نمایش مبدأ برای پرتو کیهانی

'''پرتوهای کیهانی''' ذرات بارداری هستند که در درون [[اجرام آسمانی]] تولید می‌شوند و شتاب می‌گیرند و به فضای کیهان پرتاب می‌شوند. برخی از این ذرات سرگردان در کیهان به زمین می‌رسند و وارد جو زمین می‌شوند. پس از ورود ذرات کیهانی به داخل جو زمین معمولاً با مولکولهای [[هواکره|اتمسفر]] برخورد می‌کنند. در اثر این برخوردها ممکن است [[مولکول]] هوا چندپاره شود، یا ذرات دیگری مانند فوتون‌ها، الکترون‌ها و [[پوزیترون]]ها تولید شوند. خود ذرات ایجاد شده ممکن است در اثر برخوردهای بعدی، ذرات بیشتری را تولید کنند. به مجموعه ذراتی که در داخل جو زمین ایجاد می‌شوند [[ذرات ثانویه]] گفته می‌شود. از آنجایی که که تولید ذرات ثانویه از ذره کیهانی اولیه شبیه فرایند تولید بهمن می‌باشد، ذرات ثانویه را [[بهمن‌های هوایی گسترده]] و گاهی به اختصار [[بهمن‌های هوایی]] می‌نامند. در میان ذرات بهمن‌های هوایی گاهی ذرات کمتر شناخته‌شده‌ای مانند [[مزون]]‌های پی و [[میون]]‌ها یافت می‌شوند.

این پرتوها که شامل [[الکترون]] و هسته‌های کاملاً یونیزهٔ [[اتم]] است، از تمام راستاها به مقدار برابر دریافت می‌شود. راستای ورود، سرچشمهٔ آن‌ها را روشن نمی‌کند، چرا که پرتوهای کیهانی ذراتی باردار هستند؛ از این رو در زمان حرکت از میان [[میدان مغناطیسی|میدان‌های مغناطیسی]] راه شیری، مسیر آن‌ها پیوسته تغییر می‌کند. انرژی بالای پرتوهای کیهانی نشان‌دهندهٔ آن است که آن‌ها باید در فرایندهای پرانرژی، مانند [[انفجارهای ابرنواختری]]، به‌وجود آمده باشند. [[پروتون]] با حدود ۹۰٪ و هستهٔ [[هلیوم]] با ۱۰٪ بیش‌ترین سهم را در این پرتوها دارند. البته مقدار اندکی هسته‌های سنگین‌تر نیز یافت می‌شود که انرژی آن‌ها بین <math>{{10}^{8}}</math> تا <math>{{10}^{20}}\,\text{eV}</math> است.
از برخورد پرتوهای پرانرژی کیهانی و مولکول‌های جو، [[تابش ثانویه]] پدید می‌آید. این تابش را می‌توان از روی زمین رصد کرد، در حالی که برای مشاهدهٔ مستقیم پرتوهای کیهانی باید از جو خارج شد. آشکارسازهای مورد استفاده برای رصد پرتو کیهانی شبیه به آن‌هایی است که در [[فیزیک ذرات]] به‌کار می‌رود. با توجه به اینکه ذرات در شتاب‌دهنده‌های زمینی حداکثر به انرژی <math>{{10}^{12}}\,\text{eV}</math> می‌رسند، پرتوهای کیهانی یک آزمایشگاه طبیعی عالی در پیش روی فیزیک ذرات قرار می‌دهند. بسیاری از ماهواره‌ها و فضاپیماها مجهز به آشکارسازهای پرتو کیهانی هستند.<ref>''مبانی ستاره‌شناسی''، صفحهٔ ۸۹</ref>

== تاریخچه ==
در سال ۱۹۱۲ [[ویکتور هس]] فیزیکدان اتریشی به دنبال حل معمای [[کم شدن بار اجسام باردار]] [[الکتروسکوپ]]‌هایی را در نقاط مختلف زمین نصب کرد و از تغییر میزان شدت کاهش بار نتیجه گرفت منشأ پرتوهای باردار خارج از زمین است. در سال ۱۹۲۶ [[رابرت میلیکان]] به آن نام پرتو کیهانی را داد و به ویکتور هس به کشف پرتوهای کیهانی در سال ۱۹۳۶ [[جایزه نوبل فیزیک]] رسید.<ref name="nature">{{cite journal|doi=10.1038/nature07948|last=Bauleo|first=pablo|title=The dawn of particle astronomy era in ultra-high-energy cosmic rays|journal=[[نیچر|Nature]]|volume=458|pages=847-851|language=English}}</ref>

