[論文レビュー] Penetrating Radiation on the Sea

Domenico Pacini, Translated+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2011

Ionosphere and magnetosphere dynamics被引用数 10

ひとこと要約

1911年、ドメニコ・パチーニは、遮蔽された電気計を用いて海上で透過放射を測定し、海面におけるイオン化度が陸上と比較して約3分の2であることを発見した。この重要な結果は、2台の異なる計器で一致しており、大気中イオン化の顕著な一部、特に変動成分が地球の放射能とは独立した源に起因することを示す初期の証拠となり、宇宙線の発見を予告した。

ABSTRACT

At the beginning of the twentieth century, two scientists, the Austrian Victor Hess and the Italian Domenico Pacini, developed two brilliant lines of research independently, leading to the determination of the origin of atmospheric radiation. Hess measured the rate of discharge of an electroscope that flew aboard an atmospheric balloon. Because the discharge rate increased as the balloon flew at higher altitude, he concluded in 1912 that the origin could not be terrestrial. For this discovery, Hess was awarded the Nobel Prize in 1936, and his experiment became legendary. At the same time, in 1911, Pacini, a professor at the University of Bari, made a series of measurements to determine the variation in the speed of discharge of an electroscope (and thus the intensity of the radiation) while the electroscope was immersed in a box in a sea near the Naval Academy in the Bay of Livorno (the Italian Navy supported the research). Pacini discovered that the discharge of the oscilloscope was significantly slower than at the surface. Before his conclusive measurements, Pacini performed a series of experiments between 1907 and 1910, in particular by comparing radioactivity on ground and on the sea surface a few kilometers off the coast. These experimennts gave marginal indications on the presence of a non-terrestrial component, encouraging Pacini to continue his research till the conclusive results. Such first experiments on the sea are presented in the article by D. Pacini in Le Radium VIII (1911) 307, which is essentially a translation into French of another article published in Italian in Ann. Uff. Centr. Meteor. XXXII, parte I (1910); this is a translation in English of the article by Pacini in "Le Radium", article which was quoted by Hess in his famous paper.

研究の動機と目的

• 陸上と比較して、海面における透過放射の強度を特定し、地殻内放射能が果たす寄与を評価すること。
• 風や波動などの大気的・海洋的要因が測定されたイオン化度に影響を与えるかどうかを調査すること。
• 観察されたイオン化度の変動が、空気または水から放出される放射性崩壊生成物に起因するかどうかを評価すること。
• 大気中イオン化の大部分が地球の地殻とは異なる外部源に起因するという仮説を検証すること。
• 土壌の放射能のみでは説明できない透過放射成分の存在を実証的根拠として提供すること。

提案手法

• 表面付近のイオン化から透過放射を分離するために、銅で遮蔽された電気計（装置B）を用いて測定を実施した。
• イタリアのリボルノ近海の海上で実験を行い、陸上から500メートル以上離れており、水深4メートル以上であったため、地殻由来の寄与を最小限に抑えた。
• 同一の計器を用いて、イタリア・セストオラでの陸上測定値と海面での測定値を比較した。
• 風速および風向き（海上および陸上風）の変化に応じたデータを記録し、大気的要因の影響を評価した。
• イオン化度計算において、修正された基本電荷値 e = 4.65×10⁻¹⁰ U.E.S. を使用した。
• イオン化度の時間的変動を分析し、大気的擾乱を含む変動源の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 海面における透過放射の相対的強度は、陸上と比較してどの程度か？
• RQ2 波動状態や風況（風速・風向き）が測定されたイオン化度に影響を与えるか？
• RQ3 観察されたイオン化度の変動は、海水から放出される放射性崩壊生成物に起因するか？
• RQ4 地球の地殻内に存在する活性物質とは異なる源からのイオン化寄与は測定可能か？
• RQ5 装置の遮蔽効果のみでは、海面におけるイオン化度をどの程度説明できるか？

主な発見

• 海面における透過放射が生じるイオン数は、1cm³あたり1秒間に陸上測定値の約2/3であり、2台の独立した計器で一貫した結果が得られた。
• 同じ測定条件下で、海面におけるイオン化度は、陸上平均値より1秒あたり5イオン/cm³低いことが判明した。
• 海面におけるイオン化度は、陸上と同程度の大きさの変動を示しており、動的で一定でない源が存在することを示唆した。
• 風速・風向き・海面状態とイオン化度との間に顕著な相関は認められず、風によって駆動される放射性放出物質の放出が主因である可能性は排除された。
• 海水や大気中に既知の量の活性物質が存在するとしても、観察されたイオン化度は完全には説明できず、外部からの源が存在すると示唆された。
• 結果は、特に変動成分を含む大気中透過放射の顕著な割合が、地球の地殻内放射能とは独立して発生していることを支持しており、宇宙からの起源である可能性を示唆した。