آنطرف رنگین کمان کجاست؟

وقتی در طول بارندگی فقط یک رنگین کمان می بینیم در واقع چند رنگین کمان وجود دارد؟ پاسخ این سؤال آنطور که فکر می کنید ساده نیست! وقتی نور وارد یک قطره آب می شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم ما باز می تابد رنگین کمان را تشکیل می دهد. هر قطره باران، نوری را که واردش می شود در تمام جهات ممکن بازتابانده و می شکند. اولین بار که نور با قطره برخورد می کند، یک پرتو کسری از آن نور بازتاب می کند و و بقیة آن در طول قطره حرکت می کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداری از نور شکت خورده و مقداری بازتاب می کند. در هر برخورد با سطح سطح داخلی قطره، مقداری از نور باز می تابد و در قطره می ماند، و باقیماندة آن خارج می شود. بنابراین پرتو های نور می توانند بعد از یک، دو، سه بازتاب داخلی یا بیشتر از قطره خارج شوند.

وقتی شما دو رنگین کمان می بینید، اولین یا اصلی ترین کمان در زاویة 42 درجه، با نور قرمز در بیرون و نور بنفش در داخل به طور واضح دیده می شود. کماان دوم همیشه کم رنگ تر بوده و بواسطة بازتاب دوم با رنگهای معکوس (بنفش در بیرون و قرمز در درون) در زاویة 51 تشکیل می شود. اسحاق نیوتن یک معادله ریاضی بر حسب اندازه زاویة رنگین کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد. او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافی وجود ندارد که در واقع شخص آنرا ببیند، از اینرو هرگز مسئله را برای 3=N حل نکرد. ادموند هالی، بعد از نامگذاری ستارة دنباله دار هالی، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومین رنگین کمان در زاویة 40 درجه و 20 ثانیه تشکیل می شود، و شگفت زده شد. این رنگین کمان نبایستی در مقابل خورشید تشکیل شود بلکه دور تا دور خورشید تشکیل می شود! دو هزار سال بود که بشر به اشتباه در طرف دیگر آسمان در جستجوی این کمان بود.

Somewhere Over Which Rainbow?
by Willa Larsen and ScienceIQ.com

Double rainbow, note the color reversal in the faint, secondary rainbow.

How many rainbows are there really when we only see one during a rainstorm? The answer isn't as simple as you might think! Rainbows are formed when light enters a water droplet, reflects once inside the droplet, and is reflected back to our eyes. Each raindrop reflects and refracts the light that enters it in all possible ways. When light first hits the drop, a fraction of that light is reflected and the rest is transmitted through until it hits the backside of the drop on the inside. Again, some of that light is refracted and some is reflected. At each encounter with the surface inside the drop, some of the light is reflected and remains inside the drop, and the rest escapes. Therefore, light rays can escape after one, two, three or more internal reflections.

When you see two rainbows, the first or primary bow at 42 degrees, is brighter with red on the outside ending with violet on the inside. The secondary bow at 51 degrees is always fainter with the colors reversed due to the second reflection; violet on the outside ending with red on the inside. Isaac Newton derived a mathematical equation for the angular size of rainbows after a number (N) of reflections inside the droplet. He never solved the problem for N=3, since he decided that in the third pass there wouldn't be enough light for a person to actually see it. Edmund Halley, after whom Halley's comet was named, carried the calculations through and discovered that the tertiary rainbow would actually appear with an arc of 40 degrees and 20 seconds, and surprise! It should appear not opposite the sun but around the sun itself! For two thousand years, men had been looking for this arc in the wrong part of the sky!

نحوه تشکیل دو رنگین کمان

 

