ჩვენ უკვე ვახსენეთ, რომ კოსმოსურ სხივებს უწოდებენ კოსმოსიდან დედამიწაზე დაცემულ ნაწილაკთა ნაკადს. ეს ნაკადი ძირითადად შედგება პროტონების, ელექტრონების და სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ბირთვებისგან. დედამიწის ზედაპირის კვადრატულ კილომეტრზე წელიწადში 3×1017 ევ ენერგიის მილიონამდე ნაწილაკი ეცემა. ნაწილაკები ენერგიის მიხედვით ისეა განაწილებული, რომ ენერგიის ზრდასთან ერთად მათი რაოდენობა მკვეთრად ეცემა. მაგალითისთვის მოვიყვანოთ ასეთი მონაცემები. კოსმოსურ სხივებში დღეისათვის დარეგისტრირებულია 3.2×10 ხარისხად 20 ევ ენერგიის მქონე ნაწილაკის ერთადერთი შემთხვევა, ხოლო მასზე ათასჯერ ნაკლები ენერგიის ნაწილაკთა რიცხვი მილიონჯერ მეტია.

      მაღალი ენერგიის კოსმოსურ სხივებთან, რომელთა ენერგია აჭარბებს 5×10 ხარისხად 19 ევ, დაკავშირებულია ორი პრობლემა.

      პირველი პრობლემა შეეხება მაღალი ენერგიის ნაწილაკთა მოძრაობის მიმართულებას. ასეთ ნაწილაკებს აქვს ძალიან დიდი იმპულსი და კოსმოსურ მაგნიტურ ველებს არ ძალუძთ მათი ტრაექტორიის გამრუდება. ამდენად მოსალოდნელია, რომ ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკთა მოძრაობის მიმართულების პროექცია ცის თაღზე უნდა ჯგუფდებოდეს რაიმე წერტილების გარშემო, რომლებიც მიანიშნებენ ამ ნაწილაკთა წყაროებზე. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ მაღალი ენერგიის ნაწილაკთა მოსვლის მიმართულებები თითქმის თანაბრადაა განაწილებული ცის სფეროზე.

      არსებობს უფრო რთული პრობლემაც. ცნობილია, რომ სამყაროში არსებობს მიკროტალღური რელიქტური ფონი, რომელთანაც ურთიერთქმედებისას ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკები კარგავენ თავისი ენერგიის ნაწილს. ჯერ კიდევ 1966 წელს გრეიზენმა (Kenneth Greisen, 1918-2007), ზაცეპინმა (Георгий Зацепин, 1917-2010) და კუზმინმა (Вадим Кузьмин, 1937) თეორიულად გამოთვალეს შორეული წყაროებიდან გამოსხივებული კოსმოსური სხივების ენერგიის ზღვრული მნიშვნელობა. გამოთვლების თანახმად ენერგიის დანაკარგი იმდენად დიდია, რომ დედამიწამდე მოღწეული ნაწილაკების ენერგია 5×10 ხარისხად 19 ევ-ს არ უნდა აღემატებოდეს. ამ შეფასებისას გათვალისწინებული იყო, რომ ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკთა წყაროები მდებარეობს ჩვენგან 50 მილიონ პარსეკზე უფრო შორეულ მანძილებზე. მიუხედავად ასეთი მყარი არგუმენტისა, იაპონურმა დეტექტორმა AGASA-მ (მასზე დაწვრილებით იხილეთ "კოსმოსური სხივების რეგისტრაცია") დააფიქსირა რამდენიმე ათეული ნაწილაკი, რომელთა ენერგია აჭარბებს თეორიულ ზღვარს, ხოლო რამდენიმე შემთხვევაში ენერგია 3×10 ხარისხად 20 ევ-საც კი უტოლდება.

      ამ თავსატეხის ასახსნელად უამრავი რადიკალური მოდელი იქნა შემოთავაზებული: ცნობილი ნაწილაკების თვისებების რევიზია; დიდი აფეთქებიდან 10 ხარისხად -35 წამის შემდეგ გაჩენილი, რელიქტური ზემასიური ნაწილაკების არსებობა; კოსმოსური მაგნიტური ველების ცნებათა ძირეული გადახედვა; ლორენც-სიმეტრიის ანუ ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში სიჩქარეების შეკრების კანონის დარღვევა, და სხვ.

      დედამიწის ატმოსფეროში შემოჭრისას კოსმოსური სხივები იწვევენ "ფართო ატმოსფერული ღვარების" გაჩენას. ეს ღვარები წარმოიქმნება კოსმოსური სხივების ნაწილაკების ატმოსფეროს ატომების ბირთვებთან ურთიერთქმედების გამო. პირველი ურთიერთქმედების შედეგად ჩნდება მეორადი ნაწილაკები, რომლებიც ჰაერის ატომებთან ურთიერთქმედებისას თავის მხრივ ქმნიან კიდევ ახალ ნაწილაკებს. ასე, რომ ადგილი აქვს ნაწილაკების კასკადურ გამრავლებას. შედეგად, დედამიწის ზედაპირს აღწევს მილიონამდე მცირე ენერგიის ნაწილაკისგან შემდგარი "ფართო ატმოსფერული ღვარი", რომელიც ათიათასობით კვადრატული მეტრის ფართობს ფარავს.

      კოსმოსური სხივების შესასწავლად ამჟამად ფართო ატმოსფერული ღვარების მარეგისტრირებელი რამდენიმე დიდმასშტაბიანი დანადგარი მოქმედებს. ერთ-ერთი მათგანია AGASA. ახლახან არგენტინაში მწყობრში ჩადგა ყველაზე მძლავრი დანადგარი, რომელსაც ფართო ატმოსფერული ღვარების აღმომჩენი მეცნიერის – პიერ ოჟეს (Pierre Victor Auger, 1899-1993) სახელი ეწოდა. ამ დანადგარის ფართობი შეადგენს 3000 კმ2-ს. მსგავსი დანადგარის აწყობა ამჟამად ჩრდილოეთ ნახევარსფეროშიც (კალიფორნიაში) მიმდინარეობს. დაგეგმილია ასევე მძლავრი ფართო ატმოსფერული ღვარების მიერ ატმოსფეროში გამოწვეული ფლუორესცენციის გამზომი დეტექტორების განლაგება თანამგზავრებზე. ზემოაღნიშნულის შესახებ დაწვრილებით იხილეთ "ბირთვული ასტრონომია".