strålningen jämfört med på marknivå.
  • Elektronik: Kosmiska partiklar kan orsaka fel i elektronik (single event upsets) i satelliter, flygplan och marknära system.
  • Atmosfärisk jonisation: Kosmisk strålning bidrar till jonisation i högre skikt av atmosfären, vilket kan påverka kemiska processer och radiosignalernas utbredning.

Fysikaliska begränsningar och intressanta fenomen

  • GZK‑gränsen: Partiklar med energier över ≈5×10^19 eV interagerar med kosmisk bakgrundsstrålning och mister energi, vilket leder till en förväntad nedgång i flödet vid mycket höga energier.
  • Geomagnetisk avskärmning: Jordens magnetfält avstyr många lågenergetiska partiklar; effekten beror på geomagnetisk latitud och riktning.
  • Solcykeln: Solvinden och solens aktivitet modulerar mängden av lågenergetiska kosmiska strålar som når inre solsystemet.

Historik kort

Att kosmisk strålning existerar upptäcktes tidigt på 1900‑talet; Victor Hess visade genom ballongflygningar 1912 att strålningsnivån ökar med höjden, vilket visade att källan var kosmisk snarare än helt lokal.

Sammanfattning

Kosmisk strålning är en mix av laddade partiklar och fotoner från både solnära, galaktiska och extragalaktiska källor. Den når jorden i ett brett energiintervall och påverkar både atmosfäriska processer och teknisk utrustning. Studiet av kosmiska strålar hjälper oss att förstå extrema astrofysiska processer och ger viktig information för rymdverksamhet och högteknologiska system.