خبر
رنگهای آسمان
- خبر
- نمایش از دوشنبه, 12 تیر 1391 09:40
- بازدید: 3092
برگرفته از روزنامه اطلاعات
رنگهایی که در آسمان میبینیم درسهایی در زمینه اپتیک است. چرا آسمان صاف در هنگام روز اغلب آبی، ولی در نزدیکی افق سفید است؟ چرا خورشید در حال غروب سرخ و آسمان درست در بالای آن همچون پردهای رنگارنگ است؟ چرا در شامگاه سایهای منحنی با حاشیهای سرخ در آسمان شرق پدیدار میشود؟ چرا گاهی اندکی پس از غروب خورشید لکهای ارغوانی در آسمان مغرب نمایان، سپس ناپدید میشود؟ این پرسشها ما را به بررسی چه چیزی فرا میخوانند. بسیاری از طرحوارههای مشهور در آسمان صاف بیشتر شامل انتشار نور خورشید از مواد موجود در هوا است. مانند غبار، افشانهها، بلورهای یخ و قطرکها و طرحوارههای دیگر مبتنی بر جذب انتهای سرخ طیف مریی به وسیله آب و اوزون در جو. هر گاه یک مه دود مصنوعی به وسیله یک باریکه نور سفید روشن شود و از زاویه معین مورد ملاحظه قرار گیرد، مانند رنگ آسمان بسیار صاف دیده میشود.
پدیده انتشار
انتشار نور و تفکیک رنگها مربوط به خود مولکولهای هوا است، حتی در غیاب ذرات خارجی هم آسمانی آبی خواهیم داشت. طول موج نور از آبی به سبز، زرد و سرخ افزایش مییابد و طول موج مربوط به نور قرمز حدود 68/1 برابر طول موج نور آبی است. هر یک از اجزای نور خورشید در همه جهتها از مولکول منتشر میشود، ولی شدت آن همسان نیست. درخشانترین انتشار در جهت روبرو (مانند این که نور یک راست از مولکول میگذرد) و رو به پشت (به سوی خورشید) است.
به نظر نیوتن رنگهای ظاهری اجسام طبیعی بستگی به این دارد که از آنها چه رنگی شدیدتر منعکس یا بسوی بیننده پراکنده میشود. به طور کلی، شیوه سادهای وجود ندارد که براساس ساختار سطح ترکیب شیمیایی و مانند آنها پیشبینی کنیم که آن ماده چه رنگهایی را منعکس یا پراکنده میکند. با این همه، علت آبی بودن رنگ آسمان را با استدلال سادهای میتوان توضیح داد.
همانطور که «تامس یانگ» با آزمایش نشان داد، طول موجهای گوناگون نور رنگهای متفاوت دارند، طول موج نور را با واحد نانومتر یا با واحد آنگستروم میسنجند. دامنه طیف قابل مشاهده برای آدمی 400 nm، برای نور بنفش تا حدود 700 nm برای نور قرمز است. مانعهای کوچک میتوانند انرژی یک موج فرودی را در همه جهتها پراکنده کنند و مقدار پراکندگی بستگی به طول موج دارد. به عنوان یک قاعده کلی، هر چه طول موج در مقایسه با اندازه مانع بزرگتر باشد، موج به وسیله مانع کمتر پراکنده میشود. برای ذراتی کوچکتر از یک طول موج، مقدار پراکندگی نور با عکس توان چهارم طول موج تغییر میکند. مثلاً، طول موج نور قرمز حدود دو برابر طول موج نور آبی است. بنابراین پراکندگی نور قرمز حدود یک شانزدهم پراکندگی نور آبی است.
نوری که نسبت به مسیر اولیه خورشید در زاویه قائم منتشر شود، فقط نیمی از درخشندگی را خواهد داشت. همه رنگها به این شیوه منتشر میشوند. ولی شدت انتشار هر یک از این رنگها در هر جهتی متفاوت است. شدت با عکس توان چهارم طول موج متناسب است. از این رو نور موج کوتاه (مانند آبی) خیلی شدیدتر از نور سرخ منتشر میشود که طول موج بلندتری دارد. از آنجا که نسبت طول موج آنها 68/1 است، نسبت انتشار نور آبی 8 برابر درخشانتر از نور سرخ است.
