ما هي الأشعة الكونيةs

تنشأ زخات من الجسيمات عالية الطاقة عندما تضرب الأشعة الكونية النشطة قمّة الغلاف الجوي للأرض. وتتكون معظم هذه الأشعة ااكونية من نويّ ذرية: أغلبها نويّ الهيدروجين والبعض منها هيليوم والبقية عبارة عن عناصر أثقل. ورغم أنّ الكثير من الأشعة الكونية منخفضة الطاقة تأتي من شمسنا، إلّا أنّ الأصول للأشعة الكونية ذات الطاقة العالية لاتزال غير معروفة وموضوع للبحث الحثيث. يوضّح هذا الرسم أنّ الهواء يتعرّض للأشعة الكونية عالية الطاقة. حقوق الصورة: Simon Swordy (U. Chicago), NASA). الأشعة الكونية هي فُتات جسيمات تُمطَر على الأرض من خارج المجموعة الشمسية. تتألّق هذه الأشعة عند سرعة الضوء وهي المسؤولة عن الأعطال الإلكترونية في الأقمار الصناعية وآلات أخرى. وقد اُكتشفت في عام 1912، ولكنّ بقيت الكثير من الأشياء حول الأشعة الكونية لغزاً حتى بعد أكثر من قرن، والمثال الجوهري على ذلك هو من أين أتت هذه الأشعة. يشتبه معظم العلماء بأنّ أصولها تعود إلى انفجارات المستعرات العظمى Supernovas (انفجارات النجم)، إلا أن التحدي في أنّ أصول الأشعة الكونية لسنوات عديدة قد بدت موحدة للمراصد الفلكية التي تراقب السماء بأكملها. وفي عام 2017 حدثت قفزة كبيرة للأمام في علم الأشعة الكونية، عندما درس مرصد بيير أوجير Pierre Auger Observatory (والذي يمتد على مساحة أكثر من 3000 كيلومتر مربع أو 1160 ميل مربع) مسارات وصول 30000 جسيم كوني. وأنهى ذلك بأنه يوجد اختلافاً في عدد مرات وصول هذه الأشعة الكونية إلى الأرض اعتماداً على المكان الذي تنظر إليه. قال الباحثون بأنه على الرغم من أنّ أصولهم ما تزال غامضة فإن الخطوة الأولى في سبيل معرفة المكان الذي جاؤوا منه هي معرفة المكان الذي تنظر إليه. وقد نشرت النتائج في مجلة العلوم Science. يمكن أن تستخدم الأشعة الكونية في تطبيقات خارج علم الفلك، ففي تشرين الثاني/نوفمبر 2017 اكتشف فريق بحثي خرقاً محتملاً في الهرم العظيم في الجيزة Great Pyramid of Giza والذي قد بُني عام 2560 قبل الميلاد، وذلك باستخدام الأشعة الكونية. وقد وجد الباحثون هذه الثغرة باستخدام التصوير المقطعي بالميون muon الذي يبحث في الأشعة الكونية واختراقها عبر الاجسام الصلبة. تاريخ الأشعة الكونية حينما تمّ اكتشاف الأشعة الكونية في القرن التاسع عشر، علم العلماء بأن شيئاً غامضاً كان يحدث في ثمانينيات القرن السابع عشر، وذلك عندما لاحظ الفيزيائي الفرنسي شارل أوجستين دي كولوم Charles-Augestin de Coulomb – الذي اشتهر بوجود شحنة كهربائية تحمل اسمه – كرة مشحونة كهربائياً فجأةً وبشكل غامض تفقد شحنتها بشكل نهائي. في ذلك الوقت كان يُعتقد بأن الهواء عازلاً وليس ناقلاً للكهرباء، وبالمزيد من العمل اكتشف العلماء بأنّ الهواء يمكن أن يكون ناقلاً كهربائياً في حال كانت جزيئاته مشحونة أو متأيّنة، ويحدث ذلك بشكل شائع حيث تتفاعل جزيئات الهواء مع الجسيمات المشحونة أو الأشعة السينية. ولكن كان اللغز هو من أين أتت تلك الجسيمات المشحونة. وحتى محاولات منع شحنها بكميات كبيرة من الرصاص قد باءت بالفشل. في 7 آب/أغسطس عام 1912، جعل الفيزيائي فيكتور هيس Victor Hess بالون كبير يطير على ارتفاع 17400 قدم (5300 متر)، وقد اكتشف أن الإشعاعات المؤيّنة أكبر بثلاثة أضعاف منها على الأرض، الأمر الذي يعني أن الإشعاع يجب أن يكون آتياً من الفضاء الخارجي. ولكن تقفّي أثر الإشعاع الكوني "قصص الأصل" استغرق أكثر من قرن من الزمن، في سنة 2013، عرض تلسكوب فيرمي لأشعة غاما Fermi Gamma-ray التابع لناسا نتائج من مراقبة بقايا انفجار نجمين من المستعر الأعظم الموجود في مجرة درب التبانة وهما: IC 433 و W44. ومن بين بقايا هذه الانفجارات النجمية فوتونات أشعة غاما والتي (على عكس الأشعة الكونية) لا تتأثّر بالمجالات المغناطيسية، ومن دراسة أشعة غاما تبيّن أنها تحمل نفس دليل الطاقة التي تحملها الجسيمات دون الذرية والتي تدعى البيونات المتعادلة neutral pions. وتنتج البيونات عندما تتعثر البروتونات بمجال مغناطيسي داخل يحدث انفجار المستعر الاعظم وتتصادم مع بعضها البعض. بعبارة أخرى، أظهرت دلالات الطاقة المتطابقة أن البروتونات يمكنها التحرك بسرعة كافية داخل المستعرات العظمى لتوليد الأشعة الكونية.