الفلك

ما الذي يسبب الجاذبية الأرضية؟

ما الذي يسبب الجاذبية الأرضية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لطالما تساءلت عن مدى جاذبية كوكب الأرض أو أي شيء آخر كبير على شكل كروي في كوننا؟

هل يوجد ثقب أسود صغير في قلبه يسبب له قوة الجاذبية؟

خذ كوكبنا كمثال: ما الذي يجعله يمتلك الجاذبية؟


أي جسم ضخم (أي جسم له كتلة) مثل النجوم ، والكواكب ، والأقمار ، وأي ذرة في الكون ، له ما يسمى بجهد الجاذبية الذي ينتج عنه جاذبيته. هذا موصوف في قانون نيوتن للجاذبية. لماذا الكتل تسبب الجاذبية ، لا نعرف.

إذن ، باختصار ، كتلة الأرض تسبب لها الجاذبية.


أي شيء له كتلة سيكون له جاذبية (اعرض ظاهرة تسمى الجاذبية) وليس الثقوب السوداء فقط. طرح نيوتن طريقة واحدة لفهم الجاذبية كقانون الجاذبية الخاص به. كما قالchristo ، لا توجد معرفة واضحة عن سبب الجاذبية.

الطريقة الأكثر عمومية للتعبير عن ذلك هي القول ، أي شيء له كتلة ينحني الفضاء من حوله. يمكن اعتبار القوة أو الجاذبية التي ستشعر بها على أنها الطريقة التي تُجبر على اتباع الخطوط المنحنية بدلاً من المسار المقصود. هذه هي الطريقة التي تفسر بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين الجاذبية.

في ميكانيكا الكم ، يُعتقد أن الجاذبية ناتجة عن تبادل جزيئات تسمى الجرافيتونات ، فكر في الأمر مثل الطريقة التي تلعب بها مع أصدقائك. أجسام متعددة لها كتلة تقذف كرات صغيرة تسمى الجرافيتونات على بعضها البعض. لا يوجد دليل على وجود الجرافيتونات حتى الآن ، لكنه يفسر الكثير من الأشياء في عالم الكم.


الأرض مكونة من العديد من الجسيمات ، وتحصل هذه الجسيمات على شيء يسمى الكتلة ، من شيء يسمى higgs feild ، وهذه الكتلة هي مقدار الجاذبية التي يمتلكها شيء ما ، والأرض لها كتلتها ، والكتلة تلتوي الزمكان ، مثل عندما تضغط بإصبعك على سريرك ، فإنه يخلق منحنى ينخفض ​​، ويحدث للفضاء ، وتنجذب الأشياء إلى الأرض.

الشيء المثير أن كل شيء له كتلة! حتى نحن ، لكن كتلتنا ، مثل بعض عشرات الكيلوغرامات ، أصغر من أن تخلق قوة جاذبية ، لسحب أشياء أخرى ، حتى مسافة سنتيمتر واحد.


سؤال استقصائي: لماذا تدور الأرض؟

نقضي حياتنا على كرة أرضية دوارة - يستغرق الأمر 24 ساعة فقط لملاحظة ذلك ، حيث يتبع الليل النهار وتتكرر الدورة. لكن ما الذي يجعل الأرض تدور حول محورها؟

تبدأ الإجابة بالقوى التي شكلت نظامنا الشمسي.

قال كيفين لوهمان ، الأستاذ المساعد في علم الفلك في ولاية بنسلفانيا ، إن النجم الوليد يجمع قرصًا من الغبار والغاز حول نفسه. عندما تتحد الأشياء ، يتسبب مدار جاذبية النجم في جعل هذا الغبار والغاز يدوران. قال لومان: "أي كتلة تتشكل داخل هذا القرص سيكون لها نوع من الدوران بشكل طبيعي".

عندما تنهار الكتلة على نفسها ، تبدأ في الدوران بشكل أسرع وأسرع بسبب شيء يسمى الحفاظ على الزخم الزاوي. أوضح لوهمان أن المتزلجين على الجليد يستغلون هذا القانون عندما يقربون أذرعهم من أجسادهم لتسريع معدل دورانهم. نظرًا لأن الجاذبية تسحب إلى الداخل من جميع الاتجاهات بالتساوي ، فإن الكتلة غير المتبلورة ، إذا كانت ضخمة بدرجة كافية ، ستصبح في النهاية كوكبًا دائريًا. ثم يبقي القصور الذاتي هذا الكوكب يدور حول محوره ما لم يحدث شيء يزعجه. قال لومان "الأرض تستمر في الدوران لأنها ولدت وهي تدور."

الكواكب المختلفة لها معدلات دوران مختلفة. وأشار لوهمان إلى أن عطارد ، الأقرب إلى الشمس ، يتباطأ بفعل جاذبية الشمس ، مما يجعل دورانًا واحدًا في الوقت الذي تستغرقه الأرض للدوران 58 مرة. تشمل العوامل الأخرى التي تؤثر على سرعة الدوران سرعة التكوين الأولي للكوكب (يعني الانهيار الأسرع الحفاظ على المزيد من الزخم الزاوي) والتأثيرات من النيازك ، والتي يمكن أن تبطئ الكوكب أو تقطع خطوته.

وأضاف أن دوران الأرض يتأثر أيضًا بسحب المد والجزر للقمر. بسبب القمر ، يتباطأ دوران الأرض بمعدل حوالي 1 مللي ثانية في السنة. لقد كانت الأرض تدور حول مقطع أسرع في الماضي ، وهو ما يكفي بحيث كان اليوم في زمن الديناصورات يبلغ حوالي 22 ساعة.

