კოსმოსური სხივი

კოსმოსური სხივები, ასტრონაწილაკები — მაღალი ენერგიის ნაწილაკთა ნაკადი, რომელიც მოედინება მზიდან, ჩვენი გალაქტიკიდან და შორეული კოსმოსიდან (პირველადი სხივები), აგრეთვე ამ ნაწილაკების მიერ დედამიწის ატმოსფეროში ატომბირთვებთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნილ ელემენტარულ ნაწილაკთა ნაკადი (მეორეული სხივები). კოსმოსური სხივების ფიზიკა შეისწავლის კოსმოსური წარმოშობის მაღალენერგიული კვანტების და ნეიტრინოების ნაკადებსაც. კოსმოსიდან დედამიწამდე აღწევს მხოლოდ სტაბილური ნაწილაკები – ძირითადად, პროტონები (92%) და ნაწილაკები (6%), აგრეთვე ელექტრონები (1%). მსუბუქი (, , ), საშუალო (–), მძიმე (მასური რიცხვით >10) და ზემძიმე (>20) ატომბირთვები (1%). ამასთანავე, , , ნაწილაკეის კონცენტრაცია კოსმოსური სხივებში რამდენიმე ათასჯერ აღემატება მათ კონცენტრაციას ვარსკვლვთშორის სივრცეში. გალაქტიკური კოსმოსური სხივების ძირითად წყაროდ მიიჩნევენ ზეახალი ვარსკვლავების აფეთქებებს, ასევე ძლიერი მაგნიტური ველის მქონე სწრაფად მბრუნავ ნეიტრონულ ვარსკვლავებს (პულსარებს და მაგნეტარებს) და გალაქტიკების აქტიურ ბირთვებს. დამუხტული ნაწილაკები შემდგომ ჩქარდება კოსმოსური დარტყმითი ტალღების გავლენით და ვარსკვლავთშორის მაგნიტურ ველებთან ურთიერთქმედებით. კოსმოსური სხივების ნაწილაკების უდიდესი ნაწილის ენერგია (1 გევ) თითქმის 106-ჯერ აღემატება ვარსკვლავებისთვის დამახასიათებელ სითბურ ენერგიას (1 კევ); ამ კოსმოსური სხივების ნაკადი შეადგენს 104 მ–2წმ–1, 1016 ევ ენერგიის კოსმოსური სხივებისა კი – 10–7 მ–2წმ–1. ძალზე იშვიათად აკვირდებიან 1020–1021 ევ ენერგიის ნაწილაკებსაც. ატმოსფეროს მოლეკულებზე კოსმოსური სხივების გაბნევისას წარმოქმნილი მეორეული კოსმოსური სხივები ხშირად აჩენს ფართო ატმოსფერულ ღვარს (ფაღ). მზის აქტივობა (მზის ქარის და მასთან დაკავშირებული მაგნიტურ ველის გაძლიერება) ასუსტებს გალაქტიკური კოსმოსური სხივების ინტენსივობას (ე. წ. ფორბუშ-ეფექტი).

კვლევის ისტორია
საქართველო
საქართველოში კოსმოსური სხივების შესწავლა დაიწყო 1934 წელს. თსუ-ის ფიზიკა-მათემატიკის ფაკულტეტზე ჩამოყალიბდა ლაბორატორია (ხელმძღვანელი ბ. ყიზილბაში), სადაც შეიქმნა ელექტრონული სქემები კოსმოსური სხივებზე გაიგერ-მიულერის მთვლელებით დაკვირვებებისთვის და ვილსონის ცილინდრული კამერა.

1936 წელს მყინვარწვერზე (ზ. დ. 3950 მ) განხორციელდა პირველი სამეცნიერო ექსპედიცია (ბ. ყიზილბაში, დ. კეთილაძე და ხუ შინ ჩანი), რომელმაც გამოიკვლია ნაწილაკთა ღვარების რაოდენობის დამოკიდებულება ატომბირთვის მუხტზე და შეისწავლეს კოსმოსური სხივების ე. წ. რბილი და ხისტი კომპონენტები.

