La Radiación Cósmica, o también conocida como los rayos cósmicos, son una serie de partículas subatómicas, las cuales proceden del espacio exterior, estas contienen una energía elevada debido a su gran velocidad, generalmente este tipo de radiación se encuentra muy cercana a la velocidad de la luz.
Se ha determinado que dicha de radiación fue descubierta cuando pudo comprobarse que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre era producto de la ionización originada por radiaciones de alta energía.
A continuación conoceremos más detalles de este interesante e importante tema, y también de cada uno de los aspectos fundamentales del mismo, a fin de ampliar los conocimientos acerca de todo lo relacionado con la Radiación Cósmica y sus posibles efectos.
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¿Qué es la radiación?
La radiación, a nivel general se puede definir como la propagación de energía, manifestada en forma de ondas electromagnéticas o de partículas subatómicas por medio del vacío o de algún medio material.
En este sentido, la radiación que suele estar propagada en forma de ondas electromagnéticas, catalogadas como:
- Los rayos UV
- Los rayos gamma
- Los rayos X
Generalmente se le llama radiación electromagnética, mientras que la denominada radiación corpuscular es establecida como la radiación que puede trasmitirse en forma de partículas subatómicas, las cuales se clasifican de la siguiente manera:
- Las partículas α
- Las partículas β
- Los neutrones, (estos generalmente se mueven a gran velocidad, y cuentan con un apreciable transporte de energía.)
Si la radiación transporta energía, de forma suficiente como para crear una ionización en todo lo relacionado al medio que atraviesa, en este sentido se cataloga como una radiación ionizante. En el caso contrario se estaría haciendo mención a una radiación no ionizante. Por lo general el carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.
Las radiaciones ionizantes, son las siguientes:
- Por lo general los rayos X, los rayos γ, las partículas α, también la parte del espectro de la radiación UV (entre otros elementos), son clasificados como radiaciones ionizantes.
- En cuanto a las radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, como el TV o la telefonía móvil, son clasificados como radiaciones no ionizantes.
Elementos radiactivos
Ciertas sustancias químicas se encuentran formadas por elementos químicos cuyos núcleos atómicos resultan inestables. Como resultado de esa inestabilidad, sus átomos emiten partículas subatómicas de manera intermitente y aleatoria.
Por lo general,cada una de las sustancias que presentan un exceso de protones o neutrones, resultan radiactivas, En este sentido cuando el número de neutrones es diferente del número de protones, se hace más complicado que la fuerza nuclear fuerte como consecuencia del efecto de este intercambio de piones pueda mantenerlos unidos.
Aunque se ha determinado que de forma eventual el desequilibrio establecido se corrige mediante la liberación del exceso de ciertos neutrones o protones, en forma de partículas α, las cuales son realmente núcleos de helio, y también de algunas partículas β que pueden ser electrones o incluso positrones. Estas emisiones pueden dirigir a dos tipos de radiactividad, las cuales se clasifican en:
- La Radiación α, cuya función aligera los núcleos atómicos en 4 unidades básicas, y también cambia el número atómico en dos unidades.
- La Radiación β, generalmente no cambia la masa del núcleo, debido que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, de esta manera cambia el número atómico en una sola unidad, la cual se clasifica como (positiva o negativa, esto según la partícula emitida, la cual puede ser un electrón o un positrón).
También existe un tercer tipo de radiación donde simplemente se emiten fotones de alta frecuencia, esta se denomina radiación γ. Generalmente en este tipo de radiación, se establece que el núcleo pasa de un estado elevado que contiene una mayor energía a otro que muestra una menor energía, el cual puede seguir siendo inestable y ocasionar la emisión de más radiación, catalogadas de tipo α, β o γ. La radiación γ, por lo general es un tipo de radiación electromagnética muy penetrante debido a que los fotones no presentan carga eléctrica. (ver artículo: El sol y su estructura).
