في نهاية القرن الثامن عشر لاحظ الفيزيائي الفرنسي شارل كولوم (Coloumb) انه عند تعليق كرة مشحونة كهربائيا في الهواء، فان الكرة تفقد شحنتها مع مرور الوقت، لم يتمكن كولوم من تقديم تفسير للظاهرة، وكانت تلك هي المرة الأولى التي تشاهد فيها آثارا تعزى للأشعة الكونية. بعد مرور حوالي مئة عام، وباستخدام وسائل أكثر تقدما، أعاد الفيزيائي البريطاني ويلسون (Willson) تجربة كولوم وذلك لإثبات توصيلية الهواء للكهرباء أعاد تلك التجارب كل من ايلستر (Elster) وجيتل (Geitel) تم تفسير توصيلية الهواء بوجود إشعاع مؤين في الغلاف الجوي لكن أصل هذا الإشعاع لم يكن واضحا.

شهدت تلك الحقبة (1895–1900) اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي ففي عام 1895 أكتشف (Rontgen) رونتجن الأشعة السينية وفي السنة التالية لاحظ بيكرل (Becquerel) أن أملاح اليورانيوم تصدر إشعاعا له القدرة على تأين الهواء، دون أن يحدد طبيعتها بعد سنتين تمكن رذرفورد (Rutherford) من تحديد طبيعة اثنتين من تلك الإشعاعات وأطلق عليهما إشعاع ألفا وإشعاع بيتا، عام 1900 حدد الفرنسي فيلادر Villared)) طبيعة الإشعاع الأخير وأطلق عليه إشعاع كاما. بعد هذه الاكتشافات أصبح السؤال المطروح هو: هل للنشاط الإشعاعي الطبيعي علاقة بالتوصيلية الهوائية بعد هذه الاكتشافات أصبح أم أنها تعود لإشعاع خارجي أم للهواء نفسه.

بين رذرفورد (Rutherford) أن الإشعاع المؤين يأتي من خارج الجهاز، حيث لاحظ انه بوضع هذا الأخير داخل صندوق من الرصاص، فان سرعة تفريغ الشحنة الكهربائية تقل كلما زاد سمك جوانب الصندوق.

من اجل تبيان تأثير النشاط الإشعاعي الطبيعي على التجربة، قام وولف (Wulf) سنة 1910 بإعادة التجربة من أعلى برج أيفل (200 m) فلاحظ استمرار حدوث التفريغ الكهربائي لكن بسرعة أقل.

باستخدام ا المنطاد: قام الفيزيائي النمساوي هاس (Hess) بإجراء تجاربه حول التفريغ الكهربائي على ارتفاعات مختلفة حتى بلغ سنة 1913 ارتفاعا قدره 9 كيلومتر، فوجد أن سرعة التفريغ تزداد مع الارتفاع فخلص بذلك إلى إن مصدر الإشعاع المؤين المسبب للتفريغ الكهربائي يقع في الفضاء الخارجي.

بعد أعمال هاس وتجارب أخرى عديدة (أجريت تحت الماء وفي الأنفاق) والتي رجحت كلها فرضية المصدر الخارجي، أطلق ميلكان (Millikan) على النوع الجديد من الإشعاع اسم الأشعة الكونية.

بعدما حصل الإجماع على الأشعة الكونية، أدت التجارب التي أنجزها ريجنر (Regner) وبعده فوتزر (Pfotzer) إلى إثارة الشكوك من جديد. استخدم فوتزر عداد كايكر– ميلر (Geiger–Muller) لقياس شدة الإشعاع المؤين على ارتفاعات مختلفة فوجد أنها تزداد مع الارتفاع إلى أن تأخذ قيمة عظمى على ارتفاع 15 كيلومتر، ثم تبدأ بالتناقص.

بدا الأمر وكان مصدر الإشعاع يقع على ارتفاع 15 كيلومتر، وبالرغم من الشكوك التي أثارتها هذه النتائج إلا أنها أدت في النهاية إلى تأكيد فرضية المصدر الخارجي، فقد سمحت هذه النتائج بالتمييز بين الجسيمات الابتدائية (الفيض الابتدائي) الآتي من خارج الغلاف الجوي والجسيمات الثانوية (الفيض الثانوي) الناتجة عن تصادم الأولى مع الغلاف الجوي وتأكيد تأثير الخمود نتيجة الانتشار في الغلاف الجوي.

