Promień kosmiczny, szybka cząstka - jądro atomowe lub elektron - która przemieszcza się w przestrzeni kosmicznej. Większość tych cząstek pochodzi ze źródeł w Galaktyce Drogi Mlecznej i jest znana jako galaktyczne promieniowanie kosmiczne (GCR). Reszta promieni kosmicznych pochodzi ze Słońca lub, prawie na pewno w przypadku cząstek o największej energii, poza Galaktyką Drogi Mlecznej.
Przylot na Ziemię
Cząstki promienia kosmicznego nie są bezpośrednio obserwowane na powierzchni Ziemi. Jest tak, ponieważ „pierwotne” promienie kosmiczne - to znaczy cząstki, które docierają do zewnętrznej krawędzi ziemskiej atmosfery - zderzają się z jądrami atmosferycznymi i powodują powstanie „wtórnych”. Niektóre drugorzędne to fragmenty zderzających się jąder, w tym neutrony, a inne to krótkotrwałe cząstki powstałe z energii zderzeń. Wtórne jądra wkrótce mają własne zderzenia. To wtórne cząsteczki (neutrony i krótko żyjące cząstki, takie jak miony) są obserwowane na poziomie morza. Pierwotne muszą być badane za pomocą balonów na dużej wysokości lub statku kosmicznego.
Wśród GCR względne obfitości różnych jąder i elektronów różnią się w zależności od energii. Powyżej około 1 GeV na nukleon (wolta gigaelektronowe lub miliard woltów elektronowych na nukleon) proporcje wynoszą około 85 procent protonów (jądra atomów wodoru), przy czym około 13 procent składa się z cząstek alfa (jąder helu). (Energia 1 GeV odpowiada prędkości większej niż około 87 procent prędkości światła.) Pozostałe 2 procent to elektrony i jądra atomów cięższych. Przy energiach kilkuset MeV na nukleon (wolty megaelektronowe lub milion woltów elektronowych na nukleon) odpowiednie liczby wynoszą około 90, 9 i 1 procent.
Większość GCR wykrytych w pobliżu Ziemi ma energię kinetyczną przekraczającą około 1 GeV na nukleon. Stały strumień tych cząstek pierwotnych w górnej warstwie atmosfery wynosi około 1500 cząstek na metr kwadratowy na sekundę. Liczba cząstek spada gwałtownie wraz ze wzrostem energii, ale wykryto pojedyncze cząstki o energii nawet kilkukrotnie 10 20 eV. (Energia ta jest porównywalna z energią baseballu rzucanego z prędkością 160 km [100 mil] na godzinę.)
Na trajektorie pierwotnych promieni kosmicznych o najniższym zużyciu energii silny wpływ ma pole magnetyczne Ziemi. W konsekwencji przy energiach poniżej około 1 GeV na nukleon, na każdej szerokości geomagnetycznej występuje energia odcięcia, poniżej której pierwotne GCR nie są wykrywane. Na strumień tych niskoenergetycznych cząstek ma wpływ aktywność Słońca, a ilość promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi jest odwrotnie skorelowana z liczbą plam słonecznych w 11-letnim cyklu słonecznym. Ta odwrotna korelacja nazywa się efektem Forbusha i występuje, ponieważ przy maksymalnej aktywności Słońca silniejsze pola magnetyczne są przenoszone do przestrzeni międzyplanetarnej przez wiatr słoneczny, a pola te blokują promienie kosmiczne.
