التفاعل النووي :-

التفاعل النووي هو تفاعل يحدث عندما تصطدم نواتي ذرتين ببعضهما أو عندما يصطدم جسيم أولي مثل البروتون أو النيوترون بنواة ذرة ، وينشأ عن هذا الاصطدام مكونات جديدة تختلف عن المكونات الداخلة في التفاعل . وبصفة عامة هذا التفاعل قد يتضمن عدد أكبر من إثنين من المكونات الداخلة في التفاعل ، ولكن اصتدام أكثر من جسيمين في نفس اللحظة هو احتمال ضعيف جدا ، لذلك يندر هذا النوع من التفاعل . ومن خلال اصطدام الجسيم الأولي بالنواة تتكون أولا ما يسمي النواة المركبة ، التي تتحلل في وقت قصير جدا ، وينتج عن ذلك نواة جديدة مصحوبة بانطلاق جسيم أو جسيمات أخرى وربما حرارة . أما إذا افترق الجسيمان الداخلان في التفاعل من دون أن تختلف المكونات الناتجة عن المكونات الداخلة في التفاعل ، فلا يسمي هذا تفاعل نووي بل يسمي فقط اصطدام مرن.

 

نري في الشكل اصطدام الديوتيريوم (وهو نواة ذرة الإيدروجين الثقيل) بنواة ذرة الليثيوم-6 وتفاعلهما لتكوين النواة مركبة (هي نواة البريليوم-8 ) والتي تتحلل في الحال وينتج عنها نواتي هيليوم ( أي إثنتين من جسيمات ألفا ) . وفي ذلك الرسم مثلنا البروتون باللون الأحمر ومثلنا النيوترون باللون الأزرق.

Li-6 + H-2 --> 2He-4

كما يمكن أختصار هذه المعادلة بالصيغة التالية:

Li-6(d,α)α

وعلى وجه العموم فأحيانا يرمز الفيزيائيون التفاعل النووي بالرمز A(b,c)D

حيث A النواة الداخلة في التفاعل ، b الجسيم الذي يصطدم بالنواة ،وقد يكون بروتون أو نيوترون أو ديوتيرون أو جسيم ألفا أو غيرها ، و D النواة الناتجة من التفاعل ، و c الجسيم الناتج من التفاعل . وقد ينشأ عن التفاعل حرارة تحملها الجسيمات الناتجة على هيئة حركة ذات سرعة معينة . والآن نبدا في حساب تلك الطاقة النووية الناشئة أثناء هذا التفاعل .

حساب الطاقة الناتجة عن التفاعل :

قد ينتج عن التفاعل طاقة حرارية تظهر على هيئة طاقة حركة تحملها مكونات التفاعل الناتجة . وهذه الطاقة يمكن حسابها بواسطة معادلة أينشتاين E = mc² التي تعطي العلاقة بين الكتلة و الطاقة ، حيث m الكتلة ووحدتها الكيلوجرام و c هي سرعة الضوء في الفراغ و E هي الطاقة المعادلة لكتلة الجسيم . وبمعرفة الكتلة الساكنة لجميع الجسيمات الداخلة في التفاعل وطرح منها مجموع الكتل الناتجة من التفاعل ، نستطيع حساب الطاقة الناتجة . و توجد لكتل الجسيمات الساكنة جداول يمكن الاستعانة بها في ذلك .

تعطينا الجداول كتلة نواة الليثيوم-6 =6.015 [u] (وحدة كتل ذرية وهي أختصار للوحدة amu )

وتعطينا الجداول كتلة نواة الديوتيريوم =2.014 [u]

و كتلة نواة الهيليوم =4.0026 [u]

فنحصل على كتلة الجسيمات الداخلة في التفاعل = 6.015 + 2.014 = 8.029 [u]

وكتلة الجسيمات الناتجة من التفاعل = 2 × 4.0026 = 8.0052 u

نقص الكتلة = 8.029 - 8.0052 = 0.0238 [u]

وبمعرفة طاقة 1 MeV 931.49= u

يمكن حساب الطاقة الناتجة عن نقص الكتلة :0.0238 MeV 22.4 = MeV 931 x

وإذا أردنا حسابها الطاقة بالجول فيمكننا إجراء ذلك بالرجوع إلى جدول تحويل الوحدات(Conversion of units ) لتحويل وحدة ميجاإلكترون فولت MeV إلى جول.

نلاحظ أنه نتج عن التفاعل المذكور نقص في الكتلة ظهر في هيئة طاقة حركة تندفع بها الجسيمات الناتجة عن التفاعل وهذه ما هي إلا طاقة حرارية يمكن قياسها أيضاً بالجول . وقد حدث هذا النقص في الكتلة ومقداره 0.0238 [u] بسبب أن نواة ذرة الهيليوم هي أقوى النوايات الذرية على الإطلاق من جهة تماسكها ، فهي مكونة من بروتونين و نيوترونين ، ويتميزون هؤلاء الأربعة بأعلى قوة رابطة نووية بين جميع العناصر . ولهذا نجد أن نواة ذرة الهيليوم (جسيم ألفا) تظهر كثيرا كناتج في التفاعلات النووية لأنها تحتفظ على كيانها.

