Au sens large, le rayonnement cosmique désigne toute onde ou tout rayonnement corpusculaire provenant de l’extérieur de la Terre. Cependant, dans les applications scientifiques, il est le plus souvent compris par un terme plus étroit : les rayons cosmiques. Ce concept est inclus dans le terme plus large, plus le rayonnement de fond relique dans la bande radio et quelques autres rayons. Dans le segment anglophone, les termes «cosmic rays» et «cosmic radiation» sont identiques, c’est pourquoi nous utiliserons également cette approche.
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Histoire de la découverte des rayons cosmiques
Au début du vingtième siècle, de nombreux physiciens ont étudié l’ionisation spontanée des gaz par le rayonnement. D’où venait le courant dans les chambres à gaz aux parois de plomb d’un demi-mètre d’épaisseur ? Un tel mécanisme a été tenté pour expliquer l’influence de la désintégration radioactive dans les entrailles de la Terre et, pendant un certain temps, l’hypothèse a fonctionné.
Physicien autrichien-américain VICTOR FRANZ HESS, lauréat du prix Nobel de physique (1936) pour la découverte des rayons cosmiques.
Cependant, en 1912, le chercheur Hess a mené une expérience avec des chambres de levage dans des ballons. Il a constaté que l’ionisation spontanée du gaz augmentait avec l’altitude. En d’autres termes, plus on s’éloigne de la Terre, plus le rayonnement est important. Par la suite, l’existence d’une forme de rayonnement en provenance de l’espace ne faisait plus guère de doute.
C’est le physicien américain Milliken qui les a baptisés «rayons cosmiques». Il a également déterminé l’intensité et l’énergie approximatives de ce rayonnement, en les comparant au rayonnement gamma des noyaux atomiques. En 1932, Anderson a découvert dans les rayons cosmiques des positrons, en 1955 des muons et des mésons. En 1958, Van Allen a découvert ce que l’on appelle les ceintures de radiation autour de la Terre, créées par les particules de haute énergie du rayonnement galactique.
Nature et types de rayonnements cosmiques
Tous les rayons cosmiques sont divisés en deux catégories : les rayons primaires, qui proviennent directement de l’espace, et les rayons secondaires, qui se forment dans la magnétosphère terrestre. Parmi les sous-espèces primaires, commençons par les rayons cosmiques galactiques (GCR).
Rafale de rayons gamma dessinée par un artiste
Les GCR nous parviennent de l’extérieur du système solaire, de différents points de la Voie lactée, d’où leur nom. Ils se composent de noyaux de lithium, de béryllium et de bore, accélérés à des énergies comprises entre 10 et 20 mégaélectronvolts, ainsi que d’électrons et de positrons de haute énergie. Il existe de nombreuses hypothèses quant à l’origine des GCR, mais les plus réalistes sont les supernovae ou les effondrements — les magnétars, les pulsars. Avec leurs puissants champs magnétiques, ils peuvent accélérer les particules jusqu’à des vitesses et des énergies gigantesques.
Il est évident que la prochaine source active de rayonnement cosmique devrait être notre luminaire, le Soleil. Ce type de rayonnement est appelé «rayons cosmiques solaires» (RCS). Ils peuvent contenir des électrons, des protons et des noyaux de nombreux éléments chimiques, principalement de l’hélium. Ces particules naissent lors des éruptions de notre luminaire.
Le rayonnement ultraviolet dans le spectre solaire
Il existe également un type extrême de CL, les sursauts gamma. Ils ont été détectés pour la première fois en 1967 par un satellite militaire américain conçu pour suivre les explosions nucléaires. Ces rayons gamma nous parviennent d’objets situés à des milliards d’années-lumière, en quelque sorte de l’autre côté de l’univers. De plus, ils sont tellement énergétiques que si une telle explosion se produisait dans notre galaxie, toute vie sur Terre disparaîtrait (il existe une hypothèse selon laquelle l’extinction des trilobites à l’Ordovicien a été causée par une explosion de rayons gamma). Heureusement, de tels événements sont rares et limités — on pense qu’ils se produisent dans la Voie lactée une fois tous les millions d’années.
Qu’est-ce qui génère des émissions d’énergie aussi gigantesques ? Il n’y a pas de réponse unique, mais elles sont très probablement associées soit à la fusion d’objets relativistes compacts (étoiles à neutrons, trous noirs), soit à l’effondrement de supernovae d’un type particulier (à rotation rapide). En une fraction de seconde, un tel objet émet un jet (jet) de rayons gamma d’une énergie équivalente à celle que le Soleil émet pendant des millions d’années. Cet étroit «rayon de la mort» traverse ensuite l’univers.
Le type suivant de rayonnement cosmique peut également être attribué à des phénomènes rares et extrêmes. Il s’agit de particules d’ultra-haute énergie (rayons Oh-My-God). Il s’agit d’énergies 20 millions de fois supérieures à celles obtenues dans les accélérateurs de particules. Elles ont été enregistrées pour la première fois en 1991 et depuis, elles n’ont été enregistrées que jusqu’à 100 fois (c’est-à-dire qu’elles sont très rares). Leur source n’a pas encore été identifiée et fait l’objet de controverses au sein de la communauté scientifique.
Tous ces types font partie des types primaires, considérons maintenant les rayons cosmiques secondaires. Il s’agit de particules (principalement des protons et des électrons) qui sont capturées par le champ magnétique terrestre et qui circulent à certaines altitudes. Il existe deux ceintures de radiation de Van Allen : la plus basse, à 4000 km d’altitude, et la plus haute, à 17000 km.
Impact sur l’homme et la société
Le rayonnement spatial n’a pas d’influence perceptible près de la surface de la Terre et n’a pas d’effets négatifs sur la santé humaine. En effet, l’atmosphère et la magnétosphère de la planète neutralisent tous les types de rayons corpusculaires. Bien entendu, il ne s’agit pas ici de sursauts gamma, mais uniquement de particules galactiques et solaires.
Selon les calculs, les sursauts gamma peuvent avoir des conséquences catastrophiques pour la vie. Ainsi, si l’éjection des jets d’une supernova du bon type se produit à une distance de 300 années-lumière de nous, le sursaut brûlera littéralement la planète entière. L’énergie de l’impact sera égale à l’explosion d’une bombe thermonucléaire sur chaque kilomètre carré ! Mais il faut se rappeler que, premièrement, ces événements sont très rares et que, deuxièmement, ils doivent viser la Terre, ce qui, dans le vaste cosmos, est une probabilité négligeable.
D’autre part, les rayons cosmiques deviennent très importants pour l’astronautique, en particulier pour les futurs vols interplanétaires. En effet, ils peuvent causer des dommages importants aux astronautes sans la protection de la magnétosphère terrestre. Les particules à haute énergie peuvent endommager l’ADN des cellules humaines et provoquer des maladies mortelles.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023