NASA: Sonnensystem taucht in kosmische Energiewolke ein

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Die Erde wird fortwährend von hochenergetischen Teilchen aus den Tiefen des Alls getroffen. Dieses Phänomen wurde 1912 vom österreichischen Physiker Viktor Franz Hess entdeckt. Zuvor war die natürliche Radioaktivität bereits bekannt und man ging davon aus, daß die an der Erdoberfläche gemessene ionisierende Strahlung von radioaktiven Nukleiden in der Erdkruste verursacht wird. In einem Heißluftballon stieg Prof. Hess bis auf Höhen von 5000 m auf. Er führte mehrere Elektrometer zur Messung der Intensität von ionisierender Strahlung mit und entdeckte, daß die Intensität der Strahlung mit zunehmender Höhe ansteigt. Er folgerte daraus, daß uns diese Strahlung aus den tiefen des Universums erreicht und gab ihr den Namen kosmische Strahlung. Für seine Untersuchungen wurde er 1936 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet.

Weitere Wissenschaftler folgten Viktor Hess bei der Erforschung der damals neuartigen Strahlung. Mit einer Nebelkammer konnte Dimitry Skobelzyn 1927 zum ersten mal Sekundärteilchen, die von der kosmischen Strahlung in der Erdamtosphäre erzeugt werden photographieren. Beim Eintritt der hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung in die Erdatmosphäre führen diese Kernstöße mit den Atomkernen der Luft durch, dabei entstehen eine Vielzahl von Sekundärteilchen. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden in diesen Sekundärteilchen zuvor unbekannte Teilchen wie Positronen, Myonen und Pionen entdeckt. Ab etwa 1950 können solche Teilchen auch an künstlichen Beschleunigern in großen Forschungseinrichtungen erzeugt werden, davor stellte die kosmische Strahlung die einzige Möglichkeit dar, die Eigenschaften von Elementarteilchen bei hohen Energien zu untersuchen.

Heutzutage geht man davon aus, daß ein Großteil der Teilchen der kosmischen Strahlung in Supernovaexplosionen beschleunigt wird. Supernovaexplosionen sind Explosionen von Sternen am Ende ihrer Entwicklung bei denen gewaltige Energiemengen freigesetzt werden. In diesen Supernovaexplosionen breiten sich große Mengen Materials in einer Art Stoßwelle aus. Die sich ausbreitende Materie führt Magnetfelder mit an denen die geladenen Teilchen der kosmischen Strahlung beschleunigt werden. Dieser Mechanismus wurde vom italienisch/amerikanischen Physiker Enrico Fermi im Jahre 1949 zur Erklärung der Beschleunigung vorgeschlagen und wird deshalb auch als Fermibeschleunigung bezeichnet. Diese Theorie wird durch die Elementzusammensetzung der kosmischen Strahlung gestützt, welche der Zusammensetzung des Materials in unserem Sonnensystem sehr ähnlich ist und daher auf einen gemeinsamen Ursprung hindeutet. Auch die im Sonnensystem vorkommenden Elemente sind durch Kernfussion in Sternen und Supernovaexplosionen entstanden.

Photographie einer Supernovaexplosion (Krebsnebel) mit dem Mount Polamar Teleskop.
Nach ihrer Beschleunigung breiten sich die Teilchen der kosmischen Strahlung in der Galaxis aus, bis einige davon zufällig die Erde erreichen. Die Zeit, die die Teilchen hierfür benötigen kann durch radioaktive Nukleide in der kosmischen Strahlung bestimmt werden. Diese zerfallen im Laufe der Zeit während der Ausbreitung und aus dem Verhältnis von bestimmten stabilen zu instabilen Nukleiden kann die mittlere Verweildauer der Teilchen der kosmischen Strahlung zu etwa 107 Jahre abgeschätzt werden. Da sich die Teilchen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen legen sie dabei gewaltige Wegstrecken zurück. Diese sind viel größer als der Durchmesser der Galaxis und man geht deshalb davon aus, daß sie sich in ungeordneten Bahnen, vielfach durch Magnetfelder abgelenkt bewegen und dabei die gesamte Galaxis erfüllen.

http://www.astroteilchenphysik.de/topics/cr/cr.htm