في تفاعلنا السابق وهو اصتدام الديوترون بنواة ذرة الليثيوم-6 نلاحظ أن كلا الجسمين له شحنة كهربائية موجبة مما تعمل على تنافر الجسمين عند اقترابهما من بعض ، لذلك لا بد أن يكون الديوترون على سرعة عالية حتى يستطيع التغلب على قوى التنافر وأن يصل إلى النواة ويصتدم بها . وهذا هو الحال دائما في حالة أن يحمل الجسيم المصتدم بالنواة شحنة موجبة (مثل البروتون والديوترون وجسيم ألفا) ، أما بالنسبة للنيوترون وهو متعادل وليست له شحنة كهربائية فتكون تفاعلاته مع النواة أسهل بكثير ، ولا يحتاج إلى سرعات عالية لكي يصل إلى النواة ويتفاعل معها .

حساب معادلة أينشتين بالجول :

E = mc²

نقوم الآن بحساب كتلة 1 [ u] ( وحدة كتل ذرية) بوحدة الطاقة الجول:

u .c2=(1.66054 x 10−27;kg) . (2.99792&108(m/s))2

=1.49292 × 10−10 kg . (m/s)2

 = 1.49242 × 10−10  جول

ويمكن تحويل وحدة الجول إلى وحدة MeV المستخدمة في الفيزياء النووية ، بالعلاقة الآتية:

جول 1MeV= 1.60218 × 10-13

وكما يتضح أن الكتلة و الطاقة ما هما سوى وجهين لأصل واحد ، كما نرى أن الطاقة يمكن التعبير عنها بوحدة إلكترون فولت أو مليون إلكترون فولت MeV أو الجول (Joule) أو في صيغة [كيلوجرام.(متر مربع/ثانية مربع)] وغير ذلك وهي موجودة في جداول لهذه التحويلات (تحويل الوحدات). ويفضل الفيزائيون استخدام الإلكترون فولت للتعبير عن الطاقة في نطاق الذرة والجسيمات الأولية لتفادي استعمال الجول الذي يكون في هيئة كسر صغير جدا .

وبناء على ما سبق يمكن كتابة معادلة التفاعل كالآتي :

Li-6 + H-2 --> 2He-4 + 22.4 MeV

حيث 22.4 مليون إلكترون فولت هي الطاقة الناتجة من التفاعل .

  

تفاعلات بين النيوترون والنواة :

يهتم العلماء بتفاعلات النيوترون مع النواة حيث تستخدم تلك النتائج في تشغيل المفاعلات النووية التي تنتج الطاقة الكهربائية وكذلك لتحسين القنابل النووية . ونعطي هنا بعض الأمثلة للتفاعلات التي تدخل فيها النيوترونات البطيئة:

6Li + n → T + α

10B + n → 7Li + α

37Ar + n → 34S + α

في كل من هذه التفاعلات مع النيوترون نري أن التفاعل مصحوب بأصدار جسيم ألفا وتغير العنصر الداخل في التفاعل إلى عنصر آخر أقل منه وزنا ، حيث فقد كل منهم بروتونين بالإضافة إلى نيوترونين (جسيم ألفا).

وأمثلة تفاعلات نووية للنيوترونات ينتج عنها بروتونات :

14N + n → 14C + p

22Na + n → 22Ne + p

وفي هذه التفاعلات أيضا نلاحظ أن العنصر الداخل في التفاعل مع النيوترون قد تغير إلى العنصر الذي يسبقه مباشرة في الجدول الدوري حيث فقد النيتروجين-14 بروتونا وتحول إلى كربون-14 في التفاعل الأول . وفي التفاعل الثاني تحول الصوديوم-22 إلى النيون-22 لفقده بروتونا واحدا أثناء التفاعل.

اعداد : طارق حسين

التلسكوب:

هو عبارة عن أداة بصرية تساعد في تجميع وتوليد الضوء (الفوتون) سواء كان هذا الضوء منعكسا عن سطح جرم ما أو ضوء صادر بشكل مباشر عن هذا الجرم، وكلما زادت أحجام العدسات والمرايا الأولية (Primary Mirror-Lens) المستخدمة، نتج عن ذلك تجميع كمية أكبر من الضوء وبالتالي القدرة على روية أشياء أبعد وأكثر قتما وأوضح ملامح وأكثر تفصيلا، وتحدد أحجام المرايا أو العدسات الأولية القدرة الاستيعابية للتلسكوب ومدى الوضوح في الصورة المرصودة وجميع الوظائف المذكورة تتم بالاعتماد على حجم (قطر) العدسة أو المرآة الأولية ، وبمعنى أخر كلما كبرت أقطار المرايا والعدسات الأولية كلما قوي أداءه. 

ثم يأتي دور العدسة العينية Eyepiece والتي تقوم بتجميع حزم الضوء التي ثم تجميعها بالسابق للجرم بواسطة العدسة أو المرآة الأولية لتظهر في النهاية صورة الجرم الذي كان قد بدا كشيء مبهم معلق في السماء.

