پیامبر اکرم(ص)فرمودند:دنیا به پایان نمیرسد تا اینکه مردی از خاندانم که همنام من است به اعراب و بر کل جهان حکومت کند.

منبع:کتاب الفتن

رنگین كمان

دونالد اهرنز نویسنده ای است كه در كتاب خود با نام "هواشناسی امروز" از رنگین كمان تحت عنوان یكی از دیدنی ترین نورهایی كه می توان در زمین مشاهده كرد نام برده است. حقیقتاً از دیدگاه سنتی رنگین كمان عبارت از پرتو خورشیدی است كه  به رنگهای مختلف انتشار می یابد و  به وسیله قطرات ریز باران به چشم مشاهده كننده بازمی گردد.اصطلاح كمان كه بخشی از كلمه رنگین كمان را تشكیل می دهد در حقیقت مطلب را به خوبی توضیح می دهد كه رنگین كمان دسته ای است از رنگهای خم شده كمانی است كه مركز مشتركی دارند.  

 خورشید هنگام پدیدار شدن رنگین كمان كجاست؟

 طرح این پرسش برای شروع تفكر فیزیكی پیرامون این مسئله كه "فرایند تشكیل رنگین كمان چیست" بسیار مناسب است. اغلب مردم هیچ توجهی نمی كنند كه زمان مواجهه با رنگین كمان همیشه خورشید پشت سرشان قرار دارد. و مركز كمان رنگین كمان دقیقاً در مقابل خورشید واقع است. البته با ذكر این نكته كه باران در امتداد رنگین كمان قرار دارد.

چه چیزی سبب ایجاد قوس رنگین كمان می شود؟

پرسشهایی از این دست پاسخهای فیزیكی به خصوصی دارند. ما پدیده تشكیل كمان را توسط بارش باران توضیح خواهیم داد. و این مسئله ای پیرامون مباحث اپتیك است كه نخستین بار به طور شفاف توسط رنه دكارت در سال 1637 میلادی تشریح گردید.موضوع جالب تاریخی اینكه مطابق با مطلبی كه در كتاب كارل بایرز "رنگین كمان از افسانه تا ریاضیات" شرح داده شده در حقیقت دكارت این پدیده را با در نظر گرفتن گذر نور از یك قطره آب ساده سازی نموده و توانست این پدیده را  شرح دهد . وی می نویسد: در نظر بگیرید این كمان نه در آسمان بلكه در هوای نزدیك به ما هر كجا كه خورشید به قطرات باران میتابد ظاهر گردد. در نتیجه ما قطعاً خواهیم توانست اصل قضیه را دریابیم. من تصمیم دارم به سهولت بیان نمایم كه هر كدام از پرتوهای نور به قطرات فرو ریزنده باران برخورد و از آن عبور نماید و به چشم ما میرسد.  بعلاوه با در نظر گرفتن این موضوع كه قطره باران گرد و كروی است و ساختاری تشكیل یافته دارد و اینكه قطره آب در اندازه های بزرگتر و كوچكتر ایجاد می گردد در اصل پیدایش كمان تفاوتی ایجاد نمیشود اگر این كره كوچك یا بزرگ باشد.من نظری دارم و آن این است كه می توان این مطلب را بهتر بیان نمود. دكارت توضیح داده كه چگونه كره بزرگی ساخته و به پرتوهای خورشید گذرنده از آن نگاه كرده است. 

وی همچنین نوشته است "من دریافتم اگر پرتو خورشید بعنوان مثال از بخشی از خورشید كه در شكل زیر با AFZنشان داده شده است عبور كند و چشمان ناظر در نقطهE   قرار داشته باشد زمانیكه در موقعیت دوار BCD واقع هستم  قسمت D قرمز و روشنتر به نظر خواهد رسید."

و هرچقدر به آن نزدیك شوم یا از آن دور  گردم و یا به چپ و راست بروم و یا اینكه به سمت بالا ارتفاع بگیرم همواره خط EM با امتداد خط DE  زاویه 42 درجه خواهد ساخت.

بنابراین ما تصور می كنیم در امتداد مركز خورشید و چشمان مان قرار دارد و از این رو همواره قرمز به نظر خواهد رسید و به تدریج با بزرگتر شدنDEM  رنگ قرمز محو و ناپدید خواهد شد.  

 و به همین ترتیب اگر زاویه را اندكی كوچكتر در نظر بگیریم رنگ قرمز به یكباره ناپدید و محو نخواهد شد بلكه حالت محو تری پیدا خواهد كرد و دیگر آن حالت تشعشع درخشنده را كمتر خواهد داشت. كه به تدریج در پهناهای مجاور آن رنگهای زرد آبی و سایر رنگها ظاهر می شوند.

وقتی مسئله را جزئی تر بررسی كنیم درمی یابیم در قسمتBCDچه چیزی سبب می گردد نقطه D قرمز به نظر برسد. دریافتم كه پرتوهای نور خورشیدی كه از  A  به   B   می رسند در زمان ورود به نقطه B   خم می شوند.  و برای عبور به نقطه C  جایی كه به نقطهDبازتابیده می شوند  و در آنجا با عبور از قطره آب باز هم خمیده می شوند .

 آنچه گفته شد شكل رنگین كمان را بیان می كند . برای ساده سازی این تحلیل مسیر پرتو تكرنگ را درون یك قطره كروی آب در نظر بگیرید . تصور كنید نور چگونه داخل قطره كروی آب می گردد و سپس چگونه توسط سطح خمیده داخلی و نیز " آیینه مانند"  قطره آب  بازتابیده می شود. و در نهایت اینكه چگونه نور به قطره آب وارد و از آن خارج می گردد.اگر نتایج این بررسی را به كل قطرات آب باران در آسمان تعمیم دهیم می توانیم علت كمانی شكل بودن رنگین كمان را درك نماییم. دیاگرام سنتی برای توضیح این پدیده نشان داده شده است. "فیزیك هواشناسی" مسیر عبور یك پرتو نور  از  قطره آب در امتدادSA را نمایش می دهد. به گونه ای كه باریكه نور در نقطه A  وارد می شود .

