الأشعة الكونية

يعتبر الإشعاع (كسهم جسيمي) أو فيض للفلكيين يمكن بواسطته الحصول على معلومات حول حقيقة الكون، حيث هنا العديد من أنواع الإشعاع في الفضاء، بصورة عامة تكون الأشعة الكونية Cosmic Rays بشكل حزم مع بعضها تحت إطار الأشعة الكهرومغناطيسية. فالضوء المرئي ما هو إلا إشعاع كهرومغناطيسي، كذلك الموجات الحرارية، موجات الراديو، أشعة إكس، أشعة كاما، كلها توجد في الفضاء وكلها تشع بواء بواسطة الأجرام السماوية.

يصنف الإشعاع عن طريق طوله الموجي، حيث يبدأ مداه الموجي من موجات الراديو الطويلة 3 × 104 أمتار إلى موجات كاما القصيرة 5 × 11 – 10 امتار. نسمي العلي الكلي - الطيف الكهرومغناطيسي Electromagnetic Spectrum- كل هذه الإشعاعات تسير بالفضاء بسرعة تساوي سرعة الضوء. تعتبر الاشعة الكونية نوع مختلف من الإشعاع، وبهذا فهي تتكون من دقائق (جسيمات) صغيرة جداً، وبالواقع هي نوايا أو نويات لذرات أو مكونات بعض العناصر الخفيفة مثل الهيدروجين، وما هي إلا جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي يخترق طبقة الغلاف الجوي الذي يحيط بالأرض ومنها الطيف المرئي طبعاً، وبعض أجزاء الطيف الراديوي. وعندما تدخل الأشعة الكونية الغلاف الجوي للأرض فإن سلوكها يتغير. ولأجل دراستها كما هي، يجب أن يكون ذلك في الفضاء الخارجي بعيدا عن الغلاف الجوي للأرض.

لقد تم الكشف عن الأشعة الكونية من خلال بحث كان مراده معرفة سبب تأين عرفة الارتشاح Chamber Leakage، طبعاً بظروف ليس هنالك فيها عازل مثالي أو تام بمعناه ومفعوله، وعند توقع حدوث بعض تأين غرفة الإرتشاح، وجد أن نسبة الارتشاح أكبر مما ستحسب أو تعد بواسطة العازل غير التام العزل، وأوعز أن سبب الاختلاف بالتأين يعود إلى تأثيرات إشعاعية في الأرض. ولأجل الكشف عن هذه النقطة. فقد نقلت غرفة التأين فوق سطح الأرض بواسطة منطاد. وفي خلال الجزء الأول من الصعود إلى الأعلى انخفض التأين ببطء حقاً. ولكن في عام 1909م. وجد كوكيل في المرتفعات العالية نسبة التأين بدأت في الزيادة، وكان على بعد 2،5 ميل أكبر من الذي على سطح الأرض.

وبعد دراسة لكل من هيس، وكوهلوستير في عام 1910م. افترضا بأن هنالك إشعاعاً خارقاً يأتي من خارج الأرض أسموه الأشعة الكونية Cosmic Rays. وقد لمس بهذه الأشعة بأنها أكثر اختراقاً بما لا يقل عن عشر مرات من أغلب طاقات أشعة كاما المعروفة. وكما هو الحال للبحوث التي أقيمت على الأشعة الكونية خارج الأرض، أي في الهواء الطلق فقد استمر ذلك الحركة داخل الأرض وعلى سطحها، يؤثر وجود الأشعة الكونية في الأعماق داخل المناجم. لذلك نلاحظ أن كل مادة مشعة تغلف بغلاف من الرصاص. فقد وجد حتى أعماق البحيرات المنجمدة منها ذات الماء المقطر والعادية، وكذلك نقلت غرفة التأين بواسطة البواخر خلال البحار، ونتيجة لهذه الاكتشافات كلها، وجد أن الأشعة الكونية تخترق غرفة التأين وهي تأتي إلى الأرض من كل الاتجاهات. وهي أكثر بقليل عند القطب المغناطيسي من منطقة الاستواء.