والتلسكوب جهاز يستخدم لرؤية الأجسام البعيدة ومنه ما يستخدم لرؤية الأجسام على سطح الأرض مثل المسارح والسباقات وغيرها ويسمى التلسكوب الأرضى Terrestrial ومنها ما يستخدم لرؤية الأجرام السماوية كالنجوم والكواكب ويسمى التلسكوب الفلكى .

وهناك العديد من أنواع التلسكوبات حسب نوع الأشعة التى تستقبلها مثل الأشعة تحت الحمراء والفوق بنفسجية والأشعة السينية، وجميعها تتفق في أساس عملها إلا أن بينها فروق عملية كبيرة في التصميم وأكثرها استخداما التلسكوب الضوئي الذي يعمل في منطقة الضوء المنظور ويعمل التلسكوب الفلكي على جمع أكبر كمية من الأشعة من الجرم السماوي البعيد وتستخدم في ذلك أما عدسة كبيرة أو مرآة مقعرة كبيرة وتتجمع الأشعة في بؤرة العدسة أو المرآة مكونة صورة حقيقية مصغرة مقلوبة للجسم يتم تكبيرها ورؤيتها أو تسجيلها على فيلم حساس أو نقلها كهروضوئياً إلى شاشة تليفزيونية .

وقد صنعت التلسكوبات في أول الأمر من العدسات وتسمى انكسارية Refractors وأكبر تلسكوب من هذا النوع موجود في مرصد يركزYerkes في وسكونسن ويبلغ قطر عدسته 102سم وطول أنبوبته 18متراً وتفضل المرايا في صناعة التلسكوبات لعدة أسباب منها:

أن العدسة تثبت عند حافتها فقط ونظرا لثقل مثل هذه العدسة الضخمة يمكن أن يتغير شكلها تحت هذا الثقل ويحدث تشويها في الصورة أما المرآة المقعرة الكبيرة فيمكن تثبيتها بسهولة على كل مساحتها، بالإضافة إلي ذلك فالمرآة تحتاج إلى صقل جانب واحد بخلاف العدسة التي تحتاج لصقل جانبين، كذلك فإن تشوه الصورة الناتج عن الزيغ اللوني غير موجود في المرآة، لذلك فإن جميع التلسكوبات الضخمة في العالم تستخدم المرآة المقعرة .

وبالنسبة للتلسكوب الذي قمت بتصنيعه يدويا فيعد من ضمن مجموعة التلسكوبات العاكسة وبالأخص منها النوع الذي يسمى بالنيوتوني نسبة للعالم اسحاق نيوتن وفيما يلي شرح مفصل لهذا النوع من التلسكوبات:

التلسكوب العاكس:

في عام 1668 أخترع اسحق نيوتن تلسكوبا عـاكــــســـــ لا يشتمل على عدسة شـيـئـية، فالضوء يسري عبر أنبوب طويل مفتوح ليسقط على مرآة مـقـعـرة في أسفل الأنبوب، وتعكس المرآة المقعرة أشعة الضوء نحو أعلى الأنبوب إلى مرآة ثانية مسطحة مائلة الوضع لتوجه (تعكس) الأشعة بدورها إلى عدسة محدبة مكبرة هي عينية التلسكوب وكانت الصور الناتجة بتلسكوب نيوتن واضحة و خالية من الحواف اللونية التي كانت تعاني منها التلسكوبات الكاسرة.

وكلما كان حجم المرآة أكبر أصبح التلسكوب عمليا أكثر من ناحية الرصد الفلكي لكن عندها سوف تظهر مساوئ من ناحية التركيب والصيانة والحمل لأغراض التنقل.

وأكبر التلسكوبات الفلكية في يومنا هذا هي من نفس مبدأ هذا النوع (بما فيها تلسكوب هابل) الموجود في الفضاء. فالمرايا تعطي صورا واضحة محددة المعالم خالية من الحواف اللونية بالإضافة لبساطة صنعها و قلة تكاليفها مقارنة بالتلسكوبات الكاسرة.

مبدأ عمل التلسكوب العاكس:

مثلا التلسكوبات النيوتيونيه العاكسة (Newtonian Reflectors) : اخترعت بواسطة إسحاق نبوتن عام 1668، فكره عمل هذه التلسكوبات تقوم على أساس وجود مرآة منحنية (مقعرة) مصقولة جيدا تسمى المرآة الأوليه primary mirror تقوم بتجميع الضوء الصادر عن الأجرام السماوية وتركيزه في نقطه واحدة تم بعد ذلك تقوم بعكسه(الضوء/الصورة) إلى مرآة أخرى تسمى المرآة الثانوية (flat secondary mirror) وهي عبارة عن مرآة مسطحة صغيره جدا مثلثة الشكل تقريبا(diagonal) تقوم بعكس الصورة (image) إلى الجانب العلوي من التلسكوب ومنها إلى العينية (نقطة تجمع الضوء أو نقطة البؤرة) كما هو موضح بالشكل التالي الذي يمثل الخريطة البصرية لتصميم هذا التلسكوب والذي تم اعتماده في التصنيع.

