Die
kosmische Strahlung (
englisch cosmic rays) ist eine hochenergetische
Teilchenstrahlung aus dem Weltall, die von der Sonne, der Milchstraße und von fernen Galaxien kommt. Sie besteht vorwiegend aus Protonen, daneben aus Elektronen und vollständig
ionisierten Atomen. Auf die äußere
Erdatmosphäre treffen zirka 1000 Teilchen pro Quadratmeter und Sekunde. Durch Wechselwirkung mit den Gasmolekülen entstehen
Teilchenschauer mit einer hohen Anzahl von Sekundärteilchen, von denen aber nur ein geringer Teil die Erdoberfläche erreicht.
Die kosmische Strahlung ist nicht zu verwechseln mit der
kosmischen Hintergrundstrahlung.
Die
sekundäre, durch Wechselwirkungen mit der Atmosphäre veränderte kosmische Strahlung (mit bis zu 1011 Teilchen je Primärteilchen) ist am Erdboden oder durch
Ballonsonden nachweisbar. Die Luftschauer sind horizontal einige km² groß, vertikal aber nur wenige Meter. Sie geben Hinweise auf die Art und Energie der kosmischen Primärteilchen, der Verlauf der Front auf die Einfallsrichtung.
Victor F. Hess postulierte 1912 eine sogenannte
Höhenstrahlung, um die bei einer Ballonfahrt gemessene höhere
elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre und auch die Zunahme der
Gammastrahlung in größerer Höhe zu erklären. Es handelt sich dabei um die sekundäre kosmische Strahlung.
Die Bezeichnung
Strahlung hat sich bis heute gehalten, obwohl die (elektromagnetische) Gammastrahlung nicht zur kosmischen Strahlung gerechnet wird. Zur Unterscheidung von der kosmischen (Teilchen-)Strahlung heißt sie
kosmische Gammastrahlung.
Einteilung und Ursprung


Räumliche Verteilung der Quellen der
kosmischen Gammastrahlung mit Energien größer 100 MeV. Ihre Verteilung gibt gleichwohl Hinweise auf den Ursprung der Teilchenstrahlung. Das helle Band ist die Milchstraße, mit ihrem Zentrum in der Mitte.
Abhängig vom Ursprung unterteilt man die kosmische Strahlung in Solarstrahlung (engl.
Solar cosmic ray,
SCR), galaktische (engl.
galactic cosmic ray,
GCR) und extragalaktische Strahlung:
- Sonnenwind. Seine Kennzeichen sind: Teilchenstromdichten um 107/(cm²·s), niedrige Energien, vorwiegend Protonen und Alphateilchen. Teilchendichte um 5/cm³; Ursache des Polarlichts;
- Sonnenflares, CME. Kennzeichen: Zunahme der Teilchenstromdichte innerhalb weniger Stunden und Tage auf 108/(cm²·s) bis 1010/(cm²·s), hohe Energien um 10 MeV, Teilchendichte bis 50/cm³.
- Manchmal auch Van-Allen-Gürtel, obwohl seine Strahlung die Erde nicht erreicht.
- Anomale kosmische Strahlung (engl. anomalous cosmic rays, ACR) entsteht wahrscheinlich durch Wechselwirkung des Sonnenwinds mit der lokalen interstellaren Materie (LISM) im Bereich des Termination Shock nahe der Heliopause. Kennzeichen: energieärmer als GCR, weniger Wasserstoff- und Kohlenstoffionen als Wasserstoff und Kohlenstoff in der LISM.
- Galaktische kosmische Strahlung (GCR). Kennzeichen: geringe Teilchenflussdichten, sehr hohe Energien (1 GeV und höher), Anteil schwerer Ionen. Mit zunehmender Energie verringert sich die Ablenkung durch Magnetfelder und die Anisotropie der Strahlung nimmt zu.
- Extragalaktische Teilchen mit Höchstenergien von bis zu 1020 eV. Die Flussdichten liegen unterhalb von 10−20 Teilchen pro Sekunde und Quadratmeter.
Die Quellen der galaktischen kosmischen Strahlung ließen sich erst seit den letzten Jahren identifizieren. Kandidaten dafür sind unter anderem Schockfronten von
Supernova-Explosionen,
kosmische Jets von
schwarzen Löchern oder von
Pulsaren. Für Teilchenenergien unter 1018 eV ( = 1 EeV) wird ein Ursprung innerhalb der
Milchstraße angenommen, während für größere Energien andere
Galaxien oder
Quasare wahrscheinlicher sind. Kosmische Magnetfelder lenken die Teilchen ab. Sie scheinen deshalb
isotrop auf die Erde zu strahlen. Da aber viele Quellen neben Teilchen auch
Gammastrahlung aussenden, lässt sich so ihr Ursprung zurückverfolgen.
[1]