php7pHnOz

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">كم يبلغ طول اليوم على زحل؟ حلقات الكوكب تحمل الإجابة!</h1> يتعقد تحديد طول اليوم على الأرض أكثر مما نتخيل. فاليوم، في المتوسط، يبلغ 24 ساعة، غير أن دوران الأرض قد يتسارع أو يتباطأ على امتداد السنة. ويُعد القمر أحد أبرز العوامل المؤثرة في هذا التغير، إذ يقترب أحيانًا ويبتعد أحيانًا أخرى عن الأرض، فيُحدث قوة سحب تُغير سرعة دوران الكوكب.&nbsp;يمكن تحديد طول اليوم على الأرض ومعرفة متى يختلف عن هذا القياس بالضبط عبر قياس مواقع الأجسام في الفضاء، ومؤخرًا باستخدام الساعات الذرية التي تتيح قياسًا شديد الدقة. أما اليوم الشمسي، وهو الوقت الذي يستغرقه الكوكب للدوران حتى تظهر الشمس في نفس الموضع في السماء، فيبلغ في المتوسط نحو 24 ساعة. وأما اليوم النجمي، وهو الوقت الذي يستغرقه الكوكب للدوران ليظهر النجوم البعيدة في نفس الموضع، فيبلغ 23 ساعة و56 دقيقة و4 ثوان.&nbsp;يصعب تحديد طول اليوم على الكواكب والأجرام الأخرى في النظام الشمسي بدقة مماثلة للأرض. المشكلة الأولى هي بُعد هذه الأجرام، ما يجعل الملاحظات الدقيقة صعبة جدًا. أما التحدي الأكبر فهو أن بعض الكواكب، مثل المشتري وزحل -العملاقين الغازيين- قد لا يكون لها سطح صلب يحتوي على نقطة مرجعية ثابتة يمكن استخدامها في أثناء دورانها. من دون هذه المعالم، يصعب تتبع نقطة معينة وقياس الوقت الذي تستغرقه لتعود إلى نفس الاتجاه مرة أخرى، سواء بالنسبة للشمس أو النجوم البعيدة.&nbsp;توصل العلماء إلى بعض الطرق الذكية لتحديد طول اليوم على الكواكب، إذ يمتلك المشتري مثلًا، مجالًا مغناطيسيًا غير محاذ لمحور دورانه ويتحرك مع دوران الكوكب، وتمكن الفلكيون من تحديد طول يومه بدقة عبر قياس الإشارات الراديوية الدورية التي تتكرر يوميًا، إذ يبلغ 9.9 ساعات.&nbsp;يُعد كوكب زحل أعقد، إذ يتقارب مجاله المغناطيسي مع محور دورانه. ومع ذلك، لم يفقد العلماء الأمل، عام 2019 استخدم «كريستوفر مانكوفيتش»، طالب الدراسات العليا في علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، بيانات مركبة «كاسيني» ليتمكن أخيرًا من تحديد طول يوم زحل بدقة.&nbsp;اكتشفت أبحاث سابقة أن حلقات زحل تتأثر بالاهتزازات الداخلية للكوكب، إذ تهتز بنيته الداخلية بترددات تُحدث تغييرات طفيفة في مجاله الجاذبي، التي تؤثر بدورها في الجليد والغبار المكونين لحلقاته.&nbsp;قال مانكوفيتش: «لا تستطيع الجزيئات في حلقات زحل إلا أن تشعر بهذه الاهتزازات في مجال الجاذبية. ففي مواقع محددة من الحلقات، تصادف هذه الاهتزازات جزيئات الحلقات في التوقيت المناسب في مسارها المداري، فتتراكم الطاقة وتتحول تدريجيًا إلى موجات قابلة للرصد».&nbsp;في ورقة بحثية، قام فريق «مانكوفيتش» بنمذجة البنية الداخلية لزحل، التي قد تنتج الموجات المرصودة في حلقاته. أتاح لهم ذلك تتبع البنية الداخلية للكوكب على مر الزمن، وتحديد طول يومه بدقة عند 10:33:38، وهو أسرع بكثير من التقديرات السابقة استنادًا إلى بيانات مركبة «فوياجر» (10:39:23) و«كاسيني» الأخرى (10:36–10:48).&nbsp;قالت «ليندا سبيلكر» العالمة بمشروع كاسيني: «استخدم الباحثون موجات الحلقات للتغلغل داخل زحل، ليظهر بهذه الطريقة طول اليوم -السمة الأساسية التي طال البحث عنها للكوكب- إنها نتيجة موثوقة جدًا، والحلقات كانت تحمل الإجابة».&nbsp;للأسف، انتهت مهمة كاسيني عام 2017، ولكنها أرسلت قبل ذلك بيانات من «الختام الجريء للمهمة»، إلى جانب عدد من الصور الأخيرة.&nbsp;