بالإضافة إلى إبطاء دوران الأرض ، يتسبب شد المد والجزر في انحسار القمر ببطء عن الأرض ، بمعدل حوالي 1 ملم في السنة. في الماضي البعيد ، كان القمر أقرب. قال لومان: "كان سيبدو في سمائنا أكبر بكثير مما هو عليه الآن".

وأضاف بعد ملايين السنين من الآن أن دورة اليوم على الأرض ستمتد على الأرجح إلى 25 أو 26 ساعة. سيتعين على الناس الانتظار لفترة أطول قليلاً لشروق الشمس.


ما الذي يسبب الجاذبية الأرضية؟ - الفلك

تؤثر الشمس والقمر على الماء على كوكبنا ، ولهذا السبب لدينا مد وجزر.

يشرح مارك طومسون أن بعضها أقوى من البعض الآخر كما يشرح عالم الفلك في نورفولك.

قد تتساءل لماذا يكون المد الربيعي في نورفولك مثيرًا للغاية في كثير من الأحيان. حسنًا ، هذا بسبب الشمس والقمر.

نعلم جميعًا أن أقرب جيراننا في الفضاء هو القمر.

في المتوسط ​​، يبعد حوالي 380 ألف كيلومتر ، وعلى الرغم من أن هذا يبدو طويلًا جدًا ، إلا أنه لا يزال قادرًا على إحداث تأثير مهم جدًا على حياتنا.

مثل كل الأجسام في الفضاء ، للقمر جاذبية. الجاذبية هي القوة التي تبقيك أنت وأنا على الأرض وتمنعنا من الطفو في الفضاء.

إنها تحافظ على الأرض في مدارها حول الشمس وتحافظ على انتقال الشمس حول منتصف مجرتنا درب التبانة.

بينما تسحب جاذبية الأرض القمر ، تسحب جاذبية القمر الأرض أيضًا. يتسبب سحب الجاذبية هذا في ظهور انتفاخ على الأرض حيث يسحب القمر ذلك الجزء منه قليلاً باتجاهه.

لا نلاحظ هذا حقًا عندما تكون الأرض ولكن عندما يكون البحر ، نرى تأثيرًا أكثر دراماتيكية.

يبدو أن البحر يرتفع ونرى هذا كمد مرتفع.

يظهر تأثير مماثل مباشرة على الجانب الآخر من الأرض.

عندما تدور الأرض حول محورها ، نشعر بهذين المد والجزر المرتفعين كل يوم. بين هذا نشهد مدًا منخفضًا.

مد الربيع في نورفولك


ارتفاع المد في الربيع يرفع الباتروس في Wells-next-the-Sea. الصورة بواسطة Wells Harbour.

هل سمعت عن المد والجزر في الربيع والنايب وتساءلت ما هي؟

عندما يتماشى القمر مع الشمس والأرض ، نشهد المد المرتفع المعتاد من القمر ، لكن جاذبية الشمس تزيد من القوة وتجعل المد أعلى.

هذا عندما نشهد مد الربيع.

عندما تكون الشمس والقمر عند 90 درجة من بعضهما البعض (كما هو الحال عندما تغرب الشمس والقمر عالياً في السماء) نرى أدنى المد والجزر.

نحصل على اثنين من المد والجزر الربيعي كل شهر واثنين من المد والجزر كل شهر. لا يقتصر تأثير المد والجزر على السفن وصيد الأسماك فحسب ، بل إن المد والجزر مهمة جدًا للحياة في البحر.


ماذا سيحدث لو كانت الأرض مسطحة بالفعل؟

إذا كانت الأرض مسطحة ، فستعرف ذلك ، لأن الكثير من الأشياء ستعمل بشكل مختلف. الائتمان: Pexels

مرحبًا بكم في العام الجديد ، 2018. لقد أحدثت الأرض ثورة في الشمس مرة أخرى. لكن ليس بهذه السرعة. إذا اشتركت في فكرة الأرض المسطحة ، فأنت تعتقد أنه لم يحدث شيء من هذا القبيل ، لأن الشمس تدور في دائرة حول السماء.

لقد عرف البشر منذ آلاف السنين أن الكوكب كروي ، لكن الاعتقاد في الأرض المسطحة يرفض أن يموت. يزعم أعضاء جمعية Flat Earth والعديد من المشاهير ، بما في ذلك مغني الراب في أتلانتا B.o.B ولاعبة NBA كيري إيرفينغ ، أنهم يحملون مثل هذه المعتقدات. دعونا نفحص ، إذن ، كيف ستعمل (أو لا تعمل) مبادئ الفيزياء والعلوم المعروفة على الأرض المسطحة.

بادئ ذي بدء ، قد لا يكون للكوكب المسطح أي جاذبية. يقول جيمس ديفيس ، الجيوفيزيائي في مرصد لامونت دوهرتي للأرض التابع لجامعة كولومبيا ، إنه من غير الواضح كيف ستعمل الجاذبية أو تنشأ في مثل هذا العالم. هذه مشكلة كبيرة جدًا ، لأن الجاذبية تفسر نطاقًا واسعًا من الملاحظات الأرضية والكونية. نفس القوة القابلة للقياس التي تسبب سقوط التفاحة من الشجرة تجعل القمر يدور حول الأرض وجميع الكواكب تدور حول الشمس.

يفترض الأشخاص الذين يؤمنون بالأرض المسطحة أن الجاذبية ستنسحب لأسفل مباشرة ، لكن لا يوجد دليل يشير إلى أنها ستعمل بهذه الطريقة. ما نعرفه عن الجاذبية يوحي بأنها ستجذب نحو مركز القرص. هذا يعني أنه سينسحب مباشرة لأسفل عند نقطة واحدة في منتصف القرص. كلما ابتعدت عن المركز بشكل متزايد ، ستجذب الجاذبية أفقياً أكثر فأكثر. سيكون لهذا بعض التأثيرات الغريبة ، مثل امتصاص كل الماء باتجاه مركز العالم ، وجعل الأشجار والنباتات تنمو بشكل مائل ، لأنها تتطور في الاتجاه المعاكس لجاذبية الجاذبية.

ثم هناك الشمس. في النموذج المدعوم علميًا للنظام الشمسي ، تدور الأرض حول الشمس لأن الأخيرة أكبر بكثير ولديها جاذبية أكبر. ومع ذلك ، فإن الأرض لا تسقط في الشمس لأنها تسير في مدار. بعبارة أخرى ، لا تعمل جاذبية الشمس وحدها. يسير الكوكب أيضًا في اتجاه عمودي على جاذبية النجم إذا كان من الممكن إيقاف هذه الجاذبية ، فإن الأرض ستنطلق بعيدًا في خط مستقيم وتخرجها من النظام الشمسي. بدلاً من ذلك ، يتحد الزخم الخطي مع جاذبية الشمس ، مما ينتج عنه مدار دائري حول الشمس.

يضع نموذج الأرض المسطحة كوكبنا في مركز الكون ، لكنه لا يشير إلى أن الشمس تدور حول الأرض. بدلاً من ذلك ، تدور الشمس فوق الجانب العلوي من العالم مثل دائري ، تبث الضوء والدفء إلى أسفل مثل مصباح مكتبي. يقول ديفيس إنه بدون الزخم الخطي والعمودي الذي يساعد على توليد مدار ، فمن غير الواضح ما هي القوة التي ستبقي الشمس والقمر يحومان فوق الأرض بدلاً من الاصطدام به.

وبالمثل ، في عالم مسطح ، من المحتمل ألا تكون الأقمار الصناعية ممكنة. كيف يدورون حول طائرة؟ يقول ديفيس: "هناك عدد من مهمات الأقمار الصناعية التي يعتمد عليها المجتمع والتي لن تنجح". لهذا السبب ، كما يقول ، "لا يمكنني التفكير في كيفية عمل نظام تحديد المواقع العالمي على الأرض المسطحة."

كيف يرسم بعض أصحاب الأرض المسطحة الكوكب. يقع القطب الشمالي في المركز ، ومن المفترض أن "جدار جليدي" حول الأطراف يمنع الناس من السقوط. الائتمان: ويكي كومونز

إذا كانت الشمس والقمر يدوران حول جانب واحد من الأرض المسطحة ، فمن المفترض أن يكون هناك موكب من الأيام والليالي. لكنها لن تفسر المواسم والكسوف والعديد من الظواهر الأخرى. من المفترض أيضًا أن تكون الشمس أصغر من الأرض حتى لا تحترق أو تصطدم بكوكبنا أو القمر. ومع ذلك ، نعلم أن قطر الشمس يزيد عن 100 ضعف قطر الأرض.

إزالة السماء والأرض

في أعماق الأرض ، يولد اللب الصلب للأرض المجال المغناطيسي للكوكب. لكن في كوكب مسطح ، يجب استبدال ذلك بشيء آخر. ربما ورقة مسطحة من المعدن السائل. ومع ذلك ، لن يدور هذا بطريقة تخلق مجالًا مغناطيسيًا. بدون مجال مغناطيسي ، فإن الجسيمات المشحونة من الشمس ستقلي الكوكب. يمكنهم تجريد الغلاف الجوي بعيدًا ، كما فعلوا بعد أن فقد المريخ مجاله المغناطيسي ، وهرب الهواء والمحيطات إلى الفضاء.

تعتمد حركة الصفائح التكتونية والزلازل على الأرض المستديرة ، لأن كل الصفائح تتلاءم معًا بطريقة منطقية فقط على الكرة الكروية. تؤثر حركات الصفائح على جانب واحد من الأرض على الحركات على الجانب الآخر. يتم موازنة مناطق الأرض التي تكوّن القشرة ، مثل سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي ، بأماكن تستهلك القشرة ، مثل مناطق الاندساس. على الأرض المسطحة ، لا يمكن تفسير أي من هذا بشكل كافٍ. يجب أيضًا أن يكون هناك تفسير لما يحدث للألواح الموجودة على حافة العالم. يمكن للمرء أن يتخيل أنها قد تسقط ، ولكن من المفترض أن يعرض ذلك للخطر الجدار المقترح الذي يمنع الناس من السقوط من العالم على شكل قرص.

ربما تكون إحدى أكثر الشذوذ وضوحًا هي أن الخريطة المقترحة للأرض المسطحة مختلفة تمامًا. فهي تضع القطب الشمالي في المركز بينما تشكل القارة القطبية الجنوبية "جدارًا جليديًا" حول الحواف. في مثل هذا العالم ، سيبدو السفر مختلفًا تمامًا. السفر من أستراليا إلى أجزاء معينة من القارة القطبية الجنوبية ، على سبيل المثال ، سيستغرق وقتًا طويلاً - سيتعين عليك السفر فوق القطب الشمالي والأمريكتين للوصول إلى هناك. بالإضافة إلى ذلك ، فإن بعض الأعمال البطولية الواقعية ، مثل السفر عبر القارة القطبية الجنوبية (التي تم القيام بها عدة مرات) ، ستكون مستحيلة.