الشكل (2-2) يوضح مبدأ عمل التلسكوب العاكس.

مميزات التلسكوب العاكس:

1. الجودة البصرية الممتازة.

2. التّكلفة المنخفضة لكل أنش من حجم المرآة مقارنة بالأنواع الأخرى.

3. مثالي للرصد الفلكي مثل رصد المجرات والسدم والمجموعات النجمية .

4. صغر حجمه و سهولة حمله نوعا ما وخصوصا للأنواع ذات البعد البؤري المقدر بـ 1000 ملم.

5. جيد فيما يتعلق بالرصد الأرضي والكواكب.

6. جيد بالنسبة لاستخدامات التصوير الفلكي ومن الممكن جعله من النوع الإلكتروني (المتحرك آليا).

عيوب التلسكوب العاكس:

1. محدود إلى الاستعمالات الفلكية (لأنه يقوم بقلب الصورة رأسا على عقب).

2. يحتاج للتعيير الدائم بالنسبة (للمرايا الأولية - الخلفية) للمبتدى ويعتبر صعب الصيانة نوعا ما.

3. كبير الحجم .

4. لأن تصميم الأنبوب (غير مغلق من طرفه البعيد) المفتوح فأنه عرضة لتجميع الغبار.

أساسيات الرصد الفلكي بالتلسكوب:

يعد التلوث الضوئي Light Pollution من ألد أعداء السماء فالمناطق المأهولة لا تخلو من إنارة الشوارع والبيوت ليلا ومع هذه الأنوار ينتشر الضوء باتجاه السماء حيث يؤثر على نتائج الأرصاد الفلكية، مثلا بافتراض استخدام تلسكوب 5 أنش عاكس (مقارب للتلسكوب المصنع) فان مجرة الأندروميدا ستكون مجرد بقعة ضوء خافت ومشتته بتكبير يقارب 200× من حديقة المنزل لكن في الصحراء أو الظلام الدامس ستبدو تماما كالمجرة 100% مع تفاصيل أكثر، وبنفس قوة التكبير ونفس الأمر مع كوكب المشتري الذي لن يشاهد الكثير من أحزمته السحابية (حزمتان أو ثلاث على الأكثر) مثلما ستبدو لو كنت في مكان ذو ظلام دامس (خمس حزم مختلفة الأشكال وبعض التفاصيل حول السحب وعاصفة البقعة الحمراء أن كانت موجودة وأكثر) وهكذا لمعظم الأجرام السماوية الأخرى.

التلسكوب اليدوي الصنع:

تم تصنيع تلسكوب يدويا باستخدام أدوات بسيطة متوفرة وكان من نوع التلسكوب العاكس ومواصفاته هي:

1. مرآة مقعرة (تمثل الشيئية) قطرها 15 cm أي 6 Inch.

2. عدسة محدبة (تمثل العينية) قطرها 2.3 cm قوة تكبيرها 7 مرات مأخوذة من مجهر طبي.

3. مرآة مستوية صغيرة.

4. انبوبة التلسكوب الرئيسية طولها 89 cm مصنعة من مادة البلاستك كونها أساسا من أنابيب المياه الرئيسية.

5. ناظور للتقريب وضبط الرؤية تركيب محلي مؤلف من عدسة عينية قطرها وعدسة شيئية قطرها وضبطت المسافة بينهما بواسطة انبوب بسيط الصنع وظيفته استهداف الأجرام البعيدة المراد رصدها، وذلك بفضل التكبير المنخفض ومجال الرّؤية العريض ما يسمح أن يرى مزيدا من حجم السّماء أكبر مما يرى من خلال التّلسكوب الرّئيسيّ و بمجرد توسيط الهدف في وسط مرماه يكون الهدف أيضا في(وسط) المرآة أو العدسة الرئيسية.

6. أنابيب حديدية حاملة لأنبوبة التلسكوب الأول قصير يرتبط مباشرة بالأنبوبة الرئيسية وحركته عمودية (مما يعطي إحداثي الميل للجرم السماوي المرصود)، والثاني طويل ويرتبط بالجزء القصير المذكور أعلاه، ويثبت هذا الجزء على القاعدة ليعطي حركة أفقية للأنبوب الرئيسي (مما يعطي إحداثي المطلع المستقيم للجرم السماوي المرصود)، وبهذا فان هذا التلسكوب يعمل وفق نظام الإحداثيات الفلكية الاستوائية الذي يعد أسهل أنواع الأنظمة وخاصة ان الاحداثيات في هذا النظام لا تعتمد على الزمن (فلا يحتاج الى تضبيط مستمر للمواقع) وخاصة مع توفر الجداول الفلكية التي تعطي الاحداثيات الاستوائية للأجرام السماوية.

التلسكوبات المصنعة عالميا:

أما التلسكوب المصنع بإحدى أكبر شركات صناعة التلسكوبات في العالم Meade الأمريكية والموجود حاليا في جامعة أهل البيت العالمية فرع كربلاء فهو تلسكوب محوسب متطور وحديث جدا من نوعLX 200 وخريطته البصرية مشابهة للخريطة البصرية للتلسكوب المصنع يدويا ومواصفاته هي:

1. قطر مرآته المقعرة 20.3 cm.