سنة 1933 وأثناء رصده للآثار التي تتركها الأشعة الكونية في غرفة الغيوم (cloud chamber اكتشف أندرسون (Anderson) جسيما جديدا له نفس كتلة الإلكترون ويحمل شحنة موجبة مثل هذا الاكتشاف إثباتا لنظرية ديراك Dirac) عن وجود المادة المضادة سمي هذا الجسيم البوزترون.

سنة 1935 و نتيجة لأعماله التي تمثلت في قياس اختراق الأشعة الكونية لطبقات مختلفة السمك من الرصاص خلص روس Rossi)) إلى أن الأشعة الكونية تحتوي مركبتين إحداهما خفيفة (soft) ضعيفة الاختراق (أغلبيتها الكترونات) والأخرى قاسية (hard) ولها قدرة كبيرة على الاختراق (أغلبيتها بروتونات).

سنة 1937، وباستخدام غرفة الغيوم اكتشف كل من أندرسون و نيدرماير) (Neddermeyer الميون السالب. وفي سنة 1938 قام أوكر (Auger) بوضع عدادين من نوع كايكر – ميلر على مرتفعات جبال الألب تفصل بينهما مسافة قدرها 300 متر، فلاحظ أنهما يرصدان جسيمات في نفس الوقت، ففسر ذلك بتساقط عدد كبير من الجسيمات على شكل حزم عريضة، تمثل هذه الجسيمات نتيجة تصادم جسيمات ابتدائية ذات طاقات عالية بجزيئات الغلاف الجوي، سميت تلك الحزم الجسيمية بالزخات الهوائية air showers)) وقد قدر اوكر طاقتها آنذاك بحوالي eV 10¹⁶.

في نفس الفترة قدم ستورمر (Stormer) نظريته حول تأثير المجال المغناطيسي الأرضي على الأشعة وبين انه يلزم لكل جسيم حد أدنى من الطاقة كي يتمكن من اختراق المجال المغناطيسي الأرضي وبلوغ الأرض.

في سنة 1948 اثبت كل من جوتليب (Gottlieb) وألن (Allen) أن الأشعة

الكونية تتشكل من البروتونات، نوى الهليوم ونوى أخرى أثقل. سنة 1949 وضع فيرمي نظرية التصادمات الموجية (shockwaves) كآلية لتسريع جسيمات الأشعة الكونية.

ومن كل الدراسات أعلاه تبين بأن الأشعة الكونية هي:

عبارة عن جسيمات ألفا (نوى ذرات الهليوم)، وجسيمات بيتا (الالكترونات، البوزترونات)، ومصطلح الأشعة الكونية هو استخدام شائع ولكنة خاطئ، حيث أن الأشعة الكونية هي جسيمات تصل بشكل منفرد وليس على شكل أشعة.

تأتي إلينا الأشعة الكونية من خارج النظام الشمسي وهي تملئ الكون كله. وتكون عادة على عدة أشكال بدءاً من الجسيمات الثقيلة وانتهاء بالفوتونات ذات الطاقة العالية. تتفاعل الذرات المكونة لطبقات الجو العليا مع العديد من الإشعاعات الكونية مولدة نوى جديدة مشعة. ومع أنه بالإمكان أن يكون للمواد المشعة الناتجة أعمار نصف طويلة جدا من الناحية النظرية، إلا أن غالبية هذه النوى ذات أعمار نصف تقل كثيرا عن أعمار النوى الأصلية. ومن هذه النوى المشعة هي:

تنشأ معظم هذه الأشعة كما أشرنا سابقا من أماكن بعيدة في الفضاء الخارجي. وينطلق بعضها من الشمس أثناء التوهجات الشمسية. تتعرض الأرض لهذه الأشعة التي تتفاعل مع العلاف الجوي لتنتج أنواعا من الإشعاع ومواد مشعة مختلفة. وفي العادة تسمى الأشعة الكونية قبل تفاعلها مع الغلاف الجوي بالأشعة الأولية وتسمى بعد تفاعلها بالأشعة الثانوية.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays