نبذة تعريفية عن ظاهرة “دوبلر” وكيفية توّلد الموجات الراديوية

1996 نحن والكون

عبد الوهاب سليمان الشراد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة دوبلر الموجات الراديوية كيفية تولد الموجات الراديوية علم الفلك

هناك العديد من الطرق والعمليات الطبيعية التي يمكن أن تتولد بها الموجات الراديوية في السماء ، ويرتبط أحد هذه الطرق مباشرة بتركيب ذرة الهيدروجين.

ويعد الهيدروجين من أكثر العناصر شيوعاً في الكون ، إذ يشكل 93 %من كتلة الكون ، ويشكل ثلاثة أرباع كتلة النجوم والغاز في التبانة.

ويعد الهيدروجين من أخف العناصر على الإطلاق ، وذراته هي أبسط الذرات الموجودة في الطبيعة ، وتتكون ذرة الهيدروجين من الكترون Electron واحد يدور حول بروتونProton  واحد . وكما هو الوضع في جميع الدقائق النووية يدور كل من الألكترون والبروتون محورياً بحركة مغزليهSpin  .

 

وتدور الكترونات ذرة الهيدروجين حول البروتونات في فضاء ما بين النجوم في مستويات استقرارها، وتظل الإلكترونات تدور قريبة جداً من البروتونات في حالة عدم وجود مصدر طاقة خارجي مثل نجم شديد الحرارة.

وتبعاً لقوانين ميكانيكا الكم Mechanics Quantum  هناك وضعان يظهر عليهما الكترون وبروتون ذرة الهيدروجين ، فإما أن يدور كلاهما حول بعضهما في اتجاهين متعاكسين.

وللألكترون القدرة على تغير اتجاه دورانه، أو بمعنى آخر أن يقفز من اتجاه إلى آخر ، إن انعكاس اتجاه دوران الالكترون يؤدي إلى أن تكتسب الذرة أو تفقد كماً ضئيلاً من الطاقة .

 

ويحدث انتقال أو قفز الغزل  Spin Filp Transition موجات راديوية عند تردد 1,42 ميغا هيرتز تماما ، ويطابق هذا التردد طولاً موجباً يعادل 21,4 سم. ولهذا السبب يطلق على هذا الإشعاع مصطلح إشعاع 21 سم  .

لقد تنبأ الفلكي الألماني فان دي هيلست Van de Hulst في عام 1944 ومع نهاية الحرب العالمية ، أنه سيكون بالإمكان مع توفر المقارب الراديوية عالية الكفاءة والقدرة على رصد إشعاع 21 سم القادم من سحب الهيدروجين العظيمة المنشرة في أنحاء السماء .

وعبر سبع سنوات تلت تنبؤه ساهمت مجموعتان من العلماء في تطوير الأجهزة الخاصة لتلك الغاية، وبدا وكأن المجموعة الأولى كانت تقترب من تحقيق الإنجاز الكبير، لكن اندلاع حريق في عام 1951 عطل أعمالها مؤقتاً

 

وفي الوقت نفسه كانت المجموعة الأخرى تواصل عملها رغم بعض الصعوبات . ولقد أقام إدوارد بورسيل E. Porcell  وهارولد ايوين H. Ewen من هذه المجموعة هوائياً بوقياً مداه خارج أحد نوافذ مبنى الفيزياء في هارفرد .

ويبدو أن شكل الهوائي قد جذب الطلاب لكي يرموه بالكرات الثلجية ، ولا شك أن وضع هذه المجموعة أفضل من المجموعة الأخرى في مدينة ليدن الألمانية التي عانت من الحريق .وبذلك كانت مجموعة هارفرد أول من التقط همساً غريباً للإشعاع الكوني عند 21 سم.

لقد كان رصد إشعاع 21 سم حدثاً هاماً وبارزاً ، وكان الوسيلة المثالية لكشف المجرة من حولنا، والتي يتبين جلياً أنها من النوع الحلزوني ، ولها تسطح كبير لا يماثل النوع الاهليجي ، فليس لها ممرات واسعة منتشرة من الغاز والغبار. 

 

كما أن شكل التبانة متماثل  بشكل عال ، بمعنى أنها منتظمة . . وبرسم خارطة لإشعاع 21 سم القادم من سحب الهيدروجين المتمركزة في أذرع المجرة الحلزونية ، بدأت تنجلي ملامح تركيب التبانة.  

ولعلنا نتساءل عن كيفية تمكن الفلكيون تميز خط 21 سم المتولد من الأذرع الحلزونية القريبة ، من نفس الخط القادم من الأذرع البعيدة في المجرة .

لعل أول من علل ارتفاع حدة الصوت عند اقتراب المصدر وضعفه عند ابتعاده ، كان هو الفيزيائي النمساوي كريستيان دوبلر C. Doppler (1803-1853) وأطلق على هذه الحالة ظاهرة دوبلر effect   Doppler

 

فعندما تنضغط الموجات الصوتية في منطقة مقدمة سيارة إسعاف متحركة ، فإن المستمع المتحرك سوف يصغي إلى  طول موجي أقصر من المعتاد ، ويمتاز هذا  الصوت بأنه صوت حاد النغمة ، وهذا الوضع هو ما يحدث عندما يتم التقاط الصوت القادم من سيