Raggi cosmici: differenze tra le versioni

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| anno = 1949

| titolo = On the Origin of the Cosmic Radiation

| url = https://archive.org/details/sim_physical-review_1949-04-15_75_8/page/n55

| rivista = Physical Review

| volume = Volume 75

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| anno = 1933

| titolo = The positive electron

| url = https://archive.org/details/sim_physical-review_1933-03-15_43_6/page/n105

| rivista = Physical Review

| volume = Volume 43

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}}</ref> il [[muone]], e le particelle strane, in un'epoca nella quale la tecnologia degli [[Acceleratore di particelle|acceleratori]] non era sviluppata. Ancora oggi, tuttavia, l'energia dei raggi cosmici è milioni di volte superiore rispetto a quella che si può ottenere dagli acceleratori terrestri.

Nei casi in cui manchi lo schermo dell'atmosfera, come nei [[satelliti artificiali]], i raggi cosmici pongono un problema notevole: l'[[elettronica]] di bordo deve essere irrobustita e schermata pena malfunzionamenti, e nel caso di missioni con equipaggio umano gli [[astronauta|astronauti]] sono sottoposti agli effetti ionizzanti impartiti daidei raggi cosmici aisui tessuti biologici.

=== Raggi cosmici primari ===

Al di là dell'atmosfera, i raggi cosmici sono costituiti da [[protone|protoni]] (per circa il 90%) e da [[Particella α|nuclei di elio]] (quasi il 10%); tuttavia, anche [[elettrone|elettroni]] ede altri nuclei leggeri, [[fotone|fotoni]], [[neutrino|neutrini]] ede in minima parte [[antimateria]] ([[positroni]] ede [[antiprotone|antiprotoni]]) fanno parte dei ''raggi cosmici primari''. Giunte nell'atmosfera terrestre, tali particelle interagiscono con i [[nucleo atomico|nuclei]] delle [[molecola|molecole]] dell'atmosfera, formando così, in un processo a cascata (vedi figura), nuove particelle proiettate in avanti, che prendono il nome di ''raggi cosmici secondari''.

La composizione e lo spettro in energia sono stati dettagliatamente studiati per la radiazione cosmica primaria. Il flusso relativo all'[[idrogeno]] è poco più del 90%, un po' meno del 10% per l'[[elio]], {{M|7|e=−4}} per gli elementi leggeri come [[litio]], [[berillio]] e [[boro]], e {{M|5|e=−3}} per altri elementi dal [[carbonio]] al [[neon]].

Lo spettro (numero di raggi incidenti per unità di energia, per unità di tempo, per unità di superficie per [[steradiante]]) dei raggi cosmici primari è ben descritto da una legge a potenza nella forma <math>\phi \propto E^{-\alpha}</math> con <math>\alpha = 2.,7</math> per valori dell'energia inferiori a {{M||u=eV|e=15}}. Per valori superiori dell'energia, si ha un irripidimento, con <math>\alpha</math> che diviene pari a 3. Il punto in cui tale cambio di pendenza ha luogo viene denominato ''ginocchio''.

Per energie ancora più alte (intorno ai 10¹⁸ e {{M||u=eV|e=19}}), lo spettro dei raggi cosmici torna ad essere meno ripido, dando luogo ad un ulteriore cambio di pendenza che viene chiamato ''caviglia''.

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Le particelle che compongono la radiazione sono molto energetiche. Si stima che il flusso medio a livello del mare abbia un'energia media di {{M|3|ul=GeV}}.

