Το τηλεσκόπιο κοσμικών ακτίνων επί τροχάδην

Οι κοσμικές ακτίνες είναι πυρήνες ή υποατομικά σωμάτια, με τα οποία βομβαρδίζεται ο πλανήτης μας από το διάστημα. Δεν είναι γνωστοί πλήρως οι μηχανισμοί που παράγουν αυτά τα σωμάτια. Ωστόσο γνωρίζουμε ότι μικρής ενέργειας κοσμικές ακτίνες παράγονται και στον ήλιο (π.χ. τα ηλιακά νετρίνα) ενώ η πλειοψηφία των ενεργειακών κοσμικών ακτίνων παράγονται σε κατακλυσμικά φαινόμενα που συμβαίνουν στο Γαλαξία μας, π.χ. κατά την έκρηξη υπερκαινοφανών αστέρων (SuperNova) ή από τεράστιες μαύρες τρύπες στο κέντρο του γαλαξία μας. Οι πολύ ενεργειακές κοσμικές ακτίνες παράγονται έξω από το γαλαξία μας με μηχανισμούς που μας είναι άγνωστοι σήμερα. Η μελέτη της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων θα αποκαλύψει καινούργιους φυσικούς μηχανισμούς καθώς επίσης θα εμβαθύνει στους νόμους εξέλιξης του Σύμπαντος.

1- Όταν το κοσμικό σωμάτιο (πυρήνας, υποατομικό ή άλλο στοιχειώδες σωμάτιο) εισέλθει στην ατμόσφαιρά και συγκρουσθεί με τους πυρήνες των ατόμων (π.χ. αζώτου, οξυγόνου) που την αποτελούν, παράγονται από την αλληλεπίδραση των συγκρουόμενων νέα σωμάτια και πυρήνες, τα οποία με τη σειρά τους συγκρούονται με άλλους πυρήνες της ατμόσφαιρας κ.ο.κ.. 2- Από αυτές τις αλυσιδωτές αντιδράσεις παράγεται, εν είδη χιονοστιβάδας, ένας πίδακας (ή καταιονισμός) σωματιδίων, τον οποίο επικράτησε να αποκαλούμε «ατμοσφαιρικό κατaιονισμό» ή «καταιονισμό κοσμικού σωματιδίου στην ατμόσφαιρα».

Κατά τον καταιονισμό κοσμικής ακτίνας στην ατμόσφαιρα, φτάνει στην επιφάνεια της γης μεγάλο πλήθος από σωμάτια (συνήθως ηλεκτρόνια, μιόνια και φωτόνια-γ) κατανεμημένα πάνω στην επιφάνεια ενός δίσκου. Το πλήθος των σωματίων που φτάνουν στο έδαφος και η έκταση της επιφάνειας (δίσκου) που βομβαρδίζουν εξαρτώνται από την ενέργεια του αρχικού κοσμικού σωματίου που εισήλθε στην ατμόσφαιρα και από το είδος [π.χ πυρήνας σιδήρου ή πρωτόνιο ή ακτίνα γάμμα) του κοσμικού σωματίου.

Με τους κύκλους παρίσταται η έκταση των περιοχών που βομβαρδίζονται από κοσμικούς: για κοσμικές ακτίνες μικρής σχετικά ενέργειας (μικρός κύκλος eV), μέτριας ενέργειας ( eV) και μεγάλης ενέργειας ( eV - άγνωστου μέχρι σήμερα μηχανισμού προέλευσης). Τα μπλε τετράγωνα δηλώνουν την θέση των σχολείων και πανεπιστημιακών κτηρίων στην πόλη της Πάτρας. Το τηλεσκόπιο HELYCON, σε πλήρη ανάπτυξη, θα αποτελείται από ένα εκτεταμένο δίκτυο ανιχνευτικών σταθμών, οι οποίοι εγκαθίστανται στις στέγες εκπαιδευτικών ιδρυμάτων των Πατρών και άλλων πόλεων της γύρω περιοχής, της Χίου και της Λευκωσίας.

