نوسان در ریزموج فضا زمان
به دنبال آشکارسازی امواج گرانشی٬ یک گروه بین المللی به تازگی روش جدیدی بر اساس ذره‌ی به دام افتاده در کاواک٬ برای آشکارسازی این امواج پیشنهاد داده است. البته در این روش محدوده‌ی فرکانس خاصی قابل آشکارسازی است.
شواهد زیادی مبنی بر اینکه جرم‌های متحرک باید امواج گرانشی منتشر کنند وجود دارد. با وجود نشانه‌ی مهمی که به شکل غیر‌مستقیم برای امواج گرانشی وجود دارد٬ اما هنوز آشکارسازی مستقیمی برای این امواج در دست نیست. در حال حاضر٬ یک تیم بزرگ بین المللی٬ با استفاده از اثر تداخلی یک لیزر با حساسیت بالا٬ به دنبال این امواج گرانشی هستند. این گروه به اندازه‌گیری‌های دقیقی برای کاهش پارازیت و ارتقا‌ی حساسیت نیاز دارد. با این همه٬ این آشکار‌ساز‌ها برای امواج با فرکانس‌های کمتر از 10 کیلو هرتز تنظیم می‌شوند٬ در نتیجه این پتانسیل را دارند تا رخداد های مهم را آشکار سازی نکنند. در مقاله‌ایی در نشریه Physical Review Letters آسیمینا آروانیتاکی (Asimina Arvanitaki) در دانشگاه استنفورد٬ کالیفرنیا و آندرو گراچی (Andrew Geraci) در دانشگاه نوادا در رنو٬ میکروذرات به تله افتاده در کاواک اپتیکی را به عنوان نوع جدیدی از آشکار‌ساز فرکانس بالای موج گرانشی پیشنهاد دادند.
نویسندگان این مقاله٬ به طور نظری٬ امکان استفاده از یک کره کوچک یا دیسک معلق شده با نیروهای تابشی را به عنوان وسیله‌ای برای آشکارسازی امواج گرانشی در نظر گرفتند. طبق پیشنهاد آنها٬ این ذره‌ی کوچک در امواج ایستای تولید شده توسط یک کاواک اپتیکی به تله می‌افتد و حرکت آن با استفاده از سرمایش لیزری به کمترین مقدار خود می‌رسد. با عبور امواج گرانشی از محل این ذره٬ ریز موج کوچکی در فضا-زمان تولید می‌شود. این ریز موج فاصله‌ی آینه را تغییر می‌دهد٬ که به موجب آن محل ذره‌ی به دام افتاده٬ جابه‌جا می‌شود. مکان تغییر داده شده‌ی ذره با استفاده از بازتاب نور از کاواک٬ آشکارسازی می‌شود. برای یک ذره 75 میکرونی در کاواکی به طول 100 متر٬ آروانیتاکی و گراچی تخمین زدند که آنها می‌توانند از حساسیت رصدخانه‌ی بزرگتر موج گرانشی٬ برای فرکانس حدود 100 کیلوهرتز٬ فراتر روند.آنها در مقاله‌ی خود صادقانه به این موضوع اعتراف کردند که انتظار می‌رود منابع کمی از امواج گرانشی در این فرکانس وجود داشته باشند. اما آروانیتاکی و گراچی یک امکان کم نظیر را برای این منابع در نظر گرفتند. از لحاظ نظری پیش‌بینی شده است که ذراتی که آکسون (axions) نام دارند٬ احتمال دارد ابری در اطراف سیاه‌چاله تشکیل دهند و این ذرات به نوبه خود ممکن است که با گسیل گراویتون نابود شوند. این پدیده باعث به وجود آمدن امواج گرانشی٬ درست در فرکانسی که میکروکره معلق می‌تواند آشکار سازی کند٬ می‌شود.
منبع:انجمن فیزیک ایران
بادهای خورشیدی گرم و سرد
یون‌های
تشکیل‌دهنده بادهای خورشیدی، دمای یکسانی ندارند و ناهمسانگردی شدیدی در
دمای یونی مشاهده می شود. مدلی با معرفی امواج سیکلوترون یون، که نوعی از
امواج پلاسمایی هستند، علت این پدیده را توضیح می‌دهد. این مدل بر اساس
سرعت یون‌ها و بر همکنش‌شان با امواج سیکلوترون یون است.
