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Cuando los rayos cósmicos, especialmente los rayos cósmicos galácticos de alta energía, chocan contra la atmósfera de la tierra, producen frecuentemente una cascada de partículas atómicas secundarias "lluvia aérea". Este diagrama ilustra un rayo cósmico entrante (en rojo, en la parte superior) y la lluvia lluvia aérea resultante, que incluye protones (verde), neutrones (anaranjados), piones (amarillo), muones (morados), fotones (azules), electrones y positrones (color rosado). Una lluvia aérea puede consistir en millones de partículas, dependiendo de la energía del rayo cósmico inicial.
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Trabajo artístico original de Randy Russell miembro del equipo de Ventanas al Universo, mediante el uso de una fotografía de UCAR (Nicole Gordon).

Rayos Cósmicos

Los rayos cósmicos son un tipo de radiación que proviene del espacio. Los rayos cósmicos no son realmente "rayos"; son partículas subatómicas (en su mayoría protones) con energía muy elevada. Los rayos cósmicos vienen de varios lugares, incluyendo el Sol, explosiones de supernovas, y fuentes extremadamente distantes como radiogalaxias y quasares. Debido a su alta energía, este tipo de radiación de puede ser peligrosa para los humanos y equipos, aunque la Tierra está protegida por el blindaje del campo magnético y la atmósfera.

Los rayos cósmicos fueron descubiertos en 1912, por el físico austríaco-americano, Victor Hess. Hess ganó el premio Nobel de Física en 1936 por este descubrimiento. En 1925, el físico norteamericano Roberto Andrews Millikan confirmó el descubrimiento de Hess y acuñó el término "rayos cósmicos" para este nuevo tipo de radiación del espacio.

Hay diversos tipos de rayos cósmicos, y la radiación proviene de varias fuentes. Lo más cercano a nuestro hogar son los rayos cósmicos solares, producidos por los destellos solares y eventos energéticos similares en el Sol. Los rayos cósmicos solares tienen energías más bajas (hasta 1010 electrón volts por partícula) que otros tipos de rayos cósmicos. Los rayos cósmicos galácticos tienen energías más altas (aproximadamente 1010 to 1015eV)) y se cree que provienen de explosiones de supernovas, huecos negros y estrellas neutrónicas dentro de nuestra propia galaxia Vía Láctea . Los raros rayos cósmicos extragalácticos son aún más energéticos (1015 eV o más elevado). Los astrónomos creen que estas partículas vienen de más allá de nuestra galaxia, pero no están seguros de sus orígenes exactos. Podrían venir de los núcleos de galaxias activas, de quasares, o que ser originados durante choques entre galaxias. Pueden incluso ser restos de los procesos exóticos de decaimiento de partículas que ocurrieron cuando el universo era joven. Un cuarto tipo de rayo cósmico, algo misterioso, se conoce como rayo cósmico anómalo (ACR, por sus siglas en Inglés). Los ACR tienen sorprendentemente bajos niveles de energía, y se pueden producir en el borde de la heliosfera, la frontera entre la región donde domina el campo magnético del Sol y el espacio interestelar.

¿Qué clases de partículas conforman los rayos cósmicos? La mayoría, cerca de un 90%, son protones; es decir, los núcleos ionizados del hidrógeno normal, la forma más abundante de materia en el universo. Los núcleos del helio (también conocidos como partículas alfa), que incluyen 2 protones y 2 neutrones, constituyen cerca de un 9% de los rayos cósmicos. La mayoría del 1% restante son electrones. Los núcleos de una amplia gama de otros tipos de átomos(incluyendo carbón, oxígeno, hierro, calcio, litio, berilio, boro, galio y otros) aparecen en cantidades pequeñas pero mensurables en la variedad de rayos cósmicos. Diversos tipos de rayos cósmicos (por ejemplo, solares versus galácticos) tienen una abundancia ligeramente diferente de los diversos componentes.

