Definição

Raios Cósmicos são radiações naturais cujo poder de penetração é muito superior ao de qualquer outra radiação conhecida. Seu estudo é de grande interesse por duas razões:

• Como os Raios Cósmicos são fundamentalmente constituídos por partículas e quanta, dotados de energia muito elevadas, provocam processos que não se conheceriam de outro modo e que conduzem à descoberta de outras partículas.

• Os Raios Cósmicos proporcionam informações sobre processos ocorridos no Cosmos e que são somente acessíveis à especulação.

Resumo histórico do descobrimento dos Raios Cósmicos

Os raios X foram descobertos em 1895 por Wilhelm Konrad Roentgen cujo estudo fora de grande importância devido seu elevado poder de penetração. Destarte conduziu em poucos meses o francês Henri Becquerel a descobrir a radioatividade proveniente do urânio, e logo em seguida em 1897, Rutherford mostrou que essa radiação era constituída de raios alfa "moles" e beta "duros".

Marie Curie e Pierre Curie em 1898 fizeram detalhados estudos sobre o urânio e o rádio e seus respectivos poderes de penetração.

Mas foi em 1902 que Rutherford e Soddy separaram os raios em três grupos: a ,b e g - a e b formados por partículas eletricamente carregadas - g sendo raios semelhantes à luz, eletricamente neutros.

Foi verificado também que os raios b (elétrons) eram cem vezes mais penetrantes que os raios alfa (núcleos de He), e que os raios gama eram cem vezes mais penetrantes que os raios beta. Os raios gama chegavam a atravessar espessuras de até 5cm de chumbo.

Até 1910 não havia nenhum indício de que existisse raios que possuíssem maior poder de penetração do que os raios gama do rádio.

Um fenômeno bastante curioso na época era de que um eletroscópio carregado, mesmo que bem isolado com espessas placas de chumbo, se descarregava gradualmente. A primeira interpretação para explicar esse fenômeno foi atribuído a raios que eram emanados da crosta terrestre.

Foi em 1910 que o suíço Gockel lançou um eletroscópio em um balão que alcançou 4500m de altitude e notou que o eletroscópio se descarregava mais rapidamente do que no solo terrestre. Fato "novo e importante", que levou-o a concluir que os raios não se originavam na crosta terrestre, mas que, ou eram originados nas regiões mais remotas da atmosfera ou em regiões mais além da atmosfera.

O ponto mais importantes das experiências de Gockel é que o eletroscópio não se descarregava totalmente mesmo a alturas superiores a 1000m como era de se esperar na época, segundo já se havia demonstrado teoricamente antes de 1910, se tivesse a Terra como fonte dos fenômenos observados. Em vez disso havia um ligeiro aumento da carga residual com a altura, derrubando assim a hipótese sustentada até o momento, e elegendo como possíveis fontes da radiação as hipóteses (2) e (3) descartadas por Kürz.

Em 1913 e 1914, Kohlhörster realizou experiências iguais a de Gockel e Hess, até 9000m, e ao observar o aumento de 12 a 13 vezes na velocidade da descarga do raios gama em relação ao nível do mar apoiou a hipótese de número (3).

Com o objetivo de saber qual exatamente era a origem dos raios, Millikan e Bowen realizaram em Kelly Field, San Antonio no Texas a primeira ascensão à estratosfera (15500m) com eletroscópio de registro automático, barômetros e termômetros levados em balão de sonda.

Se os raios tinham origens nos limites da atmosfera deveríamos esperar um aumento exponencial da ionização, isto é, uma progressão geométrica da velocidade de descarga do eletroscópio que se deveria cumprir até o limite da atmosfera (os instrumentos chegaram até 0.89 da altura total da atmosfera) - o coeficiente de absorção a 9000m calculada por Kohlhörster foi de aproximadamente 0.55 por metro de água.

Dado que o eletroscópio regressou com uma carga total consideravelmente menor que a calculada para este coeficiente, deduz-se que o coeficiente de absorção aparente alcançou um máximo antes de chegar ao limite da atmosfera.

Em 1922, Ottis, Cameron e Millikan resolveram medir o poder de penetração dos devidos raios, submergindo metro a metro um eletroscópio no lago Muir, situado a 4000m de altitude na Califórnia, provando que os que os raios possuíam poder de penetração de aproximadamente dezoito vezes maior do que os raios gama.

A primeira experiência mostrava que esses raios possuíam um poder de penetração suficientemente elevado e, tendo em vista que tais fontes de energia estavam ausentes da atmosfera solar como foi demonstrado, conclui-se juntamente com a análise da segunda experiência, a qual mostrava que a fonte de tais raios não podia estar distribuída de forma uniforme na atmosfera, que os raios se originavam nas regiões mais remotas da atmosfera terrestre. E assim no fim do ano de 1925 foi utilizada a palavra Raios Cósmicos para definir a procedência desses raios estudados.

• Atravessam grossas placas de chumbo;
• A velocidade de descarga do eletroscópio protegido por várias placas de chumbo resulta numa exponencial sendo que uma parte da radiação é absorvida com facilidade a uns 10cm de chumbo e o resto possui uma "dureza" muito maior. Daí supõe que a radiação cósmica consta de várias radiações distintas.

Relacionando a absorção causada pela atmosfera e examinando o gráfico 01, temos o zero da coluna de água corresponde à parte superior da atmosfera, acima de 50km. A intensidade se mantém constante e igual ao valor que possuirá no espaço interestelar.

A uns 20km a curva apresenta um máximo cuja explicação é a seguinte: supõe-se que a grandes altitudes os Raios Cósmicos estão constituídos por um número relativamente escasso de partículas, cada uma das quais possuem uma elevada energia. Estas partículas primárias criam gradualmente numerosas partículas secundárias de menor energia, o que justifica o incremento que se produz na velocidade de contagem ao diminuir a altitude.

A intensa diminuição da ionização ao nível do mar (10,3m equivalente a uma coluna de água) se deve a dissipação quase total da energia. A ionização residual neste nível, produzida em sua totalidade pelas últimas partículas secundárias representa uma pequena fração do valor máximo.

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