الفلك

ما السرعة الفعلية للإشعاع الكهرومغناطيسي في الفضاء؟

ما السرعة الفعلية للإشعاع الكهرومغناطيسي في الفضاء؟

سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي قليل جدا أقل من $ c $، لأن الفضاء ليس فراغًا تمامًا. لنفترض أن EM يسافر في $ (1- varepsilon) c $.

على سبيل المثال ، ينتج عن هذا تأخير طفيف بين تلقي موجة الجاذبية واكتشاف انبعاث كهرومغناطيسي مرتبط من الجسم الذي تسبب في حدوثها. بالنسبة لجسم يبعد حوالي 130 مليون سنة ضوئية (GW170817) ، رأيت هذا التأخير مقتبسًا على أنه كل شيء من $1.74$ ثواني (هكذا $ varepsilon حوالي 4 مرات 10 ^ {- 16} دولار) إلى 27 دقيقة (لذلك $ varepsilon حوالي 4 مرات 10 ^ {- 13} دولار). أنا متأكد من أن هذه الأرقام تعتمد على جميع أنواع علم الفلك المثير للاهتمام فيما يتعلق بعمليات اندماج الثقوب السوداء وانفجارات أشعة جاما ، ولكن القيمة الفعلية لـ $ varepsilon $ لا تحتاج إلى معرفة أي من هذا.

لذلك أنا أسأل هنا لأن أي شخص يعمل على LIGO يجب أن يعرف بالتأكيد أفضل تقدير لدينا لقيمة $ varepsilon $.


أعتقد أن هذا السؤال تم تناوله في الورقة ، أبوت ، وآخرون. al. ، موجات الجاذبية وأشعة جاما من اندماج ثنائي نيوترون ستار: GW170817 و GRB 170817A ، ApJ. Lett.، 848: L13، 2017 16 أكتوبر.

"نستخدم التأخير الزمني الملحوظ لـ (+ 1.74 دولار مساءً 0.05 دولار) s بين GRB 170817A و GW170817 من أجل: (1) تقييد الفرق بين سرعة الجاذبية وسرعة الضوء ليكون بينهما -3 دولارات مرات 10 ^ {- 15} دولار و $ + 7 مرات 10 ^ {- 16} $ ضعف سرعة الضوء ، ... "

في القسم 2.2 من الورقة ، ناقشوا عدم اليقين من التأخير بين GW وانبعاثات GRB ، والمتوقع أن يكون بضع ثوان. في القسم 4 من الورقة ، قاموا بحساب نطاق عدم التيقن من السرعة المذكورة أعلاه. يستخدمون بشكل متحفظ 26 MPc ، الحد الأدنى الخاص بهم على فاصل مسافة موثوق به 90٪ ، وللحد الأعلى لفرق السرعة يفترضون أن GW و GRB قد انبعثتا بشكل متزامن ، ويستخدمون 1.74 ثانية $ Delta t $. للحصول على حد أدنى لسرعة الجاذبية ، يفترضون أن GRB انبعث بعد 10 ثوانٍ من GW ، وأن إشارة EM الأسرع شكلت بعض الاختلاف.

أعتقد أنه تم اكتشاف الأشعة السينية أيضًا بعد عدة أيام (حوالي 8-9). يُعزى هذا التأخير إلى الوقت اللازم لموجة الصدمة من الاندماج للتفاعل مع المادة المحيطة. لم أتمكن من العثور على أي إشارة لوصول الإشارة بعد 27 دقيقة من اكتشاف GW في أوراق LIGO.


بالنظر إلى الترددات المختلفة للضوء ، أو طاقات الفوتونات ، اختر ما تريد ، وانتقل عبر نفس الوسيلة المختلفة بمعدلات مختلفة ، على سبيل المثال يتباطأ الضوء الأحمر بدرجة أقل من خلال المنشور الزجاجي ، بينما يتباطأ اللون الأزرق أكثر ، ويبدو أن وصول إشارات الطاقة الأعلى إلى المراقب يستغرق وقتًا أطول ، سواء كان ذلك الغبار الكوني أو الغاز بين الكواكب / المجرة أو أي شيء آخر.

الطريقة الوحيدة للحساب ستكون من خلال مراقبة نبضة مفردة عبر ترددات متزامنة متعددة في وقت واحد. على ما يبدو مع GW170817 كما ذكرت ، كان هناك انفجار شعاع غاما مرصود بواسطة مركبة فيرمي و INTEGRAL الفضائية بعد 1.7 ثانية من اكتشاف LIGO ، ولكن على حد علمي كانت هذه الملاحظة الأخرى الوحيدة على الفور. كانت معظم الملاحظات الأخرى عبارة عن تلسكوبات موجهة هناك بعد تنبيه GRB


نجم "سباغيتيتيد" ملفوف حول ثقب أسود تم رصده لأول مرة

يلاحظ علماء الفلك أن ثقبًا أسودًا عملاقًا يمتص نجمًا معكرًا.

تم رصد خيوط من مادة ملفوفة حول ثقب أسود هائل لأول مرة مما يشير إلى أن نجمًا محاصرًا بفعل جاذبية الثقب الأسود قد تم تدميره للتو عن طريق "سباغيتيتيشن".

يعتقد علماء الفلك أن التأثير المعروف باسم اضطراب المد والجزر يحدث لأن جاذبية الثقب الأسود تسحب بقوة أكبر جانب النجم بالقرب من الثقب الأسود. يقوم الثقب الأسود أولاً بتمزيق النجم ثم بعد ذلك تمتص في قضيتها، مما يحول النجم إلى خيوط طويلة في هذه العملية.

في السابق ، كان الدليل الوحيد على مثل هذا الموقف حيث واجه النجم زوالًا عنيفًا مغامرًا بالقرب من مركز المجرة ، جاء في شكل دفعات قصيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي التي لاحظها علماء الفلك من حين لآخر منبثقة من الثقوب السوداء الهائلة.