Il leptone ''μ'' ([[muone]]) è una [[particella elementare]] a [[spin]] 1/2, [[Massa (fisica)|massa]] {{M|105,7|u=MeV/c2}} (circa duecento volte la massa dell'elettrone), e [[vita media]] {{M|2,20|u=μs}}. Esiste in due stati di carica (positiva e negativa) e sperimenta due tipi di interazione, oltre quella [[gravità|gravitazionale]]: l'[[interazione elettromagnetica]] e quella [[interazione debole|debole]]. Come detto in premessa, i ''μ'' sono prodotti nell'[[alta atmosfera]] principalmente dal decadimento di ''π'' carichi:

:<math>\pi^+ \rightarrow \mu^+ + \nu_\mu</math>

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=== Raggi cosmici galattici - nuove scoperte ===

A seguito di osservazioni da parte dell'Osservatorio Australe Europeo, utilizzando il sistema [[Very Large Telescope]] coordinato con l'osservatorio spaziale [[Chandra X-ray Observatory|Chandra]] per la rilevazione dei [[raggi X]], e con i rivelatori di raggi gamma [[MAGIC]], [[HESS]], [[VERITAS (osservatorio)|VERITAS]] e [[Fermi Gamma-ray Space Telescope|Fermi-GLAST]], si è recentemente scoperto il meccanismo che sta alla base dell'accelerazione delle particelle che costituiscono i raggi cosmici galattici (fino all'energia del ginocchio).

Si è dimostrato che i raggi cosmici di energia intermedia (fino a 10000 TeV) che permeano lo spazio interstellare e bombardano costantemente il nostro pianeta, provenienti dalla Via Lattea, vengono accelerati nei resti delle esplosioni delle supernove (oggetti di massa pari a qualche massa solare). Si è quindi visto che l'energia termica totale causata dall'esplosione delle stelle viene spesa in gran parte per accelerare alcune particelle a velocità prossime a quelle della luce.

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=== Raggi cosmici e attività solare ===

{{W|astronomia|dicembre 2023}}

{{cn|Un'altra importante relazione è stata osservata tra il flusso dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra e l'aumento o diminuzione della copertura nuvolosa terrestre.}} A sua volta il flusso di particelle cosmiche che giungono sulla Terra varia con il variare dell'attività solare. Quando l'attività solare aumenta, aumenta anche il [[vento solare]], un flusso di particelle cariche che si propaga nello spazio insieme al suo forte campo magnetico. Ma tale campo magnetico posto tra il Sole e la Terra deflette i raggi cosmici, velocissime particelle cariche provenienti dal sole e dallo spazio intergalattico, i quali, stante la loro elevata energia di urto, hanno la proprietà di ionizzare l'atmosfera, specie là dove questa è più densa (e quindi gli urti sono più numerosi) ovvero nella parte più prossima al suolo. Le molecole d'aria elettrizzate dai raggi cosmici possono andare a costituire centri di nucleazione,<ref>[http://cloud.web.cern.ch/cloud/documents_cloud/cloud_concept.pdf Beam Measurements of a CLOUD] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070710185847/http://cloud.web.cern.ch/cloud/documents_cloud/cloud_concept.pdf |data=10 luglio 2007 }}</ref> insieme al pulviscolo atmosferico, {{cn|ottenendo di coagulare su di sé il vapore acqueo circostante, favorendo in tal modo la formazione di nubi nella bassa atmosfera.}} A sua volta, {{cn|le nubi basse hanno la proprietà di raffreddare la Terra}}. Quindi {{cn|quando l'attività solare è più intensa l'atmosfera ha meno copertura nuvolosa}} perché {{cn|i raggi cosmici saranno maggiormente deviati dal vento solare così che maggiore energia giunge fino alla superficie terrestre (contribuendo così al riscaldamento climatico)}}. Invece quando l'attività solare è più debole sarà maggiore la copertura nuvolosa dell'atmosfera terrestre per cui diminuisce l'energia che arriva sino alla superficie, energia che viene respinta dalle nuvole.

Un'altra importante relazione è stata osservata tra il flusso dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra e l'aumento o diminuzione della copertura nuvolosa terrestre <ref>[https://opensky.ucar.edu/islandora/object/archives%3A2380 Solar cycle linked to global climate, drives events similar to El Niño, La Niña.]</ref>.

A sua volta il flusso di particelle cosmiche che giungono sulla Terra varia con il variare dell'attività solare.

Quando l'attività solare aumenta, aumenta anche il [[vento solare]], un flusso di particelle cariche che si propaga nello spazio insieme al suo forte campo magnetico.