به میزان كمی خمیده می گردد و به داخل قطره آب وارد شده تا نقطه B پیش می رود.

  زمانیكه به نقطهC بازتابیده می شود و از قطره آب بیرون آمده اكنون با حالتی منحنی و خمیده شده در امتداد CE از قطره خارج می گردد.  زاویه D  میزان انحراف زاویه ای خروج پرتو نور از امتداد اصلی را نشان می دهد.

دكارت این زاویه را برای پرتو نور قرمز در حدود 138 درجه اندازه گیری نموده است. پرتوی كه در اینجا كشیده شده بسیار با اهمیت است زیرا كه پرتوی را كه انحراف زاویه كمتری دارد از میان همه پرتوها در قطره باران نشان می دهد كه دكارت یا پرتو رنگین كمان نامیده میشود و بیشتر پرتوهای خورشیدی مانند آن درست مانند این پرتو در میان قطره باران شكسته و بازتابیده میشوند. بنابراین نور بازتابیده شده پراكنده تر و ضعیف تر خواهد بود مگر آنكه نزدیك به این امتداد پرتو رنگین كمانی باشد. این تمركز پرتوها در نزدیكی حداقل انحراف زاویه ای منجر به ظاهر شدن كمان و قوس رنگین كمان می گردد.خورشید فوق العاده از ما  دور است  و می توان تقریب خوبی برای این مسئله  داشت. با فرض اینكه پرتوهای خورشیدی دسته پرتوهای موازی ایجاد می نماید كه در قطره آب داخل شده و در درون قطره پخش و بازتابیده می شود و بار دیگر ه هنگام خروج از قطره آب رفتار مشابهی نشان می دهد. دكارت در این باره می نویسد: قلم به دست گرفتم و محاسبه دقیقی از مسیر پرتوهایی كه بر نقاط مختلف قطره كروی باران وارد می شود برای حساب كردن اینكه چه زوایایی پس از دو پراكندگی و بازتاب به چشم انسان می رسند انجام دادم. سپس دریافتم پس از یك بازتاب و دو پراكندگی پرتوهای بیشتری از زاویه 42 و 41 درجه می توانند به چشم برسند تا اینكه از سایر زوایا .  و هیچ پرتوی از زاویه ای بیش از این نمی تواند مشاهده شود.عموماً  یك قطره باران كروی است و بنابر این اثر آن بر نور خورشید به طور متقارن با یك محور میان مركز قطره و چشمه نور (در اینجا خورشید) می باشد .زیرا این تقارن در بیان دوبعدی موجود در شكل به خوبی  كفایت می كند و تصور سه بعدی قطره به دلیل تقارن كروی می تواند با گردش حول محور تقارن صورت پذیرد.اثر تقارن كانونی بر هر قطره در هر كجا كه قطرات باران را مشاهده می كنیم.

و  با معیار دیدrainbow ray  تعریف می گردد را در  لكه های روشن را پراكنده شده و بازتاب یافته نور خورشید خواهیم دید.

بر طبق شكل مشاهده می كنیم كه پرتو رنگین كمان برای نور قرمز مابین امتداد پرتو خورشید و خط دید زاویه 42 درجه می سازد. بنابراین در زمانیكه قطره باران در خط دید واقع می شود با نور پدیدار شده چنین زاویه ای را می سازد روشنایی آن را خواهیم دید.

كمانی  بدین ترتیب رنگین كماناز منحنی با زاویه 42 درجه به مركز مقابل خورشید است.  ما منحنی را به طور كامل مشاهده نخواهیم كرد زیرا زمین در میانه راه با آن برخورد می كند. زمانی كه خورشید نسبت به افق پایین تر قرار دارد ما بخش های بیشتری از این قوس دایره رنگین كمان را مشاهده خواهیم نمود خصوصاً در موقعیت غروب خورشید كه ما نیم دایره ای از نگین كمان با كمان 42 درجه در بالای افق مشاهده می نماییم. زمانیكه خورشید نسبت به افق در بالاترین قسمت خود واقع است كمان رنگین كمان كوچكتر به نظر خواهد رسید.

 چه چیزی سبب ایجاد رنگها در رنگین كمان می شوند؟

 توضیح سنتی رنگین كمان بیان می داشت كه رنگین كمان متشكل از 7 رنگ قرمز نارنجی زرد سبز آبی نیلی و بنفش می باشد اما در حقیقت رنگین كمان طیف پیوسته ای از تمامی رنگها را از بنفش تا قرمز در گستره دید انسان در بر می گیرد. رنگهای رنگین كمان ناشی از دو واقعیت اساسی است:

 پرتو خورشید متشكل از دامنه همه رنگهای قابل دید در گستره بینایی انسان می باشد . رنگهای نور خورشید زمانیكه با یكدیگر تركیب می گردند سفید به نظر می رسند. این خاصیت نور خورشید نخستین بار توسط سر آیزاك نیوتن  در سال 1666 تشریح گردید. نور رنگهای مختلف زمانیكه از یك حائل مانند هوا به محیط دیگری مانند آب یا شیشه عبور می كنند به میزان متفاوتی انتشار می یابند. دكارت و ویلبرورد اسنل محاسبه كرده بودن كه نور چگونه زمانیكه از یك محیط به محیط دیگری كه چگالی متفاوتی دارد گذر می كند خم یا پراكنده می شود. (مانند گذر نور از هوا به محیط آب) زمانیكه مسیر پرتو نور درون قطره آب را برای نورهای قرمز و آبی بررسی می كنیم در می یابیم زاویه انحراف برای این دو رنگ متفاوت است . زیرا نور آبی بیش از نور قرمز خمیده و پراكنده می شود.

