مرزهای فیزیک

روزی روزگاری در طوفان تندری

اما پژوهش در ایستگاه فضایی بین‌المللی به کمک آن‌ها آمده است. دیده‌بان برهم‌کنش‌های جو ـ فضای² (ASIM) آژانس فضایی اروپا³ (ESA) مجموعه‌ای از دوربین‌های اپتیکی، نورسنج‌ها و یک آشکارساز بزرگ پرتوهای x و گاما در بیرون از آزمایشگاه کلمبوس این ایستگاه نصب شده است. این آزمایشگاه دست‌کم دو سال طوفان‌های تندری تولید شده در تخلیه‌های الکتریکی در  بالای جو استراتوسفر و مزوسفر را تا رسیدن به یون سپهر، لبه فضا مشاهده خواهد کرد. این وسیله مشاهده زمین امکان بررسی طوفان‌های تندری شدید و نقش آن‌ها را در جو زمین و آب و هوا بررسی می‌کند.

آذرخش‌های جو بالایی که به رویدادهای لیان گذرا معروف‌اند، شامل پدیده‌های رنگین با نام‌های برآمده از قصه‌های پریان مانند جن‌ها، کوتوله‌ها و غول‌ها هستند.

ایستگاه فضایی به چند دلیل یک سکوی مشاهده ایده‌آل است. مدار کوتاه آن به دور زمین مشاهده کامل نواحی استوایی و نیمه‌استوایی را امکان‌پذیر می‌سازد که دسترسی به بیشتر بخش‌های آن دشوار است و اغلب طوفان‌های تندری شدید در آنجا شکل می‌گیرد. همچنین، مشاهده‌ها در نوار اپتیکی صورت می‌گیرند که در معرض جذب در جو قرار دارند و نمی‌توانند در مشاهده‌های زمینی مورد استفاده قرار گیرند.

جن‌ها درخش‌هایی هستند که از فروریزش الکتریکی در مزوسفر ناشی می‌شوند. فواره‌های آبی تخلیه‌های الکتریکی هستند که در جو بالا می‌روند، و کوتوله‌ها حلقه‌های متحدالمرکز گسیلی‌اند که یک تپ الکترومغناطیسی در لبه پائینی یون سپهر ایجاد می‌کند. غول‌ها تخلیه‌های بزرگی هستند که باعث فروریزش الکتریکی جو از بالای طوفان‌های تندری تا پائین‌ جو می‌شوند. درخش‌های پرتو گامای زمینی پدیده‌ای است که در بالای طوفان‌های تندری تولید می‌شود. دلایل نشان می‌دهند که تخلیه‌های الکتریکی عنان‌گسیخته برخی از این پدیده‌ها را تولید می‌کنند.

در سال‌های 1920 دانشمند انگلیسی سی.تی.آر.ویلسون‌⁴ جایزه نوبل را برای کار با اتاقک ابری دریافت کرد که تابش یوننده ناشی از پرتوهای x تابش کیهانی را نمایان می‌ساخت. او پیش‌بینی کرد که تخلیه الکتریکی می‌تواند در بالای طوفان‌های تندری در مزوسفر رخ دهد و اینکه میدان‌های الکتریکی طوفان‌های تندری می‌توانند الکترون‌ها را تا انرژی‌های نسبیتی شتاب دهند.

تا سال 1993 وسایل موجود به اندازه کافی حساس نبودند که به این پرسش پاسخی قطعی دهند، تا اینکه درخش‌های پرتو x بالای طوفان‌های تندری از رصدخانه پرتو گاما کامپتون ناسا مشاهده شد. در سال 1990، اولین مشاهده یک جن ثبت شد، و از آن پس مشاهده‌ها از زمین و هواپیما تعدادی تخلیه در بالای طوفان‌های تندری را کشف کردند، و سفینه‌های فضایی در مدارهای با ارتفاع کم تابش x و گاما را نمایان ساختند.

ASIM یک بررسی جامع جهانی از این پدیده‌های در ارتفاع بسیار زیاد است که مشاهده آن‌ها از رویدادهای زمینی برای تعیین فیزیک مربوط به آن‌ها و ارتباط‌شان با آذرخش دشوار است. این پژوهش همچنین تشکیل ابر در ارتفاع‌های زیاد را بررسی و تعیین می‌کند چه ویژگی‌هایی طوفان‌های تندری را در ایجاد اختلال در جو بالایی مؤثر می‌سازد: این پژوهش به شناخت تأثیر طوفان‌های تندری در جو زمین و ساخت مدل‌های بهتر برای پیش‌بینی‌های هواشناختی و اقلیم‌شناختی کمک می‌کند.

به گفته یکی از پژوهشگران «مشاهده‌ها در ارتفاع‌های زیاد امکان مطالعه این رویدادها را بدون وجود ابرها فراهم می‌سازد. با ASIM می‌توانیم شناخت بهتری از فرایندهای پیچیده آذرخش در جو بالایی به‌دست آوریم که اساس آذرخش معمولی را هم تشکیل می‌دهند، گرچه شکل متفاوتی به خود می‌گیرند. این شناخت می‌تواند باعث بهبود فناوری آشکارسازی آذرخش معمولی شود.»

پژوهش صورت گرفته، به روشن شدن تأثیر طوفان‌های تندری جو، یون سپهر و کمربندهای تابشی کمک می‌‌کند، و سرازیر شدن شهاب‌سنگ‌ها به محیط زمین و تأثیر آن‌ها بر جو  را دیده‌بانی خواهد کرد. به‌عنوان مثال، فواره‌های آبی در بالای ابرهای طوفان تندری تراکم گازهای گلخانه‌ای را تغییر می‌دهد که مثال دیگری برای تأثیر طوفان‌های تندری بر استراتوسفر است.

 انواع تخلیه‌های الکتریکی و ساختار آن‌ها باعث شناخت بیشتر دانشمندان از جوی که در آن به وقوع می‌پیوندند و باتری طوفان تندری که توان آن‌ها را تأمین می‌کند خواهد شد.

این پژوهشگر می‌گوید «چیزهای بیشتری را درباره ابرهای طوفان تندری و ساختار ریز استراتوسفر و مزوسفر یاد می‌گیریم که هنوز چیز چندانی دربار‌ه‌شان نمی‌دانیم. دانشمندان با استفاده از ویدئویی که آندریاس موگنسن فضانورد در سال 2015 از ایستگاه فضایی گرفت، چیزهای بسیار زیادی را درباره اینکه چه نوع ابرهایی این فعالیت‌ را به وجود می‌آورند یاد گرفته‌اند و متوجه شده‌اند که آذرخش ناشی از ابرهای موجود واقع در ارتفاع حدود 5/10 مایل (یعنی km‌17) از سطح زمین است. این‌ها نتایج علمی محکمی است که برای اولین بار به صورت مستند درآمده‌اند».

مشاهده‌های ASIM شناخت ما از تأثیر طوفان‌های گردوخاک، آلاینده‌های شهری، آتش‌سوزی‌های جنگل و آتش‌فشان‌ها بر تشکیل ابر و برق‌دار کردن و رابطه چشم فعالیت آذرخش با تشدید فعالیت‌های طوفان‌های تندری را هم بهبود می‌بخشد.این موضوع به بهبود کیفیت زندگی ما کمک می‌کند.

پی ‌نوشت ‌ها

1. Transient Luminous Emissions

2. Atmosphere - Space Interactions Monitor

3. Europegn Space Agency

4. C.T.R.Wilson

منبع

NASA, April ,13 ,2018

برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به:

https://phys.org/news/2018-4-thuncler storms.html

شاید الماس های آسمانی از سیادره گمشده ای آمده باشند

تکه‌هایی از شهاب‌سنگی که حدود یک دهه قبل به زمین افتاد دلیل قانع‌کننده‌ای بر وجود سیاره‌ای را نشان می‌دهد که در منظومه شمسی پرسه می‌زده است. پژوهشگران سوئیسی، فرانسوی و آلمانی الماس‌های موجود در شهاب‌سنگ الماهاتاسیتا¹ را بررسی کرده‌اند و نتیجه گرفته‌اند که آن‌ها به احتمال زیاد در دست‌کم 55/4 میلیارد سال قبل در یک پیش‌سیاره شکل گرفته‌اند.

الماس‌های موجود در این شهاب‌سنگ، که در اکتبر سال 2008 در صحرای نوبه سودان سقوط کرد، دارای بلورهای کوچکی است که تشکیل آن‌ها نیازمند فشار زیاد است.

فیلیپ ژیله² نویسنده مقاله می‌گوید: «ما نشان دادیم که این الماس‌های بزرگ نمی‌توانند حاصل شوک باشند بلکه نتیجه رشد در یک سیاره‌اند. ما مدعی آن هستیم آنچه در دست ماست بقایای نسل اول سیاره‌هایی است که اکنون گم‌شده‌اند زیرا از بین رفته‌اند یا در سیاره‌ای بزرگ‌تر ادغام شده‌اند.»

ادی بیشوف³ یک متخصص شهاب‌سنگ در دانشگاه مونستر⁴  آلمان می‌گوید: روش‌های به‌کار رفته در این بررسی بی‌عیب و نقص و نتیجه‌گیری منطقی است. اما دلایل بیشتر در مورد فشار زیاد مداوم را باید در مواد معدنی اطراف الماس‌ها یافت. بیشوف در این بررسی که در مجله نیچرکامیو نیکیشنز چاپ شد مستقیماً درگیر نبوده است.

پی ‌نوشت ‌ها

1. Almahata Sitta

2. Philippe Gillet

3. Addi Bischoff

4. Muenster

5. Nature communications

برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به:

Farhang Nabiei et al. Alarge Planetry body inferred From diamond inclusiond in a ureilite meteorite, Nature communications (2018). Dol:10.1038/s41467-018-03808-6

پیش بینی امکان وجود زندگی با هوش مصنوعی

با توجه به کار صورت گرفته در دانشگاه پلیموت¹ شاید هوش مصنوعی به ما کمک کند تا امکان زندگی در سیارات دیگر را بررسی کنیم. این مطالعه با استفاده از شبکه‌های عصبی (ANNs) سیارات را در پنج گروه طبقه‌بندی و احتمال زندگی را در هر مورد بررسی می‌کند و می‌توان از آن‌ها در مأموریت‌های اکتشافی میان‌ستاره‌ای استفاده کرد. این کار را کریستوفر بیشاپ² در هفته اروپایی اخترفیزیک و علوم فضا (EWASS) در لیورپول ارائه کرد.

شبکه‌های عصبی مصنوعی دستگاه‌هایی هستند که چگونگی یادگیری مغز انسان را بازسازی می‌کنند. آن‌ها یکی از ابزارهای مهم مورد استفاده در یادگیری ماشین هستند، و در شناسایی طرح‌های بسیار پیچیده‌ای که پردازش آن‌ها برای مغز زیست‌شناختی دشوار است بسیار مفیدند.

این گروه مستقر در مرکز روباتیک و دستگاه‌های عصبی دانشگاه پلیموت، شبکه خود را طوری آموزش داده‌اند که سیارات را، بر مبنای اینکه مانند زمین کنونی، زمین اولیه، مریخ، زهره یا تیتان قمر زحل باشند، به پنج نوع تقسیم کند. همه آن‌ها اجسام صخره‌ای هستند و می‌دانیم دارای جوی هستند که به آن‌ها توان بالقوه زندگی در منظومه شمسی را می‌دهد.

آقای بیشاپ اظهارنظر می‌کند: «ما فعلاً به این ANNs برای تعیین اولویت مأموریت سفینه فضایی جهت اکتشاف فرضی هوشمند جهت یافتن یک منظومه سیاره‌ای بیرون از منظومه شمسی علاقه‌مندیم. ما در پی استفاده از آنتن‌های فرنل مسطح با مساحت بزرگ نیز هستیم تا اطلاعات را در زمین از کاوند میان ستاره‌ای در فاصله زیاد دریافت کنیم. این کار برای استفاده از فناوری روباتیک در آینده ضروری است.»

مشاهده‌های جوی ـ معروف به طیف‌ها ـ برای پنج جسم منظومه شمسی به‌عنوان ورودی به شبکه داده می‌شود، سپس از آن خواسته می‌شود که آن‌ها را بر حسب نوع سیاره طبقه‌بندی کند. چون می‌دانیم اکنون زندگی فقط در زمین وجود دارد. این طبقه‌بندی از معیار «احتمال زندگی» استفاده می‌کند که مبتنی بر ویژگی‌های جوی و مداری شناخته شده پنج نوع هدف است.

بیشاپ شبکه را با بیش از صد نمایه طیفی متفاوت آموزش داده است، که هر یک دارای چندصد پارامتر مربوط به قابل زندگی بودن هستند. تاکنون، شبکه در هنگام ارائه یک نمایه طیفی آزمون که قبلاً ندیده عملکرد مطلوبی داشته است.

دکتر آنجلوکانگلوسی³ مدیر این پروژه می‌گوید: «با توجه به نتایجی که تاکنون به دست‌آمده است، این روش برای طبقه‌بندی انواع منظومه‌های بیرون از منظومه شمسی با استفاده از مشاهدات زمینی و رصدخانه‌های نزدیک به زمین مفید بوده است.»

شاید این روش برای انتخاب هدف مشاهده‌های بعدی هم، با توجه به افزایش جزئیات طیفی حاصل از مأموریت فضایی مانند مأموریت فضایی آریل⁴ آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ فضایی جیمز وب⁵ ناسا مفید باشد.