ومع ذلك ، لم ير العلماء حتى الآن دليلًا على وجود خيوط فيزيائية فعلية من نجم في محيط الثقب الأسود. في هذه الدراسة الجديدة، الذي نُشر في مجلة الإخطارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية في 24 مارس ، نجح فريق من علماء الفلك من المعهد الهولندي لأبحاث الفضاء (SRON) وجامعة رادبود في هولندا في اكتشاف مثل هذا النجم السباغيتي في خطوط الامتصاص الطيفية حول القطبين لثقب أسود بعيد.

خطوط الامتصاص هي خطوط مظلمة بشكل غير عادي يتم اكتشافها في حالة الاتصال المستمر نطاق من الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من مصدر ، وهو في هذه الحالة ثقب أسود. تظهر هذه الخطوط عندما تحجب المادة التي تمتص جزءًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي (في هذه الحالة النجم السباغيتيت) المصدر.

لاحظ علماء الفلك خطوط الامتصاص الطيفي عند النظر إلى القطب الدوراني للثقب الأسود. قال العلماء إن الملاحظة تشير إلى وجود خيط من مادة ملفوفة عدة مرات حول الثقب الأسود مثل كرة الغزل. بالوضع الحالي في 23 أبريل. يعتقد الفريق أن هذه المادة هي النجم الممزق وهو يدور حول الثقب الأسود قبل أن يختفي بداخله.

أقراص المادة المتراكمة من المعروف أنها موجودة حول خط الاستواء للثقب الأسود. مصنوع من مادة تم سحبها إلى الثقب الأسود ولكن لم يبتلعها بعد ، يدور القرص حول خط الاستواء بسرعة عالية جدًا ، مما ينبعث منه حرارة وأشعة سينية وأشعة جاما في هذه العملية.

ومع ذلك ، يزعم مؤلفو الدراسة الحالية أن المواد التي كانوا يبحثون عنها لم تكن جزءًا من قرص التراكم.

قال جياكومو كانيزارو ، المؤلف الرئيسي للورقة: "خطوط الامتصاص ضيقة". "لم يتم توسيعها بواسطة تأثير دوبلر ، كما تتوقع عندما تنظر إلى قرص دوار."

تأثير دوبلر ، الناجم عن الحركة السريعة للمادة في قرص التراكم ، يمتد أو يتقلص الموجات الكهرومغناطيسية اعتمادًا على ما إذا كان المصدر يتحرك باتجاه المراقب أو بعيدًا عنه. نتيجة لذلك ، سيكون الضوء المنبعث من جزء قرص التراكم الذي يتحرك بعيدًا عن الأرض أكثر إشراقًا. لكن العلماء لم يروا أي دليل على ذلك.

قال الباحثون أيضًا في البيان إنهم يعرفون أنهم يواجهون قطب الثقب الأسود لأنهم يستطيعون اكتشاف الأشعة السينية. وقال البيان: "قرص التراكم هو الجزء الوحيد من نظام الثقب الأسود الذي يصدر هذا النوع من الإشعاع". "إذا كنا ننظر إلى الحافة ، فلن نرى الأشعة السينية لقرص التراكم."

أثقل من الشمس بملايين بل ومليارات المرات ، الثقوب السوداء الهائلة يعتقد أنها كامنة في وسط معظم المجرات. تنمو على مدى مليارات السنين ، وتبتلع كل ما يقع في أحضان جاذبيتها. يمكن لعلماء الفلك اكتشاف الثقوب السوداء بفضل الأشعة السينية الساطعة التي تصدرها عندما تتدفق على الغاز والمادة من محيطهم.

قد تتجول النجوم التي تدور في الأجزاء المركزية من المجرات أحيانًا بالقرب من الثقوب السوداء لدرجة أنها تحاصرها جاذبيتها. يقتربون أكثر فأكثر من الثقب الأسود ويموتون في النهاية موتًا مبكرًا عن طريق السباغيتيت.


القوة الكهرومغناطيسية

مجرة دوامة متعددة الطول الموجي: تُظهر كل صورة نطاقًا ضيقًا من الأطوال الموجية للضوء والإشعاع غير المرئي عبر الطيف الكهرومغناطيسي. يرتبط الطول الموجي وطاقة الفوتون بمدى سرعة تسريع الإلكترونات. يأتي الإشعاع المنخفض الطاقة من المناطق الباردة من الغاز الجزيئي ، ويأتي الإشعاع عالي الطاقة من النقاط الساخنة حيث تتأين الذرات بالكامل. توفر الصور المجمعة نظرة ثاقبة على الهيكل ودرجة الحرارة والتركيب الكيميائي لمجرة Whirlpool. تمثل النجوم الموجودة في صورة الأشعة تحت الحمراء معظم كتلة المجرة ، باستثناء المادة المظلمة التي لا يمكن رؤيتها. تمثل الصورة الضوئية كمية أصغر قليلاً من الكتلة وتمثل الصور الثلاث الأخرى فقط آثارًا للكتلة في الجزيئات (صورة الراديو) والنجوم الساخنة الضخمة (الصورة فوق البنفسجية) والبلازما الساخنة (صورة الأشعة السينية).

الجاذبية هي القوة التي تجمع المادة معًا عبر مسافات كبيرة (عشرات الملايين من السنين الضوئية). القوة الكهرومغناطيسية مؤثرة للغاية أيضًا ، لكنها تعمل على مسافات صغيرة جدًا (وصولاً إلى مقاييس ما دون المليمتر) مما يتسبب في جذب نوى ذرية موجبة الشحنة إلكترونات سالبة الشحنة مما يسمح بتكوين الذرات والجزيئات.

