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Cosa sono i raggi cosmici?

Quando guardiamo il cielo, osserviamo degli oggetti luminosi: ovviamente il Sole, i pianeti, le stelle, le nebulose…Tutto questo è luce, onde eletromagnetiche. Con appositi telescopi, possiamo anche rivelare onde elettromagnetiche che sono invisibili all'occhio umano, così come emissione infrarossa o ultravioletta, onde radio, raggi X.

Sin dall’inizio del 20mo secolo sappiamo che la Terra non è solo colpita da queste onde, ma anche bombardata da particelle cariche energetiche: protoni, ioni, elettroni che arrivano quasi alla velocità della luce. Queste particelle sono dette raggi cosmici, e ci raccontano una storia dell’universo, che non potremmo imparare solo dalla luce.

I raggi cosmici non solo forniscono uno strumento per esplorare l’universo, ma anche colpiscono direttamente la Terra. Vogliamo osservare queste particelle per capire la loro origine, per usarle come traccianti di disturbi solari e per monitorare i loro effetti sulla tecnologia e sugli esseri umani.

Da dove vengono?

I raggi cosmici vengono da zone dell’Universo dove è avvenuta qualche tipo di esplosione: resti di esplosioni stellari , (supernovae), galassie attive, ed anche dal Sole.

I raggi cosmici galattici arrivano sempre, nonostante la loro intensità sia modulata dal Sole. Le particelle accelerate al Sole, i raggi cosmici solari, sono più sporadici. Essi si manifestano come eventi singoli, sopra il solito flusso di particelle proveniente dal lontano Universo.

Come possiamo osservarli?

I raggi cosmici non colpiscono direttamente la superficie terrestre, ma collidono con gli atomi dell’alta atmosfera. Questo crea molte particelle secondarie: protoni, neutroni, muoni ed elettroni. Visto che la particella primaria ha una velocità minima di circa 200000 km/s, 2/3 della velocità della luce, un numero significativo di nucleoni secondari, muoni ed altre particelle può essere rivelato da contatori di particelle a terra vicino ai poli magnetici.

Il campo magnetico della Terra è un altro filtro, nonostante esso non giochi alcun ruolo ai poli magnetici terrestri. Ma più ci si avvicina all’equatore, più veloce deve essere la particella carica primaria per attraversare il campo magnetico. I contatori di particelle in diversi luoghi sulla Terra, misurano raggi cosmici di diverse velocità minime; essi rivelano lo spettro di energia dei raggi cosmici.

Cos’è un neutron monitor?

Per aumentare il numero di particelle eventualmente rivelate, i contatori dei neutron monitors sono circondati dal piombo. Qui i nucleoni secondari e alcuni muoni, producono ulteriori neutroni. Il neutron monitor conta questi neutroni, ma essi rivelano essenzialmente il flusso dei raggi cosmici nella parte superiore dell’atmosfera.

I neutron monitors sono stati usati sin dal 1950. Essi sono ancora lo stato dell’arte della strumentazione per misurare i raggi cosmici provenienti dal Sole e la componente a bassa energia dei raggi cosmici provenienti dall’Universo.

Perché interessano i raggi cosmici?

I raggi cosmici sono una formidabile fonte di informazioni circa l’Universo violento. Noi vogliamo sapere sotto quali circostanze e come le particelle cariche sono accelerate a queste alte energie o velocità.

I raggi cosmici possono essere usati per monitorare le perturbazioni dello spazio interplanetario che potrebbero colpire la Terra. Molti anni di osservazioni hanno mostrato che l’intensità dei raggi cosmici galattici è modulata dal campo magnetico eliosferico: quando il Sole ha molte macchie, il campo magnetico è forte nell’eliosfera e l’intensità dei raggi cosmici galattici che raggiungono la Terra è ridotta. Quando non ci sono macchie, la schermatura è debole e molti raggi cosmici raggiungono la Terra. Rapide variazioni di intensità possono essere generate da eruzioni solari, dove i campi magnetici sono espulsi nell’eliosfera.

Inoltre, i raggi cosmici hanno qualche impatto sulla Terra. Essi influenzano l’atmosfera terrestre tramite le particelle secondarie che essi producono quando collidono con gli atomi atmosferici e tramite la ionizzazione degli stessi atomi atmosferici. Le particelle cariche veloci sono una sorgente di irradiazione, come lo sono i raggi X. Mentre gli effetti a terra sembrano essere piccoli, per gli equipaggi degli aerei di linea c’è meno protezione dall’atmosfera e devono quindi essere controllati. Le misure del neutron monitor forniscono i dati fondamentali.

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