كم يبلغ طول اليوم على زحل؟ حلقات الكوكب تحمل الإجابة!

php18bSOm

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">دراسة غريبة تُشير إلى أن الزمن ثلاثي الأبعاد قد يحل أعظم مشكلة فيزيائية</h1> قد تكون الساعات أكثر جوهرية في الفيزياء مما كنا نعتقد.تقترح نظرية جديدة أن ما نراه حولنا من أصغر الأحداث الكمية إلى الزحف الكوني للمجرات، قد يكون في جوهره مسألة زمنية. وفي الواقع، ثلاثة أبعاد من الزمن. الفكرة الأساسية للزمن ثلاثي الأبعاد ليست جديدة. لكن عالم الجيوفيزياء في جامعة ألاسكا، غونتر كليتسكا، يقول إن إطاره الرياضي هو الأول الذي يعيد إنتاج الخصائص المعروفة للكون، ما يجعله منافسًا جادًا نسبيًا لتوحيد الفيزياء تحت نموذج واحد متسق. «المقترحات السابقة للزمن ثلاثي الأبعاد كانت نماذج رياضية دون هذا الأساس التجريبي الملموس، أما عملي فيحوّل الفكرة من مجرد احتمال رياضي مثير للاهتمام إلى نظرية فيزيائية قابلة للاختبار، مع عدة طرق مستقلة للتحقق من صحتها». تحوي النماذج الحالية لواقعنا على شيء خاطئ، فمع أن علم ميكانيكا الكم والنسبية العامة يفسران كوننا بدقة مذهلة، ينبثق كل منهما من أسس جوهرية مختلفة تمامًا. أحدهما متجزئ وعشوائي، والآخر سلس وثابت. تجعل هذه المبادئ المتناقضة من بناء نظرية فيزيائية واحدة شاملة، تفسّر القوى الثلاث الأخرى بنفس الطريقة التي تفسّر بها الجاذبية، تحديًا كبيرًا، وليس لأن الفيزيائيين النظريين لم يحاولوا. يقترح كليتسكا إعادة التفكير في المبادئ الأساسية، بسحب نسيج الزمكان نفسه للخلف للوصول إلى أساس جديد يُبنى عليه الواقع. مع أننا نستخدم كلمة «الزمن» لوصف أي تسلسل تقريبًا من الأحداث، لكن يوجد تباين واضح في المقاييس يمتد من الوميض شبه اللحظي لجسيمات الكمّ إلى عصور النمو الكوني الممتدة نحو الأبدية. قد يكون الزمن نسبيًّا في الطرف الكوني، متحوّلًا بحسب الكتلة والتسارع. أما على المستوى القريب فالزمن غير محدد، قادر على التوجه نحو الماضي كما نحو المستقبل. وبين هذين النقيضين، ينساب وجود ممل يمكن التنبؤ به، مثل شروق شمس الغد. يمنحنا فصل هذه المقاييس إلى أبعادها المستقلة ثلاثة مسارات نسلكها، كل منها يسير في اتجاهه الخاص وبزاوية قائمة بالنسبة للآخرين. قد يصبح ربط الأبعاد الثلاثة بطريقة قد تفسر كل شيء ممكنًا، عبر إدراج الجداول الزمنية في إطار رياضي يحافظ على مبدأ السببية، بدءًا من كيفية ظهور الجسيمات الأساسية في الحقول الكمية، مرورًا بعدم قدرتنا على اختبار غرائب العالم الكمي، وصولًا إلى حدود الكون المتوسعة. «هذه الأبعاد الثلاثة للزمن هي النسيج الأساسي لكل شيء، مثل القماش الذي نستخدمه في الرسم. الفضاء لا يزال موجودًا بأبعاده الثلاثة، لكنه أشبه بالطلاء على القماش، وليس بالقماش نفسه». على نحو بالغ الأهمية، يعيد هذا الإطار تكوين الكتل المعروفة لعدد من الجسيمات، مثل الكواركات العلوية والميوونات والإلكترونات، ويقدّم أيضًا تنبؤات للكتل غير المعروفة للنيوترينوات، وكذلك للتأثيرات الطفيفة على سرعات موجات الجاذبية. هذا يعني أن النظرية قد تحظى بدعم من تجارب مستقبلية، وقد تُسهم في اعتماد نهج موحد في علم الفيزياء ككل. «قد يتطلب طريق التوحيد إعادة النظر جذريًا في طبيعة الواقع الفيزيائي ذاته».&nbsp;

