فیزیک برای زندگی

مباحث علم فیزیک

فیزیک برای زندگی

مباحث علم فیزیک

طلوع دو خورشید در آسمان زمین در سال 2012

به گزارش خبرگزاری مهر، بر اساس گزارشهایی که به تازگی منتشر شده، ستاره آلفا-جبار در سحابی اوریون به زودی شاید تا سال 2012 طی انفجاری مهیب از هم متلاشی خواهد شد به شکلی که ترکشهای این انفجار مهیب می تواند زمین را تحت تاثیر خود قرار دهد.

اما آیا واقعا چنین انفجاری در سال 2012 رخ خواهد داد؟ اخترشناسان اینطور فکر نمی کنند. در حالی که دومین ستاره عظیم جهان به سرعت در حال از دست دادن جرم بوده و در حال حاضر به یک ستاره عظیم سرخ رنگ تبدیل شده است، یعنی به زودی منفجر شده و به یک ابرنواختر تبدیل خواهد شد، دلیلی وجود ندارد که زمان انفجار این ستاره را تا این حد زود تصور کرد.

"فیلیپ آر گود" استاد موسسه تکنولوژی نیوجرسی این داستان را داستانی کاملا هالیوودی می نامد زیرا به اعتقاد وی در واقعیت فرایند تدریجی انفجار ستاره ای اجتناب ناپذیر است اما هیچکس نمی داند چنین انفجاری چه زمانی رخ خواهد داد و اعلام سال 2012 برای رخ دادن چنین پدیده ای تنها یک حدس ساده است.

وی می گوید: "آلفا-جبار یک اَبَرستاره سرخ رنگ است و روزی در نهایت به ابرنواختر تبدیل خواهد شد، اما کِی؟ چه کسی می داند؟"

از سویی دیگر "فیل پلیت" اخترشناس معتقد است آلفا-جبار در نهایت روزی منفجر خواهد شد اما به اندازه ای از زمین دور است که نمی تواند به آن آسیبی وارد آورد. وی می گوید: یک ابرنواختر نباید دورتر از 25 سال نوری باشد تا بتواند به واسطه نور و یا دیگر پدیده ها به زمین آسیب وارد کند، در حالی که فاصله آلفا-جبار 25 برابر این فاصله است.

داستان جنجالی انفجار این ستاره در سال 2012 برای اولین بار در روزنامه ای استرالیایی منتشر شد. در این خبر پیش بینی شده بود که انفجار ستاره ای مهیبی رخ خواهد داد که درخشش آن ده ها میلیون بار شدیدتر از خورشید خواهد بود و اعلام کرده بود این رویداد به زودی رخ خواهد داد. در واقع مبنای این داستان درست است، آلفا-جبار طی انفجاری که امکان مشاهده آن از روی زمین نیز وجود دارد، منفجر خواهد شد اما درخشش آن به اندازه ای نخواهد بود که بتوان آن را به خورشید دوم تشبیه کرد.

به گفته محققان این ستاره کهنسال از مرکز در حال تخلیه سوختی است. این سوخت آلفا-جبار را درخشان و پر حرارت نشان می دهد اما زمانی که سوخت به پایان برسد، ستاره به سرعت در خود متلاشی خواهد شد.

با این همه انفجار قریب الوقوع ستاره آلفا-جبار در حال مشتعل تر کردن شایعات اینترنتی است که درباره نظریه های مرتبط با روز آخر جهان به وجود آمده است که بر اساس تقویم قوم مایان این رویداد در یکی از روزهای سال 2012 رخ خواهد داد. اما "پلیت" همچنان بر نظر خود پافشاری می کند: گفتن اینکه یک ستاره کی منفجر خواهد شد، در حالی که از آن فاصله بسیاری داریم، بسیار دشوار است. شاید آلفا-جبار امشب منفجر شود، شاید صد هزار سال و یا شاید چندین قرن دیگر. هیچکس از این تاریخ اطمینانی ندارد."

