وبگاه نجوم کرمچاله

لطفا از تمام مطالب دیدن فرمایید.

به نام خالق مهبانگ

کرمچاله,کاووس پدیدار:سلام به کاربران عزیز

زکات علم ترویج آن است,با توجه به این پند گهربار و اجابت کردن آن از این پس طی مقالاتی مستند وار بنا داریم تا شما را با علم اختر فیزیک و اصطلاحات رایج آن بیشتر آشنا نماییم,اختر فیزیک و بلاخص فیزیک کوانتوم و مکانیک کوانتوم بیشتر حول محور چگونگی تشکیل ستارگان,چیستایی مواد تشکیل دهنده آنها و چگونگی عملکرد این مواد و ذرات میپردازد که ما در هر یک از این مقالات سلسله وار با یکی از این مواد و اصطلاحات فیزیکی آنها آشنا میشویم تا بیشتر از قبل با دنیایی که در آن زندگی میکنیم آشنا شویم,خواهشمندم شما نیز در این راه ما را تنها نزارید و در قسمت نظرات, ما را از دانش خود سیراب نمایید,باتشکر

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، مانندانفجارهای ابرنواختری، به‌وجود آمده باشند. پروتون با حدود ۹۰٪ و هستهٔ هلیوم با ۱۰۰٪ بیش‌ترین سهم را در این پرتوها دارند. البته مقدار اندکی هسته‌های سنگین‌تر نیز یافت می‌شود که انرژی آن‌ها بین ${{10}^{8}}$ تا ${{10}^{20}}\,{\text{eV}}$ 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 ${{10}^{12}}\,{\text{eV}}$ 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.

تاریخچه

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

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 وفلوئور ۰.۱۸ هسته عناصر سنگین و ۰.۰۵ هسته عناصر بسیار سنگین است.^[۳]

منابع ذرات

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

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

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	۱۰^۱۶ eV‎^[۵]‏
زانوی دوم	second knee	۶‎×۱۰^۱۷ eV‎^[۷]‏
قوزک	Ankle	۴‎×۱۰^۱۸‎^[۵]‏ eV
شکستگی GZK	GZK cut-off	۴‎×۱۰^۱۹ eV‎^[۵]‏

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

N(E)dE=const.E^{-2.7}dE-E<E_{knee}\!

N(E)dE=const.E^{-3.0}dE-E_{knee}<E<E_{ankle}\!

N(E)dE=const.E^{-2.69}dE-E_{ankle}<E<E_{GZK}\!

N(E)dE=const.E^{-4.2}dE-E_{GZK}<E\!

که در آن:

E انرژی

N تعداد است.

رصدخانه‌ها

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

معروف‌ترین رصدخانه‌های پرتو کیهانی عبارتند از:

رصدخانه پیر اوجر:در مندوزا، آرژانتین قرار دارد و محیطی بالغ بر ۳٬۰۰ کیلومتر مربع را برای آشکارسازی بهمن‌های گسترده هوایی پوشش می‌دهد. و اکثر فعالیت این بخش روی پرتوهای کیهانی با انرژی بسیار زیاد(UHECR) است.^[۲]
رصدخانه آگاسا:در آکنو، ژاپن که از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۴ فعال بود^[۲]
رصدخانه های‌رس:در داگ‌وی یوتا، آمریکا قرار دارد.^[۲]
رصدخانه آماندا:در قطب جنوب برای آشکارسازی نوترینوها به کار می‌رود^[۹] ولی از آن برای تحلیل اطلاعات دیگر پرتوهای کیهانی هم استفاده می‌شود.