آسمان آبی
اکنون میتوانید بفهمید که چرا رنگ آسمان آبی است. نور خورشید به وسیله مولکولها و ذرات
گرد و غبار موجود در آسمان که معمولاً در مقایسه با طول موجهای نور مریی بسیار کوچک هستند، پراکنده میشود. به این ترتیب، نور طول موجهای کوتاه (نور آبی) بسیار شدیدتر از نور طول موجهای بلندتر به وسیله این ذرات پراکنده میشوند. وقتی که به آسمان صاف نگاه میکنیم، بیشتر این نور پراکنده شده است که به چشم ما میرسد. دامنه طول موجهای کوتاه پراکنده شده و حساسیت چشم آدمی به رنگ، منجر به احساس رنگ آبی میشود.
کوتاهترین طول موجهای طیف مریی بیشتر مطابق بنفش است تا آبی، پس چرا آسمان به جای آن که بنفش باشد آبی است؟ نور خورشید اولیه در رنگ بنفش تا حدی ضعیفتر از آبی است و بنفش کمتر از آبی به ما میرسد. دلیل مهمتر این که چشم انسان نسبت به بنفش کمتر از آبی حساس است. این که مردم آبی بودن آسمان را به وجود بخار آب در جو نسبت بدهند، شاید به این دلیل باشد که اغلب تودههای آب آبی رنگ است.
از دلایل آبی بودن دریا این است که وقتی نور سفید چند متر از میان آب میگذرد، مولکولهای آب بخشی از انتهای سرخ طیف را جذب میکند و نوری که سرانجام به چشم بیننده منعکس میشود بیشتر آبی شده است. و در آسمان آب کافی برای چنین جذبی وجود ندارد. لایه اوزون نیز نور سرخ را تضعیف میکند، ولی نقش ناچیزی در آبی شدن آسمان دارد. از سوی دیگر، فرض میکنیم که در یک روز مه آلود به آسمان نگاه میکنیم.
در این صورت، نور آبی باریکهای که به چشم ما میرسد به طور کامل پراکنده شده است، در حالی که طول موجهای بلندتر پراکنده نشدهاند. بنابراین، احساس میکنیم که رنگ خورشید متمایل به قرمز شده است. اگر آسمان جوی نداشت، سیاه به نظر میرسید و ستارگان در روز دیده میشدند. در واقع از ارتفاع 16 Km به بالا که در آنجا جو زمین بسیار رقیق میشود، همان طوری که فضانوردان دریافتهاند، آسمان سیاه به نظر میرسد و ستارگان در روز دیده میشوند.
تأثیر شرایط جوی
گاهی هوا دارای ذرات گرد و غبار یا قطرههای آبی به بزرگی طول موج نور مریی است. اگر چنین باشد، رنگهایی جز رنگ آبی ممکن است به شدت پراکنده شوند. مثلاً، کیفیت رنگ آسمان با بخار آب موجود در جو زمین تغییر میکند. روزهایی که هوا صاف و خشک است، آسمان آبیتر از روزهایی است که رطوبت هوا زیاد است. آسمان نیلگون ایتالیا و یونان که قرنها الهام بخش شاعران و نقاشان بوده است، به سبب خشکی استثنایی هوای این سرزمینها است.
مه آبی ـ خاکستری رنگی که گاهی شهرهای بزرگ را میپوشاند بیشتر به سبب ذراتی است که از موتورهای درون سوز (اتومبیلها، کامیونها) و کارخانههای صنعتی منتشر شدهاند. موتور اتومبیل حتی وقتی که در حالت خلاص کار میکند، در هر ثانیه بیشتر از 100 میلیارد ذره منتشر میکند. بیشتر این ذرات نامریی هستند و اندازه آنها در حدود 000001/0 m است.
چنین ذرههایی کالبدی برای تجمع گازها، مایعات و ذرات جامد دیـگر میشوند. این ذرههای بزرگتر سبب پراکندگی نور و تیرگی هوا میشوند. گرانش بر این ذرهها تا وقتی که بر اثر تجمع مواد بیشتر در اطراف آنها خیلی بزرگ نشدهاند چندان تأثیری ندارد. این ذرات اگر بر اثر باران و برف مکرر شسته نشوند ممکن است ماهها در جو زمین بمانند. تأثیر چنین ابرهای غبارآلودی بر آب و هوا و برای سلامتی آدمی بسیار مهم است.
رنگ غروب
وقتی به آسمان روز نگاه میکنید نوری را میبینید که از لایه اوزون اندکی گذشته و جذب به وسیله آن ناچیز بوده است. هنگام غروب وقتی شعاعهای نور از میان لایه اوزون مسیری مورب و طولانیتر دارند تا به ما برسند، جذب به وسیله اوزون اهمیت پیدا میکند، ولی در آن موقع نیز دلیل آبی بودن آسمان ساز و کارهای مربوط به پراکندگی (انتشار ریلی) بوده که در قبل بیان شده است.
همین تأثیرها رنگ کوههای تیره را در یک روز آفتابی توضیح میدهد. اگر کوهها زیاد دور نباشند، تصویرشان آبی رنگ است. چون نور مسلط آبی به وسیله مولکولهای میان شما و کوهها منتشر میشود، کوههای تا حدی دور هم باز آبی است. ولی کوههایی که در فاصله دورتری قرار دارند سفید هستند، درست همانگونه که افق سفید دیده میشود. نور خورشید در حال غروب در واقع نارنجی رنگ است (بین سرخ و زرد)، در حالی که اگر در مسیرشان به سوی ما فقط از میان مولکولهای هوا میگذشت، رنگش سرخ بود. دلیل این که رنگ آن سرخ یک دست نیست، این است که نور نه فقط از میان مولکولها بلکه از میان ذرات ریز و افشانکهای جو هم منتشر میشود.
در هر موقع از روز وقتی در جهت خورشید نگاه کنید، بخشی از نور درخشان آن را دریافت میکنید که از میان همان ذرات ریز و افشانکها منتشر میشود و از این رو آن بخش از آسمان روشنتر از آن است که در غیاب ذرات میتوانست باشد. وقتی خورشید در بالای آسمان است، اطرافش سفید روشن است ولی وقتی پایینتر قرار دارد، هر چه غلظت ذرات بیشتر باشد، اطراف خورشید در حال غروب درخشانتر و محیط آن مشخصتر است.
در جریان غروب آفتاب در هوای صاف، سمت الرأس (آسمان درست در بالای سر) آبیتر از هنگام روز میشود. با توجه به این که افق نزدیک خوشید ممکن است سرخ باشد، این افزایش رنگ آبی عجیب به نظر میرسد. برای این آبی بودن چندین توضیح داده شده که محتملترین آنها مربوط به لایه اوزون است.
وقتی هنگام غروب نور خورشید مسیر اریبتری را از میان لایه طی میکند، جذب انتهای سرخ طیف به وسیله اوزون، موجب تسلط انتهای آبی بر بامه نور (بالاترین بخش نور) میشود. برخلاف انتشار ریلی که بامه در طی مسیر با آن روبرو میشود.
آسمان پس از غروب
درست پس از غروب خورشید، سایه زمین از افق خاور بالا میآید و مرز سایه، سرخ یا ارغوانی است. رنگ آن بستگی به نوری دارد که بر اثر انتشار ریلی در مسیر طولانیاش از لایههای پایین جو سرخ شده است. در نزدیکی جایی که لبه بالایی سایه را میبینید بخشی از نور در معرض انتشار ریلی قرار دارد و به سوی ما میآید. وقتی نور را دریافت میکنید، رنگ سرخ را در لبه بالا مشاهده میکنید. بخش بالایی سایه زیر لبه ممکن است آبی کم رنگ باشد.
به احتمال، بامه آبی ناشی از نور خورشید است که از میان بخش بالایی و کم چگالتر جو میگذرد، از آنجایی که جزء آبی بامه، به اندازهای تضعیف نمیشود که در عبور از بخشهای پایین جو امکان آن وجود دارد، زیرا با مولکولهای هوای بیشتری درگیر بوده است. نزدیک به 10 دقیقه پس از آن که خورشید غروب میکند، گهگاه لکهای ارغوانی بر فراز آن در جایی میان 30 و 75 درجه از سمت الرأس پدید میآید. این لکه که اغلب نور ارغوانی نامیده میشود، به ظاهر ناشی از وجود لایهای از ذرات در ارتفاع 16 تا 20 کیلومتری و در بخش زیرین لایه اوزون است.
