Διαστημικοί ανιχνευτές κοσμικής ακτινοβολίας – Φασματογράφος AMS

Σε παγκόσμιο επίπεδο υπάρχει ένα σύνολο καταγραφικών συστημάτων ανίχνευσης της κοσμικής ακτινοβολίας σε ένα μεγάλο εύρος του φάσματός της. Για την καταγραφή της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας υπάρχουν ανιχνευτές τόσο διαστημικοί, που καταγράφουν σωματίδια υψηλών ενεργειών¹ (κυρίως πρωτόνια) που ονομάζονται πρωτογενή σωμάτια κοσμικής ακτινοβολίας, όσο και επίγειοι. Οι επίγειοι καταμετρούν δευτερογενή σωμάτια, που παράγονται δηλαδή από τον ατμοσφαιρικό καταιγισμό της κοσμικής ακτινοβολίας και διαχωρίζονται ανάλογα με το είδος των σωματιδίων (νετρόνια και μιόνια κυρίως)  της κοσμικής ακτινοβολίας που ανιχνεύουν.

Στο διαστημικό χώρο υπάρχουν διάφορα όργανα που ανιχνεύουν συστηματικά κοσμικές ακτίνες, που προέρχονται από τον Ήλιο ή άλλες πηγές εντός του Γαλαξία. Τα συστήματα αυτά είναι τοποθετημένα είτε σε δορυφόρους που ακολουθούν συγκεκριμένες τροχιές στον διαπλανητικό χώρο, όπως οι δορυφόροι SOHO, GOES, ACE, WIND,  STEREO κλπ, είτε σε διαστημικές αποστολές (π.χ. Voyager, Cassini). Τα συγκεκριμένα δεδομένα των δορυφόρων είναι προσβάσιμα για την έρευνα μέσα από τις ιστοσελίδες του εκάστοτε προγράμματος και συγκεντρωμένα στην ιστοσελίδα OMNIWeb της NASA.

Ιδιαίτερη αναφορά αξίζει να γίνει στο μαγνητικό φασματογράφο AMS-02. Ο μαγνητικός φασματογράφος Άλφα (Alpha Magnetic Spectrometer – AMS) είναι ένας προηγμένος ανιχνευτής σωματιδίων σχεδιασμένος να λειτουργεί ως εξωτερική μονάδα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (International Space Station – ISS). Ο AMS αποτελεί μια διεθνή συνεργασία 44 ιδρυμάτων από την Αμερική, την Ευρώπη και την Ασία. 

O AMS-02 αποτελείται από έναν μόνιμο μαγνήτη που περιβάλλεται από μια σειρά ανιχνευτών σωματιδίων ώστε να καταγράφονται κάθε χρονική στιγμή η ορμή και το φορτίο των διερχόμενων σωματιδίων. Χρησιμοποιεί, με αυτό τον τρόπο, το μοναδικό διαστημικό περιβάλλον για να μελετήσει το Σύμπαν και την προέλευσή του αναζητώντας αντιύλη, σκοτεινή ύλη, ενώ ταυτόχρονα εκτελεί μετρήσεις ακριβείας της σύνθεσης και της ροής των κοσμικών ακτίνων. Υπάρχει η δυνατότητα αντίληψης και καταγραφής των ποζιτρονίων, καθώς εμφανίζονται όπως τα πρωτόνια και τα ιόντα, αλλά με μικρότερη γωνία στροφής σε ένα μαγνητικό πεδίο, για την ίδια ενέργεια. Αντίστοιχα έχουν καταγραφεί και αντιπρωτόνια και μεγαλύτεροι αντιπυρήνες που μοιάζουν με τα ηλεκτρόνια αλλά και πάλι με διαφορετική γωνία στροφής κατά τη μέτρηση.  

Εγκαταστάθηκε στον ISS τον Μάιο του 2011 στο ανώτερο σημείο προσάρτησης ωφέλιμου φορτίου (S3) και απώτερος στόχος είναι να λειτουργεί καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του ISS. Θα είναι ο μοναδικός τρόπος να υπάρξουν μακράς διαρκείας ακριβείς μετρήσεις (πάνω από 20 χρόνια) της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας από καταγραφέα εκτός της γήινης ατμόσφαιρας, όπου οι κοσμικές ακτίνες μπορούν να παρατηρηθούν με ενέργειες πολλών TeV υψηλότερες από κάθε επιταχυντή στη Γη!

Βιβλιογραφία 

https://ams02.space/what-is-ams/ams-in-nutshell

M. Aguilar, L. Ali Cavasonza, G. Ambrosi, and AMS Collaboration. Towards understanding the origin of cosmic-ray positrons. Phys. Rev. Lett., 122:041102, Jan 2019. doi: 10.1103/PhysRevLett.122.041102.

M. Aguilar, L. Ali Cavasonza, B. Alpat, and AMS Collaboration. Properties of Cosmic-Ray Sulfur and Determination of the Composition of Primary Cosmic-Ray Carbon, Neon, Magnesium, and Sulfur: Ten-Year Results from the Alpha Magnetic Spectrometer. Phys. Rev. Lett., 130:211002, May 2023. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.211002.

1. Οι ενέργειες των πρωτονίων κυμαίνονται μεταξύ 10⁵ eV – 10²¹eV ↩︎