Tia vũ trụ là gì?

Thế giới tự nhiên mở ra trước mắt con người một cảnh tượng vô cùng phong phú. Từ khắp nơi trong không gian, các tia bắn về phía Trái Đất, đem đến cho chúng ta chiếc chìa khóa để khám phá bí mật của vũ trụ.

Trước khi đi vào tầng khí quyển của Trái Đất, những tia này được gọi là tia vũ trụ sơ cấp. Chúng là các dòng hạt cấu tạo từ hạt nhân nguyên tử của nhiều nguyên tố, trong đó chủ yếu là hạt nhân nguyên tử hyđô, chiếm khoảng 87%, tiếp đến là hạt nhân nguyên tử heli, chiếm 12%. Ngoài ra còn có hạt nhân của các nguyên tử oxy, nitơ, sắt, coban, niken, cacbon, lithi, bari, bo, v.v.; thậm chí có người còn phát hiện một lượng rất nhỏ hạt nhân nguyên tử urani.

Năng lượng bình quân của tia vũ trụ sơ cấp lớn hơn rất nhiều so với quang tử photon, và tốc độ của chúng gần tương đương tốc độ ánh sáng. Chúng từ mọi phía bắn đến Trái Đất; trên diện tích 1 cm2 ở vùng rìa khí quyển, mỗi giây có khoảng 1 tia vũ trụ sơ cấp xuyên qua.

Sau khi các hạt tia vũ trụ sơ cấp đi vào tầng khí quyển, chúng va chạm với hạt nhân nguyên tử trong các phân tử không khí, sinh ra các hạt cơ bản như điện tử, điện tử dương (positron), quang tử (photon), meson, v.v. và mất đi rất nhiều năng lượng. Khi đó, chúng trở thành tia vũ trụ thứ cấp.

Ngày nay, nhiều nhà khoa học cho rằng tia vũ trụ sơ cấp được hình thành trong hệ Ngân hà. Những sao nơtron có từ trường mạnh và tốc độ tự quay nhanh, các sao biến quang cũng như các vụ nổ sao siêu mới đều có thể là nguồn sinh ra tia vũ trụ sơ cấp.

Trong quá trình bay lơ lửng rất lâu trong hệ Ngân hà, các hạt tia vũ trụ sơ cấp dưới tác dụng của từ trường giữa các ngôi sao và từ trường của các hằng tinh sẽ được tăng tốc, nhận năng lượng lớn, rồi bay theo những quãng đường gấp khúc, quanh co, tích lũy và phân bố khắp nơi trong hệ Ngân hà.

Nghiên cứu tia vũ trụ không chỉ liên quan mật thiết đến việc tìm hiểu sự biến đổi và phát triển của từ trường giữa các hằng tinh, mà còn rất quan trọng đối với vật lý hạt nhân, bởi tia vũ trụ cũng là các hạt cơ bản có năng lượng cao. Những hạt cơ bản như điện tử dương và meson lần đầu được phát hiện khi nghiên cứu tia vũ trụ thứ cấp. Ngày nay, người ta đã xác định rằng Mặt Trời đôi khi cũng phát ra tia vũ trụ năng lượng thấp. Các nhà khoa học nghiên cứu tác dụng của loại tia này đối với sự sống của các chất hữu cơ để đánh giá ảnh hưởng của nó đến con người trong du hành vũ trụ.

Ngoài ra, vì bức xạ năng lượng cao có thể làm nhân tế bào sinh vật biến đổi hoặc bị phá hoại, gây nên đột biến, nên tia vũ trụ cũng có tác động lớn đến sự tiến hóa của sinh vật trên Trái Đất và cân bằng sinh thái. Thậm chí có người còn đưa ra dự đoán táo bạo và thú vị rằng sự tuyệt chủng của khủng long trên Trái Đất có thể liên quan đến sự gia tăng đột ngột của tia vũ trụ do các vụ nổ sao siêu mới gây ra.

Vì vậy, việc khám phá và nghiên cứu tia vũ trụ có ý nghĩa rất quan trọng đối với thiên văn học, vật lý học cũng như sinh vật học.