انرژی تاریک چیست؟

از آنجا که اینشتین فکر می کرد جهان ساکن است، حدس زد که حتی خالی ترین فضای ممکن، تهی از ماده و تابش، بایستی هنوز یک انرژی تاریک داشته باشد، که آنرا « ثابت [نظام مند] (وابسته به فلسفه انتظام گیتی) » نامید. زمانیکه ادوین هابل انبساط جهان را کشف کرد، اینشتین این را بزرگترین اشتباه او خواند و نظرش را رد کرد. همین که ریچارد فاینمن و دیگران نظریة کوانتومی ماده را توسعه دادند، پی بردند ‹ فضای تهی › پُر است از ذرات موقتی (‹مجازی›) که مرتباً در حال شکل دهی و نابود سازی خویش اند. فیزیکدانان به مرور گمان کردند که حقیقتاً بایستی خلاء شکل تاریکی از انرژی را داشته باشد، ولی نتوانستند اندازه اش را پیش بینی کنند.بواسطة اندازه گیریهای اخیر انبساط جهان، ستاره شناسان کشف کردند که « اشتباهِ » اینشتین یک اشتباه نبود: به راستی شکلی از انرژی تاریک ظاهر میشود که بر کل محتوای جرم-انرژی جهان تسلط دارد، و گرانش دافع خارق العاده اش در حال جدا ساختن جهان است. ما هنوز نمی دانیم که چرا یا چگونه انبساط با شتاب زیاد در جهان پیشین ( تورم ) و انبساط شتابدار کنونی ( بواسطة انرژی تاریک ) به یکدیگر مربوط ند.یک مأموریت ماوراء اینشتین انبساط را با دقت کافی اندازه گیری خواهد کرد تا بفهمیم که آیا این انرژی یک خاصیت ثابت فضای خالی است ( همانگونه که اینشتین حدس زد )، یا آیا این علائمی از ساختار قویتری را نشان می دهد که در نظریات متحد شدة مدرنِ نیروهای طبیعی امکان پذیر است.What is Dark Energy?by NASA Goddard Space Flight Center and ScienceIQ.comImage Courtesy Beyond EinsteinBecause he originally thought the Universe was static, Einstein conjectured that even the emptiest possible space, devoid of matter and radiation, might still have a dark energy, which he called a 'Cosmological Constant.' When Edwin Hubble discovered the expansion of the Universe, Einstein rejected his own idea, calling it his greatest blunder. As Richard Feynman and others developed the quantum theory of matter, they realized that 'empty space' was full of temporary ('virtual') particles continually forming and destroying themselves. Physicists began to suspect that indeed the vacuum ought to have a dark form of energy, but they could not predict its magnitude. Through recent measurements of the expansion of the Universe, astronomers have discovered that Einstein's 'blunder' was not a blunder: some form of dark energy does indeed appear to dominate the total mass-energy content of the Universe, and its weird repulsive gravity is pulling the Universe apart. We still do not know whether or how the highly accelerated expansion in the early Universe (inflation) and the current accelerated expansion (due to dark energy) are related.  A Beyond Einstein mission will measure the expansion accurately enough to learn whether this energy is a constant property of empty space (as Einstein conjectured), or whether it shows signs of the richer structure that is possible in modern unified theories of the forces of nature.

تئوری جنبشی گازها

هوا یک گاز است، و گازها را می توان با ملاحظۀ فعالیت کوچک مقیاس مولکولهای منفرد یا با نظر به فعالیت بزرگ مقیاس گاز به عنوان یک کل مورد مطالعه قرار داد. ما می توانیم فعالیت گاز را به طور مستقیم اندازه گیری کرده یا احساس کنیم. اما برای مطالعۀ فعالیت مولکولها، بایستی از یک مدل نظری استفاده کنیم. این مدل، که نظریۀ جنبشی گازها نامیده می شود، فرض می گیرد که اندازۀ مولکولها نسبت به فاصلۀ آنها خیلی کوچک است. مولکولها در سکون، حرکت تصادفی ( اتفاقی ) و غالبا در حال برخورد با یکدیگر و با دیواره های ظرفشان هستند.مولکولهای منفرد خصوصیات فیزیکی استاندارد جرم، تکانه، و انرژی را دارا هستند. چگالی یک گاز عبارتست از نسبت مجموع جرم مولکولها به حجمی که گاز اشغال می کند. فشار یک گاز اندازۀ تکانۀ خطی مولکولهاست. همانطور که مولکولهای گاز با دیوارۀ ظرف برخورد می کنند، تکانۀ خود را به دیواره ها انتقال می دهند، و این نیرویی را ایجاد می کند که قابل اندازه گیری است. حاصل تقسیم نیرو بر مساحت به عنوان فشار تعریف می شود. دمای یک گاز معیاری از انرژی جنبشی متوسط گاز است. مولکولها در حرکت اتفاقی دائمی هستند، و انرژیی ( جرم × مربع سرعت ) وجود دارد که با آن حرکت معادل است. هر چه دما بالاتر، حرکت ( جنبش ) بیشتر.در یک جامد، محل مولکولها نسبت به یکدیگر ثابت می ماند. ولی در یک گاز، مولکولها می توانند به اطراف حرکت کنند و به طرق مختلف بر یکدیگر و بر محیط اطرافشان تأثیر متقابل بگذارند. همانطور که در بالا ذکر شد، همیشه یک جزء اتفاقی حرکت مولکولی وجود دارد. همه ی سیالات می توانند طوری حرکت کنند ( جاری شوند ) که انگار در یک حرکت اجباری ( جریان ) قرار دارند. این حرکت اجباری به حرکت تصادفی طبیعی مولکولها اضافه می شود. در مقیاس مولکولی هیچگونه فرقی بین جزء تصادفی یا جزء اجباری وجود ندارد. در یک لولۀ پیتوت، فشار حاصل از جزء تصادفی را به مانند فشار ساکن اندازه گیری می کنیم، و این فشار ( فشار تصادفی ) را با جزء اجباری جمع کرده و فشار کل را می یابیم.Kinetic Theory of Gasesby NASA Glenn Research Center and ScienceIQ.comImage Credit: Image Courtesy NISTAir is a gas, and gases can be studied by considering the small scale action of individual molecules or by considering the large scale action of the gas as a whole. We can directly measure, or sense, the action of the gas. But to study the action of the molecules, we must use a theoretical model. The model, called the kinetic theory of gases, assumes that the molecules are very small relative to the distance between molecules. The molecules are in constant, random motion and frequently collide with each other and with the walls of any container. The individual molecules possess the standard physical properties of mass, momentum, and energy. The density of a gas is simply the sum of the mass of the molecules divided by the volume which the gas occupies. The pressure of a gas is a measure of the linear momentum of the molecules. As the gas molecules collide with the walls of a container, the molecules impart momentum to the walls, producing a force that can be measured. The force divided by the area is defined to be the pressure. The temperature of a gas is a measure of the mean kinetic energy of the gas. The molecules are in constant random motion, and there is an energy (mass x square of the velocity) associated with that motion. The higher the temperature, the greater the motion. In a solid, the location of the molecules relative to each other remains almost constant. But in a gas, the molecules can move around and interact with each other and with their surroundings in different ways. As mentioned above, there is always a random component of molecular motion. The entire fluid can be made to move as well in an ordered motion (flow). The ordered motion is superimposed, or added to, the normal random motion of the molecules. At the molecular level, there is no distinction between the random component and the ordered component. In a pitot tube, we measure pressure produced by the random component as the static pressure, and the pressure produced by the random plus the ordered component as the total pressure.

