kosmische Strahlung

kọs|mi|sche Strah|lung [griech. kósmos = Ordnung, Weltall, Schmuck]; Syn.: Höhenstrahlung, Hess᾿sche Höhenstrahlung, Ultrastrahlung: als primäre k. S. aus dem Weltraum von allen Seiten auf die Erde einfallende u. tief in die Erdkruste eindringende sehr energiereiche Strahlung aus Elementarteilchen (ca. 90 % Protonen, 9 % α-Teilchen). Die durch Kernreaktionen in der Erdatmosphäre zusätzlich entstehende sekundäre k. S. setzt sich aus Pionen, Myonen, Elektronen u. Gamma-Quanten zusammen. Die gleichfalls ubiquitäre kosmische Hintergrundstrahlung ist eine nichtkorpuskulare Strahlung im Millimeterwellenbereich.

* * *

kọsmische Strahlung,

 

Höhenstrahlung, Ụltrastrahlung, sehr energiereiche Korpuskularstrahlung mit einer Teilchenenergie zwischen etwa 10⁶ und 10²⁰ eV. Die primäre kosmische Strahlung dringt aus allen Richtungen in die Erdatmosphäre ein. Sie besteht aus vollständig ionisierten Atomen (Atomkernen), von denen etwa 87 % Protonen und 12 % Heliumkerne (α -Teilchen) sind, den Rest bilden schwerere Atomkerne. Neben der Nukleonen- existiert eine Leptonenkomponente aus freien Elektronen und Positronen. Die primäre kosmische Strahlung erzeugt in der Atmosphäre eine sekundäre kosmische Strahlung: Durch Kernreaktionen mit den Luftmolekülen entstehen u. a. Pionen, die entweder über Myonen in Elektronen oder in zwei γ-Quanten zerfallen; ferner können sie beim Stoß mit Luftmolekülen Baryonen erzeugen. Die Elektronen bilden in verschiedenen Prozessen hochenergetische γ-Quanten, die wiederum Elektron-Positron-Paare erzeugen; es kommt somit zu einer kaskadenartigen Vervielfachung (Kaskadenschauer). Die energiereichsten beobachteten Primärteilchen bilden ausgedehnte Luftschauer, die an der Erdoberfläche ein Gebiet von mehreren Quadratkilometern mit mehr als 10 Mrd. Ladungsträgern erzeugen. Die Intensität der niederenergetischen kosmischen Strahlung steigt vom Äquator zu den magnetischen Polen an, da geladene Partikel niederer Energie aufgrund des Erdmagnetfeldes nur in der Nähe der magnetischen Pole zur Oberfläche gelangen können (Breiteneffekt). Die Intensität der kosmischen Strahlung mit Teilchenenergien bis etwa 10⁹ eV ist vom elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität (Sonnenflecken) abhängig; sie nimmt mit zunehmender Sonnenaktivität ab (Forbush-Effekt), weil der dann stärker werdende Sonnenwind (Protonen, α -Teilchen, Elektronen niedriger Energie) durch sein Magnetfeld das Eindringen der kosmischen Strahlung in die Atmosphäre erschwert.

 

Ein kleiner Anteil der kosmischen Strahlung wird von der Sonne erzeugt (Energie bis etwa 10⁹ eV). Die kosmische Strahlung mittlerer Energie (10¹⁰-10¹⁶ eV) stammt aus dem Milchstraßensystem (von Supernovae und deren Überresten, den Pulsaren, sowie aus dem Kern des Milchstraßensystems), die energiereichste kosmische Strahlung (bis 10²⁰ eV) wahrscheinlich aus den aktiven Kernen anderer Sternsysteme.

 

Erste Hinweise auf die kosmische Strahlung lieferten Entladungsexperimente von J. Elster, H. Geitel (1899) und C. T. R. Wilson (1900). Entdeckt wurde die kosmische Strahlung 1911/13 von V. F. Hess, W. Kolhörster und A. Gockel bei Ballonaufstiegen in 2 000-5 000 m Höhe.