الاشعه الكونيه

[يسرى السيد]

عندما إكتشف العلماء فى نهاية القرن ال19 إشعاعات الراديو....لاحظوا أن أجهزتهم ترصد إشارات من مصادر مجهولة من السماء...وهذه الإشعاعات كانت قوية جدا!
فقد كانت تخترق أجهزة الرصد حتى لو تم تغطيتها بألواح الرصاص!
فهى ليست أشعة مجهولة فقط!!.........بل ذات طاقة عالية جدا!
فى البداية إعتقد العلماء أن المصدر قد يكون من مواد على الأرض...ولذلك فكر العالم النمساوى فيكتور هانز هيس فى قياس شدة الإشعاع من الجو عن طريق منطاد..
وكان يتخيل أنه كلما إرتفع...كلما قلت شدة الإشعاع.

وفى عام 1911 بدأ هيس بإجراء 10 تجارب يوميا...5نهارا و5 ليلا....وتصادف فى أحد الأيام أن حدث كسوف كامل للشمس!
وكم كانت دهشة الرجل...فشدة الإشعاع تزداد مع الإرتفاع!
المصدر فى السماء إذن وليس على الأرض!
بل إكتشف أيضا أن الشمس لا علاقة لها بذلك....فشدة الإشعاع متساوية ليلا ونهارا!

ولاحظ هيس أيضا أن الأشعة ترد من كل مكان فى السماء....ولما كانت هكذا تنبعث من الكون بوجه عام......
أطلق عليها العالم الفيزيائى روبرت أندروز ميليكان اسم.......الأشــــــــعة الكونــــــــــــــــــــــــية!

خلص ميليكان أن الأشعة الكونية ما هى إلا نوع جديد من الأشعة الكهرومغناطيسية..........وبما أنها ذات طاقة عالية وقدرة رهيبة على الإختراق...
إذن فهى تسبق أشعة جاما فى الطيف....
ولذلك إعتبرها أيضا أشعة جاما فوق القصيرة!
http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12372.imgcache.jpg

روبرت أندروز ميليكان


http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

طبيعة الأشعة الكونية:

كان للفيزيائى الأمريكى آرثر هولى كومبتون رأى آخر!
فقد رأى أن الأشعة الكونية ما هى إلا جسيمات دقيقة من مركبات الذرة بالغة السرعة وتحمل شحنة....وتستمد طاقتها من كمية التحرك التى تعتمد على كتلتها وسرعتها.

وكان الأمر كالتالى:
فلو كانت الأشعة الكونية إشعاعات كهرومغناطيسية لكانت خالية من أى شحنات كهربية!...وبالتالى لن تتأثر بالمجال المغناطيسى للأرض....وستكون بنفس القوة فى أى بقعة على الأرض...........
أما لو كانت جسيمات مشحونة فسوف تنحرف نحو القطبين ولكن بما إنها جسيمات ذات طاقة عالية يمكن حساب إنحرافها بدقة على مستوى خطوط العرض المختلفة...لأن لها بعض القدرة على الإختراق!
وتحول كومبتون إلى رحالة على الأرض حتى ثبتت صحة نظريته بعد ذلك

http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12374.imgcache.gif


http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

من أين تأتى الأشعة الكونية:

لما كان مصدر الأشعة الكونية السماء بوجه عام..........فلامجال لأن تكون ذات صلة بجسم واحد!
فالأشعة الكهرومغناطيسية كالضوء مثلا تسير فى خطوط مستقيمة!...ولذلك فشعاع الضوء الساقط من مجرة ما يكون مصدره هذه المجرة تحديدا مع مراعاة إنحناء فضاء الجاذبية طبعا!
أما الأشعة الكونية فهى جسيمات مشحونة!....أى أنها تتأثر بالمجالات المغناطيسية فى طريقها وكم هو زاخر الكون بالمجالات المغناطيسية!!
وبالتالى فنهاية شعاع كونى ما على الأرض.........لا تعطينا فكرة مطلقا عن بداية رحلته! أين وكيف بدأ؟
ولو كان لكل شعاع كونى هذه الصفة الغريبة........فلا غرابة فى كوننا نستقبل الأشعة الكونية من كل إتجاه!!