Debido a sus altas energías, los rayos cósmicos pueden ser peligrosos tanto para los seres vivos, como para los mecanismos (especialmente los que dependen de la electrónica). Afortunadamente, la Tierra nos protege contra la mayoría de los rayos cósmicos. Debido a que son eléctricamente cagados, los rayos cósmicos interactúan con el campo magnético de la Tierra. El magnetismo de la Tierra desvía muchos rayos cósmicos, y dirige la maor parte del resto hacia las regiones polares poco pobladas de nuestro planeta. La mayoría de las partículas que atraviesan el escudo magnético de la Tierra choca contra los gases en nuestra atmósfera. Esto es bueno y malo para nosotros que estamos sobre la superficie del planeta. Cuando los rayos cósmicos chocan con los gases atmosféricos, los choques generan nuevas y diversas partículas. En general, estos choques disminuyen la energía de las partículas, produciendo un número mayor de partículas menos enérgicas. Un sólo rayo cósmico de gran energía puede producir una lluvia de millares o millones de partículas secundarias, a medida que las partículas secundarias producidas por choques interacciona con otros átomos y moléculas del gas, produciendo más partículas, y así sucesivamente. Aunque esta ducha o lluvia de partículas (tecnicamente conocida como "fragmentación") generalmente produce partículas con energía más baja, y por ende menos mortales, algunas de los subproductos secundarios son realmente mucho más dañinos para los seres vivos.

¿Cuán peligrosa es la radiación de rayos cósmicos? Normalmente los humanos se ven expuestos a unos 2.3 milisieverts (una medida de dosificación de la radiación, abreviado mSv ) de radiación por año. Cerca de 0.2 mSv de esta dosis, o un 9%, se debe a los rayos cósmicos. Es decir, si permaneces en la Tierra, normalmente debes temerle poco a los rayos cósmicos. Sin embargo, si decides viajar al espacio, y especialmente si vas más allá de la burbuja protectora de la magnetosfera de la Tierra, los rayos cósmicos podrían convertirse en un importante problema. Los científicos estiman que seres humanos sin blindaje en espacio interplanetario podrían recibir de 400 a 900 mSv de radiación por año, sobre todo de rayos cósmicos. Astronautas en una larga misión de 30 meses hacia Marte, podrían verse expuestos a 1.000 mSv o más de radiación. Esto es comparable al límite recomendado de 1 a 4 Sievertos (1 000 a 4 000 mSv) de exposición de radiación para astronautas en órbitas terrestres bajas. Debido a que los rayos cósmicos tienen tales altas energías, estos pueden penetrar profundamente en tejido fino y causar daño extenso al ADN celular, produciendo cáncer y enfermedades similares.

El número de partículas de rayos cósmicos que llegan a la Tierra varía a lo largo del tiempo. La actividad solar varía dramáticamente en el curso de un ciclo de 11 años. Extrañamente, el peligro de rayos cósmicos es menor cuando el Sol está más activo y produce destellos solares y otras dramáticas "tormentas del estado del tiempo espacial". La actividad del Sol hace que la heliosfera, la extensa región en el espacio dominada por el campo magnético del Sol, se extienda aún más. La heliosfera actúa como otra capa de protección magnética contra rayos cósmicos galácticos y extragalácticos; de manera que cuando el Sol está activo, este campo protector se amplía y pocos rayos cósmicos externos llegan hasta la Tierra. Cuando el Sol está activo, estamos expuestos a dosis más grandes de rayos cósmicos solares; sin embargo, recibimos menores dosis de energía elevada, y por tanto de los más peligrosos rayos cósmicos galácticos y extragalácticos. El efecto neto es menos peligro total a la exposición de radiación. ¡Es por esta razón que cuando los humanos se aventuren más allá de nuestro planeta en misiones hacia Marte y otros viajes interplanetarios, los realizarán cuando el Sol se encuentra en su fase más activa!

Los rayos cósmicos ayudan a producir algunos fenómenos naturales interesantes cuando atraviesan nuestra atmósfera. Algunos choques de rayos cósmicos contra el nitrógeno (el gas más abundante en la atmósfera de la Tierra) transforman los átomos del nitrógeno en los átomos de el carbono-14 (que se abrevia, 14C ). Este isótopo radiactivo de carbón es absorbido por los seres vivos, y es la base para fechado por carbono-14; probablemente has oído hablar de artefactos arqueológicos y restos antiguo similares que fueron fechados por el método de carbono-14. Los rayos cósmicos en la atmósfera pueden también ayudar a producir relámpagos; los rastros ionizados que las partículas dejan en el aire por el que pasan podría ser lo necesario para permitir que las diferencias atmosféricas de voltaje originen eventos de relámpagos. Finalmente, los rayos cósmicos pueden desempeñar un papel en la formación de nubes; la radiación puede ayudar a producir algunos núcleos de condensación de nubes, las minúsculas partículas que actúan a modo de "semillas" que comienzan la formación de gotitas de agua en las nubes. Estos dos efectos anteriores (que originan relámpagos y que ayudan a sembrar nubes) son algo especulativos; los científicos todavía están estudiando ambos fenómenos.

Última modificación el 23 de enero de 2008 por Randy Russell.

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