این موضوع نشان می دهد زمانی كه رنگین كمان و دسته رنگهای آن  را مشاهده می كنیم به نوری نگاه كرده ایم  كه از قطرات مختلف آب  پراكنده و بازتابیده شده است. برخی با زاویه 42 درجه دیده می شوند برخی با زاویه 40 درجه و برخی مابین این دو زاویه. رنگین كمان متشكل از دو رنگ اغلب پهنایی برابر با 2 درجه دارد (در حدود چهار مرتبه بزرگتر از اندازه زاویه ای ماه كامل) . توجه نمایید كه با وجود اینكه نور آبی بیش از نور قرمز در یك قطره باران پراكنده می شود ما نور آبی را در قسمت داخلی تر رنگین كمان مشاهده می نماییم زیرا ما از زاویه ی دید متفاوت كوچكتر از 40 درجه برای نور آبی نگاه می كنیم.

 چه چیزی سبب ایجاد رنگین كمان دوتایی می شود؟

 بعضی وقتها دو رنگین كمان را همزمان با هم مشاهده می كنیم. چرا اینگونه است؟ ما مسیر پرتو نور از درون قطره آب باران را در زمانی كه وارد آن می شود و درون آن بازتابیده می شود  پیگیری كردیم . اما تمام انرژی پرتو نور پس از آنكه یكمرتبه بازتابیده شد اتلاف می شود. بخشی از پرتو نور مجدداً بازتابیده می شود و از درون قطره آب را پشت سر گذاشته و از آن بیرون می رود.

رنگین كمان معمولی كه عموماً مشاهده می كنیم رنگین كمان اصلی و اولیه نامیده می شود و توسط یك بازتاب داخلی ایجاد می گردد .  رنگین كمان ثانویه به سبب وجود دو بازتاب داخلی ایجاد شده و پرتو نور با زاویه 50 درجه نسبت به زاویه 42 درجه كمان اولیه قرمز از قطره خارج می شود. نور آبی اغلب با زاویه 53 درجه پدیدار می شود و این اثر سبب ظاهر شدن رنگین كمان ثانویه می شود كه رنگهای آن در قیاس با رنگین كمان اولیه معكوس هستند. ممكن است كه یك پرتو نور بیش از دو مرتبه درون قطره آب بازتابیده شود. و می توان به همین ترتیب رنگین كمانهای مرتبه بالاتر را نیز شرح داد. اما در حقیقت این حالت در شرایط محیطی معمولی رخ نمی دهد.

 چرا آسمان درون رنگین كمان روشن تر به نظر می رسد؟

 دقت نمایید كه كنتراستی میان رنگ آسمان بیرون و درون كمان رنگین كمان وجود دارد.

وقتی كسی انتشار نور خورشید را در قطره آب بررسی می نماید در می یابد تعداد زیادی پرتو با زاویه های كوچكتر از  پرتو رنگین كمان خارج می شوند. اما اساساً از یك بازتاب داخلی با زاویه ای بزرگتر از این پرتو نوری وجود ندارد. بنابراین پرتوهای بسیاری از نور در كمان هستند و مقدار كما هم سوای اینها (در زوایای دیگر) وجود دارد.

زیرا این نور سفید است كه تركیبی است از همه رنگهای رنگین كمان. در رنگین كمان نوع دوم پرتو رنگین كمان كوچكترین زاویه را دارد و پرتوهای بسیاری با زاویه های بزرگتر از آن ظاهر می شوند. بنابراین دو كمان تركیب شده و ناحیه ای تیره تر مابین خود ایجاد می نمایند كه پهنای اسكندر نامیده می شود. به افتخار اسكنر مقدونی كه این موضوع را در 1800 سال پیش دریافت.  

 كمانهای اضافی چیستند؟

 در برخی  كمانهای كم نور و كمرنگ فقط داخل و نزذیك بالای كمان اصلی واقعاز رنگین كمانها  اند. این كمانها كمانهای اضافی نامیده می شوند كه توط توماس یانگ در سال 1804 از موضوع تداخل نوری پرتوها درون قطره آب استنتاج گردید.

كار یانگ تاثیر عمیقی تئوریهای تبیین كننده ماهیت نور بر جای نهاد و مطالعات وی پیرامون رنگین كمان پایه و ریشه ی اساسی این مبحث را تشكیل می دهد. یانگ نور را چنین تفسیر نمود: نور دسته ای از امواج است و زمانیكه دو پرتو در یك مسیر در قطرات آب پراكنده شوند   با یكدیگر تداخل موجی خواهند نمود.

بسته به اینكه پرتوها چگونه با یكدیگر جور می شوند تداخل می تواند سازنده باشد (در مواردی كه پرتوها روشنایی ایجاد می نمایند) و ویرانگر باشند (زمانیكه تداخل پرتوها از میزان روشنایی می كاهد). این پدیده به روشنی توسط مقاله ناسنزویگ تحت عنوان "تئوری رنگین كمان" توضیح داده شده است. وی می نویسد:

در زوایای خیلی بسته رنگین كمان دو مسیر عبور از میان قطره آب با هم اندكی تفاوت دارند . بنابر این دو پرتو با هم تداخل سازنده می كنند. وقتی زاویه افزایش پیدا می كند دو پرتو اساساً طولهای متفاوتی را طی می كنند. وقتی این تفاوت برابر با نصف طول موج گردید تداخل به طور كلی ویرانگر خواهد بود. ودر زوایای بزرگتر بار دیگر یكدیگر را تقویت می كنند. در نتیجه تغییرات نوسانی در شدت نور پراكنده شده بوجود خواهد آمد. گروهی از پهناهای روشنایی و تاریكی.

 خالص بودن رنگهای رنگین كمان به اندازه قطرات باران بستگی دارد. قطرات درشت (در حدود قطرهای چند میلیمتری) رنگین كمانهای روشن می دهند با رنگهای تفكیك شده و زیبا. قطرات ریز باران (در حدود قطرهای 0.1 میلیمتر) رنگین كمانهایی با رنگهای در هم پوشانیده شده ایجاد می نماید و اغلب نزدیك به رنگ سفید و شفاف دیده می شوند. به یاد آورید تئوری های رنگین كمان را  كه قطرات باران را كروی فرض می كردند.

 هرگز یك سایز برای قطرات باران وجود ندارد بلكه قطرات باران متشكل از ابعاد و اندازه های گوناگون می باشند. این امر منجر به ایجاد رنگین كمان مركب می شود . عموماً قطرات باران به شعاع 0.5 سانتی متر نمی رسند مگر در اثر برخورد با سایر قطرات. البته گاهی قطرات تا حد چند میلیمتر بزرگتر از آنچه بودند خواهند شد خصوصاً در بارانهای طوفانی.

بیل لیوینگستون پیشنهاد می كند: اگر شما به قدر كافی شجاع باشید در مدت ریزش باران در  طوفان و رعد و برق به بالا نگاه كنید . ممكن است به چشمان و یا عینك شما آسیب برسد. با این حال كشنده نیست! شما مشاهده خواهید نمود كه قطرات باران به هم پیچیده و نوسانی فرو می ریزند.امتداد سطح باران اگر هیچ نیروی دیگری بر آن اثر نكند به صورت كروی فرض می شود اما زمانی كه قطره باران  در هوا سقوط می كند نیروی كششی سبب تغییر شكل آن می گردد و آن را به صورت مسطح در می آورد. میزان تغییر شكل می تواند در تونل باد بر روی یك قطره معلق آزمایش و مدلسازی شود.

(Pruppacher and Beard, 1970, and Pruppacher and Pitter, 1971)

قطرات آب با شعاع كمتر از 140 میكرون كروی باقی می مانند ولی زمانیكه ابعاد قطره افزایش می یابد مسطح شدن قطره قابل توجه می شود. برای قطرات با شعاع نزدیك به 140 میكرون نسبت ارتفاع به عرض 0.85 خواهد بود. این مسطح شدن برای قطرات بزرگتر بیشتر خواهد بود.

مقدمه:سَراب خیال و تصویر آب یا آبادی یا واحه‌ای است که در بیابان به چشم شخص می‌آید. اغلب در جاده‌های آسفالته مستقیم یا در بیابان‌ها ، منظره آب یا برکه‌ای دیده می‌شود. که وقتی به سوی آن حرکت می کنیم، آن هم با همان سرعت و در همان جهت پیش می رود، یا وقتی نزدیکش می شویم، از نظر محو می گردد. این منظره سراب است. سراب یک فریب طبیعت است. که در شرایط معین جوی چشم ما را دچار خطای دید می کند

چرا سراب پدید می آید؟

علت پیدایش سراب این است که در روزهای گرم ، پرتوهای خورشید که به سطح زمین می رسند، آن را گرم می کنند. لایه های هوایی که نزدیک سطح زمین قرار دارند، نسبت به لایه های بالایی ، گرمتر و در نتیجه رقیقتر می شوند. حال پرتوهای خورشید برای رسیدن به سطح زمین باید از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شوند ، لذا پرتوهای شکست مربوط به آنها از خط عمود دورتر می شوند. زمانی که پرتوهای تابشی خورشید به زاویه حد می رسند. دیگر وارد لایه رقیق نخواهند شد. در نتیجه بازتابش داخلی کلی رخ داده و این پرتوها به سمت بالا برمی گردند. پرتوهای بازتابی ضمن برخورد با ذرات هوا ، رنگ آبی را بیش از سایر رنگها پراکنده کرده و موجب می شوند، که ناظر رنگ آبی را روی سطح زمین ببیند. و تصور کند که آنجا برکه ای وجود دارد. به بیان ساده تر لایه هوا مانند آینه عمل کرده و آسمان را در خود منعکس می کند و آن را به شکل برکه آبی در برابردیدگان ما هویدا می سازد. در این هنگام است که با یک سراب روبرو می شویم. در زمین هایی که بطرف بالا شیب دارند، پرتوهای بازتابی بیشتری به ما می رسد و احتمال رویت سراب افزایش می یابد. هنگامی که خورشید با حرارت بتابد به دلیل گرما میزان غلظت هوا و رطوبت در لایه‌های نزدیک به زمین تغییر می‌کند. در نتیجه شکست نور ایجاد می‌شود که این شکست طبقه‌ای است و در پایان به زاویه حد شکست (i c) می‌رسد و دوباره بر می‌گردد، در نتیجه تصویر مجازی آسمان بر اثر این جابجایی بر روی زمین تشکیل می شود كه به علت تشابه رنگ آسمان و آب تصور می‌شود که آن پایین انعکاس آب است.

سراب در دریا

سراب در دریا نیزبصورت معکوس دیده می شود. البته این در جایی است که هوای مجاور آب، سرد بوده و در بالای آن نیز هوای گرمی قرار گرفته باشد، آنگاه کشتیهایی که از دور می آیند و در پشت افق پنهانند، بوسیله این هوای گرم طوری منعکس می شوند. که ما آنها را در آسمان شناور می بینیم. یکی از سرابهای معروف در جزیره سیسیل در تنگه مسینا رخ می دهد. در شرایط جوی مذ کور شهر مسینا در آسمان منعکس می شود و افرادی که در آبهای تنگه مجاور کشتیرانی می کنند، این شهر را درهوا شناور می بینند. ایتالیاییها نام این سراب را فاتامورگانا گذاشته اند، زیرا گمان می کنند که جنی به نام مورگان آن را پدید آورده است

سراب کیهانی

با وجود پیشرفت‌های زیادی در زمینه کیهان شناسی ، معمایی که هنوز هم حل نشده ، مقدار چگالی ماده موجود در جهان است. چون قسمت نامشخصی از ماده بصورت نامرئی است، امکان دستیابی به مقدار آن برای اخترشناسان تقریبا غیر ممکن است. ولی اخیرا آنها پدیده تازه‌ای کشف کرده‌اند که نوید روشن کردن بسیاری پرسشها را پیرامون مقدار تام ماده مرئی و نامرئی در کائنات و پراکندگی آن را در فضا به ما می‌دهد. این کشف عبارتست از پدیده سرابهای جاذبه‌ای.