این ذرات ممکن است غبار بیابان یا ذرات خاکستر یک فوران آتشفشان یا آتش سوزی بزرگی در جنگل باشد. لکه ارغوانی حاصل نور بسیار سرخ و بسیار آبی است که از ناحیههای مختلف آسمان منتشر میشود. اجزای سرخ از نور خوشید در حاشیه زمین است و از جو زمین میگذرد که انتشار ریلی نور را سرخ میکند. بخشی از این نور از لایه ذرات عبور میکند و به همین خاطر نور خیلی سرخ دریافت میشود. اجزای آبی از نور خورشیدی میرسد که از بخشهای فوقانی جو میتابد و از این رو به آن اندازه سرخ نشده است.
بخشی از نور در معرض انتشار ریلی قرار میگیرد و نور آبی به سوی شما فرستاده میشود. وقتی به مسیر نگاه میکنید، هر دو اجزای نور سرخ و آبی در مسیر خط دید شما حرکت میکنند و ترکیبشان احساس نور ارغوانی را پدید میآورد. دلیل این که بخشهای دیگر آسمان ارغوانی نیست، این است که به جای رنگ سرخ و آبی فقط ترکیبهای متفاوتی از ته رنگها را دریافت میکنیم. وقتی به سوی آنها نگاه میکنیم، ممکن است بسته به زاویه دیدمان اقسام ته رنگها را داشته باشند.
نور ارغوانی دیگر ولی نادر که در حوالی همان بخش نور اولی در آسمان ظاهر میشود اما یک و نیم تا دو ساعت پس از غروب آفتاب اتفاق میافتد. احتمال میرود این نور نیز به وسیله همان لایه ذراتی به وجود میآید که نور ارغوانی اولی پدید آمد. اگر لایه گسترده باشد، بخشی از نور که از لایه زیر افق منتشر میشود ممکن است دوباره از لایه مریی منتشر شود. نور تولید شده به خوبی درخشان است و در آن صورت یک لکه ارغوانی کمرنگ دیده میشود.
نوترینوها اندازهگیری شدند
دانشمندان نجومی مدعی شدهاند که تحقیقات جدید آنها این امکان را فراهم میکند که ستارهشناسان بتوانند به طور دقیق نوترینوها را به عنوان روشنترین ذرات ریزاتمی جهان اندازهگیری کنند.
یک تیم بین المللی پژوهشی پس از بررسیهای بسیار نتایج پژوهشهای خود را منتشر کرده و اظهار داشته است که این پژوهشها میتواند پیشرفتهای قابل توجهی در اندازهگیری نوترینوها ایجاد کند. این پژوهشها که در مجله «بررسی فیزیکی D ارتباط سریع» منتشر شده، نتیجهگیری کرده است که وقتی مسئله اندازه توده نوترینوها مطرح میشود، اندازه گیریهای کهکشانی موثرتر از بررسیهای آزمایشگاهی روی زمین است. نوترینوها ذرات بنیادین ریز اتمی هستند که در جهان معلق هستند و روشنترین تودههای ذرات شناخته شده است که به لحاظ گفته میشود هیچ جرمی ندارند.
دکتر «سینیه ریمر سورنسن» در دانشگاه کوئینزلند به عنوان رئیس این گروه پژوهشی اظهار داشت که پژوهشهای آنها این امکان را برای پژوهشگران ایجاد میکند که تصویری با حساسیت بالا از جرم نوترینوها به دست آورند و این امر به درک تازهای از جهان منتهی خواهد شد.
دکتر ریمر سورنسن اظهار داشت: «این پژوهش راه را برای بررسیهای آینده کهکشانی باز میکند تا شگفتیهای اسرارآمیز جهان را درک کنیم و همچنین در پیشرفتهایی چون مدلهای بهبود یافته از انفجارهای ستارهای و همچنین طراحی تلسکوپهایی که میتواند اجسام بسیار دور را بهتر از تلسکوپهای کلاسیک تشخیص دهد، تغییراتی ایجاد خواهد کرد. اگر چه بررسیهای آزمایشگاهی روی زمین تاکنون توانسته تفاوتهایی را در جرمها میان گونههای مختلف نوترینوها اندازهگیری کند اما اندازهگیری جرم دقیق نوترینونها ناموفق بوده است.
