الأشعة الكونية الابتدائية وكذلك أغلبية الأشعة الكونية الثانوية هي جسيمات مشحونة وعليه فان مساراتها تتعرض للانحناء عندما تدخل المجال المغناطيسي الأرضي مما يؤدي إلى تغيير وجهتها نحو أماكن أخرى من الفضاء ومنعها بالتالي من بلوغ سطح الأرض. تسمى هذه الظاهرة بالقطع المغناطيسي وهي عدم قدرة الجسيمات المشحونة التي تدخل المجال المغناطيسي الأرضي على بلوغ سطح الأرض إلا إذا كانت تمتلك على الأقل حدا أدنى من الصلادة المغناطيسية أو الطاقة، تتعلق هذه القيمة بموقع واتجاه دخول الجسيم مجال الأرض المغناطيسي.

تتغير شدة المجال المغناطيسي الأرضي بين القطبين وخط الاستواء وهذا يؤدي إلى تغير الحد الأدنى من الصلادة وبالتالي كثافة الأشعة الكونية بتغير خط العرض، لذلك يسمى هذا الارتباط تأثير خط العرض (latitude effect)

لوحظ أيضا أن كثافة الأشعة الكونية تتغير بالنسبة لخط عرض معين من نقطة إلى أخرى ويرجع ذلك إلى عدم تمركز عزم ثنائي القطب المغناطيسي، يسمى هذا التغير تأثير خط الطول (longitude effect) إضافة إلى تأثيري خط العرض وخط الطول هناك أيضا تأثير الشرق غرب east–west)) ويتمثل في كون عدد الجسيمات المتحركة من الشرق نحو الغرب اكبر بكثير من عدد الجسيمات المتحركة من الغرب نحو الشرق، ويرجع ذلك لكون الأغلبية العظمى من الأشعة الكونية الابتدائية عبارة عن بروتونات.

تأثير خط العرض latitude effect

إن تأثير خط العرض هو نتيجة مباشرة لعملية القطع المغناطيسي، حيث تتعلق قيمة طاقة القطع بشدة المجال المغناطيسي، وبما أن شدة المجال تتغير من خط عرض لآخر، فان طاقة القطع تتعلق بخط العرض الذي يدخل منه الجسيم مجال الأرض المغناطيسي تتطلب مثلا البروتونات الابتدائية التي ترد إلى الأرض عند المستوى الاستوائي وبشكل عمودي طاقة أعلى من 15 GeV كي تبلغ سطح الأرض بينما تحتاج فقط إلى 2.7 GeV عند خط العرض 50º يبين هذا المثال أن فيض (كثافة) الأشعة الكونية يزداد باتجاه القطبين. إن التغير في الفيض (الكثافة) بدلالة خط العرض لا يستمر حتى بلوغ القطبين بل يتوقف عند خط عرض معين مشكلا ما يسمى الركبة (knee) كما في الشكل (5–5) حيث تظهر الركبة بالنسبة للميونات عند خط العرض 40º وتظهر بالنسبة للنيوكليونات عند خط العرض 55º.

الشكل (5–5)

تأثير خط العرض

الجدول (1–5) يعطي تأثير خط العرض بالنسبة للبروتونات الابتدائية.

الجدول (1-5)

تأثير شرق – غرب East - West effect

عندما تم قياس تدفق الجسيمات عند نقطة تصنع زاوية قطبية θ وزاوية استوائية Φ وجد أن الفيض من ناحية الشمال (θ) I_n والفيض من ناحية الجنوب (θ) I_s متساويان في حين وجد أن الفيض من ناحية الغرب (θ) I_w أكبر من الفيض من ناحية الشرق (θ) I_e، سميت هذه الظاهرة بتأثير شرق – غرب.

فسر تأثير شرق – غرب بكون طاقة القطع المغناطيسي تتعلق بزاوية الورود، فطاقة القطع المغناطيسي مثلا عند خط الاستواء بالنسبة للجسيمات الواردة من الشرق هي 60 GeV بينما لا تتجاوز أل 10 GeV بالنسبة للجسيمات الواردة من الغرب، وعليه فان القسم الأكبر من الطيف الأتي من الشرق يتم اعتراضه.

يتعلق المفعول شرق – غرب بكل من الزاوية القطبية θ، وارتفاع h ودرجة خط العرض λ، كما أنه بتأثر بعامل آخر وهو سمك الغلاف الجوي، تتناقص سماكة الغلاف الجوي كلما توجهنا نحو القطبين ما يعني زيادة كثافة المادة التي تؤدي إلى زيادة الفقد (زيادة عامل الخمود). ينتج عن هذا العامل اختفاء تأثير شرق غرب عند خط العرض (تقريبا 60º) بعد هذا الخط تكون كل الجسيمات الواردة من الغرب ذات الطاقات الضعيفة (هذه الجسيمات هي المسببة للمفعول شرق غرب) قد اختفت يوصف المفعول شرق – غرب بدلالة المعادلة الآتية:

الجدول (2-5) يبين تغيرات المفعول شرق – غرب بدلالة درجة خط العرض عند مستوى سطح البحر وزاوية 60º = θ.

الجدول (2-5)