Kosmische Strahlung

Live Neutronenmonitor zur Messung der kosmischen Strahlung

Was ist kosmische Strahlung?

Schauen wir in den Himmel, so sehen wir hell strahlende Objekte wie am Tag die Sonne und in der Nacht die Sterne, Planeten, den Mond und mit etwas Glück auch kosmische Neben. Doch all dies, was wir sehen ist Licht bzw. elektromagnetische Strahlung.

Spätestens seit Beginn des frühen 20. Jahrhunderts wissen wir, dass die Erde nicht nur elektromagnetische Strahlung erreicht, sondern auch andere energiereiche Teilen wie z.b. Protonen, Elektronen und Ionen, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen, die sogenannte kosmische Strahlung.

Die Kosmische Strahlung ist für die Wissenschaft ein nützliches Werkzeug, um das Universum weiter zu erkunden. Auch unsere Erde wird direkt durch die kosmische Strahlung beeinflusst. Daher beobachten und untersuchen wir die kosmische Strahlung sehr genau, um einerseits etwas über Ihren Ursprung zu erfahren und andererseits ihre Auswirkungen auf Menschen, Umwelt und unsere Technologie zu untersuchen

Woher kommt die kosmische Strahlung?

Kosmische Strahlung kommt aus Regionen des Universums, wo verschiedene Arten von hochenergetischen Prozessen stattfinden: Überreste von stellaren Explosionen (Supernova), aktive Galaxien und Sternhaufen. Der Fluss der sogenannten galaktischen kosmischen Strahlung in den Raum nahe der Sonne wird dabei durch die Magnetfelder in der Heliosphäre beeinflusst. Diese Magnetfelder wiederum werden durch den Sonnenwind sowie sich von der Sonne weg bewegende Störungen bestimmt. Sporadisch wird auf oder in der Nähe der Sonne ebenfalls kosmische Strahlung erzeugt, sogenannte solare kosmische Strahlung. Während solaren kosmischen Strahlungsereignissen überlagert dieser solare Teilchenfluß denjenigen der permanenten galaktischen kosmischen Strahlung.

Was hat die kosmische Strahlung mit dem Weltraumwetter zu tun?

Ein weltumspannendes Netzwerk von Neutronenmonitorstationen ist von zentraler Bedeutung für Warnsysteme bezüglich Weltraumwetter, sei es im Zusammenhang mit solaren energetischen Teilchen oder einem sich in Richtung der Erde fortbewegenden koronalen Massenauswurf (engl. Coronal Mass Ejection, CME).

Warnung vor solaren energetischen Teilchen

Erhöhte Flüsse energetischer Teilchen von der Sonne, sogenannte SEP Ereignisse (engl. für Solar Energetic Particles), können ein bedeutende Beeinträchtigung von Raumfahrtequipment und andern technischen Einrichtungen verursachen (z.B. Funkkommunikation in polaren Regionen, bemannte Raumflüge; mehr Informationen hier). Mit zunehmender Abhängigkeit von technologischen Systemem im Weltraum wird es wichtig, Hilfsmittel zu entwickeln, welche in der Lage sind, solche solare Ereignisse vorauszusagen. Solare kosmische Strahlungsprotonen und selten Neutronen sind neben hochenergetischen Elektronen die schnellsten Teilchen, welche die Erde während einem solaren Ereignis als Erste erreichen

Kosmische Strahlungsmessungen als Frühwarnsystem für koronale Massenauswürfe, welche das System Erde beeinflussen

Es sind aber nicht nur die energetischen Teilchen, welche das Weltraumwetter wesentlich beeinflussen. Koronale Massenauswürfe (engl. Coronal Mass Ejections (CMEs)), welche sich durch den interplanetaren Raum ausbreiten und bei einer Kollision mit dem Erdmagnetfeld einen geomagnetischen Sturm verursachen können, spielen ebenfalls eine zentrale Rolle im Zusammenhang mit dem Weltraumwetter. Die Störung des Erdmagnetfeldes erzeugt elektrische Ströme, welche sich ins besondere in polaren Regionen störend auf technische Installationen auf der Erde wie auch auf Raumsonden auswirken können. Neutronenmonitormessungen können für Frühwarnungen von solchen auf die Erde zukommenden CMEs verwendet werden, weil diese Störungen im interplanetaren Raum die Ausbreitung der galaktischen kosmischen Strahlung in der Heliosphäre verändern.

Datenbank in Echtzeit

Zum ersten Mal standen Neutronenmonitordaten der Station Moskau im Jahre 1997 in Echtzeit im Internet zur Verfügung. Dies war der Anfang einer neuen Ära: Datenerfassung, Aufarbeitung und Publikation der Daten in Echtzeit.

Heute besteht das weltweite Netzwerk aus etwa 50 funktionstüchtigen Neutronenmonitorstationen. Alle Neutronenmonitore sind in kontinuierlichem Betrieb und messen die Zählraten in 1- oder 5-Minutenintervallen. Die meisten Stationen (etwa 30) publizieren die Messdaten im Internet in Echtzeit

 

Kosmische Strahlung und der Sonnenzyklus
Zusammenhang der kosmischen Strahlung und der Sonnenzyklus

Forscher des Sodankyla Geophysical Observatory überwachen seit 1964 die kosmische Strahlen. Wenn kosmische Strahlen auf die Erdatmosphäre treffen, erzeugen sie einen Sprühnebel von Sekundärpartikeln, die auf die Erdoberfläche regnen. Zu diesen Teilchen gehören u.a. auch Neutronen. Detektoren in Oulu zählen Neutronen als Proxy für kosmische Strahlen.

Wie das obere Feld zeigt, nimmt die kosmische Strahlung während des 11-jährigen Sonnenzyklus auf natürliche Weise zu und ab. Während des Sonnenmaximums sind die kosmischen Strahlen schwach. während des Solar Minimums sind sie stark. Der Weltraumzeitalterrekord für kosmische Strahlung wurde Ende 2009 – Anfang 2010 gegen Ende eines sehr tiefen solaren Minimums aufgestellt.

Rekorde sollen gebrochen werden. Mit dem Ende des Jahres 2019 nähern sich die Neutronenzahlen in Oulu dem sehr hohen Niveau von 2009-2010. Ein neuer Rekord könnte nur noch Wochen oder Monate entfernt sein. Dies ist wichtig, da übermäßige kosmische Strahlung für Astronauten und Polarflugreisende ein Gesundheitsrisiko darstellt, die Elektrochemie der oberen Erdatmosphäre beeinträchtigt und möglicherweise einen Blitz auslöst.

 

Echtzeit Neutronen Monitor

 

Oben: Übersicht der letzten 24 Stunden

Mitte: Übersicht der letzten 30 Tage

Unten: Jahr 1964 – 2019

 

Kosmische Strahlung, Station: Oulu in Finnland
Echtzeit-NM-Zählrate von Oulu, alle fünf Minuten aktualisiert. Die Daten für die letzten 24 Stunden sind VORLÄUFIG                                                                                                                                                                            Oben: Übersicht der letzten 24 Stunden
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