نبود شانس حیات در سیارههای تفتیده
منظومههای خورشیدی بیگانه که دارای «مشتری داغ» (نوعی سیاره فراخورشیدی) هستند شانس وجود سیارههایی چون زمین را ندارند. مشتری داغ یا سیاره تفتیده نوعی سیاره فراخورشیدی است. این سیارههای گازی در ابعاد سیاره قرمز مشتری در منظومه شمسی ما یا بزرگتر از آن هستند و فاصله بسیار کمی با ستاره خود دارند و به همین سبب دمای زیادی دارند و «مشتری داغ» نامیده میشوند. این سیارههای تفتیده در میان جهانهای بیگانهای هستند که ستاره شناسان آنها را به علت اندازه خود و همچنین نزدیک بودن به ستاره خود کشف کرده اند، به این معنا که آنها نیروی گرانشی قابل ملاحظهای روی میزبان خود اعمال کرده و دانشمندان میتوانند به سهولت آنها را شناسایی کنند.
براساس گزارش اسپیس، این روش کشف سیاره به معنای وجود یک سیاره بزرگ نزدیک یک ستاره به واسطه تکانهایی است که گرانش سیاره روی ستاره اعمال میکند. این سیارهها هر چقدر بزرگتر باشند و هر چقدر بیشتر به خورشید خود نزدیک باشند تکان بیشتری برای ستاره خود ایجاد میکنند. دانشمندان برای توضیح چگونگی شکلگیری «مشتریهای داغ» دو دسته توضیح ارائه میکنند، یک دسته بود یا نبود سیارههای کناری را پیشبینی میکنند. ستارهشناسان به تازگی توسط تلسکوپ فضایی کپلر بیش از 2 هزار سیاره بیگانه را شناسایی کردهاند و با بررسی «مشتریهای داغ» که در کنار سایر سیارات یافتهاند میتوانند بگویند که کدام نظریه شکل گیری «مشتری داغ» درست است.
آسمان هفته
در این هفته کهکشان راه شیری در نیمه شرقی آسمان نیمکرة شمالی دیده میشود و مانند هفتههای گذشته زمان خوبی برای دیدار کهکشان راه شیری است و میتوان آن را اندکی پس از نیمه شب به صورت پهنه ابر مانندی در بالای سر خودمان مشاهده کرد.
این هفته آسمان تاریک و بدون ماه مملو از ستارگان، ابرها و خوشههای ستارهای است که با دوربین دو چشمی بهتر دیده میشوند.
صورت فلکی دجاجه در آسمان این هفته همچنان بر روی کهکشان راه شیری قرار گرفته است. اگر با یک دوربین دو چشمی به این صورت فلکی نگاه کنیم، در کنار ستارة دِنِب، منطقهای نسبتاً روشن را خواهیم دید که ناحیة بین بخش روشن و تاریک آن مشخص است. صورت فلکی دجاجه یا صلیب شمالی با ستاره درخشان خود که دِنِب نام دارد یکی از صورتهای فلکی بارز این هفته است و در سمت شمال شرقی صورت فلکی شلیاق قرار دارد. شکافی در جنوب این صورت فلکی قرار دارد که باعث تقسیم شدن راه شیری شده است. این صورت فلکی همراه ستاره درخشان خود از افق شرقی طلوع میکند و به دنبال آن صورت فلکی روباه نیز خواهد آمد.روباه همیشه در آسمان به دنبال دجاجه است.
در این ناحیه لبة سحابی آمریکای شمالی دیده میشود. این سحابی به دلیل شباهت به قاره آمریکای شمالی به این نام مشهور است و طوری قرار گرفته است که از نظر جغرافیایی شمال و جنوب آن در آسمان مطابق با این قاره به نظر میرسد.همچنین تعدادی از سحابیها در میان ستارگان گامای دجاجه و نزدیک به منقار دجاجه دیده میشوند.خوشة باز در جنوب شرقی ستارة گامای دجاجه قرار دارد که با دوربین دو چشمی قابل مشاهده است.