Οι ανιχνευτικοί σταθμοί του HELYCON τοποθετούνται στις εγκαταστάσεις εκπαιδευτικών ιδρυμάτων ώστε να κατανέμονται σε εκτεταμένες γεωγραφικές περιοχές. Οι σταθμοί συγχρονίζονται μεταξύ τους μέσω G.P.S. (Global Positioning System) και στέλνουν τα παρατηρησιακά δεδομένα που συλλέγουν, δια του διαδικτύου, σε κεντρικό υπολογιστικό σύστημα που βρίσκεται εγκατεστημένο στο Εργαστήριο Φυσικής του ΕΑΠ. Οι κόκκινες γραμμές στο Σχήμα παριστούν τις τροχιές σωματιδίων ενός καταιονισμού κοσμικού σωματίου στην ατμόσφαιρα

H πληροφορία που συλλέγεται στους διαφορετικούς σταθμούς συνδυάζεται και επεξεργάζεται από εξειδικευμένα πακέτα λογισμικού ανάλυσης. Από αυτή τη συνδυασμένη πληροφορία εξάγονται συμπεράσματα αναφορικά με τις κοσμικές ακτίνες που φτάνουν στη γη, την ενέργεια τους, τις διαστημικές πηγές εκπομπής τους, τους μηχανισμούς παραγωγής τους και θα μελετώνται τα κατακλυσμικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στο γαλαξία μας αλλά και στο εξωγαλαξιακό χώρο.

κατασκευή ανιχνευτικών διατάξεων HELYCON με πλαστικούς σπινθηριστές και οπτικές ίνες

Το φώς από τους σπινθηριστές συλλέγεται με τις οπτικές ίνες και οδηγείται σε φωτοπολλάπλασιαστές. Κάθε ανιχνευτής διαθέτει δικό του σύστημα τροφοδοσίας και σύστημα βαθμονόμησης, τα οποία ελέγχονται μέσω αυτόματου ηλεκτρονικού συστήματος από τον κεντρικό υπολογιστή.

Όλα τα λειτουργικά στοιχεία, κάθε ανιχνευτή, ελέγχονται, αξιολογούνται και βαθμονομούνται στο Εργαστήριο Φυσικής του Ε.Α.Π. πριν την τελική συναρμολόγησή τους.

Κάθε ανιχνευτής θωρακίζεται με παχύ φύλλο αλουμινίου (κλωβός Faraday) και τοποθετείται σε μεγάλες ξύλινες, αδιάβροχες θήκες.

Όλες οι ανιχνευτικές διατάξεις, κάθε ανιχνευτικού σταθμού HELYCON, ελέγχονται, αξιολογούνται και βαθμονομούνται στο Εργαστήριο Φυσικής του Ε.Α.Π. πριν την τοποθέτηση τους στην τελική θέση εγκατάστασης

Κατά την εγκατάσταση, οι ανιχνευτές συγχρονίζονται και συνδέονται με το σύστημα ελέγχου και το σύστημα λήψης και επιλογής δεδομένων του κάθε σταθμού και στη συνέχεια έρχονται σε διαδικτυακή επικοινωνία με τον κεντρικό σταθμό του HELYCON.

Γεωγραφική κατανομή των υπό κατασκευή τηλεσκοπίων (κόκκινα σύμβολα) της Ευρωπαϊκής ερευνητικής κοινοπραξίας Eurocosmics.

Τα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια που δημιουργούνται στους κοσμικούς καταιονισμούς στην ατμόσφαιρα, υπό την επίδραση του γήινου μαγνητικού πεδίου εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή των ραδιοκυμάτων (α). Η ακτινοβολία αυτή ανιχνεύεται με απλές κεραίες (β) και εξειδικευμένες ηλεκτρονικές διατάξεις. Το ραδιο- σήμα των κατιονισμών (γ) είναι δυνατόν να διαχωριστεί από ραδιο_σήματα άλλων πηγών θορύβου (δ) και προσφέρει σημαντική πληροφορία για τα φυσικά χαρακτηριστικά των καταιονισμών. Η τεχνική αυτή ανίχνευσης ευρίσκεται στο στάδιο της ανάπτυξης και θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για την οργανολογία της αστροσωματιδιακής φυσικής. ανίχνευση ραδιο-κυμάτων από καταιονισμούς με το HELYCON

Πλωτοί ανιχνευτικοί σταθμοί τύπου HELYCON θα χρησιμοποιηθούν ως σύστημα βαθμονόμησης στο Ευρωπαϊκό υποθαλάσσιο τηλεσκόπιο νετρίνων, KM3NeT.