یکی از بزرگترین معماها در مورد بادهای خورشیدی این است که چرا یون‌های مشخصی در این باد، گرم‌تر از سایر یون‌ها هستند. برای مثال، به طور متوسط ، دمای یون‌های هلیوم 5 برابر دمای یون‌های هیدروژن است. جاستین کاسپر (Justin Kasper) و همکارانش از مرکز اسمیت سونیان- هاروارد، ماساچوسوست، در مجله Physical Review Letter مدلی را ارائه کرده اند که اثبات می‌کند امواج پلاسمایی مشخصی، به نام امواج سیکلوترون یون، یون‌های سنگین‌تر که با سرعت کمتر از سرعت آستانه حرکت می‌کنند را بیشتر حرارت می‌دهد.
بادهای خورشیدی از الکترون‌ها، پروتون‌ها (یون‌های هیدروژن)، و مقدار کمی از یون‌های سنگین تشکیل شده‌اند. این پلاسما به شدت رقیق است، به طوری که تقریبا 40 یون در هر قاشق چای خوری در فاصله مداری زمین از خورشید وجود دارد، ولی با این وجود، آن طور که از توزیع سرعت پروتون نتیجه می‌شود، دمای این باد بالای 100000 کلوین است. علت این دمای بالا هنوز ناشناخته است، اما نوعی از امواج مختلف پلاسمایی، که افت و خیزهایی در توزیع ذرات باردار هستند، یکی از مناسب‌ترین کاندیدها برای علت این پدیده است. امواج سیکلوترون یون، امواج پلاسمایی هستند که متناظر با افت و خیزهایی در حرکت دایره‌ای یون‌ها به دور یک میدان مغناطیسی می‌باشند. مدل ارائه شده توسط کاسپر توضیح می‌دهد که چگونه این امواج می‌توانند باد خورشیدی را حرارت دهند و در عین حال اثبات می‌کند که چگونه نوع مشخصی از اتم‌ها، می‌توانند دمای بیشتری داشته باشند. مدل آنها بر این اساس است که گرمای منتقل شده از امواج سیکلوترون به یون ها، زمانی بیش ترین شدت را دارد که یک یون بتواند حداکثر بر هم کنش را با امواجی که نسبت به باد، هم به جلو و هم به عقب حرکت می‌کنند را داشته باشد. این موضوع باعث می‌شود که یون‌های هیدروژن و یون‌هایی که با سرعت بالایی حرکت می‌کنند به خارج رانده شوند. پیش‌بینی های این نظریه برای دماهای یونی و ناهمسانگردی‌های دمایی (یون‌های گرم‌تر عمود بر میدان‌مغناطیسی حرکت می کنند) با مجموعه داده هایی که طی 17 سال از سفینه فضایی Wind بدست آمده، تطابق دارد.
منبع:انجمن فیزیک ایران
تعیین ارتفاع ابر ها با استفاده از الکتریسته ی جو
دانشمندان برای چندین دهه بر روی این موضوع بحث کرده‌اند که آیا ارتباطی میان پرتوهای کیهانی و پوشش ابری که به نوبه خود موجب بروز تغییراتی در آب‌وهوا می‌شود وجود دارد یا نه؟ اکنون دو فیزیک‌دان جو‌شناس در انگلستان بر اساس یافته‌های خود به این نتیجه رسیده‌اند که الکتریسیته‌ی جو سراسری، ارتفاع پایه‌ی انواع معینی از ابرها را تحت تاثیر قرار می‌دهد؛ این الکتریسیته توسط پرتوهای کیهانی٬ آب‌وهوای فضا و ال‌نینیو (El Niño) تغییر می‌یابد.گیلز هریسون (Giles Harrison) که به همراه مارتن آمبائوم (Maarten Ambaum) این مطالعه‌ی اخیر را در دانشگاه Reading انجام داده‌اند توضیح می‌دهند:«جریان‌های الکتریکی٬ به دلیل وجود مدار الکتریکی سراسری٬ به شکل پیوسته در اغلب نقاط جو جاری می‌شوند که این جریان‌ها بعضی مواقع از میان ابرها عبور می‌کنند.»