امواج گرانشی سیاهچاله های مرکز کهکشان ها

پژوهشی جدید به مدیریت جوزف فرناندز¹ در دانشگاه جان مورز² لیورپول نشان می‌دهد که شاید امواج گرانشی در مرکز کهکشان تولید شود. این کار در هفته اخترشناسی و علوم فضایی اروپایی در لیورپول ارائه شده است.

امواج گرانشی موجک‌های ریز در فضازمان هستند که در سراسر عالم گسترده شده‌اند. وقتی تغییری در فشار هوای زمین صورت گیرد، این تغییر به‌صورت امواج صوتی به طرف خارج حرکت می‌کند. به همین ترتیب، وقتی یک زوج جسم متراکم مانند سیاهچاله‌ها یا ستارگان نوترونی دوتایی‌هایی را تشکیل دهند و دور هم بچرخند، میدان گرانشی اطراف آن‌ها تغییر می‌کند و امواج گرانی را به‌وجود می‌آورد که به طرف خارج حرکت می‌کند.

این پدیده را آلبرت اینشتین در سال 1915 پیش‌بینی کرد. دامنه این موجک‌ها به قدری کوچک پیش‌بینی شده بود که اینشتین فکر می‌کرد آن‌ها هرگز آشکارسازی نخواهند شد. با این همه، در سال 2015، یک قرن پس ازاین پیش‌بینی، امواج گرانی برای نخستین بار مستقیماً مشاهده شدند.

این امواج از یک زوج سیاهچاله (با جرم ستاره‌ای هر یک در حدود 30 برابر جرم خورشید) سرچشمه گرفته بودند که به طرف هم حرکت می‌کردند و سرانجام در هم ادغام شدند.

از آن پس، چهار مشاهده تأییدشده امواج گرانی از این منظومه‌ها گزارش شده است و با پیشرفت‌هایی که اکنون در LIGO و VIRGO صورت می‌گیرد، انتظار داریم که تعداد بیشتری را در آینده نزدیک مشاهده کنیم.

این مشاهده‌ها نشان می‌دهند که ادغام سیاهچاله‌ها در عالم متداول است. با این همه، پژوهشگران هنوز اطمینان ندارند که چه نوع منظومه‌های دوتایی تشکیل می‌شوند. زیرا باید این دوتایی‌ها خیلی به هم نزدیک یا دارای مدارهای غیرعادی باشند تا به‌گونه‌ای فروبریزند که امواج گرانشی قابل مشاهده شوند.

فرناندز و همکارانش نشان داده‌اند که مدارهای دوتایی‌ها را می‌توان با سیاهچاله‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها از جمله کهکشان‌ها قرار دارند، تغییر داد.

یک سیاهچاله پرجرم میدان‌های گرانشی خیلی شدید و فیزیک غیرعادی تولید می‌کند. اگر یک دوتایی متراکم با یکی از آن‌ها برخورد نزدیک داشته باشد، در بیشتر موارد گسسته می‌شود و سیاهچاله‌ها یا ستارگانش از هم جدا می‌شوند. اما، این همواره رخ نمی‌دهد.

دوتایی‌ها می‌توانند در برخی شرایط از این رویارویی کشندی سالم بیرون آیند، اما مدارهایشان به شدت تغییر می‌کند. با استفاده از شبیه‌سازی‌های مونت کارلو، فرناندز نشان داده است که منظومه دوتایی سیاهچاله‌ای جان به ‌در برده می‌تواند محکم و غیرعادی شود و زمان ادغام را در 10 درصد موارد با ضریب 100 کم کند.

این می‌تواند کافی باشد تا دوتایی‌هایی که در طول عمر عالم در هم ادغام نمی‌شوند را وادارد که این کار را زودتر انجام دهند و به این ترتیب امواج گرانشی قابل مشاهده تولید کنند.

این فرایند می‌تواند صفحه مدار منظومه دوتایی را هم تغییر دهد و باعث شود سیاهچاله‌ها در جهت مخالف شرایط اولیه خود حرکت کنند. این موضوع به مقادیر اسپین مؤثر منفی می‌انجامد که می‌توان از آن برای تشخیص این سازوکار از سازوکارهای دیگر استفاده کرد.

پی‌ نوشت‌ ها

1. Plymouth university

2. Bishop

3. Angelo Cangelosi

4. Ariel

5. James Webb

منبع

Royal Astronomical Society

برای اطلاعات بیشتر رجوع کنید به:

http://phys.org/news/2018-4-artifical-intelligence-liklihood-life-worlds.html