Radiación térmica
La radiación térmica, se presenta cuando un cuerpo está más caliente que su entorno, de esta manera pierde calor hasta que su temperatura se equilibra con la de dicho entorno. Este tipo de proceso que produce una pérdida de calor se puede originar por medio de tres tipos de procesos, los cuales son:
- Conducción
- Convección
- Radiación térmica
Por lo general la emisión de radiación puede llegar a convertirse en el proceso dominante, esto sucede cuando los cuerpos están relativamente aislados del entorno o simplemente cuando presentan unas temperaturas muy elevadas. De esta manera un cuerpo muy caliente emitirá, como parte de su proceso natural, una gran cantidad de ondas electromagnéticas.
En este caso, la cantidad de energía radiante emitida o el simple calor radiado es originado, por la catalogada, (Ley de Stefan-Boltzmann). Con relación a lo expresado por medio de esta ley, el calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta, la cual es elevada a la cuarta potencia.
En este sentido podemos determinar que:
-
- P está clasificada como la potencia radiada
- α está determinada como un coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo; α = 1 para un cuerpo negro perfecto.
- S es toda el área de la superficie que radia.
- σ está considerada como la constante de Stefan-Boltzmann, que tiene un valor de 5,67 × 10−8 W/m²K4
- T es toda la temperatura absoluta.
Tipos de radiación
Por lo general, existen diversos tipos de radiación, las cuales se clasifican de la siguiente manera:
- Radiación electromagnética
- Radiación ionizante
- Radiación térmica
- Radiación corpuscular
- Radiación solar
- Radiación nuclear
- Radiación de cuerpo negro
- Radiación no ionizante
- Radiación cósmica
Radiación Cósmica
De forma general, los rayos cósmicos, también son denominados como radiación cósmica, estos son una serie de partículas subatómicas, las cuales provienen del espacio exterior, y cuya energía, se origina a través de su gran velocidad, esta resulta muy elevada y es cercana a la velocidad de la luz. Este tipo de radiación se descubrió cuando se logro comprobar que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se debe a ionización ocasionada por una serie de radiaciones de alta energía.
En el año de 1911, el conocido Victor Franz Hess, famoso físico austríaco, logro demostrar mediante una serie de procesos que la ionización atmosférica suele aumentar proporcionalmente a la altitud. Dicha investigación determinó que la radiación debía proceder del espacio exterior.
El descubrimiento, basado en la intensidad de radiación y su enfoque de que depende de la altitud indica que cada una de las partículas integrantes de la radiación están eléctricamente cargadas y de esta forma las desvía el campo magnético terrestre.
Existen algunas controversias en cuanto a esta teoría, en el caso de Ernest Rutherford y cada uno de sus colaboradores, contraria las experiencias de Hess, debido que consideran que la ionización observada por el espectroscopio era producto de la radiactividad terrestre, ya que, algunas medidas realizadas en el año de 1910 en la base y la cúspide de la Torre Eiffel, así lo detectaban, este enfoque ocasiono una serie de cuestionamientos de la misma, donde cada uno de los expertos determinó un enfoque distinto al diferir lo planteado por Hess.
Dentro de las diversas opiniones se encuentra lo establecido por Robert Andrews Millikan, quién determino como exacta la expresión rayos cósmicos, esto luego de realizar sus propias mediciones, las cuales concluyeron en que, efectivamente, eran provenientes de un origen muy lejano, incluso exterior al Sistema Solar.
Historia
Luego del descubrimiento de la radiactividad, realizado por parte de Henri Becquerel en el año de 1896, se aceptaba que la electricidad atmosférica, catalogada como ionización del aire, era originada de manera exclusiva por parte de la radiación, la cual se generaba a su vez por los diversos elementos radiactivos, localizados en el suelo y también por los gases radiactivos o incluso los isótopos de radón que estos producen.
Después de la medición, realizada durante la década de los años de 1900 a los años 1910, como resultado de la tasa de ionización, se determinó que el (ritmo de ionización del aire) en relación a la altitud demostró un considerable descenso, estos podría explicarse por medio de la absorción de la radiación ionizante por el aire interpuesto.
Origen
Los orígenes basados en la radiación cósmica, o los conocidos rayos cósmicos, no se conocen con exactitud, con el paso del tiempo se a logrado determinar que, estos se establecen en los períodos en que se emiten grandes erupciones solares, como caso de el Sol, el cual emite rayos cósmicos de baja energía, pero estos fenómenos estelares no resultan frecuentes.