على عكس الاعتقاد الشائع ، من المفاهيم الخاطئة أن العديد من المجتمعات من الأشخاص الجادين والمتعلمين كانوا يؤمنون بالفعل بنظرية الأرض المسطحة. أشار المؤرخ جيفري بيرتون راسل في عام 1997 إلى أنه "مع استثناءات قليلة غير عادية ، لم يعتقد أي شخص متعلم في تاريخ الحضارة الغربية منذ القرن الثالث قبل الميلاد فصاعدًا أن الأرض كانت مسطحة". "تظهر الأرض المستديرة على الأقل في وقت مبكر من القرن السادس قبل الميلاد. قبل الميلاد مع فيثاغورس ، الذي تبعه أرسطو وإقليدس وأريستارخوس ، من بين آخرين في ملاحظة أن الأرض كانت كرة ".

كما كتب العالم والكاتب ستيفن جاي جولد ذات مرة ، فإن فكرة أن العديد من الناس - بما في ذلك الإسبان وكريستوفر كولومبوس - يعتقدون أن الأرض مسطحة كانت من صنع كتاب القرن التاسع عشر مثل واشنطن إيرفينج وجان ليترون وآخرين. وأشار راسل إلى أن ليترون كان "أكاديميًا يتمتع بتحيزات قوية ضد الدين ... استغل بذكاء كلاهما لتشويه صورة آباء الكنيسة وخلفائهم في العصور الوسطى على أنهم يؤمنون بالأرض المسطحة".

على أي حال ، في حين أنه من الممتع تخيل سيناريوهات واقعية ، فإن العلم يتقدم من خلال الخروج بنظريات لشرح الملاحظات. يقول ديفيس إنه عندما يتعلق الأمر بهذه النظريات ، كلما كان ذلك أبسط ، كان ذلك أفضل. ومع ذلك ، من الواضح أن فكرة الأرض المسطحة تبدأ بفكرة أن الكوكب مستوٍ ، ثم تحاول تحريف الملاحظات الأخرى لصالحها. يمكنك العثور على تفسيرات غريبة للظواهر الفردية في ظل هذا الإطار ، كما يقول ديفيس ، لكنها "تنهار بسرعة كبيرة".


حقول القوة

للأرض مجالان رئيسيان للقوة: الجاذبية والمغناطيسية.

الجاذبية

الجاذبية هي القوة على مسافة تجذب الأجسام ذات الكتلة تجاه بعضها البعض. قوة الجاذبية من الأرض تحافظ على الغلاف الجوي والمحيطات وكل شيء آخر.

الجو المفقود

بعض الكواكب والأقمار التي تقل جاذبيتها عن الأرض فقدت غلافها الجوي لأنه لم يكن كافيًا لحمل الغاز بالقرب من السطح.

سرعة الهروب

عندما ترمي كرة أو تطلق رصاصة لأعلى ، فسوف تتباطأ بسبب جاذبية الأرض ، حتى تسقط أخيرًا على الأرض. سيكون عليك إطلاق النار على الجسم بسرعة 40248 كم / ساعة (25009 ميل في الساعة) حتى يهرب من جاذبية الأرض ويطير إلى الفضاء. وهذا ما يسمى سرعة هروب الأرض.

حقل مغناطيسي

تشبه الأرض مغناطيسًا عملاقًا بقطب مغناطيسي بالقرب من القطب الشمالي والعكس بالقرب من القطب الجنوبي. يبحث القطب الشمالي للمغناطيس عن القطب المغناطيسي الشمالي. على مر العصور ، تشير الدلائل إلى أن القطبين بدلا الاتجاهات. لا أحد متأكد من سبب حدوث ذلك.

يعد دوران الأرض وحقيقة أن لب الأرض مصنوع من الحديد من العوامل الرئيسية في تكوين المجال المغناطيسي.

أحد الأشياء التي يقوم بها المجال المغناطيسي هو جذب الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس. قد يساعد تركيز هذه الجسيمات في القطبين على منعنا من التعرض للأذى بسبب الجسيمات عالية الطاقة.

تتسبب هذه الجسيمات في توهج الهواء في الغلاف الجوي العلوي. وهذا ما يسمى الأضواء الشمالية (الشفق القطبي) أو الأضواء الجنوبية (الشفق القطبي).


إذن كيف يطفو رواد الفضاء في الفضاء إذا كانت قوة الجاذبية قوية جدًا؟ رواد الفضاء لا يسبحون في الواقع. يتم سحبهم بواسطة جاذبية الأرض تمامًا مثل بقيتنا.

لكنها تدور أيضًا حول الأرض ، أو تتحرك بشكل جانبي. يُعرف هذا باسم قوة الطرد المركزي. تقوم هذه الحركة الجانبية في الواقع بسحبهم بعيدًا عن الأرض في نفس الوقت الذي تسحبهم فيه الأرض لأسفل ، لذا يبدو أنهم عائمون.


هل تتغير سرعة الضوء بفعل الجاذبية؟

من الواضح أن لدي سؤال أتمنى أن يكون لديك إجابة.

معرفتي بعلم الفلك ضئيلة للغاية. مع ذلك ، كنت أحاول أن أحيط رأسي بعالم الجاذبية. أثناء القيام بذلك ، صادفت سؤالًا لم أتمكن من العثور عليه & # 8217t أي معلومات ذات صلة. أفهم أنه يمكننا تحديد مسافة السنة الضوئية بناءً على سرعة الضوء والمسافة التي سيقطعها الضوء خلال سنة أرضية قياسية. سؤالي ينبع من أكثر من عام على الرغم من. عندما & # 8217re تتحدث عن الضوء يسافر عبر مسافات كبيرة ، فلن & # 8217t يسافر الضوء بسرعات مختلفة اعتمادًا على مدى قوة مجال الجاذبية الذي ينتقل خلاله الضوء أو ضعفه أو عدم وجوده.