سراب های گرانشی

"سرابهای جاذبه‌ای" زمانی حاصل می‌شوند که دو ستاره یا بیشتر که در فاصله‌های متفاوتی از زمین واقع شده‌اند، بصورت کامل با کره زمین روی یک خط قرار گیرند و بنظر برسد که در آسمان باهم برخورد کرده‌اند. روشنایی دورترین ستاره برای رسیدن به ما باید از میدان گرانشی نزدیکترین ستاره بگذرد و در این عبور منحرف می‌شود. این انحراف روشنایی یک تغییر شکل و حتی نوعی تکثیر تصویر از ستاره پدید می‌آورد

پیش بینی سراب جاذبه‌ای

آلبرت انیشتین در سال ۱۹۳۶ با استفاده از نسبیت عمومی نشان داد که اگر از دید ناظر رصد کننده ، دو ستاره با کره زمین روی یک خط قرار گیرند، دورترین ستاره علاوه بر تصویر عادی خود که یک نقطه است، تصویر دیگری به شکل یک حلقه نورانی در اطراف آن نقطه روشن ، پیدا خواهد کرد. این حلقه نورانی ، نوعی سراب کیهانی و نوعی توهم بصری است زیرا در عالم حقیقت وجود ندارد. آلبرت انیشتین همخط شدن دو ستاره با زمین را امری بسیار غیر محتمل می‌دانست و این پدیده را فقط بصورت تئوری ارایه داده بود.

عدسی گرانشی

در پدیده سراب کیهانی ، ستاره نزدیکتر که قوه جاذبه آن ، روشنایی ستاره دورتر را منحرف می‌کند، "عدسی جاذبه‌ای" نامیده می‌شود. این ستاره مانند عدسی عینک ، روشنایی ستاره را منحرف می کند تا سراب جاذبه‌ای را پدید آورد. یک سال بعد از ارایه نظریه آلبرت انیشتین ، "فریتز زوایکی" همان کسی که موضوع ماده نامرئی را مطرح کرد با قبول تئوری آلبرت انیشتین ، به جای ستاره ها، کهکشانها و انبوه های کهکشانی را به عنوان عدسی گرانشی پیشنهاد کرد.

کشف سراب کیهانی

۴۲ سال بعد از ارائه این نظریات ، در سال ۱۹۷۹ یک جفت کویزار اجسام ستاره مانند بسیار دور کشف شد که خیلی به هم نزدیک و شبیه بودند. فیزیکدانان بر این اعتقاد شدند که این شباهت حیرت انگیز حاصل تصادف نیست، یکی از این کویزارها می تواند سراب گرانشی کویزار دیگری باشد. ولی در این مورد می باید عدسی گرانشی آن را هم کشف می کردند. پس از رصدهای دقیق ، کهکشانی کشف شد که روی یکی از کویزارها قرار گرفته بود. بدین ترتیب نخستین سراب کیهانی کشف شد. در آنچه دیده می شد، یک کویزار بیش نبود، و کهکشانی که بین این کویزار و زمین بصورت هم خط واقع شده بود، به عنوان عدسی گرانشی عمل کرده و دومین کویزار را بصورت سراب پدید آورده بود. پس از آن سرابهای دیگری نیز کشف شد. حتی حلقه های نورانی که آلبرت اینشتین پیش بینی کرده بود، در جهت انبوه های کهکشانی دیده شدند.

رابطه بین سراب کیهانی و ماده نامرئی

یک سراب کیهانی ، حاصل و نتیجه تداخل عمل پیچیده میان روشنایی یک جسم نورانی سماوی ستاره ، کویزار ، کهکشان یا انبوه کهکشانها) و میدان گرانشی یک عدسی گرانشی است. میدان جاذبه به توده تمام ماده (مرئی یا نامرئی) و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر ، مسیر روشنایی نیز تحت تاثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی )مرئی یا نامرئی) است و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر ، مسیر روشنایی نیز تحت تاثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی (مرئی یا نامرئی) است که می‌تواند میان جسم نورانی و عدسی و میان عدسی و زمین وجود داشته باشد. بنابراین سرابهای کیهانی قادرند مارا نه تنها در مورد توده نامرئی در عدسیها ، بلکه درباره فضای میان کهکشانی نیز آگاه سازند. لی یافتن سرابهای کیهانی کار آسانی نیست و مقدار سرابهایی که تا کنون یافته شده انگشت شمار است. این کمیابی دلیل آنست که فضای میان کهکشانی نمی تواند پر از سیاهچاله های یک تکه توده دار (حدود یک میلیارد برابر توده خورشید) باشد. زیرا این سیاهچاله ها عدسی های گرانشی بسیار خوبی هستند. فیزیکدانها امیدوارند با کشف سرابهای کیهانی ، بیشتر اسرار توده نامرئی کائنات را آشکار کنند.