{{cn|Un'altra importante relazione è stata osservata tra il flusso dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra e l'aumento o diminuzione della copertura nuvolosa terrestre.}} A sua volta il flusso di particelle cosmiche che giungono sulla Terra varia con il variare dell'attività solare. Quando l'attività solare aumenta, aumenta anche il [[vento solare]], un flusso di particelle cariche che si propaga nello spazio insieme al suo forte campo magnetico. Ma tale campo magnetico posto tra il Sole e la Terra deflette i raggi cosmici, velocissime particelle cariche provenienti dal sole e dallo spazio intergalattico, i quali, stante la loro elevata energia di urto, hanno la proprietà di ionizzare l'atmosfera, specie là dove questa è più densa (e quindi gli urti sono più numerosi) ovvero nella parte più prossima al suolo. Le molecole d'aria elettrizzate dai raggi cosmici possono andare a costituire centri di nucleazione,<ref>[http://cloud.web.cern.ch/cloud/documents_cloud/cloud_concept.pdf Beam Measurements of a CLOUD] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070710185847/http://cloud.web.cern.ch/cloud/documents_cloud/cloud_concept.pdf |data=10 luglio 2007 }}</ref> insieme al pulviscolo atmosferico, {{cn|ottenendo di coagulare su di sé il [[vapore acqueo]] circostante, favorendo in tal modo la formazione di nubi nella bassa atmosfera.}} A sua volta, {{cn|le nubi basse hanno la proprietà di raffreddare la Terra}}. Quindi {{cn|quando l'attività solare è più intensa l'atmosfera ha meno copertura nuvolosa}} perché {{cn|i raggi cosmici saranno maggiormente deviati dal vento solare così che maggiore energia giunge fino alla superficie terrestre (contribuendo così al riscaldamento climatico)}}. Invece quando l'attività solare è più debole sarà maggiore la copertura nuvolosa dell'atmosfera terrestre per cui diminuisce l'energia che arriva sino alla superficie, energia che viene respinta dalle nuvole.

A sua volta, le nubi basse hanno la proprietà di raffreddare la Terra <ref>[https://cf.regione.vda.it/download.php?fileID=82&lang=fra Teleconnection - A strong statistical relationship between weather in different parts of the globe. For example, there appears to be a teleconnection between the tropics and North America during El Niño.]</ref>

Quindi quando l'attività solare è più intensa l'atmosfera ha meno copertura nuvolosa perché i raggi cosmici saranno maggiormente deviati dal vento solare così che maggiore energia giunge fino alla superficie terrestre (contribuendo così al riscaldamento climatico).

Invece quando l'attività solare è più debole sarà maggiore la copertura nuvolosa dell'atmosfera terrestre per cui diminuisce l'energia che arriva sino alla superficie, energia che viene respinta dalle nuvole.

{{cn|Analizzando la situazione attuale (2014)}} vediamo come l'attività solare sia aumentata nel corso degli ultimi 300 anni e in particolare negli ultimi 50 anni.
Negli ultimi 30 anni l'aumento dell'attività solare ha tenuto lontano dalla Terra gran parte dei raggi cosmici e quindi vi è stata una minore formazione di nubi in prossimità del suolo e {{cn|questo potrebbe spiegare, insieme ad altri fattori, il forte riscaldamento della Terra degli ultimi decenni}}.
Nell'ultimo decennio invece l'attività solare sembra aver subito un lento declino: il sole, nel suo ciclo undecennale, dopo avere raggiunto il minimo di attività nelle macchie solari nel 2007, in seguito ha dato solo timidi segnali di risveglio. Dal 2004 al 2011 sono stati 821 i giorni senza macchie, contro una media di 486.<ref>[http://www.spaceweather.com/archive.phpisp?view=1&day=31&month=12&year=2012 Spotless Days.] {{collegamento interrotto}}</ref>
Negli ultimi 100 anni soltanto tra il 1911 e il 1914 il sole era stato così eccezionalmente pigro. Questa circostanza giustificherebbe l'{{cn|improvviso aumento della nuvolosità bassa negli ultimi anni}}; uno studio del 2000 sembra aver mostrato che il riscaldamento globale dall'inizio dell'ultimo secolo possa essere stato causato dall'attività solare: gli autori dello studio però non escludono altre cause nel riscaldamento degli ultimi decenni.<ref>[http://www.solarstorms.org/CloudCover.html The influence of cosmic rays on terrestrial clouds and global warming]</ref>