تاریکی قطبی
با این تصور٬ این دو دانشمند نوع معروفی از ابرها را موسوم به «ابرهای لایه‌ای» در طول تاریکی قطبی مورد تحقیق قرار دادند؛ تاریکی قطبی به زمانی گفته می‌شود که بسیاری از اثرات دیگری که در این پدیده دخالت دارند یا کاهش می‌یابند و یا حضور نداشته باشند. بر اساس اندازه‌گیری‌هایی که توسط یک ارتفاع‌سنج ابری (ceilometer) لیزری در سودانکایلو (Sodankylä) در فنلاند و هالی در قطب‌جنوب انجام شده٬ به ازای یک درصد افزایش چگالی جریان الکتریکیِ هوای بدون ابر٬ ارتفاع پایه‌ای ابری٬ به طور متوسط چهارمتر افزایش می‌یابد: این یعنی جابجائی‌هایی حداکثر تا ۲۰۰ متر در روز نیز ممکن است.
الکتریسیته‌ی جو سراسری از یک چرخه روزانه برخوردار است که به کمینه مقدار خود حدود ساعت ۳:۰۰ و به اوج خود در حدود ساعت ۱۹:۰۰ به وقت گرینویچ - زمانی‌که نقاط حساس رعدوبرق همانند آفریقا و آمریکای شمالی٬ در فعالیت بالایی قرار دارند- می‌رسد. این فعالیت چرخشی در اوایل قرن بیستم بر روی بُرد یک کشتی که توسط موسسه‌ی کارنیگ (Carnegie) واشنگتن راه‌اندازی شده بود٬ کشف شد. این تغییرات به منحنی کارنیگ معروف است و یا همان طور که هاریسون به شکل شاعرانه‌ای بیان کرده:«ضربان قلب الکتریکیِ بنیادینِ زمین» است.
هاریسون و آمبائوم دریافتند که ارتفاع پایه‌ای ابرهای لایه‌ای که آنها به دنبال آن بودند٬ چرخه‌ی مشابه منحنیِ کارنیگ را طی می‌کند. آنها معتقدند که این اثر ممکن است ناشی از بارگذاری ریزذرات در پایه‌ی ابری باشند که آنها را تشویق می‌کند تا این دو را به هم ارتباط بدهند.
رعدوبرق و آب‌وهوای فضا
به گفته ی هاریسون:«استنباطی که وجود دارد این است که عواملی همچون رعدوبرق٬ پرتوهای کیهانی و دماهای اقیانوس آرام٬ که شارش جریان‌های جو را تحت تاثیر قرار می‌دهند٬ اثرات دوری بر روی خواص ریزقطرات در ارتفاع ابرها داشته باشند.» «موضوع قابل‌توجه و ویژه‌ی دیگری که وجود دارد این است که تغییرات آب‌وهوای فضایی بتواند باعث تغییر آب وهوا در جو پائین‌تر شود.»
به بیان هاریسون٬ همان‌طور که در مورد تغییراتی که سریعاً رخ می‌دهند دیده شده است٬ این نتایج هیچ‌چیزی را دررابطه با اثرات بلندمدت بدست نمی‌دهد. به گمان او اثبات اینکه این جریان‌های الکتریکی ابرها را تحت تاثیر قرار می‌دهد٬ چشم‌انداز دیگری را بر روی فرآیندهای جفت‌شده در داخل جو می‌گشاید.
آمبائوم می‌افزاید:«تحقق این امر که ضربان قلب الکتریکی سیاره زمین در تشکیل ابرهای لایه‌ای نقش بازی می‌کند نشان‌دهنده‌ی آن است که مدل‌های موجود در مورد ابرها و آب‌وهوا هنوز از چنان مولفه‌های پتانسیل‌دار مهمی برخوردار نیست.» «درک چنان عناصر مهمی برای بهبود دقت پیش‌بینی های آب‌وهوای‌مان و پیش‌گویی تغییرات اقلیمی حیاتی است.»
به دام انداختن و انعکاس انرژی
ابرهای لایه‌ای در حدود ۴۰ درصد از زمین را می‌پوشانند، گرما را در شب به دام انداخته اما در طول روز باعث انعکاس تابش خورشیدی می‌شوند. برخلاف ابرهای صاعقه‌دار چنین ابرهایی قادر به ایجاد برق‌رسانیِ قوی از درون خود نیستند.
به بیان هاریسون٬ تعیین اندازه‌ی اثرات ناشی از تغییرات جریان مدار سراسری همچنان باقی می‌ماند. «برای دست یافتن به اندازه‌گیری‌های بالن-هوای بهبود یافته از ریزقطرات ابر و برق‌رسانیِ آنها طرح و برنامه‌ریزی می‌کنیم تا به این وسیله جزئیات فرآیندهای ریزقطرات موردنظر و اثرات آنها بر روی دماهای سطحی یا بارش باران را شرح دهیم.»
