Life Style

รังสีคอสมิกคืออะไร?

หน้าแรก ข้อมูลอ้างอิง รูปภาพใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi Gamma-ray ของ NASA แสดงให้เห็นว่าเศษซากของซุปเปอร์โนวาปล่อยรังสีที่มีพลังมากกว่าแสงที่มองเห็นได้เป็นพันล้านเท่า ภาพดังกล่าวทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใกล้การทำความเข้าใจแหล่งที่มาของอนุภาคที่มีพลังมากที่สุดในจักรวาล นั่นคือ รังสีคอสมิก องค์ประกอบนี้แสดงให้เห็นซากซูเปอร์โนวา Cassiopeia A ข้ามสเปกตรัม: รังสีแกมมา (สีม่วงแดง) จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fermi Gamma-ray ของ NASA; รังสีเอกซ์ (สีน้ำเงิน, เขียว) จากหอดูดาว Chandra X-ray ของ NASA; แสงที่มองเห็นได้ (สีเหลือง) จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล อินฟราเรด (สีแดง) จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ของนาซ่า; และวิทยุ (สีส้ม) จาก Very Large Array ใกล้ Socorro, NM (Image credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, CXC/SAO/JPL-Caltech/Steward/O. Krause et al., and NRAO/AUI) มองไม่เห็นอีกครั้ง พวกเขามีมากมาย พวกมันถึงตายได้ พวกมันคือรังสีคอสมิก พื้นที่ทุกลูกบาศก์เซนติเมตรเต็มไปด้วยรังสีคอสมิกเหล่านี้: อนุภาคย่อยของอะตอมขนาดเล็กไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง รังสีคอสมิกส่วนใหญ่ประกอบด้วยโปรตอน แต่บางครั้งอาจรวมถึงนิวเคลียสของอะตอมที่หนักกว่าด้วย พวกมันเดินทางด้วยความเร็วเกือบเท่าแสง — ตัวหนึ่งตรวจพบรังสีคอสมิกที่รู้จักกันอย่างหน้าด้านว่า “อนุภาค OMG” เนื่องจากมีพลังงานมหาศาล กระแทกเข้ากับชั้นบรรยากาศของเราในปี 1991 ขณะที่เดินทางด้วยความเร็วแสง 99.99999999999999999999951% ตามข้อมูลของสถาบันแมคโดนัลด์ หน้าอ้างอิง Hyperphysics ที่รวดเร็ว แม้จะมีชื่อ แต่รังสีคอสมิกก็ไม่ใช่รังสีเลย แต่ในปี 1911 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ Viktor Hess ส่งเครื่องตรวจจับรังสีคอสมิกเครื่องแรกขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศที่ระดับความสูง 5,300 เมตร (17,388 ฟุต) เขาไม่สามารถบอกความแตกต่างระหว่างอนุภาคและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ตามรายงานของ NobelPrize.org (เฮสส์จะคว้ารางวัลโนเบลจากผลงานของเขาต่อไป) ไม่ว่าพวกมันจะทำมาจากอะไร พวกมันเป็นลำแสงพลังงานสูงมากจากอวกาศ แม้ว่าการทดลองในภายหลังจะเปิดเผยลักษณะอนุภาคของพวกมัน แต่ชื่อก็ยังติดอยู่ รังสีคอสมิกมาจากไหน รังสีคอสมิกมาจากแหล่งต่างๆ มากมาย รังสีคอสมิกมาจากแหล่งต่างๆ เมื่อดาวฤกษ์ยักษ์ตาย พวกมันกลับเข้าไปข้างในภายในไม่กี่วินาทีในการระเบิดมหัศจรรย์ที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวา เหตุการณ์ซุปเปอร์โนวาเพียงครั้งเดียวสามารถส่องประกายแสงเหนือดาวทั้งมวลของดาราจักร ดังนั้นจึงให้พลังงานเพียงพอที่จะเร่งอนุภาคให้มีความเร็วเกือบเท่าแสง การควบรวมตัวของดาวฤกษ์ยังสามารถสร้างพลังงานที่จำเป็น ควบคู่ไปกับการเกิดของดาวดวงใหม่ เหตุการณ์คลื่นรบกวน (เมื่อดาวฤกษ์ถูกหลุมดำกินเข้าไป) และแผ่นสะสมกำลังแรงรอบหลุมดำขนาดใหญ่ พวกมันทั้งหมดปล่อยรังสีคอสมิกออกมาด้วยพลังงานที่หลากหลาย จากนั้นจะไหลไปท่วมจักรวาล แต่การระบุว่ารังสีคอสมิกมาจากไหนเป็นงานที่ยาก ตามที่องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) กล่าว เนื่องจากเป็นอนุภาคที่มีประจุ พวกมันจึงตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก ดาราจักรทางช้างเผือกของเรามีสนามแม่เหล็กที่อ่อน (แต่ใหญ่) ซึ่งเบี่ยงเบนเส้นทางของรังสีคอสมิกใดๆ ที่ไหลเข้ามาจากส่วนอื่นๆ ของจักรวาล เมื่อถึงเวลาที่รังสีคอสมิกเหล่านี้จากนอกดาราจักรมาถึงเครื่องตรวจจับของเราบนโลก พวกมันก็เข้ามาจากทิศทางสุ่มโดยที่มองไม่เห็นแหล่งกำเนิด นักดาราศาสตร์ในยุคปัจจุบันมีเครื่องมือมากมายที่สามารถไล่ล่าหาอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้ได้ วิธีที่ง่ายที่สุดคือผ่านการตรวจจับโดยตรง: สร้างกล่องและรอให้รังสีคอสมิกพุ่งชนมัน และบันทึกผลลัพธ์ เครื่องตรวจจับดังกล่าวได้รับการติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติเป็นต้น แต่สิ่งเหล่านี้มีขนาดจำกัดและฝึกการมองเห็นในส่วนเล็กๆ ของเอกภพที่สังเกตได้ ดังนั้นหอสังเกตการณ์รังสีคอสมิกที่ใหญ่ที่สุดจึงใช้วิธีทางอ้อม รังสีคอสมิกพุ่งชนโลกบ่อยแค่ไหน รังสีคอสมิกกระทบชั้นบรรยากาศของโลกอย่างต่อเนื่อง เมื่อทำเช่นนั้น พวกมันจะปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้ในรูปแบบของการโปรยลงมาของอนุภาคทุติยภูมิ แล้วเคลื่อนตัวลงสู่พื้น จากนั้นจะสามารถตรวจจับฝักบัวได้ เช่น กับหอดูดาวปิแอร์ ออเกอร์ในอาร์เจนตินา คุณสามารถสร้างเครื่องตรวจจับรังสีคอสมิกที่บ้านได้ด้วยซ้ำ: แช่แผ่นสักหลาดในไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์แล้ววางเหนือน้ำแข็งแห้ง แอลกอฮอล์จะก่อตัวเป็นไอที่อิ่มตัวยิ่งยวด เมื่อรังสีคอสมิกทะลุผ่าน มันจะทิ้งร่องรอยที่มองเห็นได้ในไอระเหย คุณสามารถหาคำแนะนำได้จากเว็บไซต์ CERN นี้ ด้วยเครื่องตรวจจับรังสีคอสมิกแบบโฮมเมด คุณสามารถคาดหวังว่าจะได้เห็นรังสีคอสมิกพลังงานต่ำ (ประมาณ 10 ^ 10 อิเลคตรอนโวลต์) ต่อตารางเมตรต่อวินาที พลังงานสูงประมาณ 10^15 eV โจมตีหนึ่งตารางเมตรทุกปี รังสีคอสมิกมีระดับพลังงานต่างกัน รังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงที่สุดหรือที่เรียกว่ารังสีคอสมิกพลังงานสูงพิเศษหรือ UHERC เป็นรังสีที่หายากที่สุด โดยกระทบหนึ่งตารางกิโลเมตรทุกปี นั่นเป็นสาเหตุที่หอดูดาวอย่าง Perre Auger มีขนาดใหญ่มาก — พวกมันสร้างพื้นผิวการรวบรวมที่ใหญ่ขึ้น “เราต้องการการทดลองขนาดใหญ่เพราะรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงสุดนั้นหายากมาก” Noémie Globus นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตจากการทดลอง ELI Beamlines ในสาธารณรัฐเช็กและสถาบัน Flatiron ในนครนิวยอร์กและผู้เชี่ยวชาญด้านรังสีคอสมิกกล่าวกับ WordsSideKick.com . UHERCS เหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงรังสีคอสมิกที่หายากที่สุดเท่านั้น แต่ยังเป็นกลุ่มที่ลึกลับที่สุดอีกด้วย “เราไม่เข้าใจต้นกำเนิดของรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงสุด” Globus กล่าว “ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ฉันประหลาดใจกับพลังของอนุภาคเหล่านี้มาโดยตลอด” รังสีคอสมิกมองไม่เห็นแต่ผ่านทุกสิ่งบนโลกตลอดเวลา (เครดิตภาพ: เก็ตตี้) รังสีคอสมิกเป็นอันตรายหรือไม่? โดยพื้นฐานแล้วรังสีคอสมิกของพลังงานทั้งหมดน่ากลัวสำหรับมนุษย์และวัตถุของพวกเขา พวกเขาสามารถทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และทำให้กล้องดิจิตอลสกปรก ตามรูปแบบของรังสีไอออไนซ์ พวกมันสามารถมีผลกระทบด้านสุขภาพที่หลากหลาย ตามรายงานของ NASA พวกมันสามารถสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่มีปฏิกิริยาภายในเซลล์ ซึ่งในระดับสูงสามารถทำให้เซลล์เครียดและนำไปสู่การฆ่าตัวตายของเซลล์ ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ของ DNA และจุดประกายข้อผิดพลาดในการจำลองแบบที่นำไปสู่มะเร็ง ที่เกี่ยวข้อง: อนุมูลอิสระคืออะไร? บนพื้นผิวโลก ชั้นบรรยากาศหนาทึบปกป้องคนส่วนใหญ่จากผลเสียหายของรังสีคอสมิก แต่รังสีคอสมิกก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างร้ายแรงต่อนักบินอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหน่วยงานอวกาศพิจารณาภารกิจระยะยาวไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร การจำกัดเวลาหกเดือนบนสถานีอวกาศนานาชาติจะทำให้นักบินอวกาศได้รับปริมาณรังสีจากรังสีคอสมิกเทียบเท่ากับประมาณ 25 อายุการใช้งานบนพื้นผิว ภารกิจไปกลับดาวอังคาร ซึ่งรวมถึงบางช่วงเวลาบนพื้นผิวที่ไม่มีการป้องกัน จะเพิ่มการเปิดรับแสงนั้นถึงสามเท่า ขณะนี้หน่วยงานด้านอวกาศกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อกำหนดผลกระทบด้านสุขภาพในระยะยาวของความเสียหายจากรังสีคอสมิกสะสม และพยายามพัฒนาระบบเพื่อลดความเสี่ยง เช่น การออกแบบแคปซูลที่สินค้าทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันรังสีคอสมิกโดยมีมนุษย์อวกาศได้รับการปกป้อง ศูนย์ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วรังสีคอสมิกจะเป็นสิ่งที่สร้างความรำคาญ แต่การวิวัฒนาการของชีวิตอาจเป็นไปไม่ได้หากไม่มีพวกมัน นั่นคือจุดสนใจของการวิจัยของ Globus ขณะที่เธอศึกษาบทบาทของรังสีคอสมิกในชีวิต “รังสีคอสมิกทำให้เกิดการกลายพันธุ์ ดังนั้นรังสีคอสมิกจึงเชื่อมโยงกับความสามารถในการวิวัฒนาการ” เธอกล่าว ความเชื่อมโยงระหว่างรังสีคอสมิกกับวิวัฒนาการถูกมองข้ามไปนานแล้ว แต่ได้รับความสนใจอย่างรวดเร็วจากหลากหลายสาขา ตัวอย่างเช่น “เราไม่เข้าใจการเปลี่ยนแปลงจากสิ่งไม่มีชีวิตไปสู่ชีวิต” โดยเฉพาะอย่างยิ่งความจริงที่ว่ากรดอะมิโนธรรมชาติ 19 จาก 20 ชนิดที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตมีความคล้ายคลึงกัน ซึ่งหมายความว่าพวกมันถูกจัดเรียงตามโครงสร้างเพื่อไม่ให้ซ้อนทับบนกระจก ภาพ” Globus กล่าว “รังสีคอสมิกอาจมีบทบาทในขั้นตอนนั้น” แหล่งข้อมูลเพิ่มเติมอ่าน “How to Die in Space: A Journey Through Dangerous Astrophysical Phenomena” (Pegasus Books, 2020) โดย Paul M. Sutter (ผู้เขียนเรื่องนี้ บทความ!) ชมวิดีโอสั้น ๆ เกี่ยวกับรังสีคอสมิกนี้ซึ่งผลิตโดย School of Physics and Astronomy ของ Monash University ฟังตอน Radiolab ที่สำรวจผลกระทบของรังสีคอสมิกที่มีต่อผู้อยู่อาศัยในโลก Paul M. Sutter เป็นศาสตราจารย์วิจัยด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ที่ Institute for Advanced Computational Science ที่ Stony Brook University และ Flatiron Institute ในนิวยอร์กซิตี้ นอกจากนี้ เขายังเป็นเจ้าภาพในการแสดงหลายรายการ เช่น “How the Universe Works” ในช่อง Science Channel, “Space Out” ใน Discover y และพอดคาสต์ “Ask a Spaceman” ยอดฮิตของเขา เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่ม “Your Place in the Universe” และ “How to Die in Space” ตลอดจนเป็นผู้มีส่วนร่วมประจำใน Space.com, LiveScience และอีกมากมาย Paul ได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ในปี 2011 และใช้เวลาสามปีที่ Paris Institute of Astrophysics ตามด้วยทุนวิจัยในเมือง Trieste ประเทศอิตาลี

Back to top button