Questa circostanza giustificherebbe l'improvviso aumento della nuvolosità bassa negli ultimi anni; uno studio del 2000 sembra aver mostrato che il riscaldamento globale dall'inizio dell'ultimo secolo possa essere stato causato dall'attività solare: gli autori dello studio però non escludono altre cause nel riscaldamento degli ultimi decenni.<ref>[http://www.solarstorms.org/CloudCover.html The influence of cosmic rays on terrestrial clouds and global warming]</ref> Sono stati attribuiti gli episodi di caldo e freddo negli ultimi 550 milioni di anni ai quattro incontri che ha avuto il Sistema Solare con i bracci della Galassia durante il suo moto di rotazione attorno ad essa. I raggi cosmici infatti sono per lo più generati dai resti delle supernovae che, osservando le galassie simili alla nostra, sappiamo si trovano principalmente nei bracci, dove risiedono le stelle più massive. Quindi quando il Sole attraversa un braccio ci aspettiamo di trovare un flusso maggiore di raggi cosmici. I dati da satellite ci confermano che le variazioni di irradianza sono troppo piccole (circa 1% in un ciclo solare) per spiegare le variazioni climatiche correlate all'attività solare: deve essere invocato un altro meccanismo. Nel 1959 E.P. Ney ipotizzò che il fusso di raggi cosmici, modulato dal campo magnetico solare, potesse in qualche modo agire sulla formazione delle nuvole. Per verificare che i raggi cosmici influenzino la formazione delle nuvole in modo rilevante N. Marsh e H. Svensmark hanno messo a confronto le variazioni di copertura nuvolosa con il flusso di raggi cosmici che raggiunge la troposfera. <ref>[https://www.roma1.infn.it/exp/ams/LezioniAP/2011/%20Raggi%20cosmici%20e%20clima.pdf INFN Roma1]</ref> Frolich smentisce i dati e il suo lavoro favorisce la verisone IPCC della esclusiva forzante radiativa antropica da gas serra, tuttavia anche lui viene immediatamente smentito da Nicola Scafetta e Richard C. Willson <ref>{{cita pubblicazione|autore= Nicola Scafetta; Richard C. Willson|titolo=ACRIM-gap and TSI trend issue resolved using a surface magnetic flux TSI proxy model” pubblicato in |rivista=Geophysical research letters|volume= 36|numero= L05701| doi=10.1029/2008GL036307|data= 2009|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009GeoRL..36.5701S/abstract}}</ref>.

== Note ==

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== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

* {{cita web|url=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/contents/lngs_it/public/educational/physics/cosmic_rays/|titolo=Laboratori nazionali del Gran Sasso, I raggi cosmici|accesso=6 ottobre 2009|dataarchivio=31 gennaio 2010|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20100131215213/http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/contents/lngs_it/public/educational/physics/cosmic_rays/|urlmorto=sì}}

* {{cita web|url=http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=356:particelle-che-vengono-dallo-spazio&catid=7&Itemid=167|titolo=L'universo misterioso: raggi cosmici, percorso divulgativo - ScienzaPerTutti|accesso=16 gennaio 2014|dataarchivio=16 gennaio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140116203604/http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=356:particelle-che-vengono-dallo-spazio&catid=7&Itemid=167|urlmorto=sì}}

* {{cita web|url=http://www.scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=377:3-il-peso-delluniverso&catid=200&Itemid=247|titolo=Raggi cosmici su ScienzaPerTutti|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20150918050248/http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=377:3-il-peso-delluniverso&catid=200&Itemid=247|dataarchivio=18 settembre 2015}}