Les rayons cosmiques sont de minuscules particules, principalement des protons, qui frappent l’atmosphère terrestre à différents niveaux d’énergie. Des milliards de rayons cosmiques frappent la Terre chaque seconde, la plupart avec une énergie assez faible. Cependant, de temps en temps, des rayons cosmiques avec des niveaux d’énergie extrêmes ont un impact sur la Terre. Le plus puissant jamais enregistré était un seul proton avec une énergie de 50 J, à peu près l’équivalent d’un terrain de baseball. Les scientifiques sont incapables d’expliquer comment certains des rayons les plus énergétiques ont obtenu leur énergie.
Bien qu’ils soient appelés rayons cosmiques, il convient de noter que les rayons cosmiques sont des particules ponctuelles, et non des rayons. Outre les protons, qui constituent 90 % de tous les rayons cosmiques, il existe également des noyaux d’hélium, également appelés particules alpha, qui constituent 9 % supplémentaires, et des électrons qui constituent les 1 % restants.
L’espace extra-atmosphérique est rempli d’un bain de particules en mouvement rapide, connu sous le nom de flux de rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont appelés rayonnements ionisants car ils ont tendance à frapper les molécules avec une force telle qu’ils font tomber les électrons de leurs atomes constituants, créant des ions destructeurs. Un morceau de biomatériau laissé suffisamment longtemps sans protection dans l’environnement cosmique se transformerait en fromage suisse. C’est l’un des plus grands défis de la colonisation spatiale humaine, et toutes les conceptions de colonies spatiales comportent un blindage massif pour repousser les rayons cosmiques.
Les rayons cosmiques tirent leur force d’objets et d’événements cosmiques de haute énergie, tels que les étoiles à neutrons, les supernovae et les trous noirs. La plupart des rayons cosmiques proviennent de notre propre galaxie, où ils sont éructés par des supernovae, ou lancés comme une fronde depuis le puits de gravité abrupt d’un trou noir. En fait, la présence de certains niveaux de puissance des rayons cosmiques est la preuve que les trous noirs existent réellement.
L’un des niveaux les plus élevés de l’atmosphère terrestre est connu sous le nom d’ionosphère, car il est constamment ionisé par les rayons cosmiques entrants, ainsi que par le rayonnement solaire. La thermosphère, qui est un sous-ensemble de l’ionosphère, chauffe jusqu’à des milliers de degrés en raison des rayonnements ionisants, mais comme la densité de particules y est relativement faible, elle ne serait pas aussi chaude si vous vous y rendiez.
Les rayons cosmiques les plus énergétiques proviennent d’événements de très haute énergie en dehors de notre galaxie et offrent une rare fenêtre sur le fonctionnement de l’univers au sens large. Les physiciens construisent des installations de plusieurs millions de dollars pour étudier en détail le flux de rayons cosmiques.