== ذرات ورودی ==
ذرات اولیه که به جو زمین وارد می‌شوند شامل ۹۲٫۹ درصد [[پروتون]]، ۶٫۳ درصد [[هسته هلیوم]]([[ذرات آلفا|ذره آلفا]])، ۰٫۱۳ درصد هسته عناصر [[لیتیوم]]، [[برلیوم]] و [[بور (عنصر)|بور]] ۰٫۴ درصد هسته عناصر [[کربن]]، [[نیتروژن]]، [[اکسیژن]] و [[فلوئور]] ۰٫۱۸ هسته عناصر سنگین و ۰٫۰۵ هسته عناصر بسیار سنگین است.<ref name="VIVA">{{cite book|last=S.L.|first=Kakani|title=Nuclear and Particle Physics|publisher=Viva books Private limited|date=2008|pages=896|chapter=Cosmic rays|isbn=978-81-309-0040-7|language=English}}</ref>

== منابع ذرات ==
منابع این ذرات به ترتیب انرژی (از انرژی کمتر به بیشتر) عبارتند از:[[ستاره نوترونی]]، [[کوتوله سفید]]، [[لکه‌های خورشیدی]]، [[هسته‌های فعال کهکشانی]]، [[فضای میان‌سیاره‌ای]]، [[باقیمانده ابرنواختر]]، [[دیسک کهکشان]]، [[هاله کهکشان]]، [[خوشه‌های کهکشانی]]<ref name="nature"/>

با این حال هنوز بخش‌های زیادی از منابع پرتوهای کیهانی ناشناخته مانده‌است.<ref name="astro">{{cite journal|last=wakely|first=scott|title=The Universe in detaile|journal=[[مجله آسترونومی|Astronomy]]|volume=34|pages=42-47|language=English}}</ref>

== ورود ذرات به زمین ==
[[پرونده:Extended Air Shower.jpg|چپ|بندانگشتی|250px|یک طرح‌واره از مقیاسی کوچک برای واپاشی ذرات پرتو کیهانی]]
ذرات پس از نزدیک شدن به زمین به علت وجود [[مغناطوکره]] دور زمینی در شعاعی خاص می‌چرخند<ref name="donald"/> و پس از برخورد با جو واپاشی می‌کنند و ذرات واپاشی شده خود نیز در مسیر خود به سوی زمین واپاشی می‌کنند و به همین منوال ادامه پیدا می‌کنند تا به سطح زمین برسند و تعداد ذرات به زمین رسیده نسبت مستقیم با انرژی ذره اولیه دارد به مجموعه ذرات به زمین رسیده آبشار می‌گویند و در صورت بزرگ بودن این انرژی (در محدوده UHECR و بالاتر) به آن [[بهمن گسترده هوایی]]<ref>{{cite conference
| title         =روشی دیگر برای یافتن مکان هسته‌های بهمن‌های گسترده هوایی
| first         = هادی
| last          =هدایتی خلیل‌آباد
|year          =۱۳۸۸
| conference    =کنفرانس فیزیک ایران
| pages         =۲۲۸–۲۳۱
| language      =فارسی
}}</ref> (EAS) می‌گویند.

== طیف انرژی ==
[[پرونده:Cosmic ray flux versus particle energy.svg|360px|بندانگشتی|طیف انرژی پرتوهای کیهانی (عرض:میزان شارش و طول:انرژی ذره اولیه).]]
در [[طیف انرژی]] این پرتوها چهار شکستگی وجود دارد:
{|class=wikitable
|-
!نام!!نام انگلیسی!!انرژی
|-
|زانو||Knee||۱۰<sup>۱۶</sup> [[الکترون ولت|eV]]{{چر}}<ref name="donald"/>{{رچ}}
|-
|زانوی دوم||second knee||۶{{e|۱۷}} eV{{چر}}<ref name="elsevier">{{cite journal|last=Codino|first=Antonio|date=2009|title=Consequences of the common origin of the knee and ankle in Cosmic ray physics|publisher=Elsevier|pages=228-239|language=English}}</ref>{{رچ}}
|-
|قوزک||Ankle||۴{{e|۱۸}}{{چر}}<ref name="donald"/>{{رچ}} eV
|-
|شکستگی GZK||GZK cut-off||۴{{e|۱۹}} eV{{چر}}<ref name="donald"/>{{رچ}}
|}
بین تعداد و انرژی رابطه دیفرانسیلی زیر برقرار است:<ref name="donald">{{cite book|last=Perkins|first=Donald|title=Particle Astrophysics|publisher=[[انتشارات دانشگاه آکسفورد|OUP]]|date=2009|chapter=229-244|isbn=978-0-19-954545-2|language=English}}</ref>
:::<math>N(E)dE=const. E^{-2.7}dE-E<E_{knee}\!</math>
:::<math>N(E)dE=const. E^{-3.0}dE-E_{knee}<E<E_{ankle}\!</math>
:::<math>N(E)dE=const. E^{-2.69}dE-E_{ankle}<E<E_{GZK}\!</math>
:::<math>N(E)dE=const. E^{-4.2}dE-E_{GZK}<E\!</math>
که در آن:
:::E انرژی
:::N تعداد است.