على سبيل المثال ، عند قياس المسافة بيننا (الأرض) والأجرام السماوية الأخرى ، فنحن نشاهد الأشياء بعيدًا جدًا لدرجة أنه بحلول الوقت الذي يصل فيه الضوء من الأجسام المذكورة إلى الأرض ، كان ينتقل عبر العديد من & # 8220 فقاعات & # 8221 من المكان والزمان. لذا ، إذا كان الثقب الأسود ، على سبيل المثال ، سيكون بالقرب من المسار بين الأجسام المرئية والأرض ، فلن يكون انتقال الضوء أبطأ بشكل ملحوظ عبر الجاذبية المحيطة بالثقب الأسود. وبالتالي إطالة مقدار الوقت الذي يسافر فيه الضوء من منظور العارض خارج مجال الجاذبية. قد يتسبب هذا التأثير في ظهور الكائن المقابل للثقب الأسود بعيدًا عما هو عليه فعليًا. نظرًا لأننا لا نستطيع رؤية ثقب أسود & # 8217t ، فإننا نفترض أن المسافة في الواقع بعيدة جدًا.

إجابه:

الإجابة المختصرة هي لا ، سرعة الضوء لا تتغير بفعل الجاذبية. في نظرية النسبية العامة لأينشتاين & # 8217s ، يمكن تصور المكان والزمان على أنهما بناء رباعي الأبعاد يتشوه تحت تأثير الجاذبية. على سبيل المثال ، إذا كان الضوء ينتقل من نجم بعيد إلى الأرض ويمر عبر ثقب أسود ، فإن مسار الضوء سينثني أثناء مروره من الثقب الأسود ، مما يطيل وقت سفره. ومع ذلك ، فإن السرعة الفعلية للضوء لم تتغير.


ما الذي يسبب الشفق القطبي؟ يعرف العلماء أخيرًا بالتأكيد

تضيء الأضواء الشمالية (الشفق القطبي) السماء فوق Reinfjorden في Reine ، في جزر Lofoten في الدائرة القطبية الشمالية في عام 2017.

جوناثان ناكستراند / وكالة الصحافة الفرنسية عبر Getty Images

لا شيء يمكن أن يفسد فرحتنا في الشفق القطبي ، أو الأضواء الشمالية ، تلك الشرائط من الضوء الأزرق والأخضر والبنفسجي الذي ينطلق من السماء. لا أعرف حتى على وجه اليقين ما الذي يسببها.

لطالما تكهن الفيزيائيون حول سبب ظهور ظاهرة الضوء المحددة جدًا التي تحدث في المناطق القطبية للأرض.

مقال نشر في المجلة اتصالات الطبيعة يشير هذا الأسبوع إلى أن عرض الضوء الطبيعي يبدأ عندما تجذب الاضطرابات في الشمس المجال المغناطيسي للأرض. ينتج عن ذلك تموجات كونية تُعرف باسم موجات ألفين التي تطلق الإلكترونات بسرعات عالية في الغلاف الجوي للأرض حيث تخلق الشفق القطبي.

قال جريجوري هاوز ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك في جامعة أيوا: "لقد تم افتراض أن هذا هو المكان الذي يتم فيه تبادل الطاقة". "لكن لم يسبق لأحد أن توصل إلى دليل قاطع على أن موجات ألفين في الواقع تسرع هذه الإلكترونات في ظل الظروف المناسبة التي لديك في الفضاء فوق الشفق القطبي."

كيف شكل الشفق

الشمس متقلبة ، والأحداث العنيفة هناك مثل العواصف المغنطيسية الأرضية يمكن أن يتردد صداها في الكون.

في بعض الحالات ، تكون اضطرابات الشمس قوية جدًا لدرجة أنها تنحرف في المجال المغناطيسي للأرض مثل الشريط المطاطي ، مما يسحبها بعيدًا عن كوكبنا.

ولكن ، مثل الشريط المطاطي المشدود عند تحريره ، يعود المجال المغناطيسي للخلف ، وتخلق قوة هذا الارتداد تموجات قوية تُعرف باسم موجات ألفين على بعد 80000 ميل من الأرض. مع اقتراب هذه الموجات من الأرض ، فإنها تتحرك بشكل أسرع بفضل السحب المغناطيسي للكوكب.

على نفس الطريق السريع في الفضاء ، تنتقل الإلكترونات أيضًا نحو الأرض ولكن ليس بنفس سرعة موجات ألفين.

في بعض الأحيان ، تقطعت الإلكترونات على موجات ألفين فائقة السرعة هذه ، لتصل إلى سرعات تصل إلى 45 مليون ميل في الساعة أثناء اندفاعها نحو الأسفل.

قال جيم شرودر ، أستاذ الفيزياء المساعد في كلية ويتون والمؤلف الرئيسي للمقال: "فكر في ركوب الأمواج". "من أجل ركوب الأمواج ، تحتاج إلى التجديف بالسرعة المناسبة لموجة المحيط لتلتقطك وتسرعك ، ووجدنا أن الإلكترونات كانت تتصفح. إذا كانت تتحرك بالسرعة المناسبة بالنسبة للموجة ، يتم التقاطها وتسريعها ".

