مرصد بيير أوجيه

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

مرصد بيير أوجيه هو مرصد دولي للأشعة الكونية في الأرجنتين، مصمم للكشف عن الأشعة الكونية فائقة الطاقة : وهي جسيمات دون ذرية تسافر بسرعة تقارب سرعة الضوء ، ولكل منها طاقة تتجاوزطاقة تتراوح بين 10 و 18 إلكترون فولت  . في الغلاف الجوي للأرض، تتفاعل هذه الجسيمات مع نوى ذرات الهواء، مُنتجةً جسيمات أخرى متنوعة. يمكن رصد وقياس هذه الجسيمات المؤثرة (المعروفة باسم " وابل الهواء  "). ونظرًا لأن معدل وصول هذه الجسيمات عالية الطاقة يُقدّر بجسيم واحد فقط لكل  كيلومتر مربع في  القرن، فقد أنشأ مرصد أوجيه منطقة رصد تبلغ مساحتها 3000 كيلومتر مربع (1200 ميل مربع ) - أي ما يعادل مساحة ولاية رود آيلاند أو لوكسمبورغ - لتسجيل عدد كبير من هذه الأحداث. يقع المرصد في غرب مقاطعة مندوزا ، الأرجنتين ، بالقرب من جبال الأنديز .   

بدأ بناء المرصد عام 2000، [ 1 ] وبدأ بجمع بيانات عالية الجودة منذ عام 2005، واكتمل بناؤه رسميًا عام 2008. وكان من المقرر أن يقع الموقع الشمالي في جنوب شرق ولاية كولورادو الأمريكية، وأن تستضيفه كلية لامار المجتمعية . كما كان من المقرر أن يضم كاشفات تشيرينكوف المائية وتلسكوبات فلورية، ويغطي مساحة 10,370  كيلومترًا مربعًا ، أي ما يعادل 3.3 أضعاف مساحة مرصد أوجيه الجنوبي.

سُمّي المرصد تيمّنًا بالفيزيائي الفرنسي بيير فيكتور أوجيه . اقترح جيم كرونين وآلان واتسون المشروع عام ١٩٩٢. واليوم، يتعاون أكثر من ٥٠٠ فيزيائي من نحو ١٠٠ مؤسسة حول العالم [ ٢ ] لصيانة الموقع في الأرجنتين وتحديثه، وجمع البيانات المقاسة وتحليلها. وقد تقاسمت الدول الخمس عشرة المشاركة ميزانية البناء البالغة ٥٠ مليون دولار، حيث ساهمت كل دولة بجزء صغير من التكلفة الإجمالية.

الخلفية المادية

تصل الأشعة الكونية فائقة الطاقة إلى الأرض من الفضاء الخارجي. تتكون هذه الأشعة من جسيمات دون ذرية مفردة ( بروتونات أو نوى ذرية )، لكل منها مستويات طاقة أعلى من طاقة الأرض. طاقة جسيم واحد تبلغ 10 ^18 إلكترون فولت . عندما يصل جسيم واحد من هذا النوع إلى الغلاف الجوي للأرض، تتبدد طاقته مُنتجةً مليارات الجسيمات الأخرى: إلكترونات ، وفوتونات، وميونات ، جميعها قريبة من سرعة الضوء. تنتشر هذه الجسيمات طوليًا (عموديًا على مسار الجسيم الواحد القادم)، مُشكلةً طبقةً متحركةً من الجسيمات، ذات كثافة أعلى بالقرب من المحور. يُطلق على هذه الظاهرة اسم " وابل هوائي ". أثناء مرورها عبر الغلاف الجوي، تُنتج هذه الطبقة من الجسيمات ضوءًا فوق بنفسجيًا، غير مرئي للعين البشرية، يُسمى تأثير التألق، ويتخذ نمطًا مشابهًا لآثار البرق المستقيمة. يُمكن تصوير هذه الآثار بسرعة عالية بواسطة تلسكوبات متخصصة، تُسمى كاشفات التألق، تُغطي منطقةً على ارتفاع طفيف. بعد ذلك، عندما تصل الجسيمات إلى سطح الأرض، يُمكن رصدها عند وصولها إلى خزان ماء، حيث تُصدر ضوءًا أزرق مرئيًا نتيجةً لتأثير تشيرينكوف . يُمكن لأنبوب كهروضوئي حساس التقاط هذه الاصطدامات. تُسمى هذه المحطة كاشف تشيرينكوف المائي أو "الخزان". يحتوي مرصد أوجيه على كلا النوعين من الكواشف التي تغطي نفس المنطقة، مما يسمح بإجراء قياسات دقيقة للغاية.