2. قطر عدسته المحدبة 2.8 cm .

3. يحتوي على جهاز تحديد المواقع الجغرافية العالمي GPS.

4. شكل نظامي وتجميلي أكثر بكثير.

ويعمل هذا التلسكوب على نظام الإحداثيات الأفقية وليس الاستوائية مع إن النظام الاستوائي أفضل بكثير من النظام الأفقي في عملية الرصد لسهولة استعماله وفهمه وقياساته عكس الإحداثيات الأفقية التي تواجه مستخدمها صعوبة الاستخدام و صعوبة تضبيط المواقع الفلكية عليها لكن ممكن أن تسهل مهمتها كثيرا بوجود جهاز GPS الذي يعمل على متابعة الأجرام السماوية المحددة للرصد حتى مع تغير الزمن.

التلسكوب المصنع بشركة meade العالمية.

إتش دي 189733 ب HD 189733 b

 اتش دي ذ89733 ب في الفلك ( HD 189733 b) هو كوكب خارج المجموعة الشمسية وهو أول كوكب من هذا النوع ثبت وجود غاز الميثان عليه . ويدور الكوكب اتش دي 189733 ب حول نجمه الذي هو عبارة عن قزم أصفر و يبعد نحو 63 سنة ضوئية عنا. لم يثبت وجود كواكب تحيط بالكوكب ويبدو أن ليس له حلقات حوله مثل المشتري.

اكتشف الكوكب الضخم في 11 أكتوبر 2005 بالقرب من النجم اتش دي 189733 في كوكبة الثعلب بواسطة تلسكوب القمر الصناعي هيباركوس . كما أكدت أرصاد مقراب سبيتزر الفضائي الذي رصد الأشعة تحت الحمراء القادمة من الكوكب في 21 فبراير 2006 وجود اتش دي 189733 ب . وهو مناسب بصفة خاصة لدراسات تركيب غلافه الغازي ، لأن مداره حول نجمه يمر بخط رؤيتنا له . فهو أقرب الكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تعبر نجمها بالنسبة لنا ، ولهذا فنعرف عن تركيب غلافه الغازي معلومات كثيرة.

رسم تخطيطي للكوكب

يدور HD 189733 b حول نجمه على بعد نحو 0,0312 (± 0,0004) وحدة فلكية ويكمل حوله دورته في يومين فقط . تصل درجة حرارة سطح الكوكب فوق 1000 درجة مئوية. وهو بذلك كوكب غير صالح للسكن.

تسمى أمثال الكوكب اتش دي 189733 ب أيضا مشتري حار. فهي كواكب غازية ضخمة تشبه كوكب المشتري. إلا أن المشتري له مدار بعيد عن الشمس . أما الكواكب المسماة "المشتري الحار " فهي تكون قريبة من نجمها . ونظرا للضوء الشديد الذي ينزل عليه من نجمها فيسهل العثور عليها وتسهل دراستها .

توزيع درجات الحرارة على الكوكب

وجود ثاني أكسيد الكربون:

وقد أعلنت ناسا يوم 9 ديسمبر 2008 أنها وجدت على الكوكب بخار الماء و ثاني أكسيد الكربون . وكانت تلك خطوة هامة على طريق اكتشاف مركبات كيميائية أخرى عليه .

وفي مارس 2010 استطاع رصد عبور الكوكب عبر صفحة نجمة تعيين نسبة الهيدروجين في جو الكوكب وهو يضيع من جو الكوكب بمعدل بين 1 -100 جرام في الثانية إلى الفضاء . ويعتبر HD 189733 b هو ثاني كوكب خارج المجموعة الشمسية بعد الكوكب HD 209458 b, وتظهر فيه تلك الظاهرة .

وفي 11 يوليو 2013 نشرت ناسا أن أرصاد تلسكوب هابل الفضائي قد أثبتت لأول مرة اللون الطبيعي للكوكب . وبناءا على ذلك فإن لون إتش دي 189733 ب هو أزرق غامق ويبدو في لونه شبيه للأرض . إلا أن هذا اللون للكوكب ينشأ عن أنعكاس الضوء على حبيبات زجاجية صغيرة جدا تحملها الرياح على إتش دي 189733 ب وتتحرك بسرعات نحو 7.000 كيلومتر في الساعة في جوه .