Por tal motivo, resulta complejo, generar una explicación exacta de su origen, debido a los factores en los que se basa dicha radiación. Tampoco es posible determinar con exactitud el proceso por el cual se determinan las erupciones de otras estrellas semejantes al Sol.
Como resultado de las grandes explosiones de supernovas, se establecen que dichas fases son responsables de la aceleración inicial de una gran cantidad de los rayos cósmicos, debido a que los restos de dichas explosiones son catalogados como potentes fuentes de radio, las cuales implican la presencia de electrones de alta energía.
Este tema a sido causa de diversas investigaciones, las cuales han tenido su origen desde hace mucho tiempo, cada uno de los expertos a logrado conocer más a fondo los detalles que giran en torno a la radiación cósmica y cómo esta influye en el planeta y en su entorno natural.
Por tal motivo en el año 2007, un grupo de científicos argentinos, por medio del Observatorio Pierre Auger realizaron un asombroso descubrimiento, el cual resultó ser una excelente innovación al ser inaugurada una nueva rama de la astronomía.
Este grupo de expertos tras sus investigaciones, encontró evidencias de que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos resultan provenientes de una constelación cercana: clasificada como Centaurus. Dicha constelación se caracteriza por contener una galaxia de núcleo activo, cuyo núcleo se debe a existencia de un agujero negro, el cual está clasificado como (posiblemente supermasivo), este ocasionado al caer la materia a la ergosfera del Agujero negro y rotar de forma veloz.
Dichos procesos suele ser el resultado de enormes velocidades, catalogadas como centrífugamente, donde generalmente se fuga parte de esa materia, la cual está constituida por protones y neutrones. Al alcanzar la Tierra (u otros planetas con atmósferas que resultan suficientemente densas), estas sólo llegan los protones.
Los cuales, suele pasar algunas fases al chocar contra las capas superiores atmosféricas, y de esta manera caen en cascadas de rayos cósmicos. En este caso el descubrimiento observado en Centaurus, está catalogado como posiblemente extrapolable a todas las galaxias de núcleos activados por agujeros negros.
También se considera que, estos sucesos pueden ser la consecuencia de las ondas de choque, debido a que son procedentes de las supernovas y estas generalmente se propagan hasta el espacio interestelar, por medio de las cuales se genera la aceleración adicional. Aunque no existen pruebas directas de que las supernovas contribuyan de manera significativa a los rayos cósmicos, creando así solo una hipótesis de este proceso.
Sin embargo, algunos expertos suelen considerar que las estrellas binarias de rayos X pueden ser de alguna manera unas fuentes de rayos cósmicos. En este caso dicho sistemas, generan que una estrella normal cede masa a su complementaria, a una estrella de neutrones o incluso a un agujero negro.
Por tal motivo, los diferentes estudios radioastronómicos, creados por medio de otras galaxias muestran que éstas también pueden presentar electrones de alta energía. En este sentido los diferentes centros de algunas galaxias tienen la capacidad de emitir algunas ondas de radio, las cuales presentan una mayor intensidad que la Vía Láctea. Esto indica que contienen fuentes de partículas de alta energía, como parte de su proceso natural.
Los rayos cósmicos en la atmósfera
Generalmente los rayos cósmicos, se caracterizan por alcanzar la atmósfera en su capa superior, estos rayos son principalmente clasificados como el (98%) de los protones y de las variadas partículas alfa de alta energía. El resto de estos elementos se encuentran catalogados como un grupo de electrones y partículas pesadas ionizadas. A las cuales se les denomina como partículas primarias.
Cada una de estas partículas están cargadas y por tal motivo como parte de su proceso natural, interaccionan con la atmósfera y también con el campo magnético terrestre, transformándose en una serie de partículas secundarias, las cuales (son el resultado de la interacción de las partículas primarias con la atmósfera) y generalmente se distribuyen de manera específica abarcando la mayor intensidad de las partículas, las cuales alcanzan el suelo básicamente en los polos (a través del campo magnético).