طی روزهای گذشته در نشریات متعدد علمی خبر دیده شدن دو خورشید در آسمان زمین در پی منفجر شدن یکی از عظیم ترین ستاره های جهان هستی نگرانی بسیاری را برانگیخته است.

گروهی از محققان که انفجار این ستاره را پیش بینی کرده اند می گویند این پدیده کیهانی بزرگترین آتشبازی از زمانی خواهد بود که زمین متولد شده است و آسمان شب را به مدت یک یا دو هفته به اندازه روز روشن خواهد کرد. ستاره آلفا-جبار که در سحابی اوریون قرار دارد 640 سال نوری از زمین فاصله دارد.

"برد کارتر" یکی از اخترشناسان دانشگاه کوئینزلند جنوبی که این انفجار را پیش بینی کرده است می گوید: این انفجار می تواند در یکی از روزهای سال جاری رخ دهد و یا تا میلیونها سال دیگر نیز خبری از چنین انفجاری نباشد."

کاوه الکتریکی و اندازه گیری اختلاف پتانسیل در هوا

اندازه گیری اختلاف پتاسیل در هوا:


این اندازه گیری معادل اندازه گیری اختلاف پتاسیل بین یک رسانای منفرد و زمین است. برای اندازه گیری اختلاف پتاسیل الکتریکی بین تک رسانا و زمین کافی است، توسط سیمی میله الکترومتر را به جسم و محفظه آن را به زمین وصل کنیم.

در این صورت برگه های الکترومتر دارای همان پتاسیل جسم رسانا می شود. زیرا الکترونهای آزاد در فلز حرکت می کنند، تا آنکه اختلاف پتاسیل بین میله الکترومتر و رسانا از بین برود. از این رو الکترومتر که اختلاف پتاسیل بین میله و محفظه را معین می کند، همزمان اختلاف پتاسیل بین رسانای مورد بررسی و زمین را نشان می دهد.

اندازه گیری اختلاف پتاسیل بین نقطه ای در هوا و زمین:


برای اندازه گیری اختلاف پتاسیل بین یک نقطه در هوا و زمین وضع پیچیده تر می شود. با آوردن سیمی از میله الکترومتر تا این نقطه ، تضمینی جهت تساوی پتاسیل نقطه مزبور و این ناحیه در هوا وجود ندارد. زیرا در شرایط عادی هوا دارای الکترونهای آزاد نیست، که بر اثر میدان الکتریکی به حرکت در آیند.

تا اینکه اختلاف پتاسیل بین این ناحیه از فضا و سیمی که به الکترومتر وصل است صفر شود. جهت اطمینان از تساوی چنین پتاسیل هایی باید برای این ناحیه الکترونهای آزاد فراهم کرد، یعنی آنجا را به رسانا تبدیل کرد. این کار را می توان با روش های مختلف انجام داد، مثلا به کمک شعله.

کاوه الکتریکی شعله ای:


در شعله همواره شمار زیادی یونهای مثبت و منفی وجود دارد که به هوای مجاور شعله خواص رسانایی می بخشد. اگر شعله ضعیف باشد فقط به ناحیه کوچکی از هوا که در حوزه شعله است، یون می رسد.

با گرفتن انتهای سیمی که از میله الکترومتر می رسد، در شعله ضعیف می توانیم پتاسیل میله الکترومتر و ناحیه اطراف شعله را یکی کنیم. بنابر این می توانیم اختلاف پتاسیل بین این ناحیه از هوا و زمین را اندازه گیری کنیم.


با قراردادن شعله در نقاط مختلف از هوا ، می توانیم آرایش سطوح هم پتاسیل را در هوا بررسی نماییم. و به طور کلی درباره توزیع پتاسیل حاصل از میدان الکتریکی در هوا تحقیق کنیم. به این دلیل چنین اسبابی را آشکار ساز الکتریکی یا کاوه الکتریکی شعله ای نامیده اند. از این وسیله برای تحقیق درباره میدان الکتریکی درهوای بالای سطح زمین بطور گسترده استفاده می کنند.