يوضح الرسم التوضيحي كيف "تتصفح" الإلكترونات عند مرورها موجات ألفين ، والتي تطلق الإلكترونات بسرعات عالية في الغلاف الجوي للأرض حيث تخلق الشفق القطبي. أوستن مونتيليوس / كلية الآداب والعلوم الليبرالية ، جامعة آيوا إخفاء التسمية التوضيحية

يوضح الرسم التوضيحي كيف "تتصفح" الإلكترونات عند مرورها موجات ألفين ، والتي تطلق الإلكترونات بسرعات عالية في الغلاف الجوي للأرض حيث تخلق الشفق القطبي.

أوستن مونتيليوس / كلية الآداب والعلوم الليبرالية ، جامعة آيوا

عندما تصل الإلكترونات إلى الغلاف الجوي العلوي الرقيق للأرض ، فإنها تصطدم بجزيئات النيتروجين والأكسجين ، وترسلها إلى حالة الإثارة. تهدأ الإلكترونات المثارة في النهاية وتطلق الضوء ، وهو ما نراه على أنه الشفق القطبي.

ما أظهرت التجربة

بينما افترض العلماء لعقود من الزمن أن موجات ألفين كانت مسؤولة عن تسريع الإلكترونات ، فقد أنتجت هذه التجربة المعملية الدليل القاطع الوحيد.

قال شرودر لـ NPR: "لم يقم أحد في الواقع بقياس هذا من قبل بين الإلكترونات وموجات ألفين".

استخدم الباحثون ما يُعرف بجهاز البلازما الكبير في مرفق علوم البلازما الأساسية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس لإعادة إنشاء التفاعل بين موجات ألفين والإلكترونات.

مساحة

قامت مركبة ناسا الفضائية بزيارة Flyby إلى أكبر قمر في النظام الشمسي

وقالوا إن مثل هذه الدراسة كانت مستحيلة في الفضاء بالنظر إلى أن الباحثين لا يستطيعون التنبؤ بموعد حدوث الشفق القطبي ولن يكونوا قادرين على حساب العوامل الأخرى في الكون.

اقترح الباحثون أن النتائج التي توصلوا إليها يمكن أن تساعد في فهم كيفية تنشيط الجسيمات على نطاق أوسع ومنحهم أيضًا صورة أوضح لكيفية تأثير الأحداث على الشمس على الفضاء القريب من الأرض بالإضافة إلى البنية التحتية التكنولوجية التي لدينا هناك ، مثل الأقمار الصناعية.

بالنسبة لشرودر ، هناك فائدة أخرى أبسط بكثير من هذا النوع من البحث.

وقال "هذا يروق لشعورنا بالرهبة والاندهاش". "لقد أسرتنا الشفق منذ آلاف السنين وننظر إلى سماء الليل ونقدر جمالها. ولقد وجدت دائمًا أن فهم المزيد حول كيفية إنشاء شيء ما يعزز تقديري لهذا الجمال."


ما الذي يسبب المد والجزر؟

يشير المد والجزر إلى صعود وهبوط أسطح محيطاتنا. وهو ناتج عن القوى الجاذبة للقمر وحقول جاذبية الشمس وكذلك قوة الطرد المركزي بسبب دوران الأرض. مع تغير مواقع هذه الأجرام السماوية ، تتغير أيضًا ارتفاعات الأسطح. على سبيل المثال ، عندما يتم محاذاة الشمس والقمر مع الأرض ، يتم سحب مستويات المياه في أسطح المحيط المواجهة لهما وبالتالي ترتفع.

على الرغم من أن القمر أصغر بكثير من الشمس ، إلا أنه أقرب بكثير. الآن ، تتناقص قوى الجاذبية بسرعة مع اتساع المسافة بين كتلتين. وبالتالي ، فإن تأثير جاذبية القمر على المد والجزر أكبر من تأثير الشمس. في الواقع ، تأثير الشمس هو فقط حوالي نصف تأثير القمر.

نظرًا لأن الكتلة الإجمالية للمحيطات لا تتغير عند حدوث ذلك ، فإن جزءًا منها تمت إضافته إلى مناطق المياه العالية يجب أن يكون قد أتى من مكان ما. هذه المناطق المستنفدة بشكل جماعي تعاني من انخفاض مستويات المياه. ومن ثم ، إذا كانت المياه على شاطئ قريب منك تتقدم ، فيمكنك التأكد من انحسارها في أجزاء أخرى من العالم.

تصور معظم الرسوم التوضيحية التي تحتوي على الشمس والقمر والأرض والمد والجزر أن يكون المد والجزر أكثر وضوحًا في المناطق القريبة من خط الاستواء أو عنده. على العكس من ذلك ، إنه في الواقع في هذه المناطق حيث لا يكون الاختلاف في المد والجزر كبيرًا مثل الموجود في أماكن أخرى من العالم.

وذلك لأن انتفاخ المحيطات وسطح # 8217 يتبع المستوى المداري للقمر. الآن ، هذا المستوى لا يتماشى مع المستوى الاستوائي للأرض. بدلًا من ذلك ، فإنها في الواقع تصنع زاوية 23 درجة بالنسبة لها. يسمح هذا بشكل أساسي لمستويات المياه عند خط الاستواء بالتأرجح ضمن نطاق أصغر نسبيًا (مقارنة بالنطاقات في أماكن أخرى) حيث يسحب القمر المحيط المحيطات & # 8217 المياه.

ليست كل المد والجزر ناتجة عن المواقع النسبية لهذه الأجرام السماوية. بعض المسطحات المائية ، مثل تلك الضحلة نسبيًا مقارنة بالمحيطات ، تشهد تغيرًا في مستويات المياه بسبب الاختلافات في الضغط الجوي المحيط. هناك أيضًا مواقف متطرفة أخرى تتجلى فيها المد والجزر ولكن لا علاقة لها بالمواقع الفلكية.