إن الحقيقة التي تشير إلى أن الإشعاع أكثف في اتجاه المناطق القطبية نسميها بمدى التأثير, وقد اقترح بأن هنالك على الأقل بعض الأشعة الكونية تكون مشحونة، وهذه الجسيمات المشحونة تقترب من الأرض عند خط الاستواء ويجب أن تتحرك عمودياً باتجاه المجال المغناطيسي للأرض. واعتماداً على نوع الشحنة فإن هذه الجسيمات تعاني من قوى إما باتجاه الشرق أو باتجاه الغرب، والتي تسبب للأشعة بأن ترتطم بالأرض، فهذه الجسيمات المشحونة التي تقترب من ارتفاعات كبيرة من الأرض تتحرك قريباً وبصورة موازية إلى المجال المغناطيسي وتتعرض لقوى انحراف طفيفة. وعلى الرغم من أن هذا التحليل يدل على قليل من بعض الأشعة المشحونة، فهو لا يدل على نوع الشحنة هذه. وقد جاء نتيجة التحليل أن الجسيمات المشحونة عند استواء الأرض ترتطم بالأرض من اتجاه معين الشرق أو الغرب من العمود فتعتمد على نوع الشحنة التي تحملها.

 لا تمتلك غرفة التأين أي اتجاه للتحسس بهذه الجسيمات، توجد ترتيبات ذكية لأنبوبة كايكر / مولير Geiger-Mueller Tubes تستعمل لإيجاد التأثير الشرقي أو الغربي. لا تمتلك أنبوبة G-M المشار إليها أي اتجاه للتحسس، لكن العديد منها مرتبط إلكترونياً بدولاب سلمي، مثل هذا الجهاز نسميه تلسكوب الأشعة الكونية Cosmic Ray Telescope فاتجاه الأشعة قابل لتعيين الهدف على كل الأنابيب المطلوب تعيينها.

أفصحت تجربة شرق - غرب بملاحظة نسبة العد لتلسكوب الأشعة الكونية المنطلقة في زوايا مختلفة شرقية وغربية من العمود. لقد وجد التوزيع التناظري في زاوية مقدارها 35 في منطقة بيونس أيرس. وعلى كل حال فإن التوزيع في الاستواء المغناطيسي له نفس الشكل العام، ويكون مسفودا قليلا نحو الغرب، وإن الكثافة الكبيرة نسبيا من الغرب تدل على وفرة من الشحنات الموجبة، لكن من غير المحتمل أن تتضمن من هذا بأنه لا توجد جسيمات سالبة أو دقائق غير مشحونة.

في عام 1928 م، صور " سكوبلتساين " فوتوغرافياً تأثيرات الأشعة الكونية في «غرفة سحابة ولسون» Wilson cloud chamber. فقد وجد أن التأثيرات تظهر في مجموعات، وأن الجسيمات في المجموعة تبدو وكأنها تنشا من بعض النقط القريبة للجزء العلوي (السقف) من الجهاز. وبعد ذلك وجد بأن أنابيب G-M واسعة الانتشار أفقياً، لها مردات إسقاط أكثر من التي تعد بواسطة الصدفة.

قاد هذا الرصد إلى اكتشاف ما يسمى مرئيات الأشعة الكونية Cosmic Ray Showers ينتج أحيانا وفي الغلاف الجوي فوتون ذي طاقة تقدر بعدة ملايين من الالكتروفولتات. هذا الفوتون يؤدي إلى اندلاع إلكترون وبوزترون (يرجع اكتشاف البوزترون إلى أندرسون، عند استعماله السحابة في بحث الأشعة الكونية). هذه الالكترونات ذات الطاقة العالية الأخرى تستطيع أن تنتج فوتونات ذات طاقة عالية بواسطة التوليد الميكانيكي لأشعة إكس. وكذلك بواسطة الإنتاج النهائي لتحطيم الإشعاع، وبالتالي فإن أحد الجسيمات المحطمة (إما الفوتون أو الإلكترون) سيضاعف إلى ملايين من الجسيمات المرئية.

يعزى اكتشاف المرئيات إلى الصعوبة في الثبات عن الطبيعة الأولية للأشعة الكونية التي تأتي إلى الأرض من الفضاء الخارجي، إن طبيعة الأشعة تتغير كما لو أنت إلى الأسفل خلال الغلاف الجوي، إن مستوى بحر الأشعة الكونية سيحمل القليل من الذي يشبه حالته الأولى.

شكل (1): أنواع الأطياف