عندما يصطدم وابل من أشعة تشيرينكوف بعدة أجهزة كشف على الأرض، يمكن حساب اتجاه الشعاع باستخدام مبادئ هندسية أساسية. ويمكن تحديد نقطة المحور الطولي من خلال كثافة الإشعاع في كل محطة أرضية متأثرة. وبناءً على الفرق الزمني بين مواقع الاصطدام، يمكن تحديد زاوية المحور. فقط عندما يكون المحور عموديًا، تسجل جميع أجهزة الكشف الأرضية في اللحظة نفسها، وأي ميل في المحور سيؤدي إلى فرق زمني بين لحظة الاصطدام الأولى والأخيرة. [ 3 ]

المراصد السابقة

اكتُشفت الأشعة الكونية عام 1912 على يد فيكتور هيس . قاس هيس اختلافًا في التأين على ارتفاعات مختلفة (باستخدام برج إيفل ومنطاد هوائي مأهول)، مما يشير إلى ترقق الغلاف الجوي (وبالتالي انتشار ) شعاع واحد. تم استبعاد تأثير الشمس من خلال القياس أثناء كسوف الشمس. بحث العديد من العلماء هذه الظاهرة، أحيانًا بشكل مستقل، وفي عام 1937، تمكن بيير أوجيه من استنتاج تفصيلي مفاده أن شعاعًا واحدًا يتفاعل مع نوى ذرات الهواء، مُسببًا وابلًا من الإلكترونات والفوتونات. في الوقت نفسه، تم اكتشاف الجسيم الثالث، الميون (الذي يتصرف كإلكترون ثقيل جدًا).

ملخص

كاشف السطح (SD)

محطة كاشف السطح (SD)، أو "الخزان"، لمرصد بيير أوجيه.

في عام 1967، طورت جامعة ليدز كاشفًا لإشعاع تشيرينكوف المائي (أو محطة سطحية ؛ حوض مائي صغير  بعمق 1.2 متر؛ يُسمى أيضًا خزانًا )، وأنشأت منطقة كشف مساحتها 12  كيلومترًا مربعًا في حديقة هافيرا باستخدام 200 خزان من هذا النوع. رُتبت الخزانات في مجموعات من أربعة على شكل مثلث أرضي (Y)، بأحجام مختلفة. عمل المرصد لمدة 20 عامًا، ووضع المعايير التصميمية الرئيسية لنظام الكشف الأرضي في مرصد أوجيه. وفي السنوات اللاحقة، قاد آلان واتسون فريق البحث، وشارك لاحقًا في تأسيس تعاون مرصد أوجيه.

كاشف الفلورة (FD)

مبنى الحرم الجامعي المركزي في مالارغوي .
منظر خلفي لمحطة كاشف السطح.
أحد المباني الأربعة لأجهزة الكشف عن الفلورة (FD).
محطة SD وهوائي AERA في المقدمة، ومبنى FD واحد وثلاثة تلسكوبات HEAT في الخلفية.
هوائي AERA مع جبال الأنديز في الخلفية

في غضون ذلك، طُوّرت تقنية كاشف التألق الضوئي في مزرعة فولكانو (نيو مكسيكو، 1959-1978 )، ومرصد عين الذبابة ( دوجواي، يوتا )، وخليفته كاشف الأشعة الكونية عالي الدقة المعروف باسم "هاي ريس" أو "عين الذبابة" ( جامعة يوتا ). وهي عبارة عن تلسكوبات بصرية مُعدّة لتصوير الأشعة فوق البنفسجية عند النظر إلى سطح ما. وتستخدم هذه التقنية الملاحظة متعددة الأوجه (ومن هنا جاءت تسمية "عين الذبابة") لإنتاج صور مُجزأة إلى وحدات بكسل بسرعة عالية. وفي عام 1992، قاد جيمس كرونين البحث وشارك في تأسيس تعاونية أوجيه للرصد.

