Raios Cósmicos
Raios cósmicos são partículas energéticas que se deslocam a velocidades
próximas à da luz e invadem a atmosfera terrestre, vindas do espaço
interestelar. Existem dois tipos básicos de raios cósmicos: primários e
secundários. Os raios cósmicos primários são formados principalmente de
prótons (núcleos de hidrogênio) e partículas alfa (núcleos de hélio),
além de núcleos de elementos pesados e alguns elétrons. Embora se saiba
que alguns raios cósmicos primários têm origem no Sol, um eficiente
acelerador, a maioria provém de fontes distantes da Terra (possivelmente
de violentas explosões de estrelas, as supernovas), e as de maior
energia, do espaço exterior à Via Láctea. Ainda se desconhece, no
entanto, o modo como essas partículas ganham energia.Originários do espaço interestelar, os raios cósmicos fornecem aos cientistas informações importantes sobre as condições físicas do sistema solar e do universo.
Ao penetrarem na atmosfera terrestre, os raios cósmicos primários colidem com núcleos de oxigênio e nitrogênio e produzem raios cósmicos secundários, compostos de partículas subatômicas, como elétrons, pósitrons, mésons e neutrinos, além de minúsculos "pacotes" de energia eletromagnética chamados fótons. Os raios cósmicos secundários altamente energéticos podem interagir com outros núcleos na atmosfera e gerar mais raios secundários, num efeito conhecido como chuveiro.
Origem
Depois que Victor Francis Hess esclareceu, em 1912, que a radiação cósmica provinha do espaço extraterrestre, a busca de uma origem para essa radiação passou a ser a principal questão a ser respondida. Inicialmente, procuraram-se fontes discretas, isto é, bem localizadas e singularizadas no espaço, tal como estrelas, quasares e supernovas (que são fontes de radiação visível), além das emissões de rádio e de raios X.
Inicialmente, os astrônomos acreditavam que todos os raios cósmicos, com exceção daqueles mais energéticos, eram produzidos por explosões de supernovas. A hipótese foi posta em dúvida, porém, por trabalhos posteriores, que questionaram se as partículas poderiam realmente ser aceleradas para atingir tão altas energias unicamente a partir da explosão de uma supernova. Questionou-se também se essas partículas, ainda que aceleradas, conseguiriam se propagar através do meio interestelar para pontos muito distantes da explosão original -- objeção válida também para outras possíveis fontes, como os pulsares. Após exaustivas pesquisas, a resposta aceita pela comunidade científica na última década do século XX era a de que não existem fontes discretas de raios cósmicos, exceto o Sol, que contribui ocasionalmente, quer modulando, quer injetando partículas que atingem a Terra.
Após a aceleração, os raios cósmicos se fragmentam em interações com o hidrogênio interestelar. Entre os fragmentos estão núcleos radioativos que permitem determinar que algumas das partículas menos energéticas levam até dez milhões de anos para viajarem de suas fontes até a Terra. A potência dessas fontes pode ser estimada a partir da idade das partículas, sua densidade energética e o volume de espaço no qual estiveram confinadas. Presumindo que esse volume seja nossa galáxia, a Via Láctea, então a energia da fonte de raios cósmicos é comparável à que é produzida por grandes explosões de estrelas, as supernovas. Os raios cósmicos podem ser, no entanto, acelerados por ondas de choque geradas subsequentemente, no meio interestelar, pela explosão da supernova, e não acelerados pela própria explosão.
Importância da pesquisa
O estudo de raios cósmicos começou como uma busca de conhecimento a respeito do universo e de suas origens. A pesquisa, no entanto, levou a descobertas de interesse para outras áreas do conhecimento e chegou a gerar preocupação quanto aos efeitos da radiação cósmica sobre os seres vivos.
Além disso, as altas energias dos raios cósmicos fazem deles um instrumento para o estudo do interior do núcleo atômico e da estrutura das partículas subatômicas. Numa fase anterior à invenção dos aceleradores de partículas, as experiências com raios cósmicos secundários permitiram aos cientistas descobrir muitos tipos de partículas elementares.
Graças ao estudo dos raios secundários, foi possível obter as primeiras evidências da criação de pares de pósitrons e elétrons e ilustrar de várias maneiras o princípio da equivalência entre massa e energia proposto por Einstein. Além disso, as colisões nucleares dos raios cósmicos na atmosfera terrestre deixa em seu rastro um número substancial de átomos radioativos -- não o bastante para modificarem de forma significativa a radioatividade natural terrestre, mas suficiente para fornecer uma fonte constante de elementos traçadores, que podem ser utilizados no estudo de vários processos de circulação, mistura e separação que ocorrem na Terra.
A primeira aplicação desses elementos traçadores foi descoberta em 1947 pelo químico americano Willard Libby e seus colaboradores, que utilizaram o isótopo radioativo mais abundante produzido pela radiação cósmica, o carbono 14, para fins de datação arqueológica e geológica.
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