ثم حدث عام 1942 أن رصد لهب شمسى شديد وقيس إرتفاع فى شدة الأشعة الكونية فى إتجاه الشمس!
ولما كان معروفا أن الرياح الشمسية ما هى إلا أنوية ذرات الهليوم والهيدروجين والكالسيوم والكربون...منزوعة الإلكترونات....
لقد إتضح إذن جزء من تركيب الأشعة الكونية!

ولكن جسيمات الأشعة الكونية تتميز بأنها أكثر طاقة بكثير من جسيمات الرياح الشمسية........وبالتالى فهى أكثر سرعة أيضا!
ومن هنا استنتج العلماء أن الشمس فى أعنف إنفجاراتها لا تنتج سوى شعاع كونى ضعيف الطاقة!
أما الحصول على أشعة كونية بطاقات أعلى....يتطلب مصادر أعنف للطاقة فى الكون!

وبدا لو أن إنفجارا سوبرنوفا ما حدث..فسينشأ عنه موجة ضخمة من الرياح الفضائية للنجم المتفجر!....ولابد أن هذه الجسيمات المشحونة تنطلق فى الفضاء بين النجوم وقد يصادفها مجال مغناطيسى يغير مسارها ويقويها فتكاد سرعتها تقترب من سرعة الضوء....حتى تخترق الفضاء بين المجرات!

ومع الوضع فى الإعتبار أن معدل إنفجارات السوبرنوفا تقريبا بمعدل إنفجار كل 50 سنة!!
فلابد أنه نشأ كميات كافية من الأشعة الكونية فى عمر الكون..........تجعلنا نشعر بأنها زخات من جميع الإتجاهات

http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

تفاصيل الأشعة الكونية:

حتي يومنا هذا يمكن تقسيم الأشعة الكونية حسب مصدرها وقوتها إلى:

1-الأشعة الكونية المجرية:

هذه مصدرها قلب مجرة درب التبانة وهى ذات طاقة عالية جدا....فبحدوث إنفجارات سوبرنوفا قديمة وإنفلات هذه الأنوية المشحونة...فإنها تظل محبوسة رهينة المجالات المغناطيسية القوية فى قلب المجرة....وحيث أنه لا يوجد فى قلب المجرة سوى سحب رقيقة جدا من الغاز البين -نجمى....فإنه ما أن تقرع جسيمات الأشعة الكونية جزيئات الغاز حتى تبرز نقاط قوية أو مصادر قوية لأشعة جاما فى قلب المجرة.

2- الأشعة الكونية الشاذة:

يحدث فى طبقة Heliopause أن يقل طاقة الرياح الشمسية كثيرا...ويكون هناك كميات من الغاز الفضائى العام بين النجوم....فتقوم جزيئات الرياح الشمسية أو الأشعة الفوق بنفسجية الشمسية...بقرع إلكترونات ذرات هذا الغاز الفضائى ونزعها من مدارها...والأنوية الموجبة تدخل النظام الشمسى كأشعة كونية شاذة...منشأها تحديدا ما زال قيد الدراسة
http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12375.imgcache.gif

شكل توضيحى لطبقة الهليوبوز...حيث ينعدم تأثير الرياح الشمسية بعدها تقريبا
http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12376.imgcache.gif

شكل توضيحى يبين دور الرياح الشمسية فى تكوين الأشعة الكونية الشاذة

3- الجسيمات الشمسية ذات الطاقة العالية:

يعتبر العلماء بشكل ما جزيئات الرياح الشمسية ذات الطاقة العالية هى جزء لا يتجزأ من الأشعة الكونية!

http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

دور الأشعة الكونية:

الأشعة الكونية هى أنوية ذرات لعناصر تكونت فى قلب نجوم منذ الأمد السحيق وعلى مسافات بلايين الفراسخ الكونية....
إنها كالبصمة الجينية التى تحمل تركيب الماضى....
فبمعرفة تفاصيل تركيب الأشعة الكونية يمكن ولحد بعيد جدا معرفة نسب العناصر فى الكون....