الیاف نوری ( تارهای نوری ) چیست ؟
الیاف نوری ( تارهای نوری ) رشته هایی از شیشه هستند كه نور از آنها عبور می كند . با این اختراع تحول بزرگی در ارتباطات و مخابرات بوجود آمده است . در روش سنتی از سیم های مسی و آلومینیومی برای ارسال سیگنالهای الكتریكی استفاده می شود و لی در مخابرات فیبر نوری سیگنال الكتریكی به شكل امواج نوری مدوله می شوند و سپس این نور از درون تارهای نازك شیشه عبور داده می شود . با این روش تحول بزرگی در سرعت و ظرفیت ارسال پیامهای مخابراتی بوجود آمده است .این روش هم اكنون بهترین طریق ارتباطات مخابراتی راه دور است .
فیبر نوری
شبكه فیبرنوری:
فیبرر نوری یكی از محیط های انتقال داده با سرعت بالا است . امروزه از فیبر نوری در موارد متفاوتی نظیر: شبكه های تلفن شهری و بین شهری ،شبکه های كامپیوتری و اینترنت استفاده بعمل می آ ید. فیبرنوری رشته ای از تارهای شیشه ای بوده كه هر یك از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.
استفاده از فیبر نوری به عنوان یك تكنیك جدید:
جامعه امروزی، دستاورد مهمی است كه می تواند منجر به ساختارشکنی در حوزه رسانه های شنیداری-دیداری شود. در این شیوه فیبرهای نوری می تواند مجموعه داده ها را به شکل رمزهای دیجیتالی به هر مکان و در کمترین زمان ممکن ارسال كنند .
در این شیوه دسترسی مخاطبان به پیام ها سریع تر از روش های فعلی خواهد بود. علاوه برآن به جز هزینه های سرمایه گذاری اولیه در لحظه تكوین رسانه ، تهیه و ارسال داده های رسانه ای با كمترین هزینه و امکانات فنی امکان پذیر خواهد بود.
به عبارت دیگر هر فرد یا خانواده می تواند به صورت یک استودیوی سیار پخش تلویزیونی مطالب و برنامه خود را به سایر مخاطبان جهانی ارسال كند.
مطلبی برای اداره كل تحقیق و توسعه صدای سازمان صدا و سیما ترجمه شده است كه به خاطر طرح نظریه های نوین رسانه ای قابل تعمق است ، با هم این مطلب را مرور می كنیم : در ورای افق ، چشم انداز عظیمی از فناوری از دور نمودار می شود . این چشم انداز نه تنها وقوع انقلابی در زمینه ارتباطات راه دور، بلكه سازمان دهی مجدد جامعه را نیز وعده می دهد. این ابداع بس مهم ، رسانه های متعامل نام دارد كه جدید در زمینه فیبر نوری ، دیجیتالی شدن . چند رسانه ها cd-Rom تركیبی است از: وپیشرفتهای عظیم واقعیت نمایی با لوازم خانگی معمول نظیر تلفن ، تلویزیون و كامپیوتر.
حاصل اختلاط این فناوریها،« كامپیوتر از راه دور» پیوندی خواهد بود که به شبکه وسیعی از دیگر كامپیوترهای از راه دور و پایگاه داده ها متصل می شود و امکان دسترسی به منابع گسترده ای از اطلاعات ، سرگرمی و خدمات ارتباطی را فراهم می آورد.
این وضعیت جدید ، ارائه مستقیم متون ، مواد دیداری و شنیداری بدیع و اشکال سه بعدی را امکان پذیر می كند. رسانه های متعامل كه هنوز مراحل آزمایش خود را می گذراند ، در حال حاضر جنبه استفاده عمومی پیدا نكرده است.
« ادوارد ماركی» از كمیته ارتباطات راه دور مجلس نمایندگان آمریکا در این باره می گوید:
« تصمیماتی را كه ما هم اكنون (درخصوص رسانه های متعامل و سیاستهای پیرامونی آن ) خواهیم گرفت ، در بسیاری از زمینه ها هویت ها و استقلال ملی مردم آمریکا را شكل خواهد داد .» تلویزیون بر اثر رسانه های متعامل دستخوش تغییرات شدید می شود.
بنابر یکی از نظرات رایج ، تلویزیون جزئی از رسانه های متعامل می شود و دیگر به عنوان یک رسانه جداگانه شناخته نخواهد شد. در حال حاضر ساختار صنعت تلویزیون ، نظام پخش « از بالا به پائین » را دارد كه در این نظام ، ارتباط جمعی از یک موقعیت متمركز منتج می شود.
در عصر تعامل ، این نظام « از بالا به پائین » معکوس خواهد شد ، به نحوی كه هر خانه بالقوه تبدیل به عامل پخش تلویزیونی می شود، زیرا برخلاف تلویزیون ،کامپیوتر از راه دور نه تنها قادر به دریافت علائم است بلکه می تواند علائم را ارصال نیز بكند. « بزرگراه اطلاعات» تشبیه قابل قبولی برای این رسانه های جدید است ، مجرایی دو طرفه كه نه تنها برای دریافت و ارسال داده های نوشتاری، بلكه برای تصاویر كاملاً متحرك ، اشكال ثابت ، نقاشی متحرک ، گرافیك های کامپیوتری و صدا نیز استفاده می شود . در عصر تعامل ، این قبیل « اطلاعات » ازیك خانه به خانه ای دیگر با سرعت نور از طریق رشته های شیشه ای فیبر نوری به نازكی مو، ارسال خواهند شد.
تماشاگران تلویزیونی از حالت انفعالی رها خواهند شد و دیگر صرفاً تماشاگر هر آنچه از
طریق شبکه های تلویزیونی و مؤسسات تلویزیونی كابلی به آنها عرضه می شود ، نخواهد بود و می تواند به عنوان شركت كنندگان فعال در برنامه ها مشاركت بجویند.
بینندگان قرن بیست و یكم خواهند توانست محتوای برنامه ها را فردی كنند، به نحوی كه همه چیز از یک برنامه خاص سرگرم كننده تا یک خبر خاص بر صفحه کامپیوترهای از راه دور آنها ظاهر شود. آنان خواهند توانست پایان ماجرای یک فیلم داستانی را به میل خود انتخاب كنند و یا بیافرینند و یا اطلاعات آرشیوی مربوط به یک خبر را دریافت نمایند.
به طور طبیعی، کشمکش های ایدئولوژیک در پی سازمان دهی های دوباره جامعه كه ناشی از نوآوری در فناوری می باشد، پیش بینی می شود. دانشمدان درباره اجرای فنی این نوآوری به بحث خواهند نشست . دانشمندان علوم اجتماعی تأثیر آن را بر جامعه و فرد بررسی می كنند. فلاسفه درباره تضمنات اخلاقی این پیشرفت اندیشه می كنند . کسانی که با تجارت و کسب و كار سر و كار دارند، درباره « معجزات » جدید فناوری تبلیغ می كنند ،در حالی كه بی صبرانه در انتظار منافع این بازار بالقوه غنی ، ولی نامطمئن نشسته اند.
در این میان صدای یكی از مدیران تجاری رساتر از همه صداها به گوش می رسد.«گراهام واینبرن »یكی از طراحان نظامهای رسانه های متعامل می گوید: هر پیشرفتی در فناوری به همراه این عقیده است كه در جائی ، به صورت بالقوه یک بازار كاملاً پرسود وجود دارد به شرطی که فقط بتوان آن را یافت .
در كار و تجارت ، مبالغ هنگفتی پول صرف تحقیق درباره این بازارها می شود و زمانی كه نتایج تحقیقات نشان می دهند كه چنین بازارهایی وجود ندارند درصدد «توسعه» آنها برمی آیند.
یكی از بخش های وسیع در بازار فناوری جدید ، خلق گرایش های تازه یا اگر بهتر گفته شود ، نیازهای تازه است كه فیبرنوری را می توان یکی از این نوع فناوری های جدید دانست .
مبانی فیبر نوری:
فیبر نوری ، رشته ای از تارهای بسیار نازك شیشه ای بوده كه قطر هر یك از تارها نظیر قطر یك تار موی انسان است . تارهای فوق در كلاف هائی سازماندهی و كابل های نوری را بوجود می آورند. از فیبر نوری بمنظور ارسال سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.
یك فیبر نوری از سه بخش متفاوت تشکیل شده است.
1. هسته (core ) : هسته نازک شیشه ای در مرکز فیبر که سیگنال های نوری در آن حرکت می نمایند
