Kosmische Strahlung - Entstehung - Dr. Christian Pinter - Astronomische Beobachtungstipps

Man darf die kosmische Strahlung nicht verwechseln. Sie hat nichts mit der kosmischen Hintergrundstrahlung (Artikel, 2014) zu tun, die man eher als radiotechnisch erfassbares "Echo des Urknalls" begreifen darf. Sie hat schon gar nichts diversen Fantasiestrahlungen zu tun, mit denen die einschlägige Esoterikliteratur den Kosmos möbliert.

Die kosmische Strahlung (früher auch Höhen- oder Ultrastrahlung genannt) ist ein wissenschaftlich exakt nachweisbares Phänomen. Schon die ersten Erdsatelliten hoben mit Instrumenten zu ihrer Messung ab.

Man unterteilt die kosmische Strahlung in die primäre und die sekundäre kosmische Strahlung. Mit der primären haben wir kaum zu tun, sofern wir nicht ins All reisen. Mit der sekundären machen wir, ohne dies bewusst zu merken, im Alltag durchaus Bekanntschaft: Beim Fliegen wesentlich intensiver als am Erdboden.

Die primäre kosmische Strahlung ist eine Teilchenstrahlung. Die Teilchen werden dabei bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und so mit riesigen Energien ausgestattet. Ein solches Kunststück bedarf der aller stärksten Magnetfelder. Somit muss die Quellregion der Strahlung nahe bei Objekten liegen, in deren Umfeld solche Felder auftreten. Wir haben es dort mit gigantischen, natürlichen Teilchenbeschleunigern zu tun.

 

• Die extragalaktische Primärstrahlung stammt wohl von Aktiven Galaxien bzw. Quasaren – aus fernen Milchstraßen, in deren Herzen jeweils Schwarze Löcher existieren, mit Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Deren Magnetfelder packen Materie und jagen sie in Form mächtiger Jets in den intergalaktischen Raum

• Die galaktische Primärstrahlung rührt hingegen vor allem von expandierenden Supernova-Überresten innerhalb unserer eigenen Galaxis her. Darin generieren herumwirbelnde, ultrakompakte Neutronensterne unglaubliche Magnetfelder

• Die solare Primärstrahlung hat ihren Ursprung in unserer Sonne. Magnetfelder erhitzen Plasma in der solaren Atmosphäre, der Korona - und das gleich auf Dutzende Mio. Grad. Sie schleudern diese Materie zeitweise ins und durchs Sonnensystem

In einem höllischen, ja relativistischen Tempo geht es durch den finsteren, weitgehend materieleeren Kosmos. Energieärmere Partikel können magnetische Feldlinien nicht kreuzen. Daher stören weitere Magnetfelder innerhalb unserer Milchstraße den Teilchenflug, schenken ihm immer wieder eine neue Richtung.

Treffen die Teilchen dann bei uns ein, sind die Spuren ihrer Herkunft verwischt. Die primäre kosmische Strahlung scheint aus allen Richtungen zu kommen - sieht man von der solaren Komponente ab.

Jedoch schlagen diese weitgereisten Teilchen selten am Erdboden auf. Denn unsere Erde besitzt drei effiziente Schutzschilde.

Schilde aus Magnetismus und Luft

Den ersten Schutzwall spannt unsere Sonne ganz weit draußen für uns auf. Sie umhüllt das Sonnensystem mit der sogenannten Heliosphäre, einem Raum, der von geladenen solaren Teilchen und damit vom solaren Magnetfeld dominiert wird. Geladene Teilchen aus kosmischen Weiten können nicht so einfach quer zu den magnetischen Feldlinien einer Magnetsphäre eindringen.

Die meisten der heranrasenden Partikel werden von der Heliosphäre daher ums Sonnensystem herum gelenkt. In Zeiten hoher Sonnenaktivität bäumt sich die Heliosphäre besonders auf. Sie schützt dann besser vor der galaktischen kosmischen Primärstrahlung. Allerdings nimmt die durchschnittliche Sonnenaktivität seit Jahrzehnten ab. Der erste Schutzschirm verliert also an Kraft.

In jedem Fall gelingt es den Teilchen mit höherer Energie, den magnetischen Schild zu durchbrechen: Sie dringen ins Reich der Planeten vor, und somit auch bis zur Erde.