1949 წლიდან საქართველოში კოსმოსური სხივების კვლევები გააქტიურდა. იალბუზის ფერდობზე (ზ. დ. 3900 მ) ე. ანდრონიკაშვილის ხელმძღვანელობით შეიქმნა კოსმოსური სხივების თვისებების შემსწავლელი მუდმივმოქმედი სადგური, სადაც მუშაობდნენ გ. ჩიქოვანი, ზ. მანჯავიძე, ლ. გედევანიშვილი. ო. გოცირიძე, ე. ცაგარელი და სხვ. შემდგომ მათ შეუერთდნენ მ. ბიბილაშვილი, ნ. როინიშვილი, რ. ძიძიგური, ო. ა. ყანჩელი, ი. საყვარელიძე, ვ. ცინცაძე და სხვ.

ფიზიკოსთა ჯგუფმა (გ. ჩიქოვანი, ზ. მანჯავიძე, მ. ბიბილაშვილი, ლ. გედევანიშვილი, 1952) შეამჩნია ე. წ. კვალები, რომლებიც შემდგომში იდენტიფიცირდა როგორც 0 და 0 ნაწილაკების კვალები.

1954 წელს გ. ჩიქოვანის ინიციატივით იალბუზის ახალ შექმნილ სადგურზე (ზ. დ. 1800 მ) დაამონტაჟეს ელექტრომაგნიტი. გ. ჩიქოვანმა და ზ. მანჯავიძემ შექმნეს ვილსონის კამერა ორმაგი მუშა მოცულობით და განათავსეს მაგნიტურ ველში. 1957 წელს საქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის ფიზიკურმა ინსტიტუტმა ააგო ორი ახალი სადგური დაბა ბაკურიანსა (ზ. დ. 1700 მ) და ცხრაწყაროს უღელტეხილზე (ზ. დ. 2500 მ), სადაც დამონტაჟდა 100-ტონიანი (1959) და უნიკალური 1000-ტონიანი (1960) ელექტრომაგნიტები.

ბაკურიანის კოსმოსური სხივების სადგური ამუშავდა 1960 წელს. მაგნიტურ ველში დამონტაჟებული 1 მ-იანი ვილსონის კამერა. ამ დანადგარით („ბაკურიანი“, უფრ. თ. გრიგალაშვილი) იკვლევდნენ კოსმოსური სხივების ენერგეტიკულ სპექტრს 5·1010–1012 ევ ინტერვალში.

ცხრაწყაროს კოსმოსური სხივების სადგური ამუშავდა 1964 წლის ბოლოს. იქ დამონტაჟდა ორი 2 მ-იანი ვილსონის კამერა მაგნიტურ ველში. (დანადგარის უფროსი ა. მესტვირიშვილი, 1965 წლიდან – დ. კოტლიარევსკი).

პარალელურად, 1960-1964 წლებში გ. ჩიქოვანი, ვ. მიხაილოვი და ვ. როინიშვილი ატარებდნენ კვლევებს ნაპერწკლოვანი კამერის პარამეტრების გასაუმჯობესებლად, რაც დასრულდა სტრიმერული კამერის შექმნით (ლენინური პრემია, 1970).

1968 წლიდან კოსმოსური ნაწილაკების დასამზერი კამერების შექმნა განაგრძეს ზ. მანჯავიძემ, ვ. როინიშვილმა და ა. ჯავრიშვილმა. დამზადდა განმუხტვადი კონდენსაციური კამერა (1969), რომელიც (დროში მაღალ გარჩევისუნარიანობასთან ერთად) მართვადია და საშუალებას იძლევა დაფიქსირდეს მხოლოდ გადარჩეული კვალები.

ცხრაწყაროს მაღალმთიან სადგურში 1972 წლიდან (ვ. მიხაილოვი, თ. ლომთაძე და ვ. მაცაბერიძე; ხელმძღვანელი დ. კოტლიარევსკი) დაიწყო დანადგარის გადაკეთება 1011–1013 ევ ენერგეტიკულ ინტერვალში სამუშაოდ. 1977 წელს ამუშავდა დანადგარი „ცხრაწყარო-2“ კვლევებს ატარებდა მეცნიერთა ჯგუფი დ. კატლიარევსკის ხელობით.

 საუკუნის 80-იან წლებში ფიზიკური ინსტიტუტი შეუერთდა საერთაშორისო პროექტ „პამირს“, რომელშიც მონაწილეობდნენ მოსკოვის პ. ლებედევის სახ. ფიზიკის ინსტიტუტი (, მოთავე ორგანიზაცია), რუსეთის მეცნიერებათა აკადადემიის ბირთვული კვლევების, მოსკოვის სახელმწ. უნივერსიტეტის ბფ სამეცნიერო-კვლევითი , ყაზახეთის მეცნიერებათა აკადადემიის მაღალი ენერგიების ფიზიკის, ტაჯიკეთისა და უზბეკეთის მეცნიერებათა აკადადემიის ფიზიკა-ტექნიკური ინსტიტუტები, ლოძის (პოლ.) უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტი, ქ. კელცეს (პოლ.) უმაღლესი პედ. სკოლა. ზ. დ. 4370 მ-ზე რენტგენულ-ემულსიური კამერებით მაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების ნაწილაკთა ურთიერთქმედებებს ატმოსფეროს ბირთვებთან იკვლევდა მეცნიერთა ჯგუფი ნ. როინიშვილის ხელმღვანელობით შემდგომში პროექტი შეუერთდა იაპონურ-ბრაზილიურ კოლაბორაციას.

მაღალმთიან ლაბორატორიებში წარმოებული კვლევების პარალელურად საქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის ფიზიკის ინსტიტუტში ტარდებოდა კოსმოსური სხივების მიწისქვეშა კვლევებიც. 1953 წლიდან დაიწყო ფაღ გამჭოლი (ხისტი) კომპონენტის საერთო თვისებების შესწავლა (ხელმძღვ. ე. ანდრონიკაშვილი). დაადგინეს, რომ კოსმოსური სხივების ფაღ-ის მიუონური კომპონენტის სივრცულ განაწილებას ცენტრალურ ნაწილში აქვს ვიწრო მაღალი პიკი. ამ კვლევებით განისაზღვრა ძლიერ ურთიერთქმედებებში განივი იმპულსის შეზღუდულობა, რაც საფუძვლად უდევს თანამედროვე წარმოდგენებს ძლიერი ურთიერთქმედების ბუნების შესახებ (ე. ანდრონიკაშვილი, მ. ბიბილაშვილი). 1956-1957 წლებში ე. ანდრონიკაშვილის, გ. ხუციშვილისა და მ. ბიბილაშვილის ხელმღვანელობით აშენდა სპეციალური მიწისქვეშა ლაბორატორია წყლის ეკვივალენტის 200 მ სიღრმეზე. კვლევებში მონაწილეობდნენ ი. ხალდეევა, გ. ღრუბელაშვილი, თ. ბარნაველი, დ. ერისთავი, ნ. ერისთავი და სხვ. (ხელმძღვ. მ. ბიბილაშვილი).

მეორე ჯგუფმა (რ. კაზაროვი, თ. ქურიძე, ჯ. ქეშელაშვილი) მიწის ქვეშ წყლის ეკვივალენტის 130 მ სიღრმეზე შექმნა იონიზაციური კალორიმეტრი და გამოიკვლია კოსმოსური სხივებში მიუონების კუთხური განაწილება 1011–1012 ევ ენერგიების ინტერვალში.

 საუკუნის 90-იანი წლების შემდეგ თბილისის მიწისქვეშა გვირაბსა და გ. ჩიქოვანის სახ. ცხრაწყაროს მაღალმთიანი სადგურზე ექსპერიმენტული კვლევები შეწყდა. ამჟამად, ე. ანდრონიკაშვილის სახ. ფიზიკის ინსტიტუტში მიმდინარეობს კოსმოსური სხივების ფაღ-ის იშვიათი კორელაციების რეგისტრირება. პროექტი (ხელმძღვ. მ. სვანიძე) მიზნად ისახავს სადგურების ქსელის შექმნას და მიღებული შედეგებით საერთაშ. მონაცემთა ბაზის შევსებას. უკვე ფუნქციონირებს ფიზიკის ინ-ტისა და თელავის უნივერსიტეტის სადგურები.

უკანასკნელ წლებში მნიშვნელოვანი კვლევები ხორციელდება ე. ანდრონიკაშვილის ფიზიკის ინსტიტუტისა და -ის თანამშრომლობით, მუშავდება საუკუნის 70-80-იან წლებში ტიანშანის მაღალმთიან დანადგარში რეგისტრირებული მონაცემები. დამუშავების მიზნები, მიდგომა და მეთოდიკა შემუშავებულია ე. ანდრონიკაშვილის სახ. ფიზ. ინ-ტის მიუონების ლაბორატორიაში (ხელმძღვ. თ. ბარნაველი). კვლევებში მონაწილეობენ თეიმურაზ ბარნაველი, ნ. ერისთავი, ი. ხალდეევა (თბილისი) და ა. ჩუბენკო, ნ. ნესტეროვა (მოსკოვი).

 საუკუნის 60-იანი წლებიდან თსუ-ის ფიზიკის ფაკულტეტზე მიმდინარეობდა კვლევები მაღალი ენერგიის მიუონების თვისებების შესასწავლად. ი. საყვარელიძისა და ლ. გედევანიშვილის ხელმძღვანელობით მიწის ქვეშ წყლის ეკვივალენტის 200 მ სიღრმეზე მიიღეს მიუონური კომპონენტის იმპულსის განივი მდგენელის გაგანიერების მრუდი და ენერგეტიკული სპექტრი. 1964-1970 წლებში სამუშაოები ტარდებოდა საქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის ფიზიკის ინსტიტუტისა და მოსკოვის საინჟინრო ფიზიკის ინსტიტუტის თანამშრომლებთან ერთად კომპლექსური დანადგარით. მეცნიერებმა შეისწავლეს ფაღ-ის გამჭოლი კომპონენტების პარამეტრები მიუონების 1011–1012 ევ ენერგიებზე, კოსმოსური სხივების მიუონების არადრეკადი ურთიერთქმედება რკინის ბირთვებთან, საშ. ენერგიების მქონე პროტონების მიერ პიონების დაბადებისა და ბირთვის სტრუქტურის საკითხები.

კოსმოსური სხივების კვლევები აქტიურად მიმდინარეობდა მ. ნოდიას სახ. გეოფიზიკის ინსტიტუტშიც. 1952 წელს დაარსდა კოსმოსური სხივების ინტენსივობის უწყვეტი რეგისტრაციის სადგური (ხელმძღვ. ვ. ესიავა). 1969 წლიდან კოსმოსური სხივების განყოფილებას ხელმძღვანელობდა მ. ალანია. 1970 წელს მან შეიმუშავა ორიგინალური კონსტრუქციის ჯვარედინი ტელესკოპი მიწისქვეშა და მიწისზედა დაკვირვებებისათვის, რომელიც 1972 წლიდან ამუშავდა. 1973-1975 წლებში შეიქმნა ორიგინალური გეომეტრიის ჯვარედინა ტელესკოპები -12 და -16.

სადგურ „თბილისისა“ და კოსმოსური სხივების სადგურების საერთაშ. ქსელის მონაცემთა ბაზაზე ლ. დორმანი და ლ. შათაშვილი მრავალი წლის განმავლობაში იკვლევდნენ მზის ქარის აზიმუტურ ასიმეტრიას. მ. ალანიამ, ლ. დორმანმა და ლ. შათაშვილმა შეაფასეს 27-დღიანი ვარიაციების ფორმირების ეფექტური რადიუსი, რ-იც დამოკიდებულია მზის აქტივობაზე და ათობით ასტრონომიული ერთეულის რიგის აღმოჩნდა.

დაკვირვებითი მონაცემების ანალიზზე დაყრდნობით მ. ალანიამ და ლ. დორმანმა განავითარეს წარმოდგენა მზის ქარის ჰელიოგანედური ასიმეტრიისა და მასთან დაკავშირებული კოსმოსური სხივების ვარიაციების შესახებ. კოსმოსური სხივების ვარიაციები კორელირებს მთვარის ფაზებთან, დამაგნიტებულ დედამიწისპირა პლაზმაზე მთვარის მოქცევების გავლენით (ბ. ნასყიდაშვილი, ლ. შათაშვილი) კვლევებით დადასტურდა კოსმოსური სხივებში დაბალი ენერგიის (0 პერიოდში (როდესაც მზის მაგნიტურ ველის ძალწირები მიმართულია ჩრდილოეთ პოლუსიდან სამხრეთისკენ) გაცილებით დიდია, ვიდრე 30 000 გევ (ამათგან 3 შემთხვევა ენერგიით >106 გევ).