پرتو کیهانی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از پرتوهای کیهانی)
پرش به: ناوبری، جستجو

پرتوهای کیهانی ذراتی هستند که در فضای خارج از اجرام آسمانی تولید شده و به جو این اجرام برخورد می‌کنند. در مورد کره زمین، این امواج در عبور از جو زمین و برخورد با ذرات اتمسفر به ذرات مختلفی مانند مزون‌ها و پوزیترون‌ها تبدیل می‌شوند.

این پرتوها که شامل الکترون و هسته‌های کاملاً یونیزهٔ اتم است، از تمام راستاها به مقدار برابر دریافت می‌شود. راستای ورود، سرچشمهٔ آن‌ها را روشن نمی‌کند، چرا که پرتوهای کیهانی ذراتی باردار هستند؛ از این رو در زمان حرکت از میان میدان‌های مغناطیسی راه شیری، مسیر آن‌ها پیوسته تغییر می‌کند. انرژی بالای پرتوهای کیهانی نشان‌دهندهٔ آن است که آن‌ها باید در فرایندهای پرانرژی، مانند انفجارهای ابرنواختری، به‌وجود آمده باشند. پروتون با حدود ۹۰٪ و هستهٔ هلیوم با ۱۰٪ بیش‌ترین سهم را در این پرتوها دارند. البته مقدار اندکی هسته‌های سنگین‌تر نیز یافت می‌شود که انرژی آن‌ها بین تا است. از برخورد پرتوهای پرانرژی کیهانی و مولکول‌های جو، تابش ثانویه پدید می‌آید. این تابش را می‌توان از روی زمین رصد کرد، در حالی که برای مشاهدهٔ مستقیم پرتوهای کیهانی باید از جو خارج شد. آشکارسازهای مورد استفاده برای رصد پرتو کیهانی شبیه به آن‌هایی است که در فیزیک ذرات به‌کار می‌رود. با توجه به اینکه ذرات در شتاب دهنده‌های زمینی حداکثر به انرژی می‌رسند، پرتوهای کیهانی یک آزمایشگاه طبیعی عالی در پیش روی فیزیک ذرات قرار می‌دهند. بسیاری از ماهواره‌ها و فضاپیماها مجهز به آشکارسازهای پرتو کیهانی هستند.[۱]

تاریخچه[ویرایش]

در سال ۱۹۱۲ ویکتور هس فیزیکدان اتریشی به دنبال حل معمای کم شدن بار اجسام باردار الکتروسکوپ‌هایی را در نقاط مختلف زمین نصب کرد و از تغییر میزان شدت کاهش بار نتیجه گرفت منشا پرتوهای باردار خارج از زمین است. در سال ۱۹۲۶ رابرت میلیکان به آن نام پرتو کیهانی را داد و به ویکتور هس به کشف پرتوهای کیهانی در سال ۱۹۳۶ جایزه نوبل فیزیک رسید.[۲]

ذرات ورودی[ویرایش]

ذرات اولیه که به جو زمین وارد می‌شوند شامل ۹۲.۹ درصد پروتون،۶.۳ درصد هسته هلیوم(ذره آلفا)،۰.۱۳ درصد هسته عناصر لیتیوم، برلیوم و بور ۰.۴ درصد هسته عناصر کربن، نیتروژن، اکسیژن و فلوئور ۰.۱۸ هسته عناصر سنگین و ۰.۰۵ هسته عناصر بسیار سنگین است.[۳]

منابع ذرات[ویرایش]

منابع این ذرات به ترتیب انرژی (از انرژی کمتر به بیشتر) عبارتند از:ستاره نوترونی، کوتوله سفید، لکه‌های خورشیدی، هسته‌های فعال کهکشانی، فضای میان‌سیاره‌ای، باقیمانده ابرنواختر، دیسک کهکشان، هاله کهکشان، خوشه‌های کهکشانی[۲]

با این حال هنوز بخش‌های زیادی از منابع پرتوهای کیهانی ناشناخته مانده‌است.[۴]

ورود ذرات به زمین[ویرایش]