Unser Planet spannt mit seinem Magnetfeld einen zweiten Schutzschild auf. Auch dessen Stärke nimmt seit längerem ab. Die Erdmagnetosphäre lenkt das Gros des Teilchenstroms dennoch um die Erde herum bzw. in Richtung zu den Magnetpolen ab.

Zum Teil schützt die Erdmagnetosphäre sogar Objekte im Erdorbit. Würden wir dort schweben, bekäme unser Körper grob tausend Teilchentreffer pro Herzschlag ab - sehr viel mehr als am Erdboden.

Manche Teilchen treffen bei uns mit Energien ein, die High-Tech-Teilchenbeschleuniger wie Spielzeug aussehen lassen. Die energiereicheren Teilchen durchdringen somit auch diesen zweiten magnetischen Schutzwall. Sie tauchen in hohem Tempo in die Erdmagnetosphäre ein. Dort bekommen sie es mit dem dritten und für uns besonders wichtigen Schutzschild zu tun: der Erdatmosphäre.

Dieser Wall aus atmosphärischen Gasmolekülen wird nur noch von den aller energiereichsten Teilchen der kosmischen Primärstrahlung durchbrochen; diese dringen dann unbeschadet bis zum Erdboden vor. Das Gros aber wird vom Stickstoff- und Sauerstoff der Lufthülle unschädlich gemacht.

Zumindest auf den ersten Blick: Denn ein Teil der Primärstrahlung verwandelt sich bei diesem Absorptionsprozess in die sekundäre kosmische Strahlung.

In der Lufthülle, speziell in Höhen von 20 km über Grund, kommt es zu einem kaskadenartigen Prozess. Ein Primärteilchen erzeugt ein Sekundärteilchen, das dann sofort für die Entstehung weiterer Sekundärteilchen sorgt. So kann ein einziges, mit Stickstoff- oder Sauerstoff wechselwirkendes Primärteilchen unzählige Sekundärteilchen gebären: Es können Millionen sein, oder gar hundert Milliarden.

Der neue Mix ist recht vielfältig. Unter anderem entstehen Photonen. Aber auch Pionen. Diese zerstrahlen, je nach ihrer Ladung, in Gammastrahlung oder aber in Neutrinos und Myonen.

Eigentlich ist die Lebenszeit der Myonen mit 2,2 Mikrosekunden viel zu kurz bemessen, um die Erdoberfläche zu erreichen. Doch wegen ihres enormen Tempos dehnt sich die Zeit für diese Elementarteilchen stark genug, um dieses Kunststück dennoch zu schaffen.

Von droben herab macht sich also ein ganzer Schauer aus Teilchen und elektromagnetischer Strahlung in Richtung Erdboden auf. Airline-Crews sind ihm mehrere Dutzend mal stärker ausgesetzt als Menschen, die am Erdboden bleiben. Der Großteil der sekundären kosmischen Strahlung wird wiederum von tieferen Schichten der Lufthülle verschluckt.

Nur ein Teil kommt bis zum Boden durch: Auf Seehöhe wird man während eines Herzschlags noch von einem Dutzend Sekundärpartikeln getroffen.

Am Erdboden addiert sich die kosmische Sekundärstrahlung zu den terrestrischen Komponenten der natürlichen Radioaktivität, die vor allem aus dem Boden, von Baumaterialien oder von Nahrungsmitteln herrühren.

Verantwortlich für die terrestrische Radioaktivität sind vor allem Thorium-232, Uran-238 bzw. Uran-235 und Kalium-40 sowie Zerfallsprodukte. So wird aus Uran-238 etwa Radium-226, das wiederum in Radon-222 zerfällt.

Radon ist gasförmig. Eingeatmet wirkt der Alpha-Strahler direkt in der Lunge. Von der WHO wurde Radon als zweitwichtigste Ursache von Lungenkrebs nach dem Rauchen eingestuft (Quelle: WHO Handbook On Indoor Radon, hier als PDF abrufbar). Radon reichert sich besonders in wenig durchlüfteten Räumen an. Geht es um terrestrische Radioaktivität, spielt es eine herausragende Rolle.

