النظام الفرعي للأشعة الكونية

نظام الأشعة الكونية ( CRS ، أو نظام الأشعة الكونية ) ^{[ 1 ]} هو جهاز مُثبّت على متن مركبتي فوياجر 1 وفوياجر 2 الفضائيتين التابعتين لبرنامج فوياجر التابع لناسا ، وهو عبارة عن تجربة لرصد الأشعة الكونية . ^{[ 2 ] [ 3 ]} يتضمن نظام الأشعة الكونية نظام تلسكوب عالي الطاقة (HETS)، ونظام تلسكوب منخفض الطاقة (LETS)، وتلسكوب الإلكترونات (TET). ^{[ 4 ]} صُمم هذا النظام لرصد الجسيمات عالية الطاقة، ومن بين متطلباته أن يكون موثوقًا وأن يتمتع بدقة كافية في قياس الشحنة. ^{[ 5 ]} كما يمكنه رصد الجسيمات عالية الطاقة مثل البروتونات القادمة من مجرتنا أو من شمس الأرض . ^{[ 1 ]}

اعتبارًا من عام 2019، يُعدّ جهاز CRS أحد الأجهزة النشطة المتبقية على متن مركبتي فوياجر الفضائيتين. ويُعرف بقدرته على رصد الإلكترونات ذات طاقة تتراوح بين 3 و110 ميغا إلكترون فولت، ونوى الأشعة الكونية ذات طاقة تتراوح بين 1 و500 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون. ^{[ 6 ]} تستخدم الأنظمة الثلاثة جميعها كواشف الحالة الصلبة . ^{[ 7 ]} يُعدّ CRS أحد التجارب الخمس التي تُجرى على كل مركبة فضائية لدراسة الحقول والجسيمات. ومن أهدافه الرئيسية تعميق فهمنا للرياح الشمسية . ^{[ 8 ]} تشمل الأهداف الأخرى للدراسة الإلكترونات والنوى من الأغلفة المغناطيسية للكواكب ومن خارج المجموعة الشمسية . ^{[ 9 ]}

في صيف عام ٢٠١٩، تم إيقاف تشغيل سخان نظام CRS على متن المركبة الفضائية فوياجر ٢ لتوفير الطاقة؛ ومع ذلك، على الرغم من انخفاض درجة حرارته، إلا أنه كان لا يزال يُرسل بيانات عند درجة حرارة منخفضة جديدة خارج نطاق تشغيله الأصلي. ^{[ ١٠ ]} وقد انخفضت كمية الطاقة على متن المركبة الفضائية فوياجر تدريجيًا، لذا يتم إيقاف تشغيل العديد من المعدات لتوفير الطاقة. ^{[ ١٠ ]}

مجالات الدراسة الأصلية لهذا البحث: ^{[ 11 ]}

• أصل وعملية تسارع الأشعة الكونية بين النجوم، وتاريخ حياتها، ومساهمتها الديناميكية
• التخليق النووي للعناصر في مصادر الأشعة الكونية
• سلوك الأشعة الكونية في الوسط بين الكواكب
• بيئة الجسيمات النشطة الكوكبية المحصورة.

نظام التلسكوب عالي الطاقة: ^{[ 4 ]}

• 6 و 500 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون للأعداد الذرية من 1 إلى 30
• إلكترونات من 3 و 100 ميغا إلكترون فولت.

نظام تلسكوب منخفض الطاقة: ^{[ 4 ]}

• 0.15 و 30 ميغا إلكترون فولت/نيوكليون للأعداد الذرية من 1 إلى 30
• يقيس تباينات الإلكترونات والنوى.

تلسكوب الإلكترون (TET):

• يقيس جهاز TET طيف طاقة الإلكترونات من 3 إلى 110 ميغا إلكترون فولت. ^{[ 4 ]}

يتكون جهاز TET من ثمانية كواشف صلبة ذات طبقات من التنجستن بسماكات مختلفة . ^{[ 7 ]} تُكدس الكواشف وطبقات التنجستن فوق بعضها البعض. ^{[ 12 ]} تتراوح سماكة طبقات التنجستن من 0.56  مم إلى 2.34  مم، وتعمل كممتصات. تبلغ مساحة كل كاشف صلب في جهاز TET 4.5  سم² ^، وسماكته 3  مم. ^{[ 12 ]}

الباحثون الرئيسيون: روخوس يوجين فوغت ، إدوارد سي. ستون ، آلان سي. كامينغز ^{[ 13 ]}

تم اختبار نظام التبريد CRS ليعمل حتى درجة حرارة تصل إلى -49 درجة فهرنهايت (-59 درجة مئوية) أثناء تطويره في السبعينيات. ^{[ 10 ]}

أثناء تطويره، صُمم جهاز CRS للعمل حتى درجة حرارة -49 درجة فهرنهايت (-45 درجة مئوية). ^{[ 10 ]} وحتى عام 2019، كان الجهاز يعمل على متن كلٍ من فوياجر 1 وفوياجر 2 ، إلا أنه في صيف 2019، دعت الحاجة إلى توفير بعض الطاقة على متن فوياجر 2. ^{[ 10 ]} في ذلك الوقت، تم إيقاف تشغيل سخان جهاز CRS، مما أدى إلى انخفاض درجة حرارته إلى ما دون أدنى درجة حرارة تشغيل مُصممة له. [ ^{10 ] انخفضت} درجة حرارة الجهاز إلى -74 درجة فهرنهايت (-59 درجة مئوية)، ولكنه استمر في العمل عند هذه الدرجة. ^{[ 10 ]}