فدون الدخول فى تفاصيل فالأشعة الكونية تتكون فى 90% من أنوية هيدروجين و9% أنوية هليوم و1% مقسمة على بقية العناصر........
وهى تقريبا النسبة ذاتها لهذه العناصر فى الكون.........

http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

الأشعة الكونية والمجال المغناطيسى للأرض:

من المعروف أن المجال المغناطيسى للأرض تضعف قيمته فى دورات غير منتظمة ....وفى حال ضعف المجال المغناطيسى للأرض فقد تستقبل الأرض زخات أشد عنفا من جسيمات الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية.........التى لن يكون لها دور مؤثر فى القضاء على الجنس البشرى......بل قد تؤدى إلى زيادة معدل التغير الجينى بعد تغير التركيب الجينى للحمض الأمينى...نتيجة للضربات المتواصلة بجسيمات هذه الأشعة كما فى الشكل التالى:
http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12377.imgcache.jpg

جزيئات الحمض الأمينى قد يحدث فيها نوع من التحور إذا ماترك العنان لجزيئات الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية
أى واحد فينا لو رفع إيده لثوانى معدودة فسوف يصطدم بها العشرات من الإلكترونات والنيوتريون ونقائض الإلكترونات وغيرها
هذه السلسلة من الجسيمات تعرف (بالجسيمات الشبحية)....
ومصدرها يعرف (بالأشعة الكونية الثانوية).......

فعند دخول شعاع كونى الغلاف الجوى ونتيجة لطاقته العالية (التى يفقد الكثير منها بالطبع خلال رحلته)....فإن هذا الشعاع يصطدم بأنوية جزيئات الغلاف الجوى...وينشأ من هذه التصادمات جسيمات مثل الميونات والنيوترينو والبروتونات والإلكترونات ونقائضها.....

ويقوم العلماء بدراسة سلاسل هذه التفاعلات بواسطة الأجهزة العلمية المعلقة على المناطيد...أو بواسطة أجهزة رصد أرضية

وتم رصد تحولات لأنوية العناصر خلال هذه التفاعلات النووية...بل تم رصد تكون أنوية ذرات الحديد أيضا فى طبقات الغلاف الجوى !!
ويمكن تبسيط أحد سلاسل التفاعلات فى المخطط الآتى:

http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12378.imgcache.gif

تتم هذه التفاعلات فى الطبقات العليا للجو...والميونات التى تنشأ من هذه التفاعلات هى جسيمات نووية تنطلق بسرعة أقل من سرعة الضوء...وتتحلل سريعا جدا....ولذلك كان من المفترض ألا تصل هذه الميونات لسطح الأرض أبدا...
ولكن نظرا لعامل تمدد الزمن فى النسبية الخاصة...فإن عمر هذه الميونات يطول لفترات زمنية تسمح لها بالوصول للأرض!



http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12373.imgcache.gif

أشعة كرينيكوف:

فى حالة الطائرات التى تنطلق بسرعة أكبر من الصوت فإننا نسمع صوت طرقعة عالية جدا....والسبب فى ذلك أن حركة الطائرة تسبب فى نشأة موجة تصادمية لجزيئات الغلاف الجوى...هذه الموجة تنتقل بسرعة أسرع من سرعة الصوت...ولذلك نسمع هذه الطرقعة...

معروف أن سرعة الضوء تقل لتصل نحو 70% من قيمتها فى الغلاف الجوى...وذلك نتيجة تصادم وتفاعل فوتونات الضوء مع ذرات الوسط....فى حالة الأشعة الكونية فإن الجسيمات الشبحية المتكونة ومنها الإلكترونات تتحرك فى وسط الغلاف الجوى..بسرعة الضوء!...أى أنها تتحرك أسرع من الضوء نفسه فى الوسط!!.....ولهذا ينشأ عن ذلك موجة لون أزرق ذات طول موجى خاص..وتعرف هذه الموجة باسم شعاع كرينيكوف....

وكرينيكوف هذل هو عالم روسى وهو أول من عرف هذا الظاهرة....فقد كان معروف أن الماء الثقيل المستخدم فى المعجلات النووية يكتسب طيف أزرق..ولم يكن معروفا السبب....ولكن كرينيكوف عزى ذلك إلى أن سرعة الجسيمات المتكونة فى الوسط (الماء الثقيل)...أسرع من سرعة مرور الضوء فى الماء...لذا تنشأ هذه الموجة الشاذة!

وفى يومنا يرصد العلماء بواسطة التليسكوبات الأرضية أشعة كرينيكوف بوضوح فى طبقات الغلاف الجوى ولذا فهى دليل قوى جدا على تفاعلات الأشعة الكونية.
http://www.vb.6ocity.net/imgcache/12379.imgcache.jpg

الطيف الأزرق المميز للماء الثقيل فى أحد المعجلات النووية

لمسابقة الجديدة ديسمبر 2010
الفجر الساطع
لنرتقى