على سبيل المثال ، تستخدم موجة المد والجزر أو تسونامي الكلمة & # 8216tide & # 8217 وتظهر في الواقع ارتفاع وانخفاض مستويات المياه (في الواقع ، هذا ملحوظ جدًا). ومع ذلك ، فإن هذه الظاهرة ناتجة بالكامل عن إزاحة كمية هائلة من المياه بسبب الزلازل والانفجارات البركانية والانفجارات تحت الماء وغيرها. كل هذه الأسباب تحدث على سطح الأرض ولا علاقة لها بالقمر أو الشمس.

أجرى إسحاق نيوتن دراسة شاملة للمد والجزر وأدرجت في عمله المنشور بعنوان Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica.

لدينا هنا بعض المقالات ذات الصلة التي قد تهمك:

هناك & # 8217s المزيد عنها في وكالة ناسا. فيما يلي بعض المصادر هناك:

في ما يلي حلقتان في Astronomy Cast قد ترغب في التحقق منهما أيضًا:


ما هي سرعة الجاذبية؟

"المشكلة الوحيدة فيما يتعلق بسرعة الضوء ، هي أنه يصل إلى هنا في وقت مبكر جدًا من الصباح." -داني نيفراث

أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا التي يتم طرحها علي هو ما إذا كانت الجاذبية أم لا فوريا، أو ما إذا كان هناك حد للسرعة التي يمكن أن تنتقل بها قوة الجاذبية. هذا هو ليس سؤال بسيط كما يبدو على السطح.

بعد كل شيء ، نحن نعرف مدى السرعة ضوء يسافر ، وإذا اختفت الشمس فجأة من الوجود ، فسنظل نتلقى الضوء منها لما يزيد قليلاً عن 8 دقائق بعد اختفائها! ولكن ماذا عن الجاذبية ومدار الأرض؟ هل ستطير الأرض ببساطة في خط مستقيم ، مثل كرة بوي الملتوية في اللحظة التي ينكسر فيها الخيط؟

أم أنها ستستمر في التحرك في مدارها الكوكبي لبعض الوقت ، وربما تعاني من بعض الآثار الأكثر إثارة للاهتمام؟ صدق أو لا تصدق ، هذا هو واحد من أكثر شديدة الاختلافات بين نظرية مدرسة نيوتن القديمة للجاذبية والنسبية العامة لأينشتاين. وفقًا لنيوتن ، لديك كتلتان مفصولتان بمسافة ، وهذا يحدد القوة. تأخذ واحدة من تلك الكتل بعيدًا ، وتختفي القوة. فورا. نهاية القصة.

لكن في النسبية العامة ، الأمور كذلك كثير أكثر تعقيدًا ، ومختلفًا تمامًا عن الصورة النيوتونية البسيطة التي تعلمتها على الأرجح في المدرسة الثانوية أو الكلية.

أولاً ، الأمر ليس كذلك كتلة، بحد ذاته ، يسبب الجاذبية. بدلا من ذلك ، تؤثر جميع أشكال الطاقة (بما في ذلك الكتلة) انحناء الفضاء. لذلك بالنسبة للشمس والأرض ، فإن الكتلة الكبيرة بشكل لا يصدق للشمس تهيمن على انحناء الفضاء ، وتنتقل الأرض في مدار على طول ذلك الفضاء المنحني ، تمامًا مثل جميع الأجسام الأخرى في النظام الشمسي.

إذا قمت ببساطة بإزالة الشمس ، مما جعلها (بطريقة ما) تغفل عن الوجود ، فماذا سيحدث؟ في النسبية العامة ، صحيح أن الفضاء سيعود إلى كونه مسطحًا ، لكنه لن يفعل ذلك على الفور في كل نقطة. في الواقع ، تمامًا مثل سطح البركة عندما تسقط شيئًا ما فيه ، فإنه يستقر مرة أخرى ليصبح مسطحًا ، وترسل الاضطرابات تموجات إلى الخارج!

في نظرية الجاذبية لأينشتاين ، تتحرك هذه التموجات عند سرعة الضوء، ليس على الفور. هذا يخبرنا أن تشوه الزمكان بسبب المادة والطاقة - كذلك التغييرات في هذا التشويه - يجب أن ينتشر في ج، وأن سرعة الجاذبية يجب أن تكون مساوية لسرعة الضوء في الفراغ.

هذه فكرة رائعة حقًا ، وتقودني لطرح سؤال آخر. فكر في الأمر إذا كانت الأرض ثابتة ، فستشعر بالتموجات بطريقة واحدة ، ولكن إذا كانت الأرض كذلك متحرك على سطح الفضاء ، ألا تشعر بالتموجات بشكل مختلف؟

اتضح أنه بينما لا يهتم نيوتن بسرعتك ، آينشتاين يفعل. الشمس ، كما هي الآن ، لن تؤثر جاذبيتها على الأرض لمدة أكثر من 8 دقائق أخرى ، والجاذبية التي تشعر بها الأرض الآن تسحبها نحو الشمس تسحبها في الواقع نحو المكان الذي كانت فيه الشمس قبل أكثر من 8 دقائق ! (غريب أليس كذلك؟)

ترجع التغييرات في الجاذبية التي تتعرض لها الأرض إلى حقيقة أن المواضع والعزم لجميع الكائنات في الكون - بما في ذلك الشمس - تتغير بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى تغيير انحناء الفضاء في محيطنا.