في عام 1977، تم قياس أطياف الهيليوم والكربون والنيتروجين والأكسجين والنيون خلال الحد الأدنى للنشاط الشمسي باستخدام جهاز CRS على متن مركبتي فوياجر في ذلك العام. ^{[ 15 ]} حدث الحد الأدنى للنشاط الشمسي لعام 1977 قرب نهاية العام، مما أتاح رصد أطياف الطاقة بين الكواكب والمجرات والأطياف الشاذة. ^{[ 15 ]}

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، رصد جهاز CRS جسيمات مشحونة حول زحل . ^{[ 16 ]} وقد رصد تدفقًا للبروتونات بقوة 0.43 مليون فولت أثناء مرورها عبر الغلاف المغناطيسي لزحل . ^{[ 16 ]} وفي ثمانينيات القرن العشرين، استُخدمت بيانات CRS من مركبتي فوياجر لتحديد وفرة الجسيمات النشطة القادمة من الشمس ومعلومات إضافية. ^{[ 17 ]} ومن المجالات الأخرى التي دُرست في ثمانينيات القرن العشرين باستخدام بيانات CRS، التباين في الأشعة الكونية المجرية في الغلاف الشمسي الخارجي. ^{[ 18 ]}

ساعدت CRS في التنبؤ بأن فوياجر 1 و 2 ستعبر صدمة نهاية النظام الشمسي في عام 2003. ^{[ 19 ]} وقد ساعد هذا في دعم الاستنتاج اللاحق بأن فوياجر 1 عبرت صدمة النهاية في ديسمبر 2004 وأن فوياجر 2 عبرتها في أغسطس 2007. ^{[ 20 ]}

في عام 2011، كشفت بيانات جهاز CRS، بالإضافة إلى مقياس المغناطيسية الخاص بمسبار فوياجر ، عن منطقة لا تتحرك فيها الرياح الشمسية في أي من الاتجاهين. ^{[ 21 ]} وقد تم تحديد هذه المنطقة على أنها نوع من مناطق ركود الجسيمات المشحونة، حيث تدفع القوى الكونية الجسيمات القادمة من النظام الشمسي إلى الخلف. ^{[ 21 ]} وعلى مسافة 17 ساعة ضوئية، صدرت الأوامر لمسبار فوياجر 1 بالدوران عدة مرات (في الاتجاه المعاكس لدورانه)، وذلك لإجراء عمليات رصد في اتجاهات مختلفة. ^{[ 20 ]}

تبيّن أن المركبة الفضائية فوياجر 1 دخلت الفضاء بين النجوم عام 2012، أي أنها دخلت الوسط بين النجوم. ^{[ 22 ]} وكان أحد أسباب اكتشاف ذلك هو الزيادة الملحوظة في الأشعة الكونية المجرية. ^{[ 23 ]}

في عام 2013، دفعت بيانات جهاز CRS البعض إلى اقتراح أن المركبة الفضائية فوياجر 1 قد دخلت "منطقة انتقالية" أثناء مغادرتها الغلاف الشمسي . ^{[ 24 ]} وقد طرأت بعض التغييرات على كميات وأنواع الإشارات المكتشفة، مما استدعى إجراء تحليلات معمقة. ^{[ 25 ]} أما نتائج مقياس المغناطيسية فقد زادت من تعقيد عملية التفسير. ^{[ 26 ]}

أولاً، لا أعتقد أن أيًا منا في فريق CRS [نظام الأشعة الكونية، وهو جهاز على متن فوياجر] سينسى أبدًا مشاهدة شاشات الكمبيوتر، حتى على أساس كل ساعة، في إحدى الحالات، حيث انخفضت شدة بعض الجسيمات بشكل حاد، وزادت أخرى في وقت واحد في عدة مناسبات في يوليو وأغسطس 2012. ^{[ 27 ]}

اقترح علماء آخرون أن هذا يشير إلى مغادرة المركبة للنظام الشمسي، بمعنى أنها ابتعدت عن الغلاف الشمسي. ^{[ 25 ]} تمثلت المشكلة في تفسير انخفاض الأشعة الكونية، الذي حدث على بُعد 123 وحدة فلكية من الشمس بالنسبة للمركبة فوياجر 2 في ذلك العام. ^{[ 25 ]} وقد وصفت مجلة نيتشر العديد من الاكتشافات وإعادة صياغة المفاهيم التي توصلت إليها مركبات فوياجر أثناء مغادرتها، والمتأثرة ببيانات جهاز CRS وغيره من الأجهزة النشطة، بأنها "الوداع الطويل". ^{[ 20 ]}

ساعد جهاز CRS الموجود على متن المركبة الفضائية Voyager 2 في تحديد مغادرة تلك المركبة الفضائية للغلاف الشمسي في عام 2018. ^{[ 10 ]}

• مرصد الأشعة الكونية
• آفاق جديدة (انظر مجموعة مطياف البلازما والجسيمات عالية الطاقة)
• سحابة بين النجوم المحلية

• دراسة الأشعة الكونية لبعثات فوياجر: دراسات الجسيمات النشطة في الغلاف الشمسي الخارجي وما وراءه، ستون وآخرون
• ناسا – الأشعة الكونية (نظرة عامة على الأشعة الكونية)
• هدف نظام الإبلاغ المشترك
• أوراق بحثية حسب العقد من CRS
• CRS
• أجهزة فوياجر – النظام الفرعي للأشعة الكونية
• نظام الإحداثيات CRS – الرسوم البيانية
• معلومات TET
• خطة جديدة للحفاظ على استمرار عمل أقدم مستكشفي ناسا (يوليو 2019)