صورت فلکی قوس در جنوب عقاب واقع شده است که در مرز غربی دو سحابی زیبا دیده میشود.یکی از این سحابیها، مرداب نام دارد.سحابی مرداب با یک تلسکوپ کوچک به صورت دو بخش دیده میشود که توسط غبارهایی از هم جدا شدهاند.
ستاره سماک رامح در ناحیه شرقی آسمان و در صورت فلکی عوا قابل مشاهده است. ستارة سماک رامح با چشم غیر مسلح نیز به صورت ستارهای روشن و پرنور در انتهای صورت فلکی عوا دیده میشود و با چشم مسلح به رنگ نارنجی جلوه میدهد.
صورت فلکی شلیاق نیز همراه ستاره درخشان خود یعنی نسر واقع در اواخر شب در بالای سر ما دیده میشود. این ستاره آبی ـ سفید یا آلفای شلیاق پنجمین ستاره درخشان آسمان است و حدود 25 سال نوری از ما فاصله دارد. در نزدیکی ستاره نسر واقع یک ستاره دوگانه دیده میشود که «اپسیلون ـ شلیاق» نام دارد و با یک دوربین دوچشمی به خوبی دیده میشود. همچنین ستاره «دلتای شلیاق» از دیگر دوگانههای صورت فلکی شلیاق است که با دوربین دوچشمی قابل مشاهده است. بین ستارههای بتا و گامای شلیاق سحابی حلقهایM57 دیده میشود که مانند حلقهای دود با تلسکوپهای حرفهای دیده میشود.شلیاق، صورت فلکی کوچکی است ولی به دلیل این که ستارة درخشان نسر واقع در آن قرار دارد از اهمیّت ویژهای در آسمان برخوردار است. صورت فلکی شلیاق با آغاز شب در شمال شرقی افق قرار میگیرد.در نزدیکی صورت فلکی شلیاق به یک صورت فلکی کوچک به نام روباهک برمیخوریم.هر چند این صورت فلکی برای رصدکردن شاید جالب نباشد ولی مکان مهمی برای رصد نواخترها در کهکشان راه شیری بشمار میرود. نخستین ستاره تب اختر به نام «پلسار» در جنوب ستاره آلفای روباهک کشف شد. صورت فلکی «سهم» نیز مانند روباهک همین ویژگی را دارد. در مجاورت این صورت فلکی میتوان خوشه «بروچی» یا «کولیندر 399» که در زبان فارسی چوب درختی نام دارد را به آسانی با دوربین دوچشمی مشاهده کرد. این خوشه شامل 6 ستاره است.
اما صورت فلکی که در مرکز آسمان دیده میشود، جاثی است.این صورت فلکی در نزدیکی صورت فلکی شلیاق قرار گرفته است.در صورت فلکی جاثی یکی از زیباترین ستارهها به نام آلفای جاثی را میتوان مشاهده کرد که به یک تلسکوپ کوچک به صورت یک ستاره دوگانه دیده میشود.
همچنین در صورت فلکی جاثی یکی از با شکوهترین پدیدههای آسمان شب دیده میشود و آن خوشة کروی M13 است که در بین ستارههای اِتا و زتای جاثی یعنی در مرکز این صورت فلکی جای گرفته است. در صورت فلکی جاثی خوشة کروی دیگری به نام M92 قرار گرفته است که با دوربین دو چشمی قابل رؤیت است.صورت فلکی اژدها نیز در بالای شلیاق و جاثی دیده میشود.
ستاره قلبالعقرب را میتوان در جنوب آسمان مشاهده کرد.ستارة قلبالعقرب در صورت فلکی عقرب قرار گرفته است. این صورت فلکی همراه ستارة قلبالعقرب از طرف جنوبی طلوع میکند و با این حال ساکنین عرضهای شمالی به راحتی میتوانند آن را رصد کنند.
صورت فلکی حوا یا مار افسانهای نسبت به دیگر صورتهای فلکی کمتر شناخته شده است. این صورت فلکی شامل تعدادی خوشة کروی درخشنده به نامهای M10, M12, M62 است.