التصميم والبناء

يُعدّ مرصد بيير أوجيه فريدًا من نوعه لكونه أول تجربة تجمع بين أجهزة الكشف الأرضية وأجهزة الكشف الفلورية في الموقع نفسه، مما يسمح بالمعايرة المتبادلة والحدّ من التأثيرات المنهجية التي قد تكون خاصة بكل تقنية. تستخدم أجهزة كشف تشيرينكوف ثلاثة أنابيب مضاعفة ضوئية كبيرة لرصد إشعاع تشيرينكوف الناتج عن الجسيمات عالية الطاقة التي تمر عبر الماء في الخزان. ويُستخدم وقت وصول الجسيمات عالية الطاقة من نفس الدُفعة إلى عدة خزانات لحساب اتجاه حركة الجسيم الأصلي. أما أجهزة الكشف الفلورية فتُستخدم لتتبع توهج وابل الجسيمات الجوي في الليالي الصافية الخالية من الغيوم والقمر، أثناء هبوطه عبر الغلاف الجوي.

في عام 1995، في مختبر فيرميلاب بشيكاغو، وُضع التصميم الأساسي لمرصد أوجيه. وعلى مدار ستة أشهر، عمل العديد من العلماء على تحديد المتطلبات الرئيسية وتقدير التكلفة لمرصد أوجيه المُزمع إنشاؤه. [ 3 ] وكان لا بد من تقليص مساحة المرصد من 5000  كيلومتر مربع إلى 3000  كيلومتر مربع .

عند بدء أعمال البناء، تم إنشاء نموذج أولي كامل الحجم أولاً: مصفوفة الهندسة. تألفت هذه المصفوفة من أول 40 كاشفًا أرضيًا وكاشف فلوري واحد. جميعها كانت مجهزة تجهيزًا كاملاً. عملت مصفوفة الهندسة لمدة 6 أشهر في عام 2001 كنموذج أولي؛ ثم دُمجت لاحقًا في النظام الرئيسي. استُخدمت لاتخاذ خيارات تصميم أكثر تفصيلاً (مثل نوع أنبوب المضاعف الضوئي (PMT) المستخدم، ومتطلبات جودة مياه الخزان) وللمعايرة. [ 4 ]

في عام 2003، أصبح أكبر كاشف للأشعة الكونية فائقة الطاقة في العالم. يقع في سهل بامبا أماريلا الشاسع ، بالقرب من بلدة مالارغوي في مقاطعة مندوزا ، الأرجنتين . يتألف النظام الأساسي من 1600 كاشف تشيرينكوف مائي ، أو ما يُعرف بـ"الخزانات" (على غرار تجربة هافيرا بارك )، موزعة على مساحة 3000 كيلومتر مربع (1200 ميل مربع ) ، بالإضافة إلى 24 تلسكوبًا لكاشفات التألق الجوي (على غرار تلسكوب عين الذبابة عالي الدقة ) تُشرف على المصفوفة السطحية.  

ولدعم القياسات الجوية (قياسات FD)، تمت إضافة محطات دعم إلى الموقع:

  • محطة مرفق الليزر المركزي (CLF)
  • منشأة الليزر المتطرفة (XLF)
  • وتعمل محطات الكشف عن التألق الأربع أيضًا: الليدار، وكشف السحب بالأشعة تحت الحمراء (كاميرا الأشعة تحت الحمراء)، ومحطة الأرصاد الجوية، وأجهزة مراقبة وظائف طور الهباء الجوي (APF؛ اثنان من أصل أربعة)، والتلسكوبات البصرية HAM (واحد) وFRAM (واحد).
  • محطة إطلاق البالونات (BLS): حتى ديسمبر 2010، كان يتم إطلاق بالون للأرصاد الجوية في غضون ساعات بعد هطول أمطار غزيرة لتسجيل البيانات الجوية حتى  ارتفاع 23 كم. [ 5 ]

