Распределение энергий частиц космических лучей, показывающее, как их поток меняется с энергией.Спектр космических лучей описывает, как число частиц космических лучей — в основном протонов и атомных ядер, но также электронов и позитронов — прибывающих на Землю, меняется с их энергией. Он охватывает огромный диапазон: от частиц с энергиями, сравнимыми с теми, что производятся в лабораторных ускорителях, до частиц сверхвысоких энергий, в миллионы раз более энергичных, чем всё, что могут создать люди. Спектр не является простой прямой линией: он показывает крутой «колено» около 10^15 эВ, уплощение «лодыжку» вблизи 10^18 эВ и резкое обрезание при самых высоких энергиях, каждая особенность указывает на различные источники и механизмы ускорения.
Спектр космических лучей был впервые охарактеризован в 1950-х и 1960-х годах экспериментами, такими как массив Volcano Ranch, который обнаружил первое событие сверхвысокой энергии в 1962 году. Особенности «колена» и «лодыжки» были выявлены в последующие десятилетия с помощью таких инструментов, как массивы KASCADE и Akeno.
Спектр измеряется путем объединения данных от многих детекторов: спутников и аэростатов для низких энергий, наземных массивов для высоких энергий и флуоресцентных детекторов, которые наблюдают слабое свечение воздушных ливней. Поток быстро падает с энергией — примерно по степенному закону — поэтому спектр обычно строится с логарифмическими осями, чтобы выявить его структуру. Считается, что «колено» отмечает предел, где остатки сверхновых больше не могут удерживать и ускорять частицы, в то время как «лодыжка» и обрезание, вероятно, отражают переход к внегалактическим источникам и взаимодействие частиц сверхвысоких энергий с реликтовым излучением.
Понимание спектра помогает астрофизикам идентифицировать источники космических лучей, такие как остатки сверхновых и активные ядра галактик, а также влияет на проектирование радиационной защиты для космических аппаратов и высотных самолетов.
Самая энергичная космическая частица, когда-либо обнаруженная, частица «О-Боже мой», имела энергию около 3 × 10^20 эВ — сравнимую с энергией бейсбольного мяча, брошенного со скоростью 100 км/ч, но переносимую одним протоном.