القوة الكهرومغناطيسية هي المسؤولة عن توليد الضوء المرئي والإشعاع في نطاقات الموجات الأخرى التي لا يمكن اكتشافها بالعين البشرية. عندما تطير الإلكترونات والبروتونات حول بعضها البعض في مصدر الضوء ، تنتج القوة الكهرومغناطيسية فوتونات من جميع الأطوال الموجية عبر الطيف الكهرومغناطيسي. تخلق الجسيمات المشحونة البطيئة والمتحركة عشوائيًا فوتونات راديو ، وفوتونات تحت الحمراء ، وبصرية وفوق بنفسجية بأطوال موجية ، على التوالي ، من الأمتار إلى الميكرونات إلى آلاف النانومترات ومئات النانومترات. قد تخلق الجسيمات سريعة الحركة أشعة سينية. يشار إلى هذه الأشكال من الإشعاع بالإشعاع الحراري لأن طاقة الفوتونات تعتمد على درجة حرارة الغاز. تخلق العمليات الأخرى مثل الحركة الموجهة للجسيمات المشحونة في المجالات المغناطيسية أو تحلل الجسيمات إلى فوتونات إشعاعًا إضافيًا يُشار إليه بالإشعاع غير الحراري لأن السبب الرئيسي للإشعاع هو شيء آخر غير درجة حرارة الغاز. غالبًا ما يكون من الصعب تحديد كيفية تكوين فوتون معين لأن لهما أطوال موجية متشابهة. عادةً ما يكون الإشعاع الأعلى للطاقة ، المعروف باسم أشعة جاما ، عبارة عن إشعاع غير حراري.

القوة الكهرومغناطيسية في تكوين المادة: الكهرومغناطيسية هي القوة التي تمارس بين الشحنات الكهربائية على بعضها البعض. البروتونات والإلكترونات هي جسيمات مشحونة بشكل معاكس تتفاعل مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية. بدون القوة الكهرومغناطيسية ، لن تتشكل الذرات والجزيئات أبدًا.

الكهرومغناطيسية هي القوة التي تمارسها الجسيمات المشحونة على بعضها البعض. الإلكترونات والبروتونات هي جسيمات مشحونة بشكل معاكس تتفاعل مع المجالات الكهربائية والمغناطيسية. عندما تتسبب القوة الكهرومغناطيسية في تسريع الإلكترونات أو إبطائها ، فإن قانون الحفاظ على الطاقة يتطلب أن تكون هناك كمية مساوية ومعاكسة من الطاقة المضافة أو المطروحة بحيث يكون صافي التغير في الطاقة للنظام صفرًا. بمعنى آخر ، يجب أن تظهر الطاقة التي تظهر أو تختفي بشكل ما أو تختفي في شكل آخر. ترتبط فوتونات الطاقة الأعلى بترددات أعلى من الأطوال الموجية الأقصر. الفوتونات هي أصغر جزيئات الضوء. تأتي الفوتونات في نطاق مستمر من الطاقات من المنخفض إلى العالي ، وكل منها مرتبط بطول موجي وتردد فريد.

مجرة دوامة متعددة الطول الموجي: تُظهر كل صورة نطاقًا ضيقًا من الأطوال الموجية للضوء والإشعاع غير المرئي عبر الطيف الكهرومغناطيسي. يرتبط الطول الموجي وطاقة الفوتون بمدى سرعة تسريع الإلكترونات. يأتي الإشعاع منخفض الطاقة من المناطق الباردة من الغاز الجزيئي ، ويأتي الإشعاع عالي الطاقة في النقاط الساخنة حيث تتأين الذرات بالكامل. توفر الصور المجمعة نظرة ثاقبة على الهيكل ودرجة الحرارة والتركيب الكيميائي لمجرة Whirlpool.

الإشعاع الحراري

يتكون الكون في الغالب من غاز الهيدروجين. تشكل جميع العناصر الأخرى في الجدول الدوري جزءًا صغيرًا من المادة في الفضاء الخارجي. عندما تسحب الجاذبية سحب الغاز معًا ، تتسارع جزيئات الغاز وتتواصل أكثر فأكثر مع بعضها البعض. هذا يرفع درجة حرارة الغاز ويزيد من ناتج الضوء من الجسيمات المتفاعلة. يصبح الطول الموجي المميز للإشعاع المنبعث أكثر زرقة وزرقة عندما يصبح الغاز أكثر سخونة وسخونة. يُعرف هذا بالإشعاع الحراري. من أبرد غيوم متوهجة خافتة من الغاز إلى أشد النجوم سطوعًا ، فإن معظم الضوء في الكون هو نتيجة للإشعاع الحراري المنبعث من الإلكترونات التي يتم تسريعها بالقرب من البروتونات.

عندما ترتفع درجة حرارة الغاز بما يزيد عن بضعة آلاف من درجات كلفن ، تتفكك القوة الكهرومغناطيسية التي تربط الإلكترونات بالنواة الذرية ، وتتحرك الإلكترونات بحرية. هذا يسمى التأين ، ويتكون معظم الكون من غاز مؤين مع الكثير من الإلكترونات والبروتونات الحرة التي تطير حول بعضها البعض. يشار إلى الغاز المؤين بالبلازما. تختلف البلازما عن المواد الأخرى في أن الإلكترونات الحرة تعطي البلازما الخصائص الكهرومغناطيسية. الغاز المحايد له خصائص جاذبية فقط على نطاق واسع ، وهذا ينطبق أيضًا على المادة المظلمة.

إشعاع غير حراري

أكثر من 10000000 كلفن ، تتأين جميع الذرات في البلازما الساخنة ، وتصل الطاقة الحرارية إلى ذروتها وتسيطر القوى المغناطيسية. يأتي الإشعاع غير الحراري من الإلكترونات الحرة التي تتسابق على طول خطوط المجال المغناطيسي بالقرب من سرعة الضوء. عندما يتم تسريع الإلكترونات إلى سرعات كبيرة بواسطة الحقول المغناطيسية القوية ، يتم إطلاق فوتونات الأشعة السينية عالية الطاقة وأشعة جاما بطاقة أكبر مما يمكن أن تنتجها العمليات الحرارية.

ما هو النجم النابض؟ تدور النجوم النيوترونية بين 7 و 40000 مرة في الدقيقة وتتشكل بمجالات مغناطيسية قوية بشكل لا يصدق. يقود الدوران السريع والمجالات المغناطيسية الشديدة حزمًا قوية من الإشعاع الكهرومغناطيسي بما في ذلك أشعة جاما.
الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

يثبت فيرمي أن بقايا المستعر الأعظم تنتج الأشعة الكونية: لطالما اشتبه في أن النجوم المتفجرة وبقاياها تنتج أشعة كونية ، وهي من أسرع المواد في الكون. أين وكيف يتم تعزيز هذه البروتونات والإلكترونات والنوى الذرية لمثل هذه السرعات العالية كان لغزا دائما. الآن ، توفر ملاحظات اثنين من بقايا المستعر الأعظم بواسطة تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا رؤى جديدة.