المواقع

محطةيكتبموقع
مجموعة محطات أرضية1600 محطة كشف سطحية (SD) (مركز المنطقة)35°12′24″S 69°18′57″W / 35.20675°S 69.31597°W / -35.20675; -69.31597 ( منطقة المحطات الأرضية (النقطة المركزية لـ 1600 كاشف سطحي) )
لوس ليونيس6 كاشفات فلورية35°29′45″ جنوباً 69°26′59″ غرباً / 35.49584° جنوباً 69.44979° غرباً / -35.49584; -69.44979 ( لوس ليونيس (6 FD) )
مورادوس6 كاشفات فلورية35°16′52″ جنوبًا 69°00′13″ غربًا / 35.28108 درجة جنوبًا 69.00349 درجة غربًا / -35.28108; -69.00349 ( مورادوس (6 ف.د) )
لوما أماريلا6 كاشفات فلورية34°56′09″ جنوبًا 69°12′39″ غربًا / 34.93597° جنوبًا 69.21084° غربًا / -34.93597; -69.21084 ( لوما أماريلا (6 FD) )
كويهويكو6 كاشفات فلورية35°06′51″S 69°35′59″W / 35.11409°S 69.59975°W / -35.11409; -69.59975 ( Coihueco (6 FD) )
حرم المرصدالمكتب المركزي35°28′51″ جنوباً 69°34′14″ غرباً / 35.48084° جنوباً 69.57052° غرباً / -35.48084; -69.57052 ( حرم المرصد )
مالارغويمدينة35°28′06″ جنوباً 69°35′05″ غرباً / 35.46844° جنوباً 69.58478° غرباً / -35.46844; -69.58478 ( مالارغوي )

نتائج

يقوم المرصد بجمع بيانات عالية الجودة منذ عام 2005، وقد تم الانتهاء منه رسمياً في عام 2008.

في نوفمبر 2007، أعلن فريق مشروع أوجيه عن بعض النتائج الأولية. وأظهرت هذه النتائج أن اتجاهات منشأ الأحداث الـ 27 ذات الطاقة الأعلى كانت مرتبطة بمواقع النوى المجرية النشطة . [ 6 ] إلا أن اختبارًا لاحقًا باستخدام عينة بيانات أكبر بكثير كشف أن درجة الارتباط الكبيرة التي لوحظت في البداية كانت على الأرجح نتيجة لتقلب إحصائي. [ 7 ]

في عام 2017، مكّنت البيانات المستقاة من 12 عامًا من الملاحظات من اكتشاف تباين كبير في اتجاه وصول الأشعة الكونية عند طاقات أعلى من8 × 10¹⁸ إلكترون فولت .  يدعم هذا أن مصادر خارج المجرة (أي خارج مجرتنا ) هي مصدر هذه الأشعة الكونية فائقة الطاقة (انظر الأشعة الكونية فائقة الطاقة ). [ 8 ] مع ذلك، لا يُعرف حتى الآن نوع المجرات المسؤولة عن تسريع هذه الأشعة الكونية فائقة الطاقة. ولا يزال هذا السؤال قيد البحث باستخدام تحديث AugerPrime لمرصد بيير أوجيه.

أتاحت مجموعة بيير أوجيه التعاونية (لأغراض التوعية) 1% من أحداث المصفوفة الأرضية التي تقل طاقتها عن 50 إلكترون فولت ((10-18 إلكترون  فولت ). تتطلب الأحداث ذات الطاقة الأعلى مزيدًا من التحليل الفيزيائي، ولا تُنشر بهذه الطريقة. يمكن الاطلاع على البيانات على موقع عرض الأحداث العامة .