اعداد : طارق حسين

بقعة ساخنة قد تكشف عن أصل الأشعة الكونية ذات الطاقة العالية ،،،

هناك مجموعة التلسكوب الهائل في صحراء ولاية يوتا للكشف عن نقطة ساخنة من الأشعة الكونية من الطاقة العالية جدا القادمة من منطقة من السماء بالقرب من الدب الأكبر. انها لا تزال غير واضحة بالضبط ما يسبب الأشعة، ولكن تلك البقعة يمكن أن تساعد الباحثين على فهم كيف تتشكل جزيئات أعلى للطاقة في الكون.
الجسيمات دون الذرية مثل البروتونات أو النوى الذرية، التي تسارعت إلى سرعات عنيفة.  الشمس تقذف كميات من الأشعة الكونية ذات الطاقة المنخفضة، والأشعة الكونية الأخرى التي تشكل في أعقاب انفجار النجوم. وقال الباحث المشارك في الدراسة غوردون طومسون، وهو فيزيائي وعالم فلك في جامعة ولاية يوتا في سولت لايك سيتي تتشكل أشعة ذات طاقة أعلى من خارج مجرة درب التبانة، ومع ذلك، كان مصدرها لغزا.
يعتقد بعض علماء الفيزياء الى انهم عندما يشكلون المجالات المغناطيسية من الثقوب السوداء الهائلة في قلوب المجرات مزق النجوم إربا، وإرسال شعاع من الجسيمات المؤينة يسمى blazar. وقال طومسون يعتقد البعض الآخر أن رشقات نارية من أشعة غاما التي تنفجر من السوبرنوفا  قد يكون  لهذه الأشعة الكونية طاقة عالية جدا.

جزيئات نادرة :

وقال طومسون الأشعة الكونية تقصف بانتظام الغلاف الجوي للأرض، ولكن فقط ثلاثة من جسيمات عالية الطاقة تصل إلى السطح لكل ميل مربع في القرن (1 لكل كيلومتر مربع في القرن الواحد)، مما يجعل من الصعب دراسة.

مصدر ممكن؟ :

تحتوي تلك البقعة  blazar نشطة، والمعروفة باسم ماركاريان 421، فضلا عن خيوط تحتوي عنقود مجري. إما واحدة من تلك الأجسام السماوية يمكن أن يكون مصدر الأشعة الكونية، ولكن هناك الكثير من الجسيمات الأخرى في تلك المنطقة، وليس لديها قاعدة بيانات كافية حاليا لخفض الأشعة الكونية إلى الجاني الرقم واحد.

المصدر : http://www.livescience.com/46690-cosmic-ray-hotspot-found.html


ترجمة وإعداد : طارق حسين

التناظر في الكواكب العملاقة من الدخول والخروج من هذا العالم

يمكن للباحثين الآن إعادة إنشاء وقياس خصائص المواد التي تتحكم في كيفية تطور هذه الكواكب مع مرور الوقت بدقة.

العالم لورانس ليفرمور : للمرة الأولى التي يعاد تجريبيا الظروف التي توجد في عمق كواكب عملاقة مثل المشتري وأورانوس، والعديد من الكواكب المكتشفة حديثا خارج نظامنا الشمسي. يمكن للباحثين الآن إعادة إنشاء وبدقة قياس خصائص المواد التي تتحكم في كيفية تطور هذه الكواكب مع مرور الوقت، معلومات أساسية لفهم كيفية تشكل هذه الكائنات الضخمة. وركزت هذه الدراسة على الكربون، وهو رابع العناصر الأكثر وفرة في الكون (بعد الهيدروجين والهليوم، والأكسجين)، والتي لها دور مهم في العديد من أنواع الكواكب في نظامنا الشمسي وخارجه.

باستخدام أكبر ليزر في العالم، ومرفق الإشعال الوطنية  في مختبر لورانس ليفرمور في ولاية كاليفورنيا (LLNL)، وفرق من مختبر، جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وجامعة برينستون تقلص العينات إلى 50 مليون مرة الضغط الجوي للأرض، وهو مشابه لضغوط في مركز كوكب المشتري وزحل.استخدم الفريق الليزر مع الطاقة على شكل رائع مقابل الوقت لإنتاج موجة الضغط الذي ضغط المواد لفترة قصيرة من الزمن. ويتبخر في أقل من 10 أجزاء من البليون من الثانية - العينة - الماسي. على الرغم من الماس هو المادة الأقل انضغاط، تمكن الباحثون من ضغطها لكثافة غير مسبوقة أكبر من الرصاص في الظروف المحيطة.واضافراي سميث ان "التقنيات التجريبية وضعت هنا لتوفير قدرات جديدة لإعادة إنتاج ظروف الضغط والحرارة تجريبيا في عمق الكواكب الداخلية "

وقد تم التوصل إلى هذه الضغوط من قبل، ولكن فقط مع موجات الصدمة التي تخلق أيضا درجات حرارة عالية - مئات الآلاف من درجات الحرارة أو أكثر - ليست واقعية لباطن الكواكب. كان التحدي التقني حفظ درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية لتكون وثيقة الصلة بالكواكب. المشكلة هي مماثلة لتحريك محراث ببطء بما فيه الكفاية لدفع الرمال إلى الأمام دون بناء ارتفاع. وقد تحقق ذلك من خلال ضبط بعناية معدل كثافة الليزر الذي يتغير مع مرور الوقت.قال كولينز"، هذه القدرة الجديدة لاستكشاف مادة كمقياس الضغوط الذري، حيث استقراء في وقت سابق من الصدمة  وبيانات ثابتة أصبحت لا يمكن الاعتماد عليها، ويوفر قيود جديدة لنظريات كثيفة ونماذج تطور الكوكب"

البيانات الموضحة في هذا العمل هي من بين التجارب الأولى للتنبؤات المحرزة في الأيام الأولى لميكانيكا الكم، منذ أكثر من 80 عاما، والتي تستخدم بشكل روتيني لوصف المادة في وسط الكواكب والنجوم. حين الاتفاق بين هذه البيانات ونظرية جديدة هي جيدة، وهناك اختلافات مهمة اكتشافها، مما يوحي الكنوز الخفية المحتملة في خصائص الماس مضغوط لمثل هذا التطرف. وتركز التجارب في المستقبل على مزيد من فتح هذه الأسرار.

