אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על כתבה:

Phillip F. Schewe, Scientists Prove Cosmic Rays Are Made of Protons, Inside Science News Service,June 30, 2010

מדענים שצפו בטלסקופים פרושים במדבר יוטה שבארה"ב, גילו שקרינה קוסמית מורכבת ברובה מפרוטונים. מערך הצפייה הורכב מ-67 טלסקופים. הצפייה התרחשה בשנים 1997-2006, ופורסמה כעת במגזין Physical Review Letters.

מהי קרינה קוסמית?

קרינה זו היא למעשה חלקיקים אנרגטיים הבאים מהחלל החיצון, ופוגעים באטמוספרת כדור הארץ. המושג "קרניים" אינו מדויק, כי כל חלקיק מגיע לחוד. אולם, כאשר גילו קרינה זו, חשבו שהיא מגיעה בצורת "קרניים".

מקור החלקיקים הוא בתהליכים אנרגטיים המתרחשים בשמש, ומתהליכים שעדיין אינם ידועים המתרחשים באזורים מרוחקים ביקום.

האנרגיות של קרינה קוסמית יכולות להגיע ל-  10²⁰ev, בערך פי 10⁸  מהאנרגיות שמאיצים אליהן חלקיקים במאיצי החלקיקים. (נזכור ש- lev=1.6*10^-19J ).

ישנן שני סוגים של קרינה קוסמית: קרינה ראשונית-הנוצרת מחוץ למערכת השמש, וקרינה משנית הנוצרת בעקבות אינטרקציה (מפגש) בין חלקיקים מהקרינה הראשונית לחומר הבין כוכבי או מולקולות באטמוספרה של כדור הארץ. על הקרינה המשנית נפרט בהמשך.

אינטראציה של קרניים קוסמיות והשדה המגנטי של כדור הארץ גורמים למה שנקרא הזוהר הצפוני. האנרגיה של החלקיקים הגורמים לזוהר הצפוני צריכה להיות מספיק קטנה כך שחלקיקים אילו יכלו להיות מוסטים בעיקבות אי-אחידות בשדה המגנטי של כדור הארץ (אם האנרגיה גדולה מדי הם יחצו את השדה המגנטי ויגיעו לכדור הארץ). מסלול החלקיקים עוקב אחרי קווי השדה, ומאחר ובקטבים קוי השדה המגנטי של כדור הארץ חוצים את האטמוספירה, אזי חלקיקים אלו מתנגשים באטמוספירה. חלקיקים אלו מיננים (מפרידים אלקטרון אחד או יותר) ומעררים (מעלים את האלקטרונים באטומים לרמות אנרגיה גבוהות יותר) את האטומים באטמוספירה ע"י התנגשות בה הם מעבירים אנרגיה לאטומים. כאשר האטומים חוזרים לאנרגית מצב היסוד שלהם, נפלטת אנרגיה בצורת פוטון (חלקיק של אור) הנראה לנו כזוהר הצפוני. החלקיקים הטעונים הנוצרים בשמש הם בעלי אנרגיה יחסית נמוכה בהשוואה לשאר החלקיקים המרכיבים קרניים קוסמיות, ולכן התפרציות שמש (התפוצצויות אדירות המתרחשות באטמוספרה של השמש ובהן משתחררת אנרגיה רבה הנישאת על ידי חלקיקים טעונים-כלומר קרינה קוסמית) הן הגורם העיקרי לזוהר הצפוני.

אם כן, הגילוי היה שקרינה זו מורכבת בעיקרה מפרוטונים (כ-90% ממנה). בתחילה חשבו שעיקר הקרינה מורכב מחלקיקים כבדים יותר, כמו גרעין היסוד ברזל, המורכב מ-26 פרוטונים.

כיצד מגלים קרינה קוסמית?
|צפיפות החומר בחלל נמוכה מאד, ולכן החלקיקים המרכיבים את הקרינה יכולים לעבור מרחקים גדולים. כאמור למעלה, כאשר מתנגשים הפרוטונים עם גזים הנמצאים באטמוספירת כדוה"א, נוצרים חלקיקים אחרים כמו פיונים ומזונים (חלקיקים המורכבים מקווארקים, מהם מורכב גם הפרוטון, בקונפיגורציות שונות). המזונים דועכים במהירות למיואונים (חלקיקים בעלי מטען של אלקטרון אך בעלי מסה גדולה פי 207 מזו של האלקטרון). המיואונים לא יוצרים כמעט אינטראקציה עם האטמוספרה, ולכן רבים מהם  מגיעים לפני כדה"א. מיואונים מהווים סוג של קרינה מייננת (המפרידה אלקטרון אחד או יותר מהאטום), ולכן ניתן לגלותם על ידי גלאים שונים, כמו תאי בועות. תא בועות הוא גליל הממולא בנוזל (מימן נוזלי בד"כ) הנמצא בדיוק מתחת לנקודת הרתיחה שלו. עקב מעבר המיואון בתא, הוא מיינן את המימן, מחמם אותו, יוצר בועות, ומצטלם על ידי מצלמות הקבועות מעל הגליל. כיוון שתא הבועות נמצא בשדה מגנטי, מסלולי החלקיקים שטעונים חשמלית מעוקמים. ניתוח האירוע דורש שחזור תלת-ממדי של כל המסלולים באותה תמונה

 לקריאה נוספת:

• קרניים קוסמיות, אסטרופדיה - האנציקלופדיה לאסטרונומיה, אסטרופיזיקה ומדעי החלל
• Cosmic ray, Wikipedia
• Bubble chamber, Wikipedia