Los rayos cósmicos son radiación de alta energía procedente principalmente del exterior del Sistema Solar, que viajan a velocidades muy cercanas a la de la luz. Están compuestos principalmente por protones y núcleos atómicos y, por raro que pueda parecer, no está muy claro cuál es su origen.
Pero antes de profundizar en ellos, hagamos un poco de historia, porque su descubrimiento resulta bastante interesante. 


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En 1909, Theodor Wulf, un jesuita y físico alemán realizó un experimento del que quizá hayas oído hablar en alguna ocasión.


desarrolló un electrómetro (parecido al de la imagen) para medir la producción de iones en un contenedor sellado. La ionización es, simplemente, el proceso por el que un átomo (o molécula) adquiere carga positiva o negativa al perder o ganar electrones, Por ejemplo, un ión cargado negativamente se produce cuando un electrón es atrapado por un átomo. La ionización se produce por diferentes mecanismos, como colisiones con átomos, moléculas, interacción con la luz. En fin, Wulf hizo un experimento en la Torre Eiffel:

Demostró que la radiación en la base de la torre es menor que en la parte más alta. Concluyó que debía haber alguna fuente de radiación externa a la Tierra, pero su estudio no recibió gran aceptación entre la comunidad científica de la época. No fue el único que experimentó.
En 1911, Domenico Pacini (un físico italiano, si es que no quedaba claro por su nombre), observó que el ritmo de ionización era diferente sobre un lago, sobre el mar y a tres metros de profundidad bajo la superficie. Llegó a una conclusión parecida, debía haber otras fuentes de ionización, más allá de la radioactividad de la Tierra. Pero fue al año siguiente, en 1912, cuando llegó un experimento más conocido...
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Victor Franz Hess, un físico austroamericano, elevó tres electrómetros a una altura de 5.300 metros. Así, descubrió que el ritmo de ionización era cuatro veces superior a esa altura que en la superficie. Además, Hess descartó la posibilidad de que la fuente de esa radiación fuese el Sol, al hacer que ascendiese un globo durante un eclipse solar casi total.
A pesar de que la Luna bloqueaba la mayor parte de la radiación visible del Sol, midió un aumento de radiación a medida que aumentaba la altura. Esta es una imagen de Hess:

tras un vuelo en globo en 1912 La conclusión de Hess fue que una radiación, con gran capacidad de penetración, entraba a la atmósfera desde el espacio exterior. Al año siguiente, Werner Kolhörster, un físico alemán, confirmó los resultados de Victor Hess al medir el ritmo de ionización a una altura de 9 kilómetros. Esta imagen es una comparación de las mediciones de ambos (Hess, izq; Kolhörster, dcha)

Kolhörster realizó su experimento en 1913 y 1914. Este descubrimiento le valió a Victor Hess, en 1936, un Premio Nobel de Física.
Los rayos cósmicos no están compuestos por fotones. De hecho, pueden ser más energéticos, porque están formados por partículas masivas. A diferencia de los fotones, las partículas masivas tienen masa, así que nunca pueden llegar a alcanzar la velocidad de la luz pero sí acercarse mucho a ella. Así que pueden conseguir energía adicional al moverse a velocidades muy altas.
Los fotones, sin embargo, tienen su energía delimitada únicamente por su frecuencia (todos los fotones viajan a la velocidad de la luz). El rayo cósmico más potente medido hasta la fecha se llama "Oh-My-God". Tenía una energía de 3x10^20 eV. Eso de eV son "electronvoltios". El electronvoltio representa la cantidad de energía ganada (o perdida) por un electrón al atravesar una diferencia de potencial eléctrica de un voltio.

Dicho así seguramente suene a chino, pero esto quizá te ayude... un electrón que atraviese una pila (que suelen ser de 1,5 voltios) habrá ganado 1,5 eV. Así que tenemos ese rayo cósmico, "Oh-My-God" con 3x10^20eV... mientras que los rayos gamma más potentes son fotones que alcanzan una energía de hasta 10^14 eV. O sea, unos 3 millones de veces más débiles. No es algo despreciable. Es mucha energía.
 
Los rayos cósmicos se componen principalmente de un 90% de protones (núcleos de hidrógeno), 9% de núcleos de helio y un 1% restante de núcleos de elementos más pesados. Cuando los rayos cósmicos llegan a nuestro planeta, chocan con los núcleos de los átomos en las capas altas de la atmósfera, y crean más partículas. Las llamamos piones, son partículas inestables que duran nanosegundos, una pequeña fracción de segundo. Estos piones decaen y emiten otras partículas, como los muones, que llegan a la superficie de nuestro planeta. La cascada de partículas de una partícula de un rayo cósmico que choca con una partícula de la atmósfera es algo así:

En lo más alto de la atmósfera (top of the atmosphere) tenemos un protón (p) que choca con una molécula de la atmósfera. Al hacerlo, se liberan piones, que se expresan con el símbolo π, y pueden ser neutrales (0), positivos (+) o negativos. Estos, a su vez emiten otras partículas.
Hay por ahí un neutrón (n), muones (μ-) y antimuones (μ+, su antipartícula), electrones (e-) y positrones (e+) La cantidad de muones que llegan a la superficie es bastante alta. De hecho, cada segundo pasa un muon por el volumen equivalente a una cabeza humana. Cada minuto, a ojo de buen cubero, unos 10.000 muones atraviesan tu cuerpo (inserte un "ultrawaaaaao" aquí)  No todos los rayos cósmicos son tan potentes como el "Oh-My-God". Pueden tener energía mucho menor, de "solo" 1 GeV (gigaelectronvoltio) hasta los los 10^8 TeV (teraelectronvoltios, 10^8 TeV son 10^20eV, es la energía de "Oh-My-God).
Para ponerlo en perspectiva el Gran Colisionador de Hadrones, opera con una energía de 13 TeV. Millones de veces menos que lo que pueden generar los rayos cósmicos más potentes. Pero esa misma cantidad de energía también delimita la frecuencia de los rayos cósmicos.
 
