نگين قيمتي ايستگاه فضايي
نويسنده: جرج ماسر
مترجم: مبين افضلي
مترجم: مبين افضلي
طيف سنج مغناطيس 2 ميليادر دلاري آلفا براي رصد ماده تاريك پادماده و ناشناخته هاي ديگر راهي فضا شد
16 سال طول كشيد تا پيشرفته ترين رد ياب پرتوهاي كيهاني با صرف دو ميليارد دلار ساخته شود. اما به نظر مي رسد با بازنشسته شدن شاتل هاي فضايي در پايان سال 2010، اين دستگاه مغناطيسي گران قيمت نيز قرار است به فراموشي سپرده شود و در گوشه اي از انبارهاي ناسا خاك بخورد. اين آژانس مي خواست با تكميل ايستگاه فضايي تا پايان سال 2010 پرونده شاتل را ببندد و بر اين اساس طيف سنج مغناطيسي آلفا جايي در آخرين سفرهاي شاتل نداشت. اما با تلاش فيزيك دانان و پادرمياني كنگره براي عقب انداختن بازنشستگي شاتل ها، اين دستگاه دو ميليارد دلاري نيز فرصتي يافت تا به فضا برود و در اكتشافات فضايي نقش داشته باشد. به اين ترتيب شاتل اندور در آخرين پرواز در 16 مي 2011(سه هفته پيش) به فضا پرتاب شد تا اين دستگاه قيمتي را به دستگاه فضايي تحويل دهد. در توصيف ارزش اين بخش از ايستگاه فضايي گفته اند كه اگر اين ايستگاه مثل يك انگشتري باشد، اين آزمايشگاه، نگين آن است.
پرتوهاي كيهاني ذرات اتمي و بنيادين هستند كه از ستاره هاي معمولي، انفجار نواخترها، ستاره هاي نوتروني، سياهچاله ها و پديده هاي ناشناخته ديگر ساطع مي شوند. يكي از اين منشاهاي ناشناخته مي تواند ماده تاريك باشد. طيف سنج آلفا مي تواند ذرات بنياديني كه از ماده تاريک را رد يابي کند. برخي فيزيك دانان اعتقاد دارند كه كره خاكي با ذره هاي عجيبي بمباران مي شود كه از كهكشان هاي دور آمده اند و از جنس ضد ماده هستند. ضد ماده از ذراتي به نام ضد ذره تشكيل شده. ضد ذره عين ذره است و فقط بار آن بر عكس است. مثلا ذره الكترون كه بارش منفي است، يك ضد ذره دارد كه همه چيزش عين الكترون است ولي بارش مثبت است و به آن پوزيترون مي گويند.
يكي از ذرات ويژگي هاي طيف سنج مغناطيسي اين است كه ذرات هادي را از غير عادي تشخيص مي دهد. هيچ وسيله علمي ديگري نمي تواند تمام خصوصيات ذرات مثل جرم، سرعت حركت، نوع و بار الكتريكي را مشخص كند. از نياكان طيف سنج مغناطيسي آلفا مي توان به رصد خانه «پاملا» اشاره كرد كه در سال 2006 توسط يك كنسرسيوم اروپايي از بايكونور روسيه به فضا پرتاب شد. پاملا نشانه هايي از ماده تاريك ديده بود اما يافته هاي اين ماهواره ايتاليايي مبهم بودند زيرا او نمي توانست ضد ذراتي با جرم پايين مثل پوزيترون را از ذرات معمولي با جرم بالا و بار الكتريكي يكسان مثل پروتون تشخيص دهد.
طيف سنج و ايستگاه فضايي در اين ماموريت مكمل يكديگر خواهند بود. ايستگاه فضايي انرژي مورد نياز ردياب مغناطيسي را فراهم مي كند و طيف سنج نيز به عنوان يك برج ديده باني بر فراز ايستگاه خودنمايي خواهد كرد. همان طور كه برخورد دهنده هادرون در اعماق زمين براي يافتن ناشناخته هاي ماده به كار مي رود، طيف سنج آلفا هم در آسمان به فعاليت هاي تحقيقاتي دانشمندان كمك خواهد كرد.
*طيف سنج آلفا در سفرهاي فضايي يك هيولاي مغناطيسي محسوب مي شود كه هفت تن وزن دارد و 2400 وات انرژي مصرف مي كند.
طراحي: نه صفحه ردياب ذرات باردار
كاركرد: ردياب ها مسير حركت ذرات را از بين ميدان مغناطيسي بررسي مي كنند.