کار پیش‌بینی که هاریسون انجام داده بود روش‌های آزمایشگاهی جدیدی را با استفاده از بالن‌های هوا برای آشکارسازی چگونگی باردار شدن ریزقطرات نزدیک لبه‌های بالایی و پائینی ابرهای لایه‌ای- بعنوان نتیجه‌ای از جریان‌های شارش یافته در جو- توسعه داده بود. به گفته‌ی وی:«با استفاده از این تکنیک‌ها به شکل نظری نشان داده بودیم که چگونه بارهای ایجاد شده رفتار ریزقطرات ابر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. اثبات ضربان‌قلب الکتریکی زمین در ابرهای قطبی٬ گام جلوتری در نشان دادن این بود که آیا ریزقطرات واقعاً با گردش این جریان‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرند یا نه.»
این تحقیق در Environmental Research Letters توصیف شده و می‌توانید ویدیوی مربوط به آن را اینجا ببینید.
درباره‌ی نویسنده:
لیز کالافر (Liz Kalaugher) ویراستار environmentalresearchweb است.
منبع:انجمن فیزیک ایران
بال حشره باکتری ها را قطعه قطعه می کند!
بال رگه‌دار جیرجیرک صحرایی، منحصرا به خاطر ساختار فیزیکی‌اش باکتری‌ها را می‌کشد – یکی از اولین سطوح طبیعت که چنین می‌کند. گروهی بین‌المللی از زیست‌فیزیکدانان اکنون به مدلی دست یافته‌اند که توضیح می‌دهد این سازوکار دفاعی در مقیاس نانو چطور کار می‌کند. نتایج در آخرین شماره بیولوژیکال جورنال به چاپ رسیده است.
جیرجیرک صحرایی (Psaltoda claripennis) یک حشره شبیه ملخ است که بال او با آرایه شش‌گوشه از نانوستون‌ها (تیرهای تیزشده‌ای که هم‌اندازه باکتری هستند) پوشیده است. وقتی یک باکتری روی سطح بال می‌نشیند، غشای سلولی آن به سطح نانوستون‌ها می‌چسبد و به درون شکاف‌ها می‌رود که دارای بیشترین کشش است. اگر غشا به اندازه کافی نرم باشد، پاره می‌شود.
نویسنده اصلی مطالعه، النا ایوانوا (Elena Ivanova) از دانشگاه فناوری سوییبرن استرالیا می‌گوید متعجب است که سلول‌های باکتریایی در واقع توسط نانوستون‌ها سوراخ نمی‌شوند. اثر پارگی بیشتر شبیه «کشیدن یک صفحه کشسان مانند دستکش لاتکس»است. اگر یک تکه لاتکس را در دو دستتان بگیرید و به آرامی بکشید، مرکز آن نازک‌تر می‌شود و شروع به پاره‌شدن می‌کند.
ایوانوا و گروهش برای آزمون این مدل، به باکتری میکروویو تاباند تا سلول‌هایی تولید کند که غشا آنها سطح سختی متفاوتی داشته باشند. فرضیه آنها این بود که هرچه باکتری صلب‌تر باشد، با احتمال کمتری بین نانوستون‌ها پاره می‌شود. نتایج مدل را تاکید کردند و البته مشخص کردند که دفاع نانوستون جیرجیرک محدود به باکتری‌هایی است که غشای به اندازه کافی نرمی دارند.
قبل از این که بتوانیم ویژگی‌های دفاع فیزیکی را در مواد انسان‌ساز تقلید کنیم، نیاز به مطالعه بیشتر بال جیرجیرک وجود دارد. آن-ماری کیتزیگ (Anne-Marie Kietzig) مهندس شیمی در دانشگاه مک‌گیل در مونترال، کانادا که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید مواد مبتنی بر این مدل روزی می‌توانند در سطوح عمومی به کار روند که معمولا میزبان بیماری‌ها هستند، مانند میله‌های اتوبوس. او می‌گوید: «این کار یک سطح منفعل برای کشتن باکتری‌ها فراهم می‌آورد» و می‌افزاید: «نیازی به عوامل فعال مانند پاک‌کننده‌ها ندارد که اغلب به لحاظ زیست‌محیطی خطرناکند.»
منبع:انجمن فیزیک ایران