موسيقى النجوم: أصوات من الفضاء تدريس علم الفلك للمكفوفين

أطلق المرصد الوطني لأثينا وجامعة باتراس للتو برنامجًا جديدًا مثيرًا لعشاق الفضاء من جميع الأعمار.

برنامج "موسيقى النجوم" هو معرض فضاء فريد من نوعه يفتح أبوابه للأطفال والكبار في عام 2021 ، سواء شخصيًا أو افتراضيًا ، وعلى عكس البرامج الأخرى من هذا النوع ، فإنه يعلم المكفوفين سحر علم الفلك من خلال الأصوات الحقيقية من الفضاء.

إشعاع كهرومغناطيسي من نجم نابض في سديم السرطان. تصوير جريدة كاثيميريني

من خلال تقديم أحدث التقنيات ، من خلال هذا المشروع الأخير من قبل المرصد الوطني لأثينا ، والذي كان قيد التطوير لعدة سنوات ، تتاح للزوار فرصة تجربة ما يبدو عليه الوجود في الفضاء.

يتم توفير مجموعة كبيرة ومتنوعة من الصور ومقاطع الفيديو - ثلاثية الأبعاد وتفاعلية - في جميع أنحاء المعرض ، ولكن بخلاف البرامج الأخرى المشابهة ذات الصلة بالفضاء ، تمنح The Music of the Stars الأشخاص فرصة فريدة للاستماع إلى أصوات حقيقية من الفضاء وتسجيلات موجات صوتية قادمة من النجوم حول الكون.

هذا شيء لم يحصل على تجربته سوى رواد الفضاء الذين سافروا بالفعل إلى الفضاء.

إلى جانب طابعه الترفيهي ، يحتوي البرنامج أيضًا على غرض تعليمي لأولئك الذين لم يتمكنوا من مشاهدة الصور أو مقاطع الفيديو لما يبدو عليه العالم خارج كوكبنا.

مع البرنامج العلمي الجديد الذي أنشأته جامعة باتراس والمرصد الوطني لأثينا ، تصبح النجوم سليمة & # 8220 يمكن الوصول إليها & # 8221 للمكفوفين. تصوير جريدة كاثيميريني

"عندما تتحدث إلى الطلاب حول المجال الكهرومغناطيسي للأرض وكيفية احتجازه للجسيمات ، فأنت لست متأكدًا من جذب انتباههم. ومع ذلك ، إذا وضعت الأصوات المتعلقة بهذه الظاهرة ، فمن المؤكد أنك ستجذب انتباه كل المستمعين.

& # 8220 هناك مخطط تناقض لفظي يربط عمومًا علم الفلك بالصور المذهلة من الفضاء ، ولكن ليس بالأصوات أبدًا. لقد شاهد العديد من الأشخاص صورًا من الفضاء ، ولكن كم عدد الذين سمعوا بالفعل كيف يبدو الكون؟ " قال فيوري ميتالينو ، عالم الفلك في المرصد الوطني لأثينا وعضو معهد علم الفلك والفيزياء الفلكية والتطبيقات الفضائية والاستشعار عن بعد (IAASARS).

"حاسة السمع ، واستخدام موجات الراديو المسجلة من الفضاء بواسطة الأقمار الصناعية ، تعطينا بيانات مذهلة للعلماء. تبدو الأصوات بالتأكيد تسحر الطلاب ، لذا تخيل ما يمكن أن تفعله لشخص ضعيف البصر. إلى أي مدى يمكن أن تساعدهم على فهم المفاهيم التي لا يمكنهم رؤيتها؟ " وأضافت السيدة Metallinou.

صورة من صفحة Fiori-Anastasia Metallinou على الفيسبوك

تنتمي مبادرة إنشاء برنامج موسيقى النجوم إلى جامعة باتراس وأندرياس بابالامبرو ، مهندس كهربائي وخريج من الجامعة ، والذي كان مساهماً رئيسياً في أحدث مشروع للمرصد الوطني.

بدأ السيد Papalamprou في تطوير موسيقى النجوم خصيصًا للمكفوفين ، بعد إنشاء استبيانات مختلفة أرسلها إلى المستخدمين المستقبليين للبرنامج ، وسألهم عن أكثر الأشياء التي يسعدون بتعلمها عن الفضاء وعلم الفلك.

بعد ذلك ، قامت جامعة باتراس ، بمساعدة فريق من العلماء من المرصد الوطني لأثينا ، بتصميم البرنامج باستخدام أحدث التقنيات واللقطات المرئية.

في مؤتمر على شبكة الإنترنت لإطلاق البرنامج ، أشار السيد Papalamprou إلى البرنامج المبتكر الذي يتم استخدامه في المشروع ، والذي يمكنه تجميع الظواهر التي تحدث في الفضاء ، مثل كسوف الشمس ، إلى صوت.

"أولاً ، من خلال الاستبيانات ، فهمنا كيف يدرك أولئك الذين لا يستطيعون رؤية اللون أو الضوء مفهوم الفضاء والكون. ثم حاولنا تحويل العديد من الصور ومقاطع الفيديو للظواهر التي تحدث في الفضاء إلى صوت.

& # 8220 لقد صنعنا أيضًا تطبيقًا خاصًا للأجهزة اللوحية ، حيث تتغير الأصوات والاهتزازات اعتمادًا على مكان لمس المستخدمين للشاشة ، مما يساعدهم على فهم الأحداث التي تحدث في الفضاء "، أوضح السيد بابالامبرو.

"سيتمكن الأشخاص الذين يستخدمون التطبيق من فهم ، على سبيل المثال ، مخطط وأشكال الكواكب ، ومكان تواجدها ، أو حتى لونها ، والتي يمكن" ترجمتها "إلى نوتات موسيقية من خلال ما نسميه مقياس لون الصوت. "

سيتمكن ضعاف البصر من الاستماع إلى صوت النجوم من خلال البرنامج الجديد لـ UP و NOA

ذكر السيد بابالامبرو: "يوجد في جامعة باتراس قسم لتعليم علم الفلك ، بالإضافة إلى مدرسة للفنون التطبيقية للمهندسين ، لذا فقد تعاونا لإكمال هذا المشروع ، الذي يرتبط في الواقع ببرنامج إيراسموس".