المصدر :http://astronomy.com/news/2014/07/peering-into-giant-planets-from-in-and-out-of-this-world

ترجمة :طارق حسين

المغانط أحادية القطب تحدِِ جديد للبشرية :-

بعد أكثر من 85 سنة من تنبؤ عبقري الرياضيات و عالم الفيزياء البريطاني بول ديراك بوجود المغانط أحادية القطب Magnetic Monopoles بشكلٍ نظري، تمكنت مجموعة بحثية عالمية بقيادة البروفيسور دافيد هال - كلية أمهرست Amherst College - و الباحث الفيزيائي ميكو موتونين - جامعة آلتو في فنلندا Aalto - من التّعرف على مغانط أحادية القطبية و مُشاهدتها، حيث تمّ تَشكِيلُها داخل المختبر ضِمن مَخبر هال في حرم كلية أمهرست Amherst  ampus. سيدفع هذا الإنجاز الهام عمليات البحث عن الجسيمات في الطبيعة للتّقدم بشكلٍ أكبر، و هو الأمر الذي قد يُشكّل اكتشافاً ثورياً مُشابِهاً لاكتشاف الإلكترون نفسه. وضّح البروفيسور هال أهمية البحث:" عملية تكوين مغانط أحادية القُطبية صُنعية Synthetic Magnetic Monopoles  من المُفترض أن تُزوّدنا بمعلوماتٍ عميقة حول مظاهر و جوانب المغانط أحادية القُطبية الطبيعية، في حال كانت موجودة بالفعل.

          و يقول المؤلف الأساسي للورقة البحثية "راي" و أول من تمكّن من مُشاهدة المغانط أحادية القُطبية :" هذا اكتشافٌ رائع. أن تكون قادراً على تأكيد عمل أحد أشهر الفيزيائيين عبر التاريخ - أي بول ديراك - هو فُرصة تُتاح لك مرّة واحدة خلال العمر. أنا أشعر بالفخر و الشرف كوني شاركت بهذا الجُهد التّعاوني الكبير". بشكل طبيعي، فإن الأقطاب المغناطيسية تكون على شكل أزواج: فهي تَمتلك قُطباً شَمالياً و قُطباً جَنوبياً، بينما المغناطيس أحادي القطبية عبارة عن جُسيم مغناطيسي يمتلك قُطب مغناطيسي وحيد و معزول، إما قطب مغناطيسي شمالي أو جنوبي. في عام 1931، نشر العالم بول ديراك ورقة بحثية توضّح طبيعة هذه المغانط أحادية القطبية اعتماداً على الميكانيك الكمومي، و على الرغم من التجارب المُكلفة العديدة التي أجريت في ذلك الوقت - كالتجارب على عينات الحجارة القمرية و المعادن القديمة المُتّحجرة - لم يتمكّن أحد من تَسجيل مُشاهدة لِظهُور مغناطيس أحادي القطبية في الطبيعة. قبل أن ينشر ديراك نظريته، لم يتمكن أحد من التوفيق بين مبادئ الكهرومغناطيسية و الميكانيك الكمومي للسماح بوجود المغانط أحادية القطبية - نظرياً على الأقل. ما قام به ديراك هو الأخذ بعين الاعتبار ما يحصل حين يتفاعل مغناطيس أحادي القُطبية مع إلكترون، فقد وجد أنه حين يَعبُر مغناطيس أحادي القُطبية ضمن غَمامِة الكترونية، سَيُخلّف وراءه دوّامة إعصاريّة على كامل مَساره. على الرغم من أن النّظرية و توصيفها صحيحين، إلا أنه لا يوجد دليل مادي يَدعمُها في الطبيعة. أحد المَشاكل الكبيرة التي رافقت الباحثين في تجاربهم للكشف عن المغانط أحادية القُطبية، أن الحسابات النظرية تشير لامتلاكها كُتلة كبيرة جداً من الصعب الكَشف عنها، حتى ضمن مصادم الهادرونات الكبير LHC في سيرن  CERN قام فريق هال البحثي بتبنّي مَنهج عِلمي جديد للبحث في نظرية ديراك، فبدلاً من البحث عن وجود المغانط أحادية القُطبية في الطبيعة، قرر الفريق تشكيلها ضمن ظروف مخبرية، و ذلك ضمن حقل مغناطيسي تم تشكيله صُنعياً عبر تكاثف بوز-آينشتاين  Bose-Einstein Condensate، و الذي يُمثّل حالة شديدة البرودة للذرات الغازية.

