تبیان، دستیار زندگی

حقیقت شفق قطبی :

شفق قطبی چیست و چگونه تشكیل می شود؟

نیروهای لورنتس كه موجب انحراف مسیر الكترونها در میدان های مغناطیسی می شود در بسیاری از پدیده های طبیعی تجلی می یابند و فقط با یاری گرفتن از این نیروها توضیح آنها ممكن است. یكی از تماشایی ترین و با شكوهترین پدیده ها از این نوع شفق قطبی است، كه مشخصه عرض های جغرافیایی بالا , نزدیكی های شمال یا جنوب مدار قطبی است. پدیده شگفت آور و زیبایی كه در طول شب قطبی طولانی در آسمان دیده می شود.

آسمان تابان می شود و نقش هایی با رنگها و شكل های گوناگون دیده می شود. گاهی دارای شكل كمان یكنواخت ، ساكن یا تپنده است و گاهی عبارت است از شمار زیادی پرتو با طول موج های متفاوت ، كه مانند پرده ها و نوارها بازی می كنند و پیچ و تاب می خورند. رنگ تابانی از سبز مایل به زرد به سرخ و بنفش مایل به خاكستری تغییر می كند. طبیعت و منشا شفق های قطبی زمان درازی به كلی پوشیده مانده بود. تا اینكه به تازگی برای این راز توضیح رضایت بخشی پیدا شد. 




ارتفاع شفق های قطبی

قبل از همه , دانشمندان موفق شدند ارتفاعی را كه شفق های قطبی ظاهر می شوند، تعیین كنند. به این منظور از یك تابانی از دو نقطه به فاصله چند ده كیلومتر از یكدیگر عكس گرفتند. به كمك چنین عكس هایی ثابت كردند كه شفق های قطبی در ارتفاع 80 تا 100 كیلومتری بالای زمین (بیشتر اوقات در ارتفاع 100 كیلومتر) ظاهر می شوند. به این ترتیب دریافتند كه شفق های قطبی تابانی گازهای رقیق موجود در جو زمین هستند، كه تا اندازه ای به تابانی در لامپ های تخلیه گاز شبیه می باشند. 




دوره تناوب ظهور شفق های قطبی

رابطه جالب بین شفق های قطبی و پدیده های دیگر روشن است. شفق های قطبی با دوره های متفاوت مشاهده می شوند. اختلاف دوره های شفق قطبی بعضی اوقات به چندین سال می رسد. مشاهدات چندین ساله آشكار ساخته اند كه دوره های زیادی ماكزیمم شفق های قطبی به طور مرتب در 11.5 سال تكرار می شوند . در طول این مدت ، شماره شفق های قطبی نخست سال به سال كاهش می یابد و سپس شروع می كند به زیاد شدن تا مقدار آن در 11.5 سال از نو به ماكزیمم می رسد. 






سایر پدیده های زیبای جوی

مشاهده سطح خورشید ، از خیلی پیش ، وجود لكه های تار و نامنظمی را روی قرص آن آشكار ساخته اند كه اغلب شكل و جایشان عوض می شود، معلوم شده است كه تعداد و مساحت كل این لكه ها از سالی به سال دیگر ، نه به طور كاتوره ای بلكه با همان دوره 11.5 سال , تغییر می كنند . در این فرایند , ماكزیمم لكه های خورشیدی ، یا فعالیت خورشیدی ماكزیمم ، همزمان با شفق قطبی ماكزیمم عارض می شوند و نابودی آنها نیز با هم هماهنگ می باشد.

تعداد توفان های مغناطیسی به ماكزیمم خود می رسد. در سالهای اخیر رابطه مشابهی بین فعالیت خورشیدی (تعداد لكه های خورشیدی) و شرایط انتشار امواج رادیویی در لایه های بالای جو اثبات شده است. بنابراین مساله ، علاوه بر معنای نظری محض ، اهمیت عملی نیز پیدا كرده است.

فرضیه بیركلند در مورد لكه های خورشیدی

بیركلند (B.Birkeland ) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح كرد كه لكه های خورشیدی ناحیه هایی هستند كه آنها باریكه های ذرات باردار (الكترونها) به داخل فضای اطراف گسیل می شوند. این ذرات با رسیدن به لایه های بالای جو زمین ، از طریق برخوردهای الكترون در این لایه ها ، مشابه تخلیه گاز در لوله ، گازها را به تابانی وا می دارند. این الكترون ها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر می گذارند. 





یك پرسش و یك پاسخ

اگر نظریه بیركلند درست باشد، چرا شفق های قطبی در عرض های بالا ، یعنی در نواحی نزدیك به قطب ها مشاهده می شوند؟ در صورتیكه می دانیم پرتوهای خورشید تمام سطح زمین را روشن می كنند. پاسخ این پرسش را استرمر (Stermer) ، دانشمند نروژی دیگر پیدا كرد. ذرات باردار گسیل شده از خورشید به جو زمین می رسند و به درون میدان مغناطیسی آن نفوذ می كنند. در آنجا نیروی لورنتس بر آنها اثر می كند. و آنها را از مسیر اولیه خود منحرف می سازد.

استرمر محاسبات ریاضی پیچیده ای انجام داد و مسیر این الكترون ها را در میدان مغناطیسی زمین حساب كرد. او نشان داد كه ذرات باردار منحرف شده توسط میدان مغناطیسی زمین ، به یقین فقط به نواحی قطبی كره زمین وارد می شوند.