كما شاركت العديد من الجامعات الأوروبية الأخرى في المشروع وقدمت نتائج أبحاثها إلى جامعة باتراس ، مما ساعد في تسريع تطوير المشروع.

"نتائج جهود الفريق من جامعتنا والمدارس الأخرى مشجعة بشكل خاص ، حيث تم نقل الظواهر التي نلتقطها بصريًا بنجاح إلى النطاق السمعي ، وبالتالي ، يمكن للأشخاص المعاقين بصريًا أيضًا التقاط سحر السماء وعلم الفلك.

& # 8220 نعتقد أنه مع تقدم البحث العلمي والتكنولوجيا ، سنكون قادرين على تقديم هدايا تغير حياة الناس ".

موجات صوتية من المجال الكهرومغناطيسي للأرض. تصوير جريدة كاثيميريني


أين تبحث

يمكن تشبيه البحث عن إشارات خارج الأرض بالبحث عن كتلة صلبة من الذهب مدفونة في أحد الحقول. لقد حددنا المجال الذي سنستكشفه: نافذة الميكروويف في الطيف الراديوي. لدينا طريقة لتمييز الكتلة الذهبية عن القطع المعدنية الأخرى: ابحث عن إشارات النطاق الترددي الضيقة جدًا. ولكن مع محدودية الموارد (وقت التلسكوب ، والإلكترونيات ، وما إلى ذلك) ما هي أفضل استراتيجية للبحث في الميدان؟

هناك نوعان من الاستراتيجيات الأساسية. يمكننا فحص الحقل بأكمله ولكن فقط من خلال غربلة السنتيمترات القليلة العلوية من التربة. إذا كانت كتلة صلبة من الذهب بالقرب من السطح في أي مكان في الحقل ، فستكون لدينا فرصة جيدة للعثور عليها. يمكننا دراسة كيمياء وجيولوجيا السطح وتحديد مناطق معينة حيث سنحفر بعمق للبحث عن الذهب. إذا تم دفن الذهب تحت السطح ، فإن هذه الاستراتيجية لديها أفضل فرصة.

في SETI ، هناك استراتيجيتان أساسيتان للبحث. تكتسح مسوحات السماء تلسكوبًا فوق مساحات كبيرة من السماء بحثًا عن إشارات قوية قد تأتي من أي اتجاه. تشير عمليات البحث المستهدفة إلى تلسكوب باتجاه النجوم المختارة. من خلال البقاء على نجم لفترات طويلة من الزمن ، يكون البحث المستهدف حساسًا للإشارات الأضعف.


5 إجابات 5

ليس صحيحا. لا علاقة لـ "سرعة الضوء" بالضوء ، فهي مدمجة في الهندسة الفعلية للزمكان بغض النظر عن المادة التي تملأها.

على وجه الخصوص ، $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $ لا تخبرنا بأي شيء مادي عن الفراغ بالنظر إلى التعبيرات (المبسطة) $ E = frac <1> <4 pi epsilon_0> frac، quad B = frac < mu_0> <4 pi> frac>نرى أن $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $ يحددان فقط وحدات المجالين الكهربائي والمغناطيسي. يمكننا (وغالبًا ما نقوم بذلك) تغيير تعريفاتها على سبيل المثال ، في وحدات Gaussian ، قمنا بتعيين $ 1/4 pi epsilon_0 إلى 1 دولار.

تعديل لمعالجة التعليق: تسافر موجات الضوء والجاذبية في "سرعة الضوء" لأنها تخضع لمعادلة الموجة النسبية ، $ جزئي ^ 2 phi = ( جزئي _ 2 - جزئي_س ^ 2) phi = 0 . $ لا يمكنك كتابة هذه المعادلة التفاضلية من الدرجة الثانية بدلالة معادلتين تفاضليتين من الدرجة الأولى بطريقة طبيعية عليك أن تقوم باختيار عشوائي. على سبيل المثال ، لنفكر في الحالة الأبسط للمذبذب التوافقي ، $ part_t ^ 2 x = - omega ^ 2 x $. يمكننا إعادة كتابة هذه المعادلة كـ $ y = alpha part_t x، quad x = - frac < omega ^ 2> < alpha> part_t y $ عن طريق إدخال الكمية الوسيطة $ y $. ثم يمكنك القول إن $ alpha $ هو "مقاومة الحركة" بينما $ omega ^ 2 / alpha $ هو "قوة الاستعادة". لكن هذه الكميات لا معنى لها تمامًا لأن $ alpha $ تعسفي. إن تقسيم المجال الكهرومغناطيسي إلى مجالات كهربائية ومغناطيسية وإدخال الثوابت $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $ هو نفسه تمامًا.

أفضل طريقة للتفكير في الأمر هي "سرعة السببية". هذا هو أسرع انتشار للسبب والنتيجة في الفضاء.

مع عدم وجود شيء يجعله أبطأ ، ستحدث التغييرات في المجالات الكهربائية والمغناطيسية بهذه السرعة. ليس من قبيل المصادفة أن يتغير الزمكان (يسبب الجاذبية) بنفس السرعة.

تحتاج حقًا إلى إظهار كيف ينتج عن Minkowski spacetime حدًا للسرعة كمبدأ أساسي. إنه ليس حدًا للسرعة بالمعنى المعتاد ، إنه مبدأ عميق لتحديد السرعة هو.

كلام فارغ. اشتق ماكسويل معادلاته الكهرومغناطيسية ، بـ $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $ ، وكانت هذه الكميات معروفة. حقيقة أن معادلاته أدت إلى أن تكون سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ، من حيث $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $ ، مساوية لسرعة الضوء المعروفة آنذاك تقريبًا ، هي جزء كبير مما دفع ماكسويل لاستنتاج أن الضوء هو الكهرومغناطيسي.

