Raggi cosmici

In fisica i raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste, nonché i satelliti e gli astronauti in orbita spaziale. La loro natura è molto varia (l’energia cinetica delle particelle dei raggi cosmici è distribuita su quattordici ordini di grandezza), così come varia è la loro origine: il Sole, le altre stelle, fenomeni energetici come novae e supernovae, fino ad oggetti remoti come i quasar.

Descrizione

In media, una particella incide su ogni centimetro quadrato di superficie sulla Terra ogni secondo.

La maggior parte dei raggi cosmici che arrivano sulla Terra sono un prodotto secondario di sciami formati nell’atmosfera dai raggi cosmici primari. Questi producono una cascata di particelle secondarie a partire da una singola particella energetica.

Tali particelle possono essere osservate con speciali apparecchiature. È per evitare queste interferenze che molti laboratori di fisica si trovano nel sottosuolo, come il laboratorio del Gran Sasso.

I raggi cosmici hanno aiutato lo sviluppo della fisica delle particelle. Dallo studio di tale radiazione spaziale, sono emerse particelle come:

• il positrone (la prima particella di antimateria mai scoperta)
• il muone (è una particella elementare con carica elettrica negativa e spin pari a 1/2, caratteristico dei fermioni)
• e le particelle strane, in un’epoca nella quale la tecnologia degli 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 e gli astronauti sono sottoposti agli effetti ionizzanti impartiti dai raggi cosmici ai tessuti biologici.

Raggi cosmici e attività solare

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 propaga nello spazio insieme al suo forte campo magnetico.

Ma tale campo magnetico posto tra il Sole e la Terra deflette i raggi cosmici, i quali hanno la proprietà di ionizzare l’atmosfera, specie là dove questa è più densa, ovvero nella parte più prossima al suolo.

Le molecole d’aria elettrizzate dai raggi cosmici possono andare a costituire centri di nucleazione, insieme al pulviscolo atmosferico, ottenendo di coagulare su di sé il vapore acqueo circostante, favorendo in tal modo la formazione di nubi nella bassa atmosfera^. A sua volta, le nubi basse hanno la proprietà di raffreddare la Terra.

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.

L’attività solare negli ultimi 300 anni

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. 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. Negli ultimi 100 anni soltanto tra il 1911 e il 1914 il sole era stato così eccezionalmente pigro.

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.