دراسة غريبة تُشير إلى أن الزمن ثلاثي الأبعاد قد يحل أعظم مشكلة فيزيائية

phpuFFahZ

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">كيف نعرف بالضبط ما يحدث على المستوى الجزيئي في أثناء العمليات فائقة السرعة؟</h1> &nbsp;في لمح البصر، يظهر مركب كيميائي في اللهب ثم يليه آخر، قبل أن يتبددا ويظهر غيرهما. يتيح تحديد الجزيئات الموجودة في هذه اللحظات العابرة للعلماء فهمًا أعمق للآليات الكيميائية الدقيقة التي تحكم سير العملية. لكن، تعجز الأساليب التقليدية لقياس أحجام الجزيئات عن رصد العمليات السريعة والعابرة بهذا الشكل. أما المجهر الضوئي الكلاسيكي فلا يفتقر الى السرعة فحسب بل يعجز أيضًا عن تمييز البنية المكانية للجزيئات، التي لا يتجاوز حجمها عادة بضعة نانومترات، أي أجزاء من مليار من المتر. في خطوة جديدة، طوّر فريق بحثي من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا بقيادة ليهونغ وانغ، أستاذ الهندسة الطبية والهندسة الكهربائية، أداة جديدة تُعرف باسم «التصوير المضغوط فائق السرعة لتباين الاستقطاب المستوي ثنائي البعد فائق السرعة–CUP2AI» تتيح هذه الأداة تتبع الأحداث الديناميكية فائقة السرعة، ما يفتح آفاقًا واسعة ليس فقط في أبحاث الاحتراق، بل أيضًا في مجالات واعدة مثل تصميم الأدوية وتكوين الجسيمات النانوية. قدم وانغ وزملاؤه في ورقة بحثية تقنية CUP2AI، ووصفوا نجاحها في تصوير المواد الكيميائية المسرطنة داخل اللهب، وكذلك تصوير مادة فلورية شائعة تُستخدم في التطبيقات الطبية الحيوية في أثناء وجودها في الماء. يقول وانغ، العضو التنفيذي للهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتقنية: «عندما يكون الحدث سريعًا، ترغب في مشاهدته بأكمله ديناميكيًّا. تريد فهم العملية الفيزيائية في الزمان والمكان معًا، وهذا بالضبط ما تتيحه لنا تقنية التصوير فائقة السرعة الجديدة». يقول بنغ وانغ، الباحث السابق ما بعد الدكتوراه في مجموعة ليهونغ وانغ والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، بالاشتراك مع يوجيشوار ناث ميشرا من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومختبر الدفع النفاث (JPL) والمعهد الهندي للتكنولوجيا في جودبور، وفلوريان ج. باور من جامعة فريدريش-ألكسندر في إرلنغن-نورنبيرغ في ألمانيا: «لنأخذ احتراق اللهب مثلًا، يحتاج العلماء إلى دراسة ألسنة اللهب باستخدام انواع مختلفة من الوقود، لفهم العمليات الجارية تمامًا، ما يعني أن التفاعلات الكيميائية ستحدث بطرق مختلفة، ما يغير من ظروف التفاعل، إذ ستُنتِج كل حالة مجموعة فريدة من الجزيئات، وسيمكّننا معرفة حجمها من فهم كيفية حدوث هذه التفاعلات لمختلف أنواع الوقود وفي ظروف متباينة. سنحتاج إلى فهم هذه التفاعلات الكيميائية نظرًا إلى استخدام الاحتراق في السيارات والطائرات وحتى الصواريخ، عندها يمكننا تطوير محركات احتراق