ليس من قبيل المصادفة أن الضوء كهرومغناطيسي وهذه الكيانات تحدد سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

انظر جاكسون أو أي كتاب مدرسي جيد آخر للكهرومغناطيسية للاشتقاقات.

راجع للشغل ، الأمر لا يتعلق بالوحدات. $ mathbf$ و $ mathbfتُستخدم $ ببساطة لتعريف القوى ، وكانت قيم هذه معروفة ، لذا عُرفت تقريبًا $ epsilon_0 $ و $ mu_0 $.

أخيرًا ، إنها سرعة موجة الجاذبية أيضًا لأن أينشتاين حصل على GR (النسبية العامة) من خلال (تهب العقل) تعميم النسبية الخاصة إلى إطار مرجعي تعسفي ، مع جاذبية مكافئة للتسارع (مبدأ التكافؤ). تضمنت SR (النسبية الخاصة) $ c $ ، وهي سرعة الضوء ، بأقصى سرعة ممكنة ، تتحقق بواسطة جزيئات الكتلة الصفرية. كان على GR أن يتقلص إلى SR في إطار بالقصور الذاتي المحلي ، لذلك كان عليه أيضًا تضمين نفس $ c $. تختزل موجات GR إلى معادلة موجية لورينتزية بقيمة $ c $ ، في حدود المجال الضعيفة. أيضا في إطار بالقصور الذاتي المحلي.

من الناحية النظرية ، يتراكم كل شيء ، لا توجد طريقة أخرى إذا كانت GR صحيحة. الطريقة التي قد لا تكون صحيحة تمامًا ، فيما يتعلق بموجات الجاذبية التي تسير بسرعة مختلفة (وأبطأ بالضرورة من) $ c $ هي إذا كان الجرافيتون (الكمية المفترضة التي تحمل إشعاع الجاذبية أو القوة) عبارة عن جسيم كتلة غير صفري . بناءً على قياسات تأثيرات الجاذبية في النظام الشمسي ، من المعروف أن كتلة الجرافيتون المفترض هي من صفر إلى حوالي جزء واحد في (وهنا لست متأكدًا من أن لدي الرقم الصحيح ، ولكن بدقة كبيرة) ربما حوالي 10 دولارات ^ <15> $ أو $ 10 ^ <18> $. الأقمار الصناعية eLISA التي سيتم إطلاقها في غضون بضع سنوات (2-3 ؟، انظر ويكيبيديا عليها) ستقيسها بشكل أفضل من خلال معرفة ما إذا كان هناك أي تأخير بين الترددات المختلفة لموجات الجاذبية التي سيشاهدونها - سيكون لها أوامر من دقة أكبر ، فإن الأرجل الأساسية لمقياس التداخل تبلغ مليون كيلومتر مقارنة بـ 5 كيلومترات من LiGO التي كشفت مؤخرًا عن موجات الجاذبية.

تجلب الإجابات الموجودة بشكل صحيح حقيقة أن السرعة التي يشار إليها عادةً بالرمز $ c $ تتعلق بشكل أساسي بهندسة الزمكان ومفهوم السببية ، أو ما هو الفرق بين الفصل الزماني والمكاني. ثانويًا فقط هل لها أي علاقة بالظواهر الكهرومغناطيسية. ولكن مع ذلك ، فإن التأثيرات الكهرومغناطيسية تنتشر عند $ c $ في الفراغ (نسبة إلى أي شيء قريب) ، لذلك قد يتساءل المرء عما إذا كانت هذه مصادفة ، قبل أن يتطرق إلى مسألة موجات الجاذبية. بعبارة أخرى ، لدينا ثلاث سرعات يجب وضعها في الاعتبار:

  1. $ c _ < rm s> $ السرعة التي تظهر في الصيغة الخاصة بفاصل الزمكان الثابت: $ ds ^ 2 = -c _ < rm s> ^ 2 dt ^ 2 + dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2 $
  2. $ c _ < rm L> $ السرعة التي تظهر في معادلات ماكسويل: $ c _ < rm L> ^ 2 nabla times < bf B> = epsilon_0 ^ <-1> < bf j> + frac < جزئي < bf E >> < جزئي t> $
  3. $ c _ < rm gw> $ السرعة التي تظهر في معادلة حقل أينشتاين للنسبية العامة ، والتي ، في حدود المجال الضعيف ومقياس لورنز ، يمكن كتابتها $ left (- frac <1>^ 2> فارك < جزئي ^ 2> < جزئي t ^ 2> + nabla ^ 2 يمين) شريط_ = - كابا يسار (T_ + t_ right) $ حيث $ kappa $ ثابت متناسب مع $ G $.

إذن السؤال الآن هو ، هل من قبيل المصادفة أن $ c_ < rm s> = c_ < rm L> = c _ < rm gw> $ ، وماذا يخبرنا هذا عن خصائص الزمكان؟

أولاً ، ليس من قبيل المصادفة أن $ c_ < rm s> = c _ < rm gw> $. هذه هي بالضبط نفس الكمية ، نفس الجانب من هندسة الزمكان.

بعد ذلك ، لشرح سبب أن $ c_ < rm L> = c _ < rm s> $ لا يمكن للمرء أن يفعل أفضل بكثير من القول بأن هذه هي الطريقة التي تظهر بها المعادلات. لكن يمكن للمرء أن يضيف القليل. في أي نظرية مجال تعلمنا أن نتوقع أن المعادلات لا تجلب عبءًا غير ضروري ، ومعادلات ماكسويل بسيطة بقدر ما يمكن أن تكون مع احترام مبدأ النسبية ونوع هندسة الزمكان لدينا (أي واحد مع محدود $ c _ < rm s> $). إذا أدخلوا بعض السرعة الأخرى ، فسيتعين عليهم أن يصبحوا أكثر تعقيدًا ، ويجب أن تكون هناك كمية مادية جديدة مرتبطة بالحقول - شيء مثل الكتلة ، على سبيل المثال.

