is een mengsel van zowel geladen als neutrale deeltjes en electromagnetische golven, dat uit de wereldruimte in de dampkring en het oppervlak van onze aarde doordringt. Sinds 1911 was gebleken, dat de ionisatieintensiteit in de dampkring met stijgende hoogte te langzaam afneemt om als oorzaak van deze ionisatie uitsluitend de radioactiviteit van de aarde te beschouwen.
Het waren in het bijzonder de metingen van Hess (1911-1913), waardoor dit vermoeden zekerheid werd. Zijn ballons voerden registrerende instrumenten mee tot een hoogte van 5350 m. De instrumenten wezen uit, dat bij zo’n opstijging de ionisatie eerst af-, maar daarna weer toeneemt, zodat op 2000 m weer de sterkte van zeeniveau, bij 6000 m zelfs het zesvoudige daarvan wordt gemeten. Zo werd men gedwongen tot de hypothese, dat straling van groot doordringingsvermogen van buiten af in onze atmosfeer binnendringt. Ballons van Kolhörster (1914) registreerden op 9300 m een 40 maal grotere intensiteit dan op zeeniveau. Men noemde de straling daarom ook wel hoogtestraling. Tijdens Wereldoorlog I stond het onderzoek ervan grotendeels stil, maar daarna bereikten ballons van Millikan in 1921 een hoogte van 15 km, van Regener in 1932 zelfs 28 km, waarbij de ionisatie nog steeds toenam. Omgekeerd neemt de ionisatie door de kosmische straling met toenemende diepte in de aarde af. Zo mat Clay in de domaniale mijnen te Kerkrade een intensiteit van 0,003 I (zeeniveau 1 à 2 I, 25 km hoog 330 I). Een intensiteit I betekent, dat er 1 ionenpaar per cm3 normale lucht (0° C., 1 atm.) per sec. gevormd wordt.De kosmische stralen bleken een enorm doordringingsvermogen te bezitten. Terwijl de hardste röntgenstraling reeds door 3 cm lood volledig wordt tegengehouden, gaan de zachte kosmische stralen nog door 10 cm lood, de hardste gemakkelijk door 100 m. Men beschouwde ze daarom aanvankelijk meest als electromagnetische straling van zeer kleine golflengte (10-13 cm, fotonen van 103 eV). Ca 1927 werd echter deze opvatting aan het wankelen gebracht door ontdekking van het zgn. breedte-effect. De Nederlandse hoogleraar Clay mat op bootreizen van Batavia naar Nederland (dus met toenemende geografische breedte) een niet onbelangrijke toename van 10 à 15 pct. Hiervoor gaf hij als verklaring, dat in de kosmische straling geladen deeltjes aanwezig zijn, die door het magnetische veld van de aarde (Lorentz-kracht, z electromagnetisme) worden afgebogen. Ze kunnen daardoor de poolgebieden, waar ze meer in de richting van de krachtlijnen lopen, beter bereiken dan de aequatoriale gebieden, waar alleen de meest energierijke deeltjes daarin slagen. De andere worden deels in de atmosfeer geabsorbeerd, deels in de wereldruimte teruggeworpen.
De invallende straling bestaat voor meer dan de helft uit electronen. Hun richting vertoont voorkeur voor min of meer verticale beweging boven horizontale. Op grote hoogte echter verdwijnt deze anisotropie. De intensiteit van het corpusculaire bestanddeel bedraagt op zeeniveau in Nederland ongeveer 1 deeltje per minuut per horizontale cm2; die van het andere bestanddeel is vele malen groter.
Behalve gewone en positieve electronen en protonen heeft men in de kosmische straling ook een nieuw soort deeltjes ontdekt: de mesonen , die in massa tussen een electron en een proton in liggen. Men neemt aan, dat deze in de atmosfeer gevormd worden en onderscheidt nog verschillende soorten (n, n, a). De massa is ca 200 maal die van een electron, maar waarschijnlijk niet gelijk voor de verschillende soorten. Ze ontstaan misschien alle in de atmosfeer.
Een ander merkwaardig verschijnsel bij de kosmische straling vormen de showers, ook wel zwermen of lawines genoemd. Ze worden waargenomen als een stortbui van electronen, die min of meer van één punt uitgaan. Men verklaart ze door een cascade van achtereenvolgende materialisatie- en dematerialisatie-processen, waarbij dus fotonen en electronenparen beurtelings uit elkaar ontstaan en zich daarbij vermenigvuldigen.
Het ontstaan van de primaire kosmische straling is een nog niet opgelost probleem. De energieën per deeltje zijn zo groot, dat ze zelfs door dematerialisatie of vorming van een zwaar atoom niet opgebracht kunnen worden. Men heeft daarom naar astronomische oorzaken gezocht, bijv. de verschijnselen bij novae of supernovae. Men is zeker, dat ze niet voor een aanmerkelijk gedeelte van de zon afkomstig zijn, o.a. omdat ze dag en nacht even sterk zijn. Ook de stand van de melkweg heeft geen invloed op hun sterkte.
Van practisch nut is het onderzoek van de kosmische straling niet direct. Haar ioniserende werking speelt enige rol in de meteorologie en misschien bij storingen in telecommunicatie. De biologische werking kan voor de genetica en misschien nog in ander opzicht van belang zijn. Maar de studie der hoogtestralen is vooral van belang voor ons dieper inzicht in de natuurkunde bij zulke enorme energieën per deeltje. Slechts met de modernste cyclotrons kan men deze evenaren en in die richting zoekt men naar vermeerdering van experimentele gegevens.
R C. LEVERT
Lit.: Auger, Rayons cosmiques (1935); Levert, Kosmische stralen (1946). Iets moeilijker: Miehlnickel, Höhenstrahlung (t938); Euler und Heisenberg, Theoretische Gesichtspunkte zur Deutung der kosmischen Strahlen (1938); Clay, Kosmische stralen (1948).