طراحي:20 لايه به هم فشرده از لوله هاي پشمي و كاهي
كاركرد: وقتي يك ذره كم جرم از بين فيبرهاي پشمي عبور مي كند، مي تواند ازخود پرتوي ايكس ساطع كند كه با يك رديف از لوله هاي پر از گاز شناسايي مي شود.
طراحي: صفحات نازك پليمر با گذشتن ذرات باردار از آنها مي درخشند.
كاركرد: يك جفت از اين ردياب ها زمان عبور ذرات از دستگاه را اندازه گيري مي كنند.
طراحي: استوانه اي از صفحات نازك پليمر كه با عبور ذرات از ميان آن مي درخشد.
كاركرد: يك ذره باردار بايد طول دستگاه را بپيمايد تا تمام وسايل دريافت كننده اطلاعات لازم را جمع آوري كنند. اين ردياب ذراتي كه از كنار وارد شده اند را ثبت مي كند تا سيستم كنترل اثرات ذره بر ديگر وسائل دريافت كننده را ناديده بگيرد.
طراحي: مغناطيس دائمي با قدرتي معادل 0/15تسلا. اين مغناطيس جايگزين مغناطيسي فوق رسانا شد تا طول عمر دستگاه را افزايش دهد.
كاركرد: با عبور ذرات باردار، ذره مثبت را به سمت چپ ذره منفي را به سمت راست هدايت مي كند.
طراحي: اروژل و سديم فلورايد كه توسط سنسورهاي نوري به صورت حلقه درآمده اند.
كاركرد: سرعت نور در اروژل پنج درصد و در سديم فلورايد 23 درصد كمتر از سرعت نور در خلا است. ذره اي كه نزديك به سرعت نور در خلا حركت مي كند نور مخروطي آبي رنگي از خود انتشار مي دهد كه به اشعه چرنكوف مشهور است.
طراحي: لايه هاي از فويل سرب كه فيبرهاي نوري قرار گرفته اند.
كاركرد: ذرات به صفحه برخورد مي كنند و توده اي از خود بر جاي مي گذارند. ماهيت اين مواد باقي مانده هويت ذرات را مشخص مي كند. كالري متر برخلاف دستگاه هاي ديگر ذرات غير باردار مثل فوتون ها را هم ثبت مي كند.
منبع: نشريه دانستنيها شماره 31
16 سال طول كشيد تا پيشرفته ترين رد ياب پرتوهاي كيهاني با صرف دو ميليارد دلار ساخته شود. اما به نظر مي رسد با بازنشسته شدن شاتل هاي فضايي در پايان سال 2010، اين دستگاه مغناطيسي گران قيمت نيز قرار است به فراموشي سپرده شود و در گوشه اي از انبارهاي ناسا خاك بخورد. اين آژانس مي خواست با تكميل ايستگاه فضايي تا پايان سال 2010 پرونده شاتل را ببندد و بر اين اساس طيف سنج مغناطيسي آلفا جايي در آخرين سفرهاي شاتل نداشت. اما با تلاش فيزيك دانان و پادرمياني كنگره براي عقب انداختن بازنشستگي شاتل ها، اين دستگاه دو ميليارد دلاري نيز فرصتي يافت تا به فضا برود و در اكتشافات فضايي نقش داشته باشد. به اين ترتيب شاتل اندور در آخرين پرواز در 16 مي 2011(سه هفته پيش) به فضا پرتاب شد تا اين دستگاه قيمتي را به دستگاه فضايي تحويل دهد. در توصيف ارزش اين بخش از ايستگاه فضايي گفته اند كه اگر اين ايستگاه مثل يك انگشتري باشد، اين آزمايشگاه، نگين آن است.
پرتوهاي كيهاني ذرات اتمي و بنيادين هستند كه از ستاره هاي معمولي، انفجار نواخترها، ستاره هاي نوتروني، سياهچاله ها و پديده هاي ناشناخته ديگر ساطع مي شوند. يكي از اين منشاهاي ناشناخته مي تواند ماده تاريك باشد. طيف سنج آلفا مي تواند ذرات بنياديني كه از ماده تاريک را رد يابي کند. برخي فيزيك دانان اعتقاد دارند كه كره خاكي با ذره هاي عجيبي بمباران مي شود كه از كهكشان هاي دور آمده اند و از جنس ضد ماده هستند. ضد ماده از ذراتي به نام ضد ذره تشكيل شده. ضد ذره عين ذره است و فقط بار آن بر عكس است. مثلا ذره الكترون كه بارش منفي است، يك ضد ذره دارد كه همه چيزش عين الكترون است ولي بارش مثبت است و به آن پوزيترون مي گويند.