الملاحظة ذات الصلة ببعض الملاحظات الفلكية هي أنه نظرًا لأن المنطقة بين النجوم والمجرات ليست فراغًا مثاليًا (تحتوي على عدد قليل من ذرات الهيدروجين وأشياء أخرى تطفو حولها) ، فإن معامل انكسارها يختلف اختلافًا طفيفًا عن 1 ، لذلك ينتشر الضوء عبر الكون بسرعة مختلفة قليلاً جدًا عن $ c _ < rm s> $. من ناحية أخرى ، تتفاعل موجات الجاذبية مع هذا الغاز المنتشر بدرجة أقل بكثير ، لذا فإن سرعتها في الواقع أقرب إلى $ c _ < rm s> $ (إذا كان هناك شخص ما يهتم بوضع رقم على هذا لتحسين ذلك) الجواب ، من فضلك افعل).

أخيرًا ، ماذا يخبرنا هذا عن الزمكان. أعتقد أن شيئًا واحدًا قد يرغب المرء في ملاحظته هو أنه من الصعب عمليًا القيام بأشياء تقدم كميات كبيرة من الانحناء في الزمكان: يلزم وجود كتل وحركات كبيرة جدًا لتوليد موجات ثقالية ذات سعة إجهاد كبيرة. في هذا المعنى ، يُقال أحيانًا أن الزمكان شديد & quot؛ متيبس & quot؛.


ما السرعة الفعلية للإشعاع الكهرومغناطيسي في الفضاء؟ - الفلك

تُستخدم الموجات الدائمة لراديو UHF لقياس سرعة موجات الراديو ، والتي نقارنها بعد ذلك بسرعة الضوء المقاسة. هذه مقارنة مهمة: أدرك ماكسويل أن الموجات التي تمثل حلاً لمعادلات الكهرباء والمغناطيسية لها سرعة مماثلة لتلك التي تم قياسها للضوء. كان هذا دليلًا مقنعًا على أن الضوء كان موجة كهرومغناطيسية. تدعم هذه الصفحة دروس الوسائط المتعددة The Nature of Light.

التجربة

في هذه التجربة ، أنشأنا هوائيًا أفقيًا ثنائي القطب على قطب وقمنا بتشغيله بمذبذب 300 ميجا هرتز لإشعاع موجات الراديو UHF. هوائي ثاني ثنائي القطب في يدي متصل بالذبذبات التي نراها على اليسار. يبلغ الطول الموجي مترًا واحدًا ، لذا يبلغ طول كلا الهوائيين نصف طول موجي. الموجات مستعرضة ومستقطبة مع المجال الكهربائي الموازي للهوائي ، كما نوضح في الموجات الكهرومغناطيسية المستعرضة.

على الأرض نشرنا رقائق الألومنيوم. الألومنيوم هو موصل ، لذلك يعكس هذا الموجة الكهربائية مع تغير طور قدره 180 درجة ، مما يعطي ما يقرب من صفر مجال كهربائي في الموصل. يقيس هوائي الاستقبال تراكب الحادث والموجات المنعكسة. في الرسوم المتحركة ، تكون الموجة الساقطة (الكهربائية) زرقاء ، والموجة المنعكسة حمراء ، والموجة الأرجواني هي التراكب: المجال الكهربائي الكلي في تلك النقطة. المقياس الأفقي تعسفي ، والمقياس الرأسي دقيق جدًا وقد تم إبطاء الوقت بمقدار مائة مليون أو نحو ذلك حتى نتمكن من رؤيته.

الموجات الموقوفه

إذن ها هي التجربة. تم استخدام كاميرتي فيديو. تمت مزامنتها داخل إطار أو اثنين من خلال التصغير والتلويح بذراع أمام كليهما. أحدهما يعطي المنظر إلى اليسار ، والآخر يركز على شاشة راسم الذبذبات ، التي عُرضت صورتها (المتزامنة) على اليمين. من الأسهل رؤية العقد بالقرب من القاع ، حيث تتشابه السعات المنعكسة والواقعة في السعة.

كما رأينا في التداخل ، يتم فصل العقد بنصف طول موجي ، وهو هنا L = & lambda / 2 = 0.50 m. كان لإعداد راسم الذبذبات 2 نانوثانية لكل قسم ، مما يعطي 20 نانوثانية عبر الشاشة. يتم قياس فترة الموجة عند T = 3.3 نانوثانية (تم ضبط المذبذب على 300 ميجاهرتز) ، وبالتالي فإن السرعة هي & lambda / T = 3.0 X 10 8 m.s & minus1. (بفضل Barry Perczuk و Pat McMillan ومختبر فيزياء السنة الثالثة بجامعة نيو ساوث ويلز لإقراض كل من مذبذب UHF وراسم الذبذبات 500 ميجاهرتز.)

من المثير للاهتمام مقارنة هذه السرعة المقاسة لموجات الراديو مع سرعة الضوء المقاسة. لاحظ ماكسويل أن سرعة حل الموجة لمعادلات الكهرومغناطيسية كانت مماثلة لتلك المقاسة للضوء. كان هذا دليلًا مقنعًا على أن الضوء كان موجة كهرومغناطيسية.

الضوء ، الكهرومغناطيسية ، الزمان والمكان

كما ذكرنا أعلاه ، فإن سرعة الإشعاع الكهرومغناطيسي c = & radic (1 / & epsilon0& مو0) ، كسرعة مميزة في معادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية.

كما يظهر في نظرية النسبية ، حيث يمثل التحويل الطبيعي بين الزمان والمكان. في الزمكان ، الفصل بين حدثين (مع فواصل بين الفضاء ودلتكس ، ودلتاي ، ودلتاز وفي الوقت ودلتات) يُعطى بواسطة

ينتقل الإشعاع الكهرومغناطيسي عبر الفضاء بدون وسيط. So, in retrospect, we can say that it is perhaps unsurprising that c is the natural relation between space and time. When Lamour, Lorentz, Fitzgerald and Einstein proposed this, however, this relation was much less obvious. We give an introduction to relativity in Einsteinlight.

Electromagnetic waves

The following link takes you to page where we measure the speed of light using laser light and time-of-flight. In the next, we use the same radio apparatus to investigate the polarisation of radio waves (and of light). The next one takes you back to the multimedia tutorial The Nature of Light..