2. روکش (cladding) : بخش خارجی فیر بوده كه دورتادور هسته را احاطه كرده و باعث برگشت نور منعکس شده به هسته می گردد.
3. بافر رویه (Buffer Coating) :روکش پلاستیکی که باعث حفاظت فیبر در مقابل رطوبت و سایر موارد آ سیب پذیر است . صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و كابل های نوری را بوجود می آورند. هر یک از كلاف های فیبر نوری توسط یک روكش هائی با نامJacket محافظت می گردند. فیبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:
أ‌- فیبرهای تك حالته (Single-Mode) : به منظور ارسال یك سیگنال در هر فیبر استفاده می شود( نظیر : تلفن )
ب‌- فیبرهای چند حالته (Multi-Mod) : بمنظور ارسال چندین سیگنال در یک فیبر استفاده می شود( نظیر : شبكه های كامپیوتری )فیبر های تك حالته دارای یك هسته کوچک.
ت‌- ( تقریباً 6 میكرون قطر ) بوده و قادر به ارسال نور لیزری مادون قرمز ( طول موج از1300 تا 1550 نانومتر) می باشند . فیبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر(تقریباً5 /62 میکرون قطر ) و قادر به ارسال نور مادون قرمز از طریق LED می باشند .
ارسال نور در فیبر نوری: فرض كنید ، قصد داشته با استفاده از یک چراغ قوه یک راهرو بزرگ و مستقیم را روشن نمائیم . همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسیرمستقیم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد كرد. با توجه به عدم وجود خم و یا پیچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند ( با توجه به نوع آن ) محدوده مورد نظر را روشن كرد. در صورتیكه راهروی فوق دارای خم و یا پیچ باشد ، با چه مشکلی برخورد خواهیم كرد ؟ در این حالت می توان از یک آیینه در محل پیچ راهرو استفاده تا باعث انعكاس نور از زاویه مربوطه گردد. در صورتی كه راهروی فوق دارای پیچ های زیادی باشد ، چه كار بایست كرد؟ در چنین حالتی در تمام طول مسیر دیوار راهروی مورد نظر ، می بایست از آیینه استفاده كرد. بدین ترتیب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با یک زاویه خاص ) از نقطه ای به نقطه ای دیگر حرکت كرده ( جهش كرده و طول مسیر راهرو را طی خواهد كرد) . عملیات فوق مشابه آن چیزی است كه در فیبر نوری انجام می گیرد. نور، در كابل فیبر نوری از طریق هسته (نظیر راهروی مثال ارائه شده ) و توسط جهش های پیوسته با توجه به سطح آبكاری شده )(Cladding) مشابه دیوارهای شیشه ای مثال ارائه شده حرکتمی کند (مجموع انعکاس داخلی ) . با توجه به اینکه سطح آبکاری شده قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حركت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سیگنال های نوری به دلیل عدم خلوص شیشه موجود ، ممکن است دچار نوعی تضعیف در طول هسته گردند . میزان تضعیف سیگنال نوری به درجه خلوص شیشه و طول موج نور انتقالی دارد. (مثلاً موج با طول 850 نانومتر بین 60 تا 75 درصد در هركیلومتر ، موج با طول 1300 نانومتر بین 50 تا 60 درصد در هر كیلومتر، موج با طول 1550 نانومتر بیش از50 درصد در هر كیلومتر) سیستم رله فیبر نوری بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فیبر نوری در سیستم های مخابراتی، مثالی را دنبال خواهیم كرد كه مربوط به یک فیلم سینمایی و یا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است . در فیلم فوق دو ناوگان دریائی كه بر روی سطح دریا در حال حركت می باشند، نیاز به برقراری ارتباط با یکدیگر در یک وضعیت كاملاً بحرانی و توفانی را دارند. یکی از ناوها قصد ارسال پیام برای ناو دیگر را دارد.كاپیتان ناو فوق پیامی برای یک ملوان كه بر روی عرشه كشتی مستقر است ، ارسال می دارد. ملوان فوق پیام دریافتی را به مجموعه ای از كدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نماید. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از یک نورافکن اقدام به ارسال پیام برای ناو دیگر می نماید. یك ملوان بر روی عرشه كشتی دوم ،كدهای مورس ارسالی را مشاهده می نماید. در ادامه ملوان فوق كدهای فوق را به یك زبان خاص ( مثلاً انگلیسی) تبدیل و آنها را برای كاپیتان ناو ارسال می دارد. فرض كنید فاصله دو ناو فوق از یکدیگر بسیار زیاد (هزاران مایل ) بوده و به منظور برقرای ارتباط بین آنها از یک سیستم مخابراتی مبتنی بر فیبر نوری استفاده گردد .سیستم رله فیبر نوری از عناصر زیر تشكیل شده است : فرستنده ، مسئول تولید و رمزنگاری سیگنال های نوری است . فیبر نوری مدیریت سیگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد . دریافت كننده نوری سیگنا ل های نوری را دریافت و رمزگشائی می نماید. در ادامه به بررسی هر یك از عناصر فوق خواهیم پرداخت . فرستنده وظیفه فرستنده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو فرستنده پیام است . فرستنده سیگنال های نوری را دریافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در یك دنباله مناسب ( حركت منسجم ) هدایت می نماید. فرستنده ، از لحاظ فیزیكی در مجاورت فیبر نوری قرار داشته و ممكن است دارای یك لنز بمنظور تمرکز نور در فیبر باشد . لیزرها دارای توان بمراتب بیشتری نسبت به LED می باشند. قیمت آنها نیز در مقایسه باLED بمراتب بیشتر است . متداولترین طول موج سیگنال های نوری ،850 نانومتر ، 1300 نانومتر و 1550 نانمتر است . بازیاب ( تقویت کننده ) نوری همان گونه كه قبلاً اشاره گردید ، برخی از سیگنال ها در مواردیكه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده ( بیس از یك كیلومتر ) و یا از مواد خالص برای تهیه فیبر نوری ( شیشه ) استفاده نشده باشد، تضعیف و از بین خواهند رفت در چنین مواردی و بمنظور تقویت ( بالا بردن ) سیگنال های نوری تضعیف شده از یك یا چندین" تقویت کنده نوری استفاده می گردد . تقویت کننده نوری از فیبر های نوری متعدد بهمراه یک روکش خاص ( doping ) تشکیل می گردند . بخش دوپینگ با استفاده از یک لیزر پمپ می گردد . زمانیکه سیگنال تضعیف شده به روکش دوپینگی می رسد ، انرژی ماحصل از لیزر باعث می گرددكه مولكول های دوپینگ شده به لیزر تبدیل می گردند. مولكول های دوپینگ شده در ادامه باعث انعكاس یك سیگنال نوری جدید و قویتر با همان خصایص سیگنال ورودی تضعیف شده ،خواهند بود .( تقویت کننده لیزری ) دریافت كننده نوری وظیفه دریافت كننده ، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه كشتی ناو دریافت كننده پیام است . دستگاه فوق سیگنال های دیجیتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی ، سیگنال های الكتریكی را برای سایر استفاده كنندگان ( کامپیوتر ،تلفن و ... ) ارسال می نماید . دریافت كننده بمنظور تشخیص نور از یک"فتوسل " و یا " فتودیود" استفاده می کند.