Por ejemplo, hay unos 10.000 rayos cósmicos de 1 GeV por metro cuadrado por segundo, mientras que hay menos de 1 rayo cósmico de 10^8 TeV por kilómetro cuadrado por siglo. Una de las grandes preguntas sin embargo es... ¿cómo alcanzan estas energías? Los más "débiles" vienen del Sol. Llegan a través del viento solar, esa corriente de partículas cargadas que emite nuestra estrella constantemente.
Pero lo que no está tan claro es cuál es la procedencia de los más potentes, ni qué los ha acelerado hasta alcanzar velocidades tan grandes. Además, es difícil determinar el origen de esos rayos. En la superficie, la cascada de partículas hace que parezca que vienen de todas las direcciones. Aun así, los científicos creen que su origen podría estar en restos de supernovas, como la Nebulosa del Cangrejo.

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Bien podrían proceder de los núcleos activos de galaxias, o ser el producto de colisiones de galaxias.
Seguramente, la primera pregunta que te viene a la cabeza es "¿Son peligrosos?" Y la respuesta es: depende de dónde estemos. Aquí, en la Tierra, la magnetosfera nos protege de los rayos más potentes, y los de baja energía son casi inocuos. De hecho, incluso se cree que podrían tener un efecto beneficioso, a largo plazo, al poder ser, en parte, responsables de la evolución de las especies.

Pero para los componentes electrónicos no son tan inocuos. Pueden provocar que los estados de los componentes de un circuito integrado se vean alterados, provocando errores temporales. Como corrupción de datos en un dispositivo de memoria, o un error en un procesador.
Hablo de memoria pero, si no recuerdo mal, se estimó que un ordenador de sobremesa puede experimentar un error por mes por cada 256MB de RAM.
A grandes altitudes, los rayos cósmicos sí son un problema para los satélites. Pueden provocar errores en su software, e incluso se cree que pudieron ser una de las causas para que un Airbus 330 (el vuelo 72 de Qantas) en 2008, sufriese dos bajadas de altura repentinas tras un fallo en el sistema de control de la aeronave para el que no había una explicación aparente. El incidente dejó heridos de gravedad y la investigación posterior llevó a los investigadores a determinar que el sistema había recibido un pico de datos que no tenía explicación.
Así que, tras aquello, el software de los A330 y A340 fue actualizado para que, si volviese a ocurrir algo así, los sistemas electrónicos lo ignoren automáticamente. Todo esto en el entorno de la Tierra. Pero... ¿qué pasa más allá de nuestro planeta? Allí es más serio...

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En la Estación Espacial Internacional, los astronautas están bastante protegidos, están dentro de la magnetosfera, pero se ven expuestos a una cantidad superior de rayos cósmicos que un ser humano en la superficie del planeta. Si salimos de la magnetosfera, va a peor.
Algunos tripulantes del programa Apolo informaron a la NASA de que, aproximadamente cada tres minutos, veían destellos de luz incluso con los ojos cerrados. Probablemente, el efecto de esos rayos cósmicos. Todos esos astronautas tienen en común que estuvieron poco tiempo lejos de la protección de la magnetosfera de nuestro planeta. Pero nuestra especie está cada vez más cerca de dar el salto al espacio. Es necesario, para vivir en la Luna, desarrollar algún sistema de protección contra los rayos cósmicos.

Una solución, por ejemplo, podría ser enterrar los hábitats en la Luna bajo su superficie (que actuaría como escudo). El viaje a Marte con tripulación humana, es una tarea compleja porque hay que protegerles de los rayos cósmicos. Gracias a las misiones que hemos mandado al planeta rojo, sabemos que el viaje a Marte puede exponer a un ser humano a unos 0,66 sieverts.
Es lo que midió un instrumento del róver Curiosity en su viaje de 253 días desde la Tierra a Marte. 0,66 sievert es como someterte a un TAC cada 5 o 6 días. Exponerse a una radiación de 1 sievert, se cree, aumenta un 5,5% la posibilidad de desarrollar un cáncer fatídico. Y la radiación diaria recibida, de media, por una persona en la Tierra, es de solo 10 microsieverts (0,00001 sieverts). Así que este terreno, el de la protección frente a los rayos cósmicos, es uno de los grandes desafíos que tenemos en las próximas décadas si queremos mandar seres humanos a Marte.
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En la Tierra no suponen ningún peligro, pero tanto la Luna como Marte carecen de un campo magnético como el de nuestro planeta. Si queremos que esa misión llegue a buen puerto (cuando se lleve a cabo, si es que finalmente es en 2030), habrá que avanzar en los sistemas de protección para evitar que los astronautas se vean expuestos a toda esa radiación. Seguramente, en los próximos años oiremos hablar más de esto, porque es un campo de investigación. Pero en lo que concierne a la Tierra, ¡no suponen un peligro! 


Este artículo es la copia de un hilo de twitter redactado por Alex Rivero 
Puedes leer el original aquí: https://twitter.com/alex_riveiro/status/926216817609265152