أكفأ، وأيضًا المساهمة في تقليل الملوثات الناتجة من عملية الاحتراق». تعتمد تقنية CUP2AI على الأبحاث السابقة في مختبر وانغ، التي أدت إلى ابتكار أسرع كاميرا في العالم، إضافةً إلى تطوير سلسلة من تقنيات التصوير فائق السرعة، وذلك بابتكار تقنية تُعرف باسم التصوير الفائق السرعة المضغوط (CUP). تعتمد التقنية الجديدة على خاصية استقطاب الضوء، التي تُعد من الخصائص الأساسية للضوء إلى جانب الطول الموجي والشدة. يمثل الاستقطاب اتجاه المكون الكهربائي لموجة الضوء بالنسبة لاتجاه انتشارها العام. تبين أيضًا أن استقطاب الضوء الفلوري مرتبط باتجاه الجزيء الذي ينبعث منه. لفهم ذلك، يجب أن نأخذ في الحسبان أن الجزيئات تكون في حركة مستمرة. من بين أشكال حركتها، الحركة الانتقالية، التي تعني انتقال الجزيء من موقع إلى آخر، أما الشكل الثاني فهو الحركة الدورانية، التي تتمثل في دوران الجزيء حول محور واحد أو أكثر من المحاور الثلاثة. يقول بينغ وانغ: «تتوقف خصائص هذا النوع الثاني من الحركة على حجم الجزيء، فكلما زاد حجم الجزيء، ازدادت صعوبة دورانه، أما الجزيئات الأصغر فهي أسهل في الدوران ومن ثم تدور بسرعة أكبر». تنتقل إلكترونات الجزيء إلى حالة طاقة عليا عندما يتفاعل شعاع الليزر مع جزيء ما، وعندما تعود الإلكترونات إلى وضع الراحة، إذ تكون في حالة طاقية أقل، تطلق فوتونات، مسببة انبعاثًا فلوريًّا يتلاشى تدريجيًّا على مدى فترة زمنية معينة. بالنسبة إلى الجزيئات التي يثيرها ليزر مستقطب خطيًا، فإن الضوء الفلوري المنبعث منها سيحمل درجة معينة من الاستقطاب، لكن هذا الاستقطاب يتغير بسرعة فائقة على فترات زمنية تُقاس بمليارات أو تريليونات من الثانية، وهذا ما تقيسه تقنية CUP2AI. تحديدًا، تأخذ تقنية CUP2AI قياسين مختلفين للاستقطاب: أحدهما موازٍ لاتجاه استقطاب شعاع الليزر، والآخر عمودي عليه. بدايةً، يأتي معظم الضوء الفلوري من الاستقطاب الموازي، لكن بمرور الوقت تزيد الحركة الدورانية من مقدار الاستقطاب في الاتجاه العمودي، ما يقلل الفارق بينهما، أو ما يُعرف بالاتزان الاستقطابي. تعتمد سرعة تغير عدم الاتزان على حجم الجزيء. «كلما كان الجزيء أكبر، تباطأ تلاشي هذا الفرق، ما يتيح لنا تحديد حجم الجزيء، أما الطرق الأخرى التي استُخدمت لقياس حجم الجزيئات في بيئات ديناميكية فاقتصرت على تحديد الحجم عند نقطة واحدة أو على حساب متوسط الحجم لكامل العينة، أداتنا هي الأولى التي تستطيع رسم خريطة ثنائية الأبعاد للفلورة في لقطة واحدة». يشير ليهونغ وانغ إلى أن العلاقة بين حجم الجزيء وتلاشي عدم الاتزان الاستقطابي مبنية على معادلة وضعها في الأصل العلماء ألبرت أينشتاين، جورج ستوكس، وبيتر ديباي. يقول: «حين نمزج بين مبادئ الفيزياء الكلاسيكية والتقنيات الحديثة لتطبيقها على قضية معاصرة جدًّا، وهي كفاءة الاحتراق المرتبطة بالطاقة. هذا الأمر يثير حماسي بشدة».&nbsp;&nbsp;