 

          اعتمد الفريق على الورقة البحثية التي نشرها "ميكو موتونين" و التي اقترحت تطبيق تغيرات على حقول مغناطيسية خارجية بتتابعٍ مُعيّن، بشكلٍ و كيفية قد تؤدي إلى تشكّيل و تركيب المغانط أحادية القُطبية. بعد ذلك، تم إجراء التجارب ضمن الثلاجة الذرية Atomic Refrigerator  التي قام البروفيسور هال و تلاميذه ببنائها. و بعد إصلاح العديد من المشاكل التِقنية، تمكّن الفريق من الحصول على مشاهدات تؤكّد وجود المغانط أحادية القُطبية عند نهاية دوامات كمومية ضئيلة Tiny Quantum Whirlpools ضمن الوسط الغازي فائق البُرودة. النّتائج أثبتت و بشكل تجريبي أن بول ديراك قد تَصوّر بُنى فِيزيائية مُمكن أن توجد فعلياً، و لو أن قضية مشاهدتها بشكل طبيعي لم تتم بعد. يُمكن توضيح التجربة كما يلي: قام الفريق البحثي بإعادة إنتاج الدوّامات الإعصارية التي يُفتَرض تَشكُلّها في حال وجود المغانط أحادية القُطبية، و ذلك ضمن وسط غازي فائق البرودة لذرات الروبيديوم، تتبع لتكاثف بوز-آينشتاين. التكاثف عبارة عن مادة موجية مفردة  Single Matter Wave، وهو يُمثّل الغمامة الالكترونية المُفترضة في معادلات ديراك.

          من أجل تشكيل المغناطيس أحادي القُطبية، قام الباحثون بتطبيق حقل مغناطيسي خارجي حقيقي على التكاثف لتوجيه الذرات المُكَونة له بكيفية سَتُشكّل حَقلاً مغناطيسياً مُكوناً ضمن التكاثف نفسه. الآن سيكون هناك استجابة متبادلة بين هذا الحقل المغناطيسي المركب ضمن التكاثف، و الحقل المغناطيسي الناتج عن المغانط أحادية القُطبية. و لإثبات أنهم بالفعل قد حصلوا على مِغناطيس أحادي القُطبية، قام الباحثون بإطلاق شعاع ليزري على التّكاثف، حيث شكّل الشُعاع الليزري "صورة ظليلة  Shadowgraph"، و تمت ملاحظة أن هذا الظل الذي تم تشكيله من قبل ذرات التّكاثف، قد تم ثقبه عبر شريطٍ ضوئي ضيّق. استنتج الباحثون أن هذا الشريط الضيّق هو الدوّامة الإعصارية التي تم تشكيلها عبر قطب مغناطيسي شمالي (تم الحصول على قطب شمالي لأسباب تقنية كما ذكر الباحثون)، أحادي و معزول، و قد وضّح البروفيسور هال أهمية هذه التّجربة بأن الدوامات التي يتم تَشكيلها عادةً ضمن تكاثف بوز-آينشتاين ستنتقل من أحد أطراف التكاثف إلى الآخر، إلا أنها ضمن هذه التّجربة بقيت تماماً ضمن كُتلة التّكاثف و لم تنتقل لطرف التّكاثف الآخر، وهو الأمر الذي يُمثّل العَلامة المُميزة لمِغناطيس أحادي القُطبية. مُشاهدة المغانط أحادية القُطبية التي تم تركيبها هي واحدة من أكثر لحظات سيرته المهنية إثارةً، كما يقول البروفيسور هال، و قد أضاف أن عمليات تكوين حقول كهربائية و مغناطيسية صنعية Synthetic Magnetic and Electric Fields هي أحد الفروع الحديثة و المُتوسعة بشكلٍ كبيرٍ في الفيزياء، و التي قد تقود إلى تطوير و فهم أفضل لمواد جديدة كلياً، مثل المواد فائقة الناقلية (الموصلية الفائقة) ذات الحرارة العالية. أضاف أيضاً أن هذا الإنجاز الهام سَيُوفر تَعزيزاً أقوى للأبحاث الحالية التي تتم من أجل البحث عن المغانط أحادية القُطبية في الطبيعة، و التي أجريت و تطورت في مصادم الهدرونات الكبير LHC في مركز الأبحاث النووية الأوروبي ( CERN)تشير النماذج النظرية التي تشرح الفترة الزمنية التي تلت الانفجار العظيم أن المغانط أحادية القطب يجب أن تكون شائعة جداً و متوافرة بشكل كبير، إلا أن النماذج الخاصة المطورة حديثاً حول توسع الكون توضح الندرة الشديدة التي تتميز بها هذه الجسيمات.

          أشار البروفيسور هال - الذي تم انتخابه مؤخراً كعضو في الجمعية الأميركية الفيزيائية American Physical Society - إلى أن عملهم التجريبي قد نشأ بعد الملتقى الصيفي البحثي لطلاب كلية آمهرست في عام 2011، و ذلك بعد أن ظهرت الورقة البحثية الخاصة بالبروفيسور موتونين في عام 2009 في دورية  Physical Review Lettersتم نشر ورقة بحثية عن هذا العمل المشترك في مجلة Nature يناير 2014.

إعداد : طارق حسين