يكي از ذرات ويژگي هاي طيف سنج مغناطيسي اين است كه ذرات هادي را از غير عادي تشخيص مي دهد. هيچ وسيله علمي ديگري نمي تواند تمام خصوصيات ذرات مثل جرم، سرعت حركت، نوع و بار الكتريكي را مشخص كند. از نياكان طيف سنج مغناطيسي آلفا مي توان به رصد خانه «پاملا» اشاره كرد كه در سال 2006 توسط يك كنسرسيوم اروپايي از بايكونور روسيه به فضا پرتاب شد. پاملا نشانه هايي از ماده تاريك ديده بود اما يافته هاي اين ماهواره ايتاليايي مبهم بودند زيرا او نمي توانست ضد ذراتي با جرم پايين مثل پوزيترون را از ذرات معمولي با جرم بالا و بار الكتريكي يكسان مثل پروتون تشخيص دهد.
طيف سنج و ايستگاه فضايي در اين ماموريت مكمل يكديگر خواهند بود. ايستگاه فضايي انرژي مورد نياز ردياب مغناطيسي را فراهم مي كند و طيف سنج نيز به عنوان يك برج ديده باني بر فراز ايستگاه خودنمايي خواهد كرد. همان طور كه برخورد دهنده هادرون در اعماق زمين براي يافتن ناشناخته هاي ماده به كار مي رود، طيف سنج آلفا هم در آسمان به فعاليت هاي تحقيقاتي دانشمندان كمك خواهد كرد.
*طيف سنج آلفا در سفرهاي فضايي يك هيولاي مغناطيسي محسوب مي شود كه هفت تن وزن دارد و 2400 وات انرژي مصرف مي كند.
ردياب سيليكوني
طراحي: نه صفحه ردياب ذرات باردار
كاركرد: ردياب ها مسير حركت ذرات را از بين ميدان مغناطيسي بررسي مي كنند.
ردياب پرتوهاي عبوري
طراحي:20 لايه به هم فشرده از لوله هاي پشمي و كاهي
كاركرد: وقتي يك ذره كم جرم از بين فيبرهاي پشمي عبور مي كند، مي تواند ازخود پرتوي ايكس ساطع كند كه با يك رديف از لوله هاي پر از گاز شناسايي مي شود.
زمان پرواز، سيستم يك
طراحي: صفحات نازك پليمر با گذشتن ذرات باردار از آنها مي درخشند.
كاركرد: يك جفت از اين ردياب ها زمان عبور ذرات از دستگاه را اندازه گيري مي كنند.
ردياب تك شمارنده
طراحي: استوانه اي از صفحات نازك پليمر كه با عبور ذرات از ميان آن مي درخشد.
كاركرد: يك ذره باردار بايد طول دستگاه را بپيمايد تا تمام وسايل دريافت كننده اطلاعات لازم را جمع آوري كنند. اين ردياب ذراتي كه از كنار وارد شده اند را ثبت مي كند تا سيستم كنترل اثرات ذره بر ديگر وسائل دريافت كننده را ناديده بگيرد.
مغناطيس
طراحي: مغناطيس دائمي با قدرتي معادل 0/15تسلا. اين مغناطيس جايگزين مغناطيسي فوق رسانا شد تا طول عمر دستگاه را افزايش دهد.
كاركرد: با عبور ذرات باردار، ذره مثبت را به سمت چپ ذره منفي را به سمت راست هدايت مي كند.
ردياب حلقه چرنكوف
طراحي: اروژل و سديم فلورايد كه توسط سنسورهاي نوري به صورت حلقه درآمده اند.
كاركرد: سرعت نور در اروژل پنج درصد و در سديم فلورايد 23 درصد كمتر از سرعت نور در خلا است. ذره اي كه نزديك به سرعت نور در خلا حركت مي كند نور مخروطي آبي رنگي از خود انتشار مي دهد كه به اشعه چرنكوف مشهور است.
كالري متر الكترومغناطيسي
طراحي: لايه هاي از فويل سرب كه فيبرهاي نوري قرار گرفته اند.
كاركرد: ذرات به صفحه برخورد مي كنند و توده اي از خود بر جاي مي گذارند. ماهيت اين مواد باقي مانده هويت ذرات را مشخص مي كند. كالري متر برخلاف دستگاه هاي ديگر ذرات غير باردار مثل فوتون ها را هم ثبت مي كند.
منبع: نشريه دانستنيها شماره 31