كيف نعرف بالضبط ما يحدث على المستوى الجزيئي في أثناء العمليات فائقة السرعة؟

phpvyTDDD

<h1 class="ql-align-center ql-direction-rtl">تلسكوب جيمس ويب الفضائي يستخدم علم الآثار الكوني للكشف عن تاريخ مجرتنا</h1> &nbsp;اتخذ الفلكيون دور علماء الآثار الكونية، مستخدمين تلسكوب جيمس ويب الفضائي للتنقيب عن أكثر من 100 مجرة قرصية يعود تاريخها إلى 11 مليار سنة مضت. كما تكشف القطع الأثرية المكتشفة على الأرض قصة الجنس البشري، قد تكشف هذه المجرات قصة مجرتنا درب التبانة. كان الهدف من هذا البحث معرفة سبب تكون المجرات، مثل مجرة درب التبانة، من أقراص سميكة من النجوم يتخللها أقراص نجمية رقيقة. إذ يتميز كل من هذه الأقراص بتركيب نجمي خاص وحركة مميزة. أراد الفريق القائم على البحث فهم الكيفية والسبب وراء تشكل هذا الهيكل ثنائي القرص، فلجؤوا إلى رصد 111 مجرة قرصية تُرى من منظورنا على الأرض بحافة مائلة. وتمثل هذه الدراسة المرة الأولى التي يتمكن فيها الفلكيون من دراسة البنى القرصية السميكة والرفيعة في المجرات التي وُجدت خلال المراحل المبكرة من عمر الكون، أي بعد نحو 2.8 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم. قال تاكافومي تسوكوي، قائد الفريق البحثي من الجامعة الوطنية الأسترالية: «يمثل هذا القياس الفريد لسمك الأقراص عند الانزياح الأحمر العالي –أي في المراحل المبكرة من عمر الكون– مرجعًا للدراسات النظرية، ولم يكن من الممكن تحقيقه إلا باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي». «عادةً ما تكون النجوم القديمة في القرص السميك خافتة، في حين تفوق النجوم الشابة في القرص الرقيق ضياء المجرة بأكملها، لكن بفضل دقة جيمس ويب وقدرته الفريدة على اختراق الغبار ورصد النجوم الخافتة القديمة، استطاع الفريق التعرف على البنية ثنائية الأقراص وقياس سمك كل قرص بمفرده». كانت الخطوة الأولى للفريق تقسيم العينة المكونة من 111 مجرة إلى فئتين: مجرات ذات قرصين ومجرات ذات قرص واحد. أظهر هذا التصنيف أن المجرات تبدأ أولًا بتشكيل قرصها النجمي السميك، في حين يتكون القرص الرقيق في مرحلة لاحقة. يرى الفريق أن توقيت هذه العمليات في تكون الأقراص يعتمد على كتلة المجرة، فالمجرات عالية الكتلة، التي بدأت أقراصًا مفردة، تحولت إلى بنية ثنائية الأقراص بتشكل قرص رقيق مدمج منذ نحو 8 مليارات سنة في كون يبلغ عمره نحو 14 مليار سنة. أما المجرات ذات الكتلة المنخفضة، فلم تخضع لهذا التحول إلا عندما بلغ عمرها نحو 4 مليارات سنة. قالت إميلي ويسنيوسكي، عضو الفريق البحثي من الجامعة الوطنية الأسترالية: «للمرة الأولى يمكن رصد الأقراص النجمية الرقيقة عند الانزياح الأحمر العالي. والجديد هو تحديد متى بدأت هذه الأقراص بالظهور. كان من المفاجئ رؤية الأقراص الرقيقة موجودة بالفعل قبل 8 مليارات سنة، أو حتى قبل ذلك». شرع الفريق في تحديد سبب هذه التحولات لدى الأنواع المختلفة من المجرات. ولتحقيق ذلك، توسع الباحثون ليشملوا دراسة تدفق الغاز حول هذه المجرات، متجاوزين العينة المكونة من 111 مجرة. استخدموا بيانات حركة الغاز المستمدة من مرصد أتاكاما المليمتري الكبير، وهي مجموعة مكونة من 66 هوائيًا في شمال تشيلي تعمل معًا تلسكوبًا واحدًا، إضافةً إلى بيانات من مراصد أرضية أخرى. أظهرت النتائج أن الغاز المضطرب في الكون المبكر يحفز فترات من تكون النجوم بكثافة داخل المجرات، مولدًا بذلك الأقراص النجمية السميكة لتلك المجرات. ومع تكون هذه نجوم، يستقر الغاز تدريجيًا ويقل اضطرابه، ممهدًا لتكون القرص النجمي الرقيق المدمج. تستغرق هذه العملية وقتًا مختلفًا في المجرات عالية الكتلة مقارنةً بالمجرات منخفضة الكتلة، لأن الأولى تحول الغاز إلى نجوم بكفاءة أكبر. ما يعني أن الغاز ينفد بسرعة أكبر في المجرات ذات الكتلة العالية، ما يسمح بتكون أقراصها النجمية الرقيقة أسرع.ترتبط هذه النتائج أيضًا بمجرة درب التبانة، إذ يتطابق توقيت هذه التحولات مع الفترة التي يُعتقد أنها شهدت تكون أقراصها النجمية الرقيقة. عمومًا، تُظهر الدراسة قدرة تليسكوب جيمس ويب على النظر في الماضي لرصد مجرات تتوافق مع تطور مجرتنا، ما يجعلها نماذج مرجعية قد تروي قصة نشأة مجرة درب التبانة. تتضمن الخطوة التالية إضافة المزيد من البيانات للتحقق من استمرار العلاقات التي لاحظها الفريق. «لا يزال هناك الكثير مما نود استكشافه. نرغب في إضافة نوع المعلومات التي يحصل عليها العلماء عادةً للمجرات القريبة، مثل حركة النجوم، أعمارها، والوفرة المعدنية. من ثم يمكننا ربط النتائج المستخلصة من المجرات القريبة والبعيدة، وصقل فهمنا لكيفية تكون الأقراص».&nbsp;

ريم الجردي

الأعمال

كم يبلغ طول اليوم على زحل؟ حلقات الكوكب تحمل الإجابة!

دراسة غريبة تُشير إلى أن الزمن ثلاثي الأبعاد قد يحل أعظم مشكلة فيزيائية

كيف نعرف بالضبط ما يحدث على المستوى الجزيئي في أثناء العمليات فائقة السرعة؟

تلسكوب جيمس ويب الفضائي يستخدم علم الآثار الكوني للكشف عن تاريخ مجرتنا