Por tal motivo, la componente de partículas que logran alcanzar el suelo mediante cada uno de sus procesos varía según la altitud, creando así la siguiente determinación, (a mayor altura menos atmósfera con la que interaccionar), esto como base fundamental de su desarrollo, en este sentido, se establece la clasificación de latitud, la cual se define de la siguiente manera (a mayor latitud mayor cantidad de partículas desviadas por el campo magnético), las cuales sufren cierta variación con el ciclo solar, el cual se presenta en una serie (de 11 años).
También existen procesos importantes como es el caso de la determinación a nivel del mar, la cual abarca una latitud de unos 45ºN, en este sentido las componentes principales son catalogadas como muones, cuyo porcentaje refleja el (72%), en el caso de los fotones, muestra un nivel del (15%) y los neutrones, presentan una cantidad determinada de (9%).
En general las dosis recibidas a través de los rayos cósmicos se encuentran determinadas entre 300 μSv y alrededor de unos 2000 μSv al año. Dicha cifra es promediada por la población, y los datos de ocupación, también corresponde a otros factores, los cuales reflejan un valor promedio de 380 μSv/año, como parte de su proceso.
La protección de la magnetosfera
La protección de la magnetosfera, está determinada como un factor importante, ya que al igual que las partículas cargadas eléctricamente, los iones que se encargan de constituir la radiación cósmica son orientados o en algunos casos resultan desviados por los campos magnéticos como puede suceder con la aguja de una brújula. En este sentido, la Tierra puede considerarse como un gran imán el cual se encuentra rodeado de un campo magnético cuyas líneas de fuerza tienen la capacidad de “entran” por el Polo Norte y de esta manera cumplen una función determinada “para salir” al Polo Sur: es lo que se denomina como la magnetosfera.
Debido a esto si las partículas cósmicas, tienen una energía superior a un determinado límite máximo, son catalogadas como energía de corte magnética, las cuales cruzan la magnetosfera y llegan a las altas capas de la atmósfera, como resultado de cada una de sus fases.
Aunque si su energía resulta que no es suficiente, suele entonces pasar por un proceso más típico en su desarrollo, debido a que esta puede seguir las líneas de fuerza del campo magnético, con más “facilidad” ya que tienen menos energía, y de esta manera alcanzan así los polos. Este proceso trae como consecuencia que las zonas localizadas cerca de los polos sufran una irradiación la cual se caracteriza por ser superior a la del Ecuador, siendo protegido por el campo magnético terrestre.
Efectos de la Radiación Cósmica
La radiación cósmica o también conocida como los rayos cósmicos, pueden ocasionar diferentes efectos en los seres humanos, y en los dispositivos electrónicos, según una serie de investigaciones realizadas por expertos en este tema.
Tomando en cuenta que cada segundo millones de rayos cósmicos logran alcanzan nuestro planeta por medio de una serie de procesos naturales, hasta cruzar la atmósfera y generar una lluvia de partículas que pasan a través de nuestros cuerpos.
Estas fases pueden llegar a ser muy peligrosas, incluso letales, debido a que los rayos cósmicos son partículas y la radiación generalmente alcanzan a la Tierra desde el espacio exterior. Estas Llegan con tanta energía a nuestro planeta que pueden ocasionar daños significativos tanto en las personas, como en el entorno. Aunque en la actualidad siguen los diferentes estudios e investigación en relación a este tema, por parte de científicos encargados de esta materia.
Causas que originan los radiación cósmica o rayos cósmicos
Por lo general, existen diversas causas que originan las radiación, dentro de las principales razones se encuentra el aumento de los rayos cósmicos, estos han sido originados en los últimos años, como resultado de la baja actividad solar.
También existen otros factores que influyen en la aparición de los rayos cósmicos en la tierra, cada uno de estos procesos involucra las fases realizadas por el sol y la participación de otros agentes cercanos, que al combinarse generan la aparición de los mismos, los cuales pueden ocasionar efectos en las personas y en el entorno.
En tal caso, el ciclo solar se está moviendo de manera específica hacia el Mínimo Solar, el cual ocasiona una baja actividad, la cual “permite que los rayos cósmicos vuelvan”, y aumenten.