یک طرح‌واره از مقیاسی کوچک برای واپاشی ذرات پرتو کیهانی

ذرات پس از نزدیک شدن به زمین به علت وجود مغناطوکره دور زمینی در شعاعی خاص می‌چرخند[۵] و پس از برخورد با جو واپاشی می‌کنند و ذرات واپاشی شده خود نیز در مسیر خود به سوی زمین واپاشی می‌کنند و به همین منوال ادامه پیدا می‌کنند تا به سطح زمین برسند و تعداد ذرات به زمین رسیده نسبت مستقیم با انرژی ذره اولیه دارد به مجموعه ذرات به زمین رسیده آبشار می‌گویند و در صورت بزرگ بودن این انرژی (در محدوده UHECR و بالاتر) به آن بهمن گسترده هوایی[۶](EAS) می‌گویند.

طیف انرژی[ویرایش]

طیف انرژی پرتوهای کیهانی (عرض:میزان شارش و طول:انرژی ذره اولیه).

در طیف انرژی این پرتوها چهار شکستگی وجود دارد:

نام نام انگلیسی انرژی
زانو Knee ۱۰۱۶ eV[۵]
زانوی دوم second knee ۶‎×۱۰۱۷ eV‎[۷]
قوزک Ankle ۴‎×۱۰۱۸[۵]‏ eV
شکستگی GZK GZK cut-off ۴‎×۱۰۱۹ eV‎[۵]

بین تعداد و انرژی رابطه دیفرانسیلی زیر برقرار است[۵]:

که در آن:

E انرژی
N تعداد است.

رصدخانه‌ها[ویرایش]

برای رصد پرتوهای کیهانی از آشکارسازهای ذرات مانند آشکارساز چرنکوف و آشکارساز فلوئورسنس استفاده می‌شود.[۸]

معروف‌ترین رصدخانه‌های پرتو کیهانی عبارتند از:

شبیه‌سازی[ویرایش]

برای شبیه‌سازی برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین و تولید آبشار از برنامه کورسیکا(CORSIKA) استفاده می‌شود

کنفرانس بین‌المللی پرتوهای کیهانی[ویرایش]

اثرات روی زمین[ویرایش]

با بررسی دوره یازده ساله سیکل خورشیدی اثبات شد که پرتوهای کیهانی ناشی از خورشید در کاهش ضخامت لایه اوزن مؤثر است.[۱۰]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. کتاب مبانی ستاره‌شناسی، صفحه ۸۹
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ ۲٫۳ ۲٫۴ Bauleo, pablo; et al. "The dawn of particle astronomy era in ultra-high-energy cosmic rays". Nature (in English) 458: 847–851. doi:10.1038/nature07948. 
  3. S.L., Kakani; Shubhra Kakani (2008). "Cosmic rays". Nuclear and Particle Physics (in English). Viva books Private limited. p. 896. ISBN 978-81-309-0040-7. 
  4. wakely, scott. "The Universe in detaile". Astronomy (in English) 34: 42–47. 
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ ۵٫۲ ۵٫۳ ۵٫۴ Perkins, Donald (2009). "229-244". Particle Astrophysics (in English). OUP. ISBN 978-0-19-954545-2. 
  6. هدایتی خلیل‌آباد; et al. (۱۳۸۸). روشی دیگر برای یافتن مکان هسته‌های بهمن‌های گسترده هوایی. کنفرانس فیزیک ایران (in فارسی). pp. ۲۲۸–۲۳۱. 
  7. Codino, Antonio (2009). "Consequences of the common origin of the knee and ankle in Cosmic ray physics" (in English). Elsevier. pp. 228–239. 
  8. Andreas Haungs; et al. "Energy spectrum and mass compsition of high-energy cosmic ray". Rep. Prog. Phys. (in English) (IOP): 1152. 
  9. Sarkar, Utpal (2008). "Dark matter and Dark energy". Particle and Astroparticle Physics. High Energy Physics,Cosmology and Gravition (in English). Taylor and Farcis. p. 471. ISBN 1-58488-931-4. 
  10. Lu, Q. -B (19 March 2009). "Correlation between Cosmic Rays and Ozone Depletion". Physcal Rev. Let. (in English). doi:10.1103/PhysRevLett.102.118501. 

پیوند به بیرون[ویرایش]