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Kosmische Strahlung


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Die Kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem Sie wurde bereits 1912 von Victor F. Hess postuliert um die bei einem Ballonflug höhere elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre mit zunehmender Höhe zu erklären. Früher sie Höhenstrahlung genannt.

Die Kosmische Strahlung besteht zu 97% einer Nukleonenkomponente und zu 3% aus einer Elektronenkomponente . In der Nukleonenkomponten überwiegen Protonen und Alpha-Teilchen sie enthält aber auch alle anderen Atomkerne welche auch in der solaren Materie Die Häufigkeit der verschiedenen Atomkerne entspricht mit Ausnahmen in etwa der solaren Elementhäufigkeit. Ausnahmen z.B. Li Be B welche in der Kosmischen als Folge von Spallationsreaktionen beim Durchqueren galaktischer Materie häufiger sind in solarer Materie. Die Elektronenkomponente besteht aus und Positronen im Verhältnis von 10 zu 1. Der der Teilchen in Abhängigkeit von ihrer Energie ein Potenzspektrum in Form von E -<math>\gamma</math> dar wobei Teilchen höherer Energie wesentlich auftreten als Teilchen geringerer Energie. ( Spektrum der kosmischen Strahlung ) Bei 10 19 eV müsste eigentlich aufgrund von Wechselwirkungen der kosmischen Hintergrundstrahlung der sogenannte GZK-Cutoff auftreten zudem jedoch Messdaten vorliegen.

Bereits 1949 postulierte Enrico Fermi einen möglichen Beschleunigungsmechanismus der eine statistische an magnetisiertem Plasma ("Magnetwolken") bzw. ebenen Schockfronten beinhaltet. Eine kann zum Beispiel durch ein sich im zur Umgebung sehr schnell propagierendes Gas gegeben Sie treten vor allem nach Supernovaexplosionen in abgestoßenen Hülle der Supernova auf. Bei dieser statistischen Beschleunigung wird längere Zeit mittels "Stößen" die Energie des auf das Teilchen übertragen. Dabei entsteht ein jedoch mit einem von den Messdaten abweichenden <math>\gamma</math>.

Die Kosmische Stahlung wird auch je ihrem Ursprung in solare und galaktische kosmische eingeteilt. Wie Scott E. Forbush 1946 nachwies werden bei Sonnenflares Teilchen bis den GeV -Bereich erzeugt (engl. s olar e nergetic p articles SEP). Der genaue Ursprung der galaktischen Strahlung wo Teilchenenergien bis zu 10 20 eV nachgewiesen wurden ist bisher unbekannt. hierfür sind unter anderem Schockfronten von Supernovaexplosionen kosmische Jets von schwarzen Löchern oder Pulsaren . Für Teilchenenergien < 10 18 eV wird ein Ursprung innerhalb der Milchstraße angenommen während für größere Energien auch Galaxien oder Quasare in Betracht kommen.

Kosmische Strahlung löst beim Durchdringen von Spallationsreaktionen aus. Durch Messung der Häufigkeiten der in Meteoriten kann so z. B. deren Aufenthaltsdauer im bestimmt werden ( Bestrahlungsalter ). Auch konnte so festgestellt werden dass die mittlere Intensität der galaktischen Kosmischen Strahlung mindestens 100 Millionen Jahren höchstens um einen zwei geändert hat. Beim Eintreten in die Erdatmosphäre werden aufgrund von Wechselwirkungen sogenannte Teilchenschauer bei denen vor allem Myonen entstehen welche auch bis zur Erdatmosphäre können. Bei den ersten Wechselwirkungen enstehen meist Pionen welche augenblicklich weiterzerfallen.

<math>\pi^0 \rightarrow \gamma + \gamma</math>

<math>\pi^+ \rightarrow \mu^+ + \nu_\mu</math>

<math>\pi^- \rightarrow \mu^- + \bar {\nu}_\mu</math>

Die beim Zerfall der Pionen entstehenden zerfallen ebenfalls weiter wobei Elektronen und Neutrinos entstehen.

<math>\mu^+ \rightarrow e^+ + \nu_e + \bar

<math>\mu^- \rightarrow e^- + \bar {\nu}_\mu</math>

Ein Schauer besitzt somit eine elektromagnetische eine hadronische Komponente die einzeln nachgewiesen werden und zum Nachweis von Partikeln der kosmischen genutzt werden. Ausgehend davon unterscheidet man auch primärer und sekundärer kosmischer Strahlung wobei primäre die in den Quellen beschleunigte bezeichnet während sekundäre Strahlung erst in Wechselwirkungen der primären Partikel entsteht.

Zum Nachweis der kosmischen Strahlung werden Ansätze verfolgt. Während der Fluss der Teilchen niedrigen Energien noch groß genug ist um Ballon- und Sattelitendetektoren Beobachtungen durchführen zu können bei höheren Energien breitflächige Detektorarrays zum Nachweis Um die höchsten Energien detektieren zu können man das bläuliche Stickstofffluoreszenzlicht welches ein Teilchenschauer zu beobachten. Mithilfe dieser Methode wurde 1991 Flye's Eye Teleskop in Utah USA die höchste bisher Teilchennergie beobachtet. Sie lag bei 3 2*10 20 eV.

Abgesehen von der langfristigen Konstanz gibt kurzfristige periodische und nichtperiodische Schwankungen der Intensität Kosmischen Strahlung. So schwankt die Intensität in vom elfjährigen Sonnenfleckzyklus je mehr Sonnenflecken vorhanden sind desto die Intensität der GCR. Daneben gibt es eine 27-tägige Intensitätsschwankung welche mit der Sonnenrotation verknüpft ist. Von erdgebundenen Detektoren werden schwache ganz- und halbtägige Intensitätsschwankungen beobachtet. Sonnenflares sonstige Sonnenaktivitäten können auch plötzliche vorübergehende Intensitätsabfälle hervorrufen nach ihrem Entdecker als Forbush-Ereignisse bezeichent werden. wird auch ein plötzlicher Anstieg der Intensität

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