اعتبارًا من أكتوبر 2021، أصبح جزء من البيانات (10 بالمائة) التي عُرضت في المؤتمر الدولي للأشعة الكونية لعام 2019 في ماديسون، الولايات المتحدة الأمريكية، متاحًا للجمهور. [ 9 ] [ 10 ]

التطورات

تم إجراء البحوث والتطوير على تقنيات الكشف الجديدة وعلى التحسينات المحتملة للمرصد، بما في ذلك :

ترقية أوجر برايم

يُعدّ مشروع AugerPrime ترقية رئيسية لمرصد بيير أوجيه الذي يجري بناؤه منذ عام 2019:

  • سيتم تعزيز أجهزة الكشف السطحية بواسطة أجهزة الكشف الوميضية وهوائيات الراديو.
  • سيتم تمديد دورة عمل قياسات FD لأعلى مستويات الطاقة لتشمل الليالي التي يضيء فيها القمر
  • سيتم إكمال مشروع AMIGA: في منطقة متقاربة تبلغ مساحتها 20  كيلومترًا مربعًا من كاشف السطح، سيتم تجهيز كل كاشف سطحي بكواشف ميون تحت الأرض

تهدف كل هذه التحسينات إلى زيادة دقة قياس مرصد بيير أوجيه، وخاصة بالنسبة لكتلة جسيمات الأشعة الكونية الأولية.

أصدرت الأرجنتين 100 ألف طابع بريدي تكريماً للمرصد في 14 يوليو 2007. ويُظهر الطابع خزان كاشف سطحي في المقدمة، ومبنى لكاشفات التألق في الخلفية، وعبارة "10 20  eV " بأحرف كبيرة. [ 11 ] [ 12 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "أخبار 20/12/2013" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12-11-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-11-2007 .
  2. ↑ "مجموعة بيير أوجيه: المتعاونون حسب المؤسسة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 سبتمبر 2010 .
  3. ١ ٢ تعاون أوجيه (٣١ أكتوبر ١٩٩٥). "تقرير تصميم مشروع بيير أوجيه" (ملف PDF) . مختبر فيرمي الوطني للمسرعات . تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٣ يونيو ٢٠١٣ .
  4. ↑ أبراهام، ج.؛ وآخرون (2004). "خصائص وأداء النموذج الأولي لجهاز مرصد بيير أوجيه" (ملف PDF) . الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، والمطيافات، والكواشف، والمعدات المرتبطة بها . 523 ( 1-2 ): 50-95 . رمز Bibcode : 2004NIMPA.523...50A . CiteSeerX 10.1.1.136.9392 . doi : 10.1016/j.nima.2003.12.012 . S2CID 120233167. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 5 ديسمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يونيو 2013 .   
  5. ↑ لوديك، كريم (2011). "الرصد الجوي في مرصد بيير أوجيه - الوضع الحالي والتحديث" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي للأشعة الكونية . 2 : 63. رمز Bibcode : 2011ICRC....2...63L . doi : 10.7529/ICRC2011/V02/0568 (غير نشط في 12 يوليو 2025) . تاريخ الاسترجاع: 12 يونيو 2013 .{{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  6. ↑ مجلة ساينس؛ 9 نوفمبر 2007؛ تعاون بيير أوجيه وآخرون، الصفحات 938-943
  7. ↑ Astrophys.J. 804 (2015) رقم 1، 15
  8. ↑ «دراسة تؤكد أن للأشعة الكونية أصولًا خارج المجرة» . يوريك أليرت! . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-05-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-09-22 .
  9. ↑ "بيانات أوجر المفتوحة" . تعاون أوجر . تم الاطلاع عليه في 2 ديسمبر 2022 .
  10. ↑ عبد الحليم، أ.؛ وآخرون (مجموعة بيير أوجيه) (2025). "البيانات المفتوحة لمرصد بيير أوجيه" . المجلة الأوروبية للفيزياء ج . 85 : 70. doi : 10.1140/epjc/s10052-024-13560-5 . hdl : 10481/104972 . 
  11. ^ أناليا جيمينيز (21 يوليو 2007). "El Laboratorio de rayos viaja al mundo en una estampilla" (بالإسبانية). دياريو أونو دي ميندوزا . تم الاسترجاع 2011/06/16 .
  12. ↑ "مرصد بيير أوجيه" (بالإسبانية). منتدى علم الفلك الأرجنتيني. 29 يوليو 2007. مؤرشف من الأصل في 6 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 يونيو 2011 .

للمزيد من القراءة