Published in: الفضاء

الأشعة الكونية

Author د. جاسم الفواز

Published on: 4 يونيو، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

متى اكتُشفت الأشعة الكونية؟

لاحظ الفيزيائي الفرنسي تشارلز دي كولوم في القرن الثامن عشر أن كرةً مشحونةً كهربائياً لم تعد مشحونةً فجأةً، وفي ظروفٍ غامضة أي خسرت شحنتها دون ملاحظة سببٍ مباشرٍ لذلك. في ذلك الوقت كان يُعتقد أن الهواء هو عازلٌ تماماً، ومع مزيد من العمل اكتشف العلماء أن الهواء يمكنه توصيل الكهرباء إذا كانت جزيئاته مشحونةً أو مؤينة، بالتالي فقدت كرة كولوم شحنتها بسبب الهواء الذي تمَّ شحنه، ولكن من المسؤول عن شحن أو تأيين الهواء؟

لم يُعرف السبب الرئيسي لتأيين الهواء حتى عام 1912 حيث طار الفيزيائي فيكتور هيس بمنطادٍ على ارتفاعٍ عالٍ إلى 5300 متر، واكتشف هناك إشعاعاتٍ أكثر بثلاث مرات منها على سطح الأرض مما يعني أن هذه الإشعاعات يجب أن تكون قادمةً من الفضاء الخارجي، وهي ما تُدعى بالأشعة الكونية. ^[1]

ما هي الأشعة الكونية؟

الأشعة الكونية (Cosmic rays) عبارةٌ عن جسيمات دون ذريةٍ وأشعةٌ عالية الطاقة للغاية معظمها بروتونات، وهي نوى الهيدروجين، وهي الأكثر انتشاراً في الكون، ونوىً أخرى مصحوبةً بأشعةٍ كهرطيسيةٍ تتحرك عبر الفضاء، وفي النهاية تقصف سطح الأرض، وهي تتحرك بسرعاتٍ قريبة من سرعة الضوء، والتي تبلغ حوالي 300000 كيلومتر في الثانية.

ما هي مصادر الأشعة الكونية؟

الأشعة الكونية لها مصدران أساسيان:

1- الإشعاع الكوني المجرّي (Galactic cosmic radiation)

ومصدره بقايا المُستعِرات العُظمى التي تعمل مثل مُسرّعاتٍ للجسيمات دون ذرية.

2- الإشعاع الكوني الشمسي (Solar cosmic radiation)

يتكون من جسيماتٍ مشحونة تنبعث من الشمس، وفي الغالب مكونةٌ من الإلكترونات، والبروتونات، وجسيمات ألفا التي هي نوى الهليوم، وتنبعث بعض هذه الإشعاعات بشكلٍ مستمر من هالة الشمس، مما دفع العلماء إلى تسميتها الرياح الشمسية (Solar wind)، وتكون مصحوبةً بانبعاثاتٍ كهرطيسية لأمواجٍ عالية الطاقة تحدث عندما تتمدّد الحقول المغناطيسية على سطح الشمس وتلتف. ^[2]

النسب المئوية لمصادر الأشعة الكونية

1- 90 بالمئة من الأشعة الكونية التي تضرب الغلاف الجوي للأرض هي بروتونات.

2- 9 بالمئة من جسيمات ألفا.

3- أقلُّ من 1بالمئة إلكترونات.

4- هناك جزءٌ صغيرٌ من الجسيمات الثقيلة، وحوالي 0.25 بالمئة من العناصر الخفيفة، مثل: الليثيوم، والبريليوم، والبورون.

5- حوالي 0.01 بالمئة فقط من الأشعة الكونية هي مادةٌ مضادةٌ حيث تُنتج الاصطدامات عالية الطاقة في الغلاف الجوي العلوي سلسلةً من الجسيمات الأخفّ وزناً.