Global betrachtet, rührt die natürliche Radioaktivität

• zu etwa zwei Drittel von der Erde
• zu etwa einem Drittel vom Kosmos her

Lokal betrachtet, stellt sich die Situation komplizierter dar.

Die aktuelle Karte des österreichischen Strahlenfrühwarnsystems belegt: In hohen Lagen wie dem Sonnblick spielt die kosmische Sekundärstrahlung eine deutlichere Rolle. In Orten wie Zwettl oder Perg ist hingegen der Boden für die überdurchschnittlich hohen Dosen verantwortlich.

Beispiel vom 21.9.2026, 15:00 MESZ:

• Rust: 79 nSv/h
• Wien-Breitenlee: 85 nSv/h
• Obergurgl: 146 nSv/h
• Perg: 161 nSv/h
• Zwettl: 181 nSv/h
• Sonnblick: 182 nSv/h

Für Vergleiche leicht zu merken:

In Wien liegt die gesamte natürliche Strahlungsdosis (Boden, Luft, kosmische Strahlung) größenordnungsmäßig bei etwa 100 nSv/h (Nanosievert pro Stunde); das sind 0,1 Mikrosievert pro Stunde (abgekürzt oft uSv/h). Dieser Wert ist im österreichischen Vergleich sehr niedrig. Bei Regen steigt die Dosis auf über 150 nSv/h. In einem Jahr erhalten Wiener eine Dosis in der Größenordnung von knapp 1 Millisievert (mSv) ab.

Für Deutschlang wird ein doppelt so hoher Durchschnittswert angegeben, der laut dem dortigen Bundesamt für Strahlenschutz je nach Wohnort zwischen 1 und 10 mSv variiert.

Die oft verwendete Einheit der Äquivalentdosis ist nach dem schwedischen Physiker Rolf M. Sievert benannt. 1 Sievert (Sv) bekämen wir zum Glück nur in tausend Jahren ab. Daher verwendet man Präfixe (wie sie Elektronikern von Kondensatoren vertraut sind).

• 1 Sv (Sievert) = 1.000 mSv (Millisievert)
• 1 mSv (Millisievert) = 1.000 μSv (Mikrosievert, auch uSv geschrieben)
• 1 uSv (Mikrosievert) = 1.000 nSv (Nanosievert)

Weil das griechische μ auf Tastaturen zumeist fehlt, ersetzt man es auf Webseiten gern mit einem u. Das kann verwirren.

Beispiele:

• 0,08 uSv/h = 80 nSv/h
• 740 nSv/h = 0,74 uSv/h
• 2.100 nSv/h = 2,1 uSv/h
• 3,4 uSv/h = 3.400 nSv/h

Grundlegendes zur Wirkung von Radioaktivität lesen Sie hier.

Der Super-GAU von Tschernobyl hat manche Regionen Europas radioaktiv schwer belastet. Danach wurden ganze Netze von Messstationen eingerichtet. Entsprechend leicht lassen sich aktuelle Daten heute einsehen. Diese Stationen messen die die terrestrische und die kosmische Komponente gemeinsam.

Manche der so gewonnenen Karten präsentieren zunächst nicht die Dosis, sondern bloß die Zahl der Messstellen: In diesem Fall muss man stark hineinzoomen, um die tatsächlichen Dosiswerte zu erhalten.

Karten mit offiziellen Messwerten:

Aktuelle Karte eines Amateurnetzwerks:

Bestimmte Geräte in Amateurhänden können die ermittelten Daten mehr oder weniger automatisch ins Internet übertragen. Ich beliefere das GMC-Netzwerk sporadisch. Die meisten Teilnehmer finden sich in Europa und den USA.

Angezeigt wird auf der so erstellten Weltkarte unter Real Time Radiation zunächst die Zahl an Strahlungstreffern pro Minute (CPM). Diese hängt stark vom Gerätetyp ab: Empfindlichere QG-Typen registrieren mehr Treffer.

Bei meinem GMC-320 Plus entsprechen 15 CPM (laut geräteinterner Rechnung) 100 nSv/h. Das ist grob die ortsübliche Dosis in Wien.

In jedem Fall sollte man einzelne Ausreißer auf der GMC-Karte ignorieren.

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