بهینه سازی کاوه الکتریکی شعله ای:

میدان الکتریکی زمین

آزمایش نشان می‌دهد که هرگاه الکترومتری رابه کاوه الکتریکی وصل کنیم، در برگه‌ها انحراف قابل ملاحظه‌ای مشاهده می‌شود. حتی اگر اجسام باردار در نزدیکی نباشد، هر چه نقطه بالاتر از سطح زمین باشد، انحراف برگه‌ها بیشتر است. این گفته به این معناست که بین نقاطی از جو که دارای ارتفاع متفاوتی هستند، اختلاف پتاسیل الکتریکی موجود است. یعنی پیرامون سطح زمین میدان الکتریکی وجود دارد. تغییر پتاسیل با ارتفاع در فصول مختلف سال و نیز در نواحی مختلف زمین از نظر طول جغرافیایی و عرض جغرافیایی متفاوت است.



 



مقادیر کمی میدان الکتریکی زمین

در نزدیکی سطح زمین مقدار میدان الکتریکی زمین حدود V/m 130 است. با بالا رفتن از سطح زمین این میدان به سرعت ضعیف می‌شود و در ارتفاع 1Km شدت آن فقط 40 V/m است. در حالیکه در ارتفاع 10 Km آنقدر ضعیف است، که از آن می‌توان چشم پوشید. علامت این تغییر (میزان کاهش میدان با ارتفاع) پیشنهاد می‌کند که زمین دارای بار الکتریکی منفی است، بنابراین ما همواره در میدان الکتریکی قابل ملاحظه‌ای زندگی و کار می‌کنیم.

چرا زمین دارای بار الکتریکی منفی است

پژوهشهای تجربی و محاسبات در خور نشان می‌دهند، که زمین در کل دارای بار الکتریکی منفی است، که مقدار میانگین آن 0.5 میلیون کولن برآورده شده است. این بار به سبب بعضی فرآیندها در جو زمین و فراسوی آن در فضا عملا بدون تغییر می‌ماند و تا کنون بطور کامل مطالعه نشده است. در چنین شرایطی این سؤالات مطرح می‌شود که:

  • اگر روی سطح زمین بار منفی ثابت وجود دارد، پس بار مثبت متناظر با آن کجاست؟
  • خطوط میدان الکتریکی که به سطح زمین ختم می‌شوند از کجا شروع شده‌اند؟

منشأ وجودی بار منفی زمین

می‌توان به آسانی دریافت که این بارهای مثبت نمی‌توانند خیلی دور از زمین مثلا روی ماه ، ستارگان یا سیارات باشند. در غیر این صورت شکل میدان در نزدیکی سطح زمین باید مانند میدان الکتریکی کره منفردی باشد، که به فرم شعاعی بوده ، یعنی خطوط میدان از مرکز به بیرون خارج می‌شد و شدت این میدان متناسب با عکس مجذور فاصله از زمین (نه فاصله از سطح زمین) کاهش می‌یافت.

چون شعاع زمین حدود Km 6400 است. بنابراین تغییر فاصله‌ای در حدود چند کیلومتر یا دهها کیلومتر از مرکز زمین فقط می‌توانست به مقدار قابل اغماض شدت میدان الکتریکی را تغییر دهد. اما چنانکه اشاره کردیم آزمایش نشان می‌دهد، که با فاصله گرفتن از زمین شدت میدان الکتریکی آن بطور سریع کاهش می‌یابد.

این امر به این دلیل صورت می گیرد که بار مثبت مربوط به بار منفی زمین در ارتفاع خیلی بالایی از سطح آن قرار ندارد. در واقع ، لایه‌ای از مولکولهای باردار (یونیزه) از نوع مثبت در چند ده کیلومتری بالای سطح زمین مشاهده شده است. توده بار مثبت این "ابر" بار منفی زمین را خنثی می‌کند. خطوط میدان الکتریکی زمین از این لایه تا سطح زمین کشیده می‌شوند.