هل تريد أن تعرف شيئًا من الفوضى نوعًا ما؟ إذا كان هذا هو ملف فقط الشيء الذي كان مختلفًا عن الجاذبية النيوتونية ، فإن نظرية أينشتاين ستكون خاطئة. التنبؤات التي سنحصل عليها لمدارات الكواكب ، بناءً على المكان الذي كانت فيه أجسام مثل الشمس والكواكب الأخرى قبل أكثر من 8 دقائق (أو أيًا كان وقت السفر الخفيف للكوكب المعني) مختلفة بما فيه الكفاية حتى عن الملاحظات التي استمرت قرن قبل ذلك ، كان من المفترض أن تكون النسبية العامة خاطئة على الفور. هذا التأثير من تلقاء نفسه يتطلب ، إذا كانت نظرية نيوتن صحيحة ، فإن سرعة الجاذبية تكون على الأقل 20 مليار مرة أسرع من سرعة الضوء!

لكن هناك قطعة أخرى للغز.

الأرض ، نظرًا لأنها تتحرك أيضًا ، فهي نوع من "الركوب" فوق التموجات التي تنتقل عبر الفضاء ، بحيث تنزل في مكان مختلف عن مكان رفعها. يبدو أن لدينا تأثيران يحدثان: كل كائن ● السرعة يؤثر على كيفية تعرضه للجاذبية ، وكذلك يفعل التغييرات التي تحدث في مجالات الجاذبية.

المدهش هو أن التغيرات في مجال الجاذبية التي تشعر بها سرعة الجاذبية المحدودة وتأثيرات التفاعلات المعتمدة على السرعة تلغي تقريبيا بالضبط! إن عدم دقة الإلغاء هو ما يسمح لنا بتحديد ، من خلال الملاحظة ، ما إذا كان نموذج نيوتن "لسرعة الجاذبية اللانهائية" أو نموذج أينشتاين "سرعة الجاذبية = سرعة الضوء" يتطابق مع كوننا.

في نظرية، نعلم أن سرعة الجاذبية يجب أن تكون مماثلة لسرعة الضوء. لكن قوة جاذبية الشمس هنا ، بواسطتنا ، هي بعيد ضعيف جدا لقياس هذا التأثير. في الواقع ، من الصعب حقًا قياسه ، لأنه إذا تحرك شيء ما عند مستوى ثابت السرعة في ثابت مجال الجاذبية ، لا يوجد أي تأثير يمكن ملاحظته على الإطلاق. ما نريده ، بشكل مثالي ، هو نظام به جسم يتحرك بامتداد السرعة المتغيرة من خلال أ تغيير مجال الجاذبية. ماذا سيستغرق ذلك؟

شيء مكثف ، مثل نجم نيوتروني يدور حول جسم نجمي آخر قريب جدًا من بعضه! في بعض الأحيان ، نكون محظوظين جدًا ، ويصدر النجم النيوتروني ومضات منتظمة جدًا من الضوء ، تنبض بدقة لا تصدق: وهذا يجعلها نجمًا نابضًا!

في حالات نادرة جدًا ، لدينا نجمان نيوترونيان يدوران حول بعضهما البعض! إذا كان أحد هذه النجوم النيوترونية هو نجم نابض موجه إلينا ، فيمكننا اختبار ما إذا كانت الجاذبية تتحرك بسرعة الضوء أم لا! بشكل لا يصدق ، اكتشفنا العديد من النجوم النابضة الثنائية المستقلة بهذا التكوين الدقيق!

لا يتحرك مصدر الجاذبية (النجم رقم 1) فحسب ، بل يتحرك الجسم الآخر (النجم رقم 2) المتغيرة سرعتها ، لأنها تغيرها اتجاه في مدار حول مصدر الجاذبية! Remarkably, this effect causes the orbit to ever-so-slowly decay, which leads to time changes in the pulses!

The predictions from Einstein’s theory of gravity are incredibly sensitive to the speed of light, so much so that even from the very first binary pulsar system, PSR 1913+16 (or the Hulse-Taylor binary), we have constrained the speed of gravity to be equal to the speed of light with a measurement error of only 0.2%!

We were able to do a more direct measurement in 2002, when a chance coincidence lined up the Earth, Jupiter, and a very strong radio quasar (QSO J0842+1835) all along the same line-of-sight! As Jupiter moved between Earth and the quasar, the gravitational bending of Jupiter allowed us to measure the speed of gravity, ruling out an infinite speed and determining that the speed of gravity was between 2.55 × 10^8 and 3.81 × 10^8 meters-per-second, completely consistent with Einstein’s predictions.

But what we’d really love to be able to do is detect these gravitational waves مباشرة.

The proposed Laser Interferometer Space Antenna (LISA) would have been sensitive to exactly these types of gravitational waves, and could have measured the speed of gravity directly. If you had asked about this just a decade ago, I would have told you that LISA should be taking data by 2018. Unfortunately, NASA pulled out of the project in 2011, and it looks like this will never become a reality, not for the next 20 years unless something changes.

So until then, it’s the indirect measurements from very rare pulsar systems that give us the tightest constraints, and tell us that the speed of gravity is between 2.993 × 10^8 and 3.003 × 10^8 meters per second, which is an amazing confirmation of General Relativity and a terrible difficulty for alternative theories of gravity that لا تفعل reduce to General Relativity! (Sorry, Newton!) And now you know not only what the speed of gravity is, but where to look to figure it out!

An earlier version of this post originally appeared on the old Starts With A Bang blog at Scienceblogs.


شاهد الفيديو: تجارب تثبت الكثافة وتنفي الجاذبية (شهر نوفمبر 2022).