“Otra de las razones del aumento de los rayos cósmicos posiblemente es el debilitamiento presentado por del campo magnético de la Tierra, en tal sentido, cada una de estas fases naturales funcionan en conjunto ocasionando la radiación del espacio profundo”.
Principales formas de radiación y sus efectos
Existen diferentes tipos de radiación, cada uno de ellos cuentan con características muy especificas, en este sentido, encontramos las siguientes determinaciones:
La radiación solar
La radiación solar, esta catalogada como el conjunto de radiaciones electromagnéticas, las cuales son emitidas por el Sol, como parte de un proceso determinado.
Efectos sobre la salud
La exposición exagerada a la radiación solar puede ocasionar daños significativos para la salud, colocando así sus efectos completamente perjudiciales. Este hecho suele ser mas complejo, debido a que muchas personas tienden de manera frecuente a permanecer más tiempo expuesto a las radiaciones solares, lo que aumenta el riesgo de que se desarrolle el cáncer de piel.
Por lo general la Radiación Ultravioleta es emitida por el Sol, a través de una serie de fases, las cuales se desarrollan en longitudes de onda que abarcar desde los 150 nm (1500 Å), hasta comprender los 400 nm (4000 Å), en las formas clasificadas como:
- UV-A
- UV-B
- UV-C
Aunque generalmente la causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre, contiene un nivel basado en el 99 % de los rayos ultravioletas, considerando, a los que llegan a la superficie de la Tierra, como, UV-A.
Radiación nuclear
La radiación nuclear, está catalogada como la emisión de partículas desde un núcleo inestable, esta se denomina en un sentido amplio como desintegración radiactiva. Y sólo puede ocurrir cuando existe un excedente de energía en el radio de la órbita.
Efectos biológicos de las radiaciones
Las radiaciones, pueden generar diversos efectos tanto en las personas como en el entorno, dichos efectos resultan dañinos estos son originados por diferentes radiaciones ionizantes, influyendo así en un organismo vivo, debido a que la energía es absorbida por las células y los tejidos que la forman. Dicha energía se absorbe por ionización y una elevación atómica, la cual trae como consecuencia la descomposición química de las moléculas presentes.
Radiación no ionizante
La Radiación no ionizante, está catalogada como aquella onda o partícula, que generalmente no es capaz de arrancar electrones de la materia que ilumina produciendo, simplemente, una serie de excitaciones electrónicas, como parte de su función.
Estas fases naturales se encuentran relacionadas con la radiación electromagnética, ya que presenta la capacidad de arrancar electrones, en este sentido suelen (ionizar átomos o las moléculas) , las cuales se producirán de manera lineal, como resultado de la frecuencia de la radiación, que generalmente esta determina la energía por fotón, y en el caso de la catalogada como no lineal también se basa por la “fluencia”, esta se establece como (energía por unidad de superficie), enfocada así en dicha radiación; en este sentido se habla de ionización no lineal.
Riesgos y protección
Por lo general la exposición al flujo de neutrones, los cuales son provenientes de fuentes selladas de elementos radiactivos, y se encuentran de forma conjunta con emisores de neutrones como es el caso de cadmio y berilio, suelen requerir de medidas radiológicas de extrema importancia.
Cascadas de rayos cósmicos
Las cascadas de rayos cósmicos, son catalogadas como una serie de lluvias o simplemente son cascadas de partículas subatómicas, las cuales se originan por la acción de rayos cósmicos primarios, este tipo de energía puede resultar superior a los 1020 eV, clasificados como (electronvoltios): en un nivel que es cien millones de veces superior a la que se imparte a una partícula subatómica en los más potentes aceleradores de partículas existentes.
Generalmente cuando un rayo cósmico que contiene una alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con los átomos de ésta, y es así como choca contra los gases y libera los electrones, como parte de su proceso básico.
Dicho proceso se encarga de generar ciertos estímulos en los átomos y genera de manera específica las nuevas partículas. las cuales colisionan contra otras y ocasionan una serie de reacciones nucleares, de esta forma se crean nuevas partículas que repiten el proceso en cascada.
