ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ/ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು

ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು

ಆಕಾಶಗಂಗೆ ಮತ್ತು ಸೌರವ್ಯೂಹದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವ, ಉಚ್ಚ ವೇಗದ ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸುಗಳು ಹಾಗೂ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು (ಕಾಸ್ಮಿಕ್ ರೇಸ್). ಭೂವಾತಾವರಣದ ಮೇಲ್ಭಾಗವನ್ನು ತಲಪುವಂಥವು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು; ವಾತಾವರಣ-ಪ್ರಾಥಮಿಕ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳ ಅಂತರಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುವಂಥವು ದ್ವಿತೀಯಕ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು. ಸೂರ್ಯನಿಂದಲೂ ಸೌರವ್ಯೂಹದಿಂದಾಚೆಗಿನ ಆಕರಗಳಿಂದಲೂ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಬರುತ್ತವೆ.

ಅಯಾನೀಕರಣ ಮಂದಿರ, ಗೈಗರ್ ಮುಲರ್ ಕೌಂಟರ್, ವಿಲ್ಸನ್ ಮೇಘಮಂದಿರ ಮೊದಲಾದ ಉಪಕರಣಗಳ ಸಹಾಯದಿಂದ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗಿದೆ. ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುವ ಕೆಲವು ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನು ಫೆÇೀಟೊಗ್ರಫಿಕ್ ಎಮಲ್ಶನ್ ಸಹಾಯದಿಂದ ದಾಖಲಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಇಂಥ ಅಧ್ಯಯನಗಳ ಫಲವಾಗಿಯೇ ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಕಣವಲಯ ಭೂಮಿಯನ್ನು ಆವರಿಸಿರುವುದು ತಿಳಿದು ಬಂತು. ಇದೇ ವಾನ್ ಅಲೆನ್ ವಿಕಿರಣ ವಲಯ.

ಸೌರವ್ಯೂಹದಾಚೆಯಿಂದ ಬರುವ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನವು ಪೆÇ್ರೀಟಾನುಗಳು (ಹೈಡ್ರೊಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್) ಹಾಗೂ ಆಲ್ಫ ಕಣಗಳು (ಹೀಲಿಯಮ್ ಪರಮಾಣುವಿನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್). ಉಳಿದವು ಭಾರತರ ಪರಮಾಣುಗಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸುಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು. ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದ ಸೇಕಡಾ 87ರಷ್ಟು ವೇಗವಿರುವ ಕಣಗಳು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳಲ್ಲಿವೆ. ಅವುಗಳ ಶಕ್ತಿ ಬಿಲಿಯನ್ (109) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟುಗಳ ವರೆಗೂ ಇರುವುದು ಕಂಡುಬಂದಿದೆ. ಒಮ್ಮೊಮ್ಮೆ 1020 ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವೋಲ್ಟ್ ಶಕ್ತಿಯ ಕಣಗಳೂ ಪತ್ತೆಯಾಗಿವೆ.

1930ರ ದಶಕದಲ್ಲಿ ಆರ್ಥರ್ ಕಾಂಪ್ಟನ್ (1892-1962) ಹಾಗೂ ಸಂಗಡಿಗರು ನಡೆಸಿದ ಅಧ್ಯಯನದಿಂದ ಅಕ್ಷಾಂಶದೊಂದಿಗೆ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳ ತೀವ್ರತೆಯೂ ಬದಲಾಗುವುದು ಖಚಿತವಾಗಿ ತಿಳಿದು ಬಂತು. ಭೂಮಿಯ ಕಾಂತಧ್ರುವಗಳಿಂದ ಸುಮಾರು 50º ಅಕ್ಷಾಂಶದ ವರೆಗೆ ತೀವ್ರತೆ ಸುಮಾರಾಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. 50º ಅಕ್ಷಾಂಶದಿಂದ ಭೂಕಾಂತೀಯ ಮಧ್ಯರೇಖೆಯ ವರೆಗೆ ತೀವ್ರತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತ ಬರುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಅಕ್ಷಾಂಶ ಪರಿಣಾಮ ಎಂದು ಹೆಸರು. ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಕಣಗಳು, ಇವು ಭೂಕಾಂತ ಕ್ಷೇತ್ರದೊಂದಿಗೆ ಅಂತರವರ್ತಿಸುವುದರಿಂದ ಈ ಪರಿಣಾಮ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ. ಅಧಿಕ ಶಕ್ತಿಯುತ ಕಣಗಳು ಮಾತ್ರ ಭೂಮಧ್ಯರೇಖೆ ಕಡೆಗೆ ಸರಿಯಬಲ್ಲವು. ಎಲ್ಲ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ಕಣಗಳೂ ಧ್ರುವಗಳತ್ತ ಸಾಗಬಲ್ಲವು. ಅಕ್ಷಾಂಶ ಪರಿಣಾಮಕ್ಕೆ ಇದೇ ಕಾರಣ. ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಕಣಗಳು ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರದಿಂದ ವಿಕ್ಷೇಪಗೊಳ್ಳುವ ದಿಕ್ಕು ಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಶೆಗೂ ಕಣಚಲನದಿಶೆಗೂ ಲಂಬವಾಗಿರುವುದು. ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಧನಾವಿಷ್ಟ ಕಣಗಳನ್ನೊಳಗೊಂಡಿದ್ದರೆ ಭೂಕಾಂತಕ್ಷೇತ್ರ ಅವನ್ನು ಪೂರ್ವದ ಕಡೆ ವಿಕ್ಷೇಪಿಸುತ್ತದೆ; ಬದಲಾಗಿ ಋಣಾವಿಷ್ಟಗಳನ್ನೊ ಳಗೊಂಡಿದ್ದರೆ ಅವು ಪಶ್ಚಿಮದತ್ತ ವಿಕ್ಷೇಪಗೊಳ್ಳುವುವು. ಭೂಮಿಯಲ್ಲಿ ನಡೆಸಿದ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳಿಂದ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳ ತೀವ್ರತೆಯಲ್ಲಿ ಪೂರ್ವ-ಪಶ್ಚಿಮ ಅಸಮಮಿತಿ ಕಂಡು ಬಂತು. ವಿಶ್ವಕಿರಣದ ಕಣಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನವು ಧನಾವಿಷ್ಟ ಕಣಗಳೆಂದು ಇದರಿಂದ ಸ್ಪಷ್ಟವಾಯಿತು.

ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳ ತೀವ್ರತೆ ವಾತಾವರಣದ ಉನ್ನತಿಯೊಂದಿಗೆ ಹೇಗೆ ಬದಲಾವಣೆ ಆಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದರ ಅಧ್ಯಯನವೂ ನಡೆದಿದೆ. ಸುಮಾರು 15 ಕಿಮೀ ಉನ್ನತಿಯವರೆಗೆ ತೀವ್ರತೆ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ; ಉನ್ನತಿ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ತೀವ್ರತೆ ಇಳಿಮೊಗವಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಶ್ವಕಿರಣ-ವಾತಾವರಣಗಳ ಅಂತರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಇದು ದೃಢೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಾಥಮಿಕ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಉಚ್ಚ ಉನ್ನತಿಯಲ್ಲಿ ವಾತಾವರಣವನ್ನು ಘಟ್ಟಿಸಿದಾಗ ವಾತಾವರಣದ ಅನಿಲಗಳೊಡನೆ ಅಂತರವರ್ತಿಸಿ ದ್ವಿತೀಯಕ ಕಣಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸು ತ್ತವೆ. ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಕಣಗಳಲ್ಲಿರುವ ಪೆÇ್ರೀಟಾನುಗಳು ಈ ರೀತಿ ಪಯಾನ್, ಮ್ಯೂಯಾನ್, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್, ಪಾಸಿಟ್ರಾನ್ ಹಾಗೂ ಶಕ್ತಿಯುತ ಫೆÇೀಟಾನುಗಳನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತವೆ. ಅಯಾನೀಕೃತ ಕಣಗಳ ಒಟ್ಟು ಸಂಖ್ಯೆ ಹೀಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದರಿಂದ ತೀವ್ರತೆ ಏರುತ್ತದೆ. ಕೆಳ ವಾತಾವರಣಕ್ಕೆ ಬಂದಂತೆ ದ್ವಿತೀಯಕ ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ತೀವ್ರತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ದ್ವಿತೀಯಕ ಕಣಗಳ ಗುಂಪನ್ನು ವೃಷ್ಟಿ (ಶವರ್) ಎಂದು ಕರೆಯುವು ದುಂಟು. ಹಲವು ಬಗೆಯ ವಿಶ್ವಕಿರಣ ವೃಷ್ಟಿಗಳಿವೆ. ಫೆÇೀಟಾನಿನಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಪಾಸಿಟ್ರಾನ್ ಜೋಡಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನಿಂದ ಫೆÇೀಟಾನ್, ಫೆÇೀಟಾನಿನಿಂದ ಮತ್ತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್-ಪಾಸಿಟ್ರಾನ್ ಜೋಡಿ ಹೀಗೆ ಉಂಟಾಗುವ ದ್ವಿತೀಯಕ ಕಣಗಳ ಗುಂಪನ್ನು ನಿರ್ಝರ ವೃಷ್ಟಿ (ಕ್ಯಾಸ್ಕೇಡ್ ಶವರ್) ಎನ್ನುವುದುಂಟು.

ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಧಾತುಗಳ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‍ಗಳು ಯಾವ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿದು ಇವನ್ನು ನಕ್ಷತ್ರಗಳಲ್ಲಿರುವ ಅಥವಾ ಅಂತರನಕ್ಷತ್ರಾಕಾಶದಲ್ಲಿರುವ ಧಾತುಪ್ರಮಾಣಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಎಲ್ಲಿಂದ ಬರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ತಿಳಿಯಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಸೌರವ್ಯೂಹದ ಆಚೆಯಿಂದ ಬರುವ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳು ಭೂಮಿಯನ್ನು ತಲಪುವ ಮೊದಲು ಒಂದು ಕೋಟಿ ವರ್ಷ ಪಯಣಿಸಿರಬ ಹುದೆಂಬುದು ಒಂದು ಅಂದಾಜು. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ಸೂಪರ್ನೋವ (ನೋಡಿ- ಸೂಪರ್ನೋವಾ) ಹಾಗೂ ಸಾಕಷ್ಟು ವಿಕಾಸಗೊಂಡ ನಕ್ಷತ್ರಗಳಿಂದ ಅವು ಬರಬಹುದೆಂಬ ಕಲ್ಪನೆ ಇದೆ. ಭೂಮಿಯ ಒಳಗಿನಿಂದ ತೊಡಗಿ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದವರೆಗೆ ವಿಶ್ವಕಿರಣದ ಅಧ್ಯಯನ ನಡೆಸಿದ್ದಾರೆ. ಬೆಲೂನ್, ರಾಕೆಟ್, ಉಪಗ್ರಹಗಳನ್ನು ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗಿದೆ.

ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಹಾಗೂ ಉಪಪರಮಾಣವಿಕಕಣಗಳ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಅಧ್ಯಯನ ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳಿಂದ ಸಹಾಯವಾಯಿತು. ಈ ಕಣಗಳ ಡಿಕ್ಕಿಗಳಿಂದ ಅನೇಕ ಉಪಪರಮಾಣವಿಕಕಣಗಳ ಆವಿಷ್ಕಾರ ವಾಯಿತು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪ್ರಯೋಗಶಾಲೆಯಲ್ಲಿ ಪಡೆಯಲಾಗದ ಶಕ್ತಿಯುತ ಕಣಗಳು ವಿಶ್ವಕಿರಣಗಳಲ್ಲಿರುವುವು.

  *

(ಎ.ಕೆ.ಬಿ.)