ستحظى الأبحاث القائمة على البالون حول الجسيمات الكونية التي بدأت منذ أكثر من قرن بدفعة كبيرة في العام المقبل - وصولاً إلى مدار منخفض حول الأرض ، عندما سيتم إرسال الطاقة والكتلة الكونية من راي ناسا (CREAM) إلى محطة الفضاء وبالتالي تصبح (هل انت مستعد لهذا؟) كريم ISS، المصممة خصيصًا للكشف عن الأشعة الكونية فائقة الطاقة ومساعدة العلماء على تحديد مصدرها (مصادرها) الغامض.
قال عالم البرامج ، فيرنون جونز ، "الإجابة هي ما ينتظره العالم منذ 100 عام".
اقرأ المزيد عن هذه التجربة "الرائعة" أدناه:
ستكون الطاقة الكونية والكتلة (CREAM) أول جهاز أشعة كونية مصمم للكشف في نطاقات الطاقة الأعلى ، وعلى مدى هذه المدة الممتدة في الفضاء. يأمل العلماء في اكتشاف ما إذا كانت الأشعة الكونية تتسارع من خلال سبب واحد ، يُعتقد أنه مستعر أعظم. يمكن أن يحدد البحث الجديد أيضًا سبب وجود عدد أقل من الأشعة الكونية المكتشفة في طاقات عالية جدًا من النظرية الموجودة.
قال Eun-Suk Seo ، الباحث الرئيسي في دراسة CREAM ، "إن الأشعة الكونية هي جسيمات نشطة من الفضاء الخارجي". "يقدمون عينة مباشرة من المادة من خارج النظام الشمسي. أظهرت القياسات أن هذه الجسيمات يمكن أن يكون لها طاقات تصل إلى 100.000 تريليون فولت إلكترون. هذه طاقة هائلة ، تتجاوز بكثير أي طاقة يمكن توليدها باستخدام مسرعات من صنع الإنسان ، حتى مصادم هادرون الكبير في CERN ".
يخطط الباحثون أيضًا لدراسة الانخفاض في الكشف عن الأشعة الكونية ، ويطلق عليه "الركبة" الطيفية التي تحدث عند حوالي ألف تريليون فولت إلكترون (eV) ، وهو أقوى بنحو 2 مليار مرة من الانبعاثات في مسح التصوير النووي الطبي. كل ما يسبب الأشعة الكونية ، أو يرشحها أثناء تحركها عبر المجرة ، يأخذ لدغة من السكان من 1000 تريليون فولت إلكترون إلى أعلى. علاوة على ذلك ، يمتد طيف الأشعة الكونية إلى ما هو أبعد بكثير مما يعتقد أن المستعرات الأعظمية قادرة على إنتاجه.
لمعالجة هذه الأسئلة ، تخطط وكالة ناسا لوضع CREAM على متن المحطة الفضائية ، لتصبح ISS-CREAM. طارت الآلة ست مرات لما مجموعه 161 يومًا على بالونات طويلة الأمد تدور حول القطب الجنوبي ، حيث تكون خطوط المجال المغناطيسي للأرض عموديًا بشكل أساسي.
كانت فكرة الجسيمات النشطة القادمة من الفضاء غير معروفة في عام 1911 عندما أخذ فيكتور هيس ، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1936 الفضل في اكتشاف الأشعة الكونية ، في الهواء لمعالجة لغز لماذا أصبحت المواد أكثر كهربة مع الارتفاع ، وهو تأثير يسمى التأين. كان التوقع أن يضعف التأين كلما ابتعد المرء عن الأرض. طور هيس أدوات حساسة وأخذها على ارتفاع 3.3 ميلاً (5.3 كيلومترات) وأثبت أن التأين زاد إلى أربعة أضعاف مع الارتفاع ، ليلاً أو نهارًا.
سيساعد فهم أفضل للأشعة الكونية العلماء على إنهاء العمل الذي بدأ عندما حول هيس بشكل غير متوقع سؤالًا أرضيًا إلى لغز نجمي. إن الإجابة على هذا اللغز ستساعدنا على فهم وجه خفي وأساسي لكيفية بناء مجرتنا ، وربما الكون ، وكيفية عملها.
سرعان ما اكتسبت هذه الظاهرة اسمًا شائعًا لكنه مربكًا ، الأشعة الكونية ، من نظرية خاطئة أنها أشعة سينية أو أشعة غاما ، وهي إشعاع كهرومغناطيسي ، مثل الضوء. بدلاً من ذلك ، تعد الأشعة الكونية جسيمات عالية السرعة وعالية الطاقة للمادة.
كجسيمات ، لا يمكن تركيز الأشعة الكونية مثل الضوء في التلسكوب. وبدلاً من ذلك ، يكتشف الباحثون الأشعة الكونية بواسطة الضوء والشحنات الكهربائية الناتجة عندما تصطدم الجسيمات بالمادة. ثم يستخدم العلماء العمل التحقيقي لتحديد الجسيم الأصلي من خلال القياس المباشر لشحنته الكهربائية وتحديد طاقته من الانهيار الجسيم لجزيئات الحطام التي تخلق مساراتها المتداخلة الخاصة بها.
يقوم كريم بعمل هذا الأثر باستخدام مقياس السعرات المؤين المصمم لجعل الأشعة الكونية تسقط طاقاتها. طبقات من الكربون والتنغستن وغيرها من المواد تقدم "مقاطع عرضية" نووية معروفة داخل المكدس. تقيس الكاشفات الكهربائية والبصرية شدة الأحداث حيث تتصادم الجسيمات الكونية من الهيدروجين إلى الحديد عبر الجهاز.
على الرغم من أن رحلات بالون CREAM وصلت إلى ارتفاعات عالية ، إلا أن الجو الكافي ظل أعلى للتدخل في القياسات. ستضع خطة تركيب الجهاز على السطح الخارجي للمحطة الفضائية فوق التأثيرات الغامضة للغلاف الجوي على ارتفاع 250 ميلاً (400 كيلومتر).
"على ماذا يمكننا الآن أن نضع آمالنا في حل العديد من الألغاز التي لا تزال موجودة فيما يتعلق بأصل وتكوين الأشعة الكونية؟"
- فيكتور إف هيس ، محاضرة نوبل ، ديسمبر 1936
المصدر: وكالة ناسا