بالتالي يتمُّ إنتاج أجسامٍ دون ذرية تُسمّى البيونات، والكاونات، والتي تتحلل لإنتاج أجسامٍ تُسمّى الميونات حيث تُشكّل الميونات أكثر من نصف منتجات الإشعاع الكوني عند مستوى سطح البحر، والباقي يتكون في الغالب من الإلكترونات، والبوزيترونات، والفوتونات. ^[3]

هل نحن على الأرض محميون من إشعاع الفضاء؟

نحن محميون لكن ليس بشكلٍ كامل، فالحياة على الأرض محميةٌ من التأثيرات الكبيرة للإشعاعات الكونية من خلال الغلاف الجوي، ومن خلال الحقول أو المجالات المغناطيسية التي تحيط بالأرض، فهما يلعبان دور واقٍ من التأثيرات الكاملة للرياح الشمسية، وباقي أنواع الأشعة الكونية.

لكن ماذا عن رواد الفضاء الذين هم خارج الغلاف الجوي؟

هناك ثلاثة عوامل رئيسية تحدّد كمية الإشعاع التي يتلقاها رواد الفضاء أو كيفية تأثير الإشعاع الكوني على رواد الفضاء، وهي:

1- الارتفاع عن سطح الأرض

في الارتفاعات العالية لا توجد حماية من قبل الغلاف الجوي للأرض، وكذلك الحقل المغناطيسي للأرض يصبح أضعف بكثيرٍ كلما ارتفعنا عن سطح الأرض، لذلك بزيادة الارتفاع عن سطح الأرض تكون الحماية أقلّ، والتعرُّض للأشعة الكونية أكبر.

2- دورة النشاط الشمسية

الشمس لها دورة مدتها 11 عاماً، والتي عندما تبلغ ذروتها يكون هنالك زيادة كبيرة في عدد وكثافة التوهُّجات الشمسية، وبالتالي زيادة في كمية الأشعة الكونية الشمسية.

3- قابلية الفرد للتأثر

لا يزال الباحثون يعملون لتحديد ما الذي يجعل شخصاً ما أكثر عرضةً لتأثيرات إشعاع الفضاء من شخصٍ آخر، وهذا مجال دراسةٍ طويل. ^[4]

بعض تأثيرات الأشعة الكونية على رواد الفضاء

بيَّنت الدراسات أن بعض الأشعة الكونية تملك طاقةً كافيةً لتغيير أو كسر جزيئات الحمض النووي، والتي يمكن أن تُتلف أو تقتل الخلية، وهذا يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية تتراوح من الآثار الحادة المباشرة إلى الآثار طويلة المدى. الآثار الحادة: مثل: التغيُّرات في ضغط الدم، والإسهال، والغثيان، والقيء، وهذه التغيُّرات تكون مؤقتةً، ويمكن التعافي منها أما الآثار الأخرى للتعرُّض الحاد للإشعاع أشدّ بكثير، مثل: تلف الجهاز العصبي المركزي أو حتى الموت. لا يُتوقع أن تنجم التأثيرات الحادة عن التعرُّض للإشعاع الفضائي إلا إذا تعرَّض رائد فضاء لحدثٍ كبيرٍ، مثل: التوهُّج الشمسي، الذي ينتج عنه جرعة عالية من الإشعاع.

القلق الرئيسي بشأن الأشعة الكونية هو التأثيرات طويلة المدى على رواد الفضاء، ويمكن أن تشمل الآثار طويلة المدى إعتام عدسة العين، وزيادة فرصة الإصابة بالسرطان، والعقم، ويمكن لبعض التأثيرات الصحية أن تتخطّى جيلاً، وتظهر في أحفاد الفرد المُعرَّض حيث تنتقل عن طريق الجينات المُتحوّرة. وتتولى لجان دولية التعامل مع القضايا الطبية المتعلقة برواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية (ISS):

1- لجنة العمليات الطبية متعددة الأطراف التابعة لمحطة الفضاء الدولية (ISS MMOP).

2- مجموعة العمل المعنية بالصحة الإشعاعية (RHWG).

3- اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP).

حيث إن مسؤولية هذه اللجان وضع حدود التعرُّض لرواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية، فبعد تجاوز الحدّ المسموح فيه للتعرُّض الإشعاعي لا يُسمح للشخص بالمشاركة في رحلات الفضاء. ^[5]