الأشعة الكونية هي جسيمات من الفضاء تصل باستمرار إلى الأرض من جميع الاتجاهات، وتتألف معظمها من نوى الذرات أو إلكترونات. وينتج بعضها عن طريق عمليات نووية في النجوم والمجرات. وتنتقل هذه الجسيمات الفائقة النشاط بسرعة تقترب من سرعة الضوء، وتحمل طاقة عالية تفوق مئات المرات طاقة الجسيمات التي ينتجها أي مفاعل نووي في العالم.
لغز الأشعة الكونية
العلماء يسارعون لحل ألغاز الطبيعة، لأن حل اللغز الطبيعي يعني فرصة لاكتشاف شيء جديد عن الكون، والأشعة الكونية ذات الطاقة العالية هي لغز كبير، لا أحد يعرف سبب وجود جزيئات حية بشكل لا يصدق في جميع أنحاء الكون، هل تنشأ هذه الجسيمات من بعض الانفجارات الكونية القوية والغير معروفة؟، أم من حفرة سوداء ضخمة تمتص النجوم وتقضي عليها؟ أم من اصطدام المجرات؟ لا نزال لا نعرف الإجابات، ولكن نعلم أن حل هذا اللغز حول الأشعة الكونية سيقود العلماء خطوة إلى الأمام في فهم الكون.
ما هي الأشعة الكونية ؟
الأشعة الكونية عبارة عن جسيمات مشحونة سريعة الحركة، وعادة ما تصل إلينا من الفضاء في جميع الاتجاهات.
تتكون معظم الجسيمات من نوى الذرات والإلكترونات، وتشمل البعض منها بروتونات فريدة مثل نوى ذرات الهيدروجين، ولكن يتميز بعضها بأنه أثقل بكثير، مثل نوى ذرات الرصاص.
تسافر جسيمات الأشعة الكونية بسرعة تقريبية مثل سرعة الضوء ، مما يعني أن لديها طاقة عالية للغاية ، وبعضها في الواقع هو أكثر الجسيمات نشاطا على الإطلاق في الطبيعة ، حيث تمتلك الأشعة الكونية ذات الطاقة الأعلى مائة مليون مرة طاقة أكبر من الجسيمات الأقوى المنتجة في العالم.
من أين تأتي الأشعة الكونية ؟
تأتي جزيئات الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية التي تصيب الأرض من الفضاء، ويمكن أن تنشأ بشكل مباشر أو غير مباشر من انفجارات الجسيمات العظيمة التي تؤدي إلى اندفاع حقول مغناطيسية سريعة تطلق الجسيمات المشحونة.
قد تتفاعل الجسيمات المشحونة مع الحقول المغناطيسية للشمس أو الأجسام الفضائية الأخرى وتتحول إلى أشعة كونية بطاقات تتراوح بين مليار فولت إلكتروني و10 مليارات فولت إلكتروني. ومع ذلك، في بعض الأحيان يتم اكتشاف شعاع كوني يحمل طاقة تزيد عن 10 تريليونات فولت إلكتروني. وسيتطلب هذا أكبر بـ 10 ملايين مرة لجسيمات في العالم للوصول إلى طاقات عالية مثل تلك الأشعة الكونية الفائقة.
ليس هناك اتفاق علمي حول كيفية أو مكان نشأة الأشعة الكونية بهذه الطاقات العالية جدا، ولكن هناك أسباب مقنعة للاعتقاد بأنها تنشأ خارج درب التبانة، على الرغم من عدم وجود أي مصدر مؤكد في الكون يمكنه إنتاج مثل هذه الطاقات، وقد تم اقتراح العديد من الفرضيات مثل النقاط الساخنة في المجرات الراديوية أو نفثات المجرات النشطة.
كيف يمكننا اكتشاف الأشعة الكونية من الأرض ؟
عندما يتصادم جسيم من الأشعة الكونية مع الأرض، فإنه يصطدم بنواة الغلاف الجوي وينتج العديد من الجزيئات الثانوية التي تتقاسم طاقة الجسيم الأساسي الأصلي، وتصطدم هذه الجزيئات الثانوية فيما بعد مع نوى أخرى في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى إنتاج جيل جديد من الجزيئات النشطة التي تستمر في العملية، مما يزيد من العدد الإجمالي للجزيئات، وتصل هذه الجسيمات المسماة “جزيئات الغلاف الجوي” إلى سطح الأرض بمليارات الجسيمات النشطة، وتغطي مساحة تقريبية تصل إلى 16 كم2.
تصل الأشعة الكونية ذات الطاقات العالية إلى الأرض بمعدل جسيم واحد فقط لكل كيلومتر مربع في السنة. الأشعة الكونية ذات الاهتمام الخاص هي تلك التي تمتلك طاقات تتجاوز 1020 فولت (وهي تعادل طاقة حركة كرة التنس التي تسير بسرعة 85 كيلومترا في الساعة، ولكنها تتركز في جسيم واحد من البروتون). يقدر معدل وصول هذه الأشعة الكونية بحوالي جسيمة واحدة لكل كيلومتر مربع في قرن واحد، ولذلك يحتاج الكشافون الذين يعملون في مجال الأشعة الكونية عالية الطاقة إلى مراصد واسعة المساحة لتسجيل كميات كبيرة من هذه الجزيئات.
كيف يمكن دراسة الأشعة الكونية ؟
يمكن اكتشاف الأشعة الكونية بشكل غير مباشر على سطح الأرض من خلال رصد تشكل شلالات الجسيمات التي تنشأ في الغلاف الجوي. يحدث تشكل الشلالات عندما يصطدم جسيم بسرعة عالية مع جزيء من الهواء، وتتصادم شظايا هذا التصادم بجزيئات هوائية أخرى، وينتج عن ذلك سلسلة من الجسيمات التي تسقط على الأرض وتتفاعل مع ملايين الجزيئات الهوائية. ومن خلال قياس هذه الشلالات، يستطيع العلماء دراسة خصائص الجسيم الأصلي أو الأشعة الكونية. وبالتالي، يمكننا فهم المصادر الفيزيائية الفلكية الحيوية للكون وآليات تسريع هذه الجسيمات، وقد تكون تحمل معلومات حول التطور وربما أصل الكون.
كاشفات الأشعة الكونية
يتم استخدام 1600 كاشفًا للجسيمات في المرصد، وتم توزيعها بالتساوي على مساحة 3000 كيلومتر مربع لقياس أمطار الأشعة الكونية.
في الليالي المظلمة، يتم ملاحظة الكاشفات الحساسة للضوء مضيئة خافتة ناتجة عن تصادم جزيئات المطر مع جزيئات الهواء، وتستخدم نوعان من أجهزة الكشف معا لقياس كمية الأمطار الناتجة عن الأشعة الكونية
كاشف السطح.
وكاشف لوس ليون.