كاربرد ویژه نیروی لورنتس

این نظریه كه در انحراف ذرات باردار در میدان مغناطیسی زمین نیروی لورنتس را به حساب می گیرد، با شمار زیادی از نتایج آزمایشگاهی به خوبی همخوانی دارد و در حال حاضر پذیرش همگانی یافته است. هر چند به تازگی برای توضیح كمی تمامی این دیدگاه دشواریهایی بروز كرده است.

منبع :www.mecp.ir

دو دانشمند ژاپنی و یك دانشمند امریكایی ( ژاپنی الاصل ) به خاطر كشف چند ذره بنیادی، مشتركا جایزه نوبل سال 2008 را كسب كردند. این خبر بعد از ظهر روز سه شنبه 16 مهر 87 توسط كمیته جایزه نوبل در آكادمی سلطنتی علوم سوئد اعلام گردید.

 

كمیته اعطای جایزه نوبل ، ضمن تمجید از یوشیرو نامبو (Yoichiro Nambu) دانشمند امریكایی ژاپنی الاصل و ماكوتو كوبایشی (Makoto Kobayashi) و توشیهیدی ماسكاوا (Toshihide Maskawa) دانشمندان ژاپنی؛  به خاطر انجام  كارهای متعددی كه به شرح چگونگی تولد جهان با فرآیند شكست تقارن كمك كردند ، جایزه نوبل فیزیك سال 2008 را اعطا كرد. این دانشمندان به حل معماهایی در جهان هستی پیرامون ذرات بسیار ریز كوارك كمك كرده اند.

 

آقای یوشیرو نامبو استاد دانشگاه شیكاگو موفق شده بود مكانیزم خودبخودی شكست تقارن را طبق مدل استاندارد فیزیك كشف و تشریح نماید كه سه عدد از چهار نیروی بنیادی جهان هستی را متحد میكند. ( الكترومغناطیس ، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی – بجز نیروی گرانش ) 

 

همچنین نتایج كار این دانشمند منجربه توسعه علم كوانتوم كرومودینامیك شده است. ( نظریه ای كه به توصیف برخی از فعل و انفعالات بین كوارك ها میپردازد كه باعث تولید پروتون ها و نوترون ها می شوند و فعل و انفعالاتی بین این دو دسته از ذرات كه اتمها را ایجاد میكنند.  )

 

نیمی از جایزه 1.4 میلیون دلاری نوبل فیزیك نیز به دو دانشمند ژاپنی كه از آنها یاد شد تعلق گرفت. آقای كوبایاشی محقق سازمان پژوهشی شتابدهنده با انرژی بالای در ژاپن و آقای ماسكاوا استاد و محقق در دانشگاه كیوتو می باشد.

 

این دو نفر شش گونه از كوارك ها را معرفی كرده اند (up, down, strange, charm, botton, top  ) كه وجود همه آنها پیش از این در آزمایش های فیزیك ذرات با انرژی بالا اثبات شده بود. آنها نشان دادند كه جهان هستی به شكل كاملا متقارن رفتار نمیكند ؛ یعنی تعداد ذرات بنیادی در ماده بیشتر از تعداد ذرات بنیادی ضد ماده هاست و این به علت انحراف از تقارن در دنیای كوانتومی است؛

 

این مساله درعمل بسیار خوش آیند است؛ زیرا اگر كائنات كاملا متقارن بود آنگاه ضد ماده ها در تقابل با مواد به پایداری میرسیدند و موجب انفجار و نابودی جهان میگشتند.

 

كابویاشی میگوید این كشف یك شوك واقعیست و برایم باور كردنی نیست. البته ظاهرا آقای ماسكاوا از این موضوع حیرت زده نشده اند. او میگوید فكر نمیكرده تا سال پیش موفق به دریافت جایزه نوبل گردد. ولی دریافت آن در سال 2008 را پیش بینی میكرده، وی بسیار خشنود است كه پروفسور نامبو نیز مشتركا این جایزه را دریافت میكند.

 

فیزیكدانان در حال حاضر در جستجوی مشاهده عینی شكست خودبخودی تقارن هستند؛ همان مكانیزمی كه جهان را در زمان انفجار بزرگ یعنی 13.7 میلیارد سال پیش به شرایطی نامتعادل رساند ( مكانیزم هیگز ). این مكانیزم پیش بینی میكند كه در چنین شرایطی باید ذرات هیگز موجود باشند.

 

در بهار سال 2009 كه قوی ترین شتابدهنده ذرات جهان (LHC) در مركز تحقیقات هسته ای سرن سوییس مجددا به كار می افتد؛ دانشمندان در جستجوی این ذره خواهند بود. ( این آزمایشگاه چند هفته پیش به علت اختلالات بوجود آمده در آن متوقف گردید. )

 

این دومین جایزه نوبل امسال است كه توسط آكادمی سلطنتی علوم سوئد به دانشمندان اعطا میگردد. این جایزه هر سال به دستاوردهای بزرگ در علم؛ صلح؛ ادبیات و اقتصاد  به دانشمندان و بزرگان این عرصه ها تعلق میگیرد. نام جایزه نیز منتسب به شیمیدان و میلیونر معروف سوئدی آلفرد نوبل است كه در پایان عمر كلیه ثروتش را در قالب جایزه ای سالانه برای بهترین دستاوردهای بشر توسط دانشمندان اختصاص داد.

 

منبع : شبكه فیزیك هوپا