What's the actual speed of electromagnetic radiation in space? - Astronomy

Since sound does not travel through vacuum, how can the astronauts communicate from space to earth? How do astronauts communicate with each other?

Sound cannot travel through the vacuum of space, but visible light and other forms of electromagnetic radiation can. One of these forms is commonly called radio. The astronauts have devices in their helmets which transfer the sound waves from their voices into radio waves and transmit it to the ground (or other astronauts in space). This is exactly the same as how your radio at home works. Radio waves are often thought of as a form of sound because of their use in this way, but radio waves are NOT sound waves - they are a form of electromagnetic radiation analogous to visible light, and therefore can propagate through a vacuum.

Page last updated on June 24, 2015.

عن المؤلف

كارين ماسترز

كانت كارين طالبة دراسات عليا في جامعة كورنيل من 2000-2005. واصلت العمل كباحثة في استطلاعات المجرات للانزياح الأحمر في جامعة هارفارد ، وهي الآن عضوة في الكلية في جامعة بورتسموث في بلدها الأم في المملكة المتحدة. ركزت أبحاثها مؤخرًا على استخدام مورفولوجيا المجرات لإعطاء أدلة على تكوينها وتطورها. هي عالمة المشروع لمشروع Galaxy Zoo.


Electromagnetic radiation: same, same but different

What have radios, warm hugs and nuclear blasts got in common? Practically everything!

Infrared images let us 'see' temperature hotter things appear red and yellow, cooler things green and blue. (Source: Thermal Inspection Services)

Related Stories

You can change the radio station you're listening to with the flick of a dial. But imagine if your radio let you tune into any frequency you want, no matter how high. You wouldn't be stuck with the cricket or Kyle Sandilands, you could tune into anything from TV shows to sunshine and gamma-ray bursts.

Radio, microwaves, UV, visible light and gamma rays have completely different effects, but they're all exactly the same kind of thing: electromagnetic radiation (EMR). They're just waves of energy travelling through space — or through things.

The only difference between gamma-rays from nuclear bombs and the waves that let our TVs and microwaves do their thing is how much energy those waves have got.

Radio waves have got the lowest energy on the electromagnetic spectrum. But if you could crank up the energy in radio waves a bit, you'd turn them into microwaves and you could zap your dinner with them. Keep increasing the energy and you'd be able to use those waves as a torch (visible light) before they started shining right through things (x-rays) and eventually, when they're at the other end of the energy spectrum, they'd be deadly gamma-rays. (That's quite a lot of cranking — gamma radiation has got more than a million million times as much energy as radio waves.)

Energy, wavelength and frequency

Electromagnetic radiation is just waves of moving energy, but when we tune into radio or TV stations, we don't talk about their energy — it's all about frequency. Your microwave oven has got a particular frequency too (it's on the label on the back). And if you've got a pet X-ray machine, it'll operate at certain frequencies as well.

Frequency is just how often something happens. In the case of EMR, it's how often you'd get hit by a wave of radiation if you stood in its way. Right now you're probably being pummelled by radio waves and visible light. You'll get hit by way more visible light waves than radio waves each second because visible light is higher energy, and higher energy radiation has a higher frequency. And that's because of two things:

  • High energy radiation makes very skinny waves (short wavelength),
  • All radiation travels at the same speed — the speed of light (a magnificent 300,000 km/second.)

That combination of different wavelengths travelling at the same speed means you'll squeeze a lot more skinny waves into one second's worth of radiation than you will fatter waves. Radio waves have got the longest wavelengths, ranging from a few metres to waves that are kilometres long. And for every wavelength there's a corresponding frequency. It's that range of wavelength and frequency that means we can fit lots of different radio and tv stations in. If only we could get enough good stuff to see and hear on them.

Where does it all come from?

Whether it ends up as microwaves, X-rays or sunlight, the energy that travels as electromagnetic radiation is always produced in the same way. It all comes from electrons suddenly losing energy. Light is produced when electrons drop to a lower energy level in an atom. Electrons suddenly hitting a metal surface give off energy as X-rays. And electrons vibrating in radio transmitters give off the low energy radiation we tune into.

But it's not just radio towers, X-ray machines and light bulbs that produce electromagnetic radiation every bit of matter in the universe emits radiation, including you.

Warm things like us give off body heat, and that heat energy travels as infrared radiation. So you're actually emitting higher energy radiation right now than your remote control or microwave oven. But don't get too cocky we might make higher energy radiation than our appliances, but we don't pump out nearly enough of the stuff to do anything more useful than hug with it. Just ask anyone who's tried to boil an egg in their armpit.

Thanks to Prof David Jamieson from the School of Physics at The University of Melbourne.

Published 18 February 2010

Use these social-bookmarking links to share Electromagnetic radiation: same, same but different.


What's the actual speed of electromagnetic radiation in space? - Astronomy

Since sound does not travel through vacuum, how can the astronauts communicate from space to earth? How do astronauts communicate with each other?

Sound cannot travel through the vacuum of space, but visible light and other forms of electromagnetic radiation can. One of these forms is commonly called radio. The astronauts have devices in their helmets which transfer the sound waves from their voices into radio waves and transmit it to the ground (or other astronauts in space). This is exactly the same as how your radio at home works. Radio waves are often thought of as a form of sound because of their use in this way, but radio waves are NOT sound waves - they are a form of electromagnetic radiation analogous to visible light, and therefore can propagate through a vacuum.

Page last updated on June 24, 2015.

عن المؤلف

كارين ماسترز

كانت كارين طالبة دراسات عليا في جامعة كورنيل من 2000-2005. واصلت العمل كباحثة في استطلاعات المجرات للانزياح الأحمر في جامعة هارفارد ، وهي الآن عضوة في الكلية في جامعة بورتسموث في بلدها الأم في المملكة المتحدة. ركزت أبحاثها مؤخرًا على استخدام مورفولوجيا المجرات لإعطاء أدلة على تكوينها وتطورها. هي عالمة المشروع لمشروع Galaxy Zoo.


شاهد الفيديو: Understanding Electromagnetic Radiation! ICT #5 (شهر اكتوبر 2021).