مزایای فیبر نوری:
فیبر نوری در مقایسه با سیم های مسی دارای مزایای زیر است :
1. ارزانتر ،هزینه چندین کیلومتر کابل نور نسبت به سیم مسی کمتر است .
2. نازك تر ، قطر فیبرهای نوری بمراتب كمتر از سیم های مسی است .
3. ظرفیت بالا. پهنای باند فیبر نوری بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب بیشتر از سیم مسی است.
4. تضعیف ناچیز ، تضعیف سیگنال در فیبر نوری بمراتب کمتر از سیم مسی است .
5. سیگنال های نوری ، برخلاف سیگنال های الکتریکی در یک سیم مسی ، سیگنال های نوری در یک فیبر تاثیری بر فیبر دیگر نخواهند داشت .
6. مصرف برق ماشین ، با توجه به سیگنال ها در فیبر نوری كمتر ضعیف میگردند ، بنابراین می توان از فرستنده هائی با میزان برق مصرفی پایین نسبت به فرستنده های الکتریکی كه از ولتار بالائی استفاده می نمایند ، استفاده كرد.
7. سیگنال های دیجیتال ، فیبر نوری مناسب بمنظور انتقال اطلاعات دیجیتالی است.
8. غیر اشتعال زا ، با توجه به عدم وجود الکتریسیته ، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت .
9. سبک وزن ، وزن یک كابل فیبر نوری بمراتب كمتر از كابل مسی (قابل مقایسه ) است .
10. انعطاف پذیر ، با توجه به انعطاف پذیری فیبرنوری و قابلیت ارسال و دریافت نور ازآنان ، در موارد متفاوت نظیر دوربین های دیجیتال با موارد كاربردی خاص مانند: عکس برداری پزشكی ، لوله كشی و ... استفاده می گردد . با توجه به مزایای فراوان فیبر نوری ، امروزه از این نوع كابل ها در موارد متفاوتی استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپیوتری و یا مخابرات ازراه دور در مقیاس وسیعی از فیبر نوری استفاده می نماید .
معایب فیبر نوری
1-از فیبر نوری فقط می توان برای انتقال اطلاعات آن هم به صورت شعاع های نوری استفاده كرد و نمی توان برای انتقال الكتریسیته استفاده نمود
2-اتصال دو فیبر نوری به یكدیگر بسیار مشكل و وقت گیر می باشد و نیاز به دانش فنی خاص خود را دارد
3-نمی توان چند شعاع نوری را به طور همزمان انتقال داد