== رصدخانه‌ها ==
برای رصد پرتوهای کیهانی از [[آشکارسازهای ذرات]] مانند [[آشکارساز چرنکوف]] و [[تلسکوپ فلوئورسنس]] استفاده می‌شود.<ref>{{cite journal|last=Andreas Haungs|title=Energy spectrum and mass compsition of high-energy cosmic ray|journal=Rep. Prog. Phys.|publisher=IOP|pages=1152|language=English}}</ref>

معروف‌ترین رصدخانه‌های پرتو کیهانی عبارتند از:
* [[رصدخانه پیر اوجر]]:در مندوزا، [[آرژانتین]] قرار دارد و محیطی بالغ بر ۳٬۰۰ [[کیلومتر مربع]] را برای آشکارسازی بهمن‌های گسترده هوایی پوشش می‌دهد. و اکثر فعالیت این بخش روی پرتوهای کیهانی با انرژی بسیار زیاد(UHECR) است.<ref name="nature"/>
* [[رصدخانه آگاسا]]:در آکنو، [[ژاپن]] که از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۴ فعال بود<ref name="nature"/>
* [[رصدخانه های‌رس]]:در [[داگ‌وی]] [[یوتا]]، [[آمریکا]] قرار دارد.<ref name="nature"/>
* [[رصدخانه آماندا]]:در [[قطب جنوب]] برای آشکارسازی [[نوترینو]]ها به کار می‌رود<ref>{{cite book|last=Sarkar|first=Utpal|title=Particle and Astroparticle Physics|url=https://archive.org/details/particleastropar00sark|publisher=[[تیلور و فرانسیس|Taylor and Farcis]]|date=2008|series=High Energy Physics,Cosmology and Gravition|pages=[https://archive.org/details/particleastropar00sark/page/n485 471]|chapter=Dark matter and Dark energy|isbn=1-58488-931-4|language=English}}</ref> ولی از آن برای تحلیل اطلاعات دیگر پرتوهای کیهانی هم استفاده می‌شود.

== شبیه‌سازی ==
برای شبیه‌سازی برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین و تولید آبشار از برنامه کورسیکا (CORSIKA) استفاده می‌شود. کورسیکا برنامه‌ای است که بهمن‌های گسترده هوایی  را شبیه‌سازی می‌کند. این برنامه در دانشگاه کارلسروهه [[آلمان]] توسعه پیدا کرده است و به طور متناوب به روزرسانی می‌شود {{یادکرد وب |نام خانوادگی= |نام= |عنوان=CORSIKA |نشانی=https://www.iap.kit.edu/corsika/ |بازبینی= |اثر= |تاریخ= |ناشر= |نشانی بایگانی= |تاریخ بایگانی= |کد زبان= }}.

== کنفرانس بین‌المللی پرتوهای کیهانی ==
{{اصلی|کنفرانس بین‌المللی پرتوهای کیهانی}}

== اثرات روی زمین ==
با بررسی دوره یازده ساله [[سیکل خورشیدی]] اثبات شد که پرتوهای کیهانی ناشی از خورشید در کاهش ضخامت لایه اوزن مؤثر است.<ref>{{cite journal|last=Lu|first=Q. -B|date=19 March 2009|title=Correlation between Cosmic Rays and Ozone Depletion|journal=Physcal Rev. Let.|language=English|doi=10.1103/PhysRevLett.102.118501}}</ref>

== جستارهای وابسته ==
* [[حد جی‌زدکا]]

== منابع ==
=== پانویس ===
{{پانویس|۲}}

=== کتابشناسی ===
* {{یادکرد کتاب|نام خانوادگی=کارتونن|نام=هانو|ترجمه=غلامرضا شاه‌علی|عنوان=[[مبانی ستاره‌شناسی (کتاب)|مبانی ستاره‌شناسی]]|ناشر=انتشارات شاهچراغ|مکان=شیراز|شابک=978-964-2632-74-9}}

== پیوند به بیرون ==
{{ویکی‌انبار-رده|Cosmic rays}}
* [https://web.archive.org/web/20081031063933/http://sina.sharif.edu/~observatory/ رصدخانهٔ البرز]، رصدخانهٔ پرتوهای کیهانی [[دانشگاه صنعتی شریف]]
* [http://www.iasa.ir/ آکادمی علوم فضایی ایران]

{{پرتو}}
{{گرم‌شدن زمین}}
{{مولکول‌های کشف شده در فضای بیرونی}}
{{اخترشناسی}}
{{داده‌های کتابخانه‌ای}}

[[رده:اخترفیزیک ذره‌ای]]
[[رده:پدیده‌های خورشیدی]]
[[رده:پدیده‌های ستاره‌ای]]
[[رده:پرتوهای کیهانی]]
[[رده:تابش یون‌ساز]]
[[رده:تابش]]
[[رده:علم در ۱۹۱۲ (میلادی)]]
[[رده:مفهوم‌ها در اخترشناسی]]