گام نهایی 'وویجر یک' برای ورود به اعماق فضا

وویجر یک اکنون دورافتاده ترین مصنوع دست بشر است کاوشگر فضایی 'وویجر 1' به کرانه منظومه شمسی نزدیک و نزدیکتر می شود. این فضاپیما که در سال 1977 پرتاب شد اکنون تقریبا 14 میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد و در آستانه ورود به اعماق فضاست. فاصله زمین از خورشید تقریبا 150 میلیون کیلومتر است. دانشمندان آژانس فضایی آمریکا، ناسا، روز سه شنبه در کنفرانسی در نیواورلیانز گفتند که وویجر اکنون در حال حرکت در بخشی از منظومه شمسی به نام "هلیوشیت" است. این پهنه کرانه ای متلاطم و وسیع است که نفوذ خورشید در آن پایان می یابد و ذرات پرتاب شده از سطح خورشید در آنجا خرد شده و به گازی رقیق که در فضای میان ستارگان شناور است بدل می شود. هرچند دانشمندان نسبت به زمان دقیق آن مطمئن نیستند اما می گویند این کاوشگر "به زودی" منظومه شمسی را پشت سر گذاشته و وارد اعماق فضا می شود. دکتر ادوارد استون، از دانشمندان پروژه وویجر در موسسه تکنولوژی کالیفرنیا در پاسادینا گفت: "وویجر 1 وارد آخرین مرحله از تاخت و تاز خود به سوی مرز فضای میان-ستاره ای (interstellar space) شده است." دانشمندان نوامبر گذشته درباره رسیدن یا نرسیدن وویجر به ناحیه موسوم به "شوک پایانی" (termination shock) دچار اختلاف نظر شده بودند. سرعت "بادهای" خورشیدی، یعنی ذرات باردار الکتریکی که سطح خورشید ساطع می شود، در این ناحیه در اثر فشار ناشی از گاز پراکنده میان ستارگان کم می شود. برخی محققان تصور می کردند که این کاوشگر وارد این ناحیه شده است اما به عقیده سایرین هنوز به آنجا نرسیده بود. اکنون در نشست "مجمع مشترک 2005" که توسط انجمن ژئوفیزیک آمریکا سازمان داده می شود، دانشمندان می گویند مطمئن هستند و توافق کرده اند که وویجر از ناحیه شوک پایانی فراتر رفته و به تدریج طعم اعماق فضا را می چشد. پیش بینی موقعیت ناحیه شوک پایانی آسان نبود، زیرا به گفته محققان، شرایط دقیق حاکم بر فضای میان ستاره ای مجهول است. به علاوه، نوسان در سرعت و فشار بادهای خورشیدی باعث می شود ناحیه شوک پایانی منبسط یا منقبض شده و تاب بردارد. وویجر 1 ابتدا ماموریتی پنج ساله داشت اما با گذشت 28 سال از زمان پرتاب عملکرد خارق العاده آن همچنان ادامه دارد. این فضاپیما حامل یک کپسول زمان به شکل یک صفحه طلایی گرامافون، به همراه سوزن پخش و پیام سلام زمینی ها به زبان های مختلف و همچنین نمونه آهنگ هایی از موتزارت گرفته تا آهنگی از بلایند ویلی جانسون است. همزاد دیگر این فضاپیما، وویجر 2، چند هفته بعد از وویجر یک پرتاب شد و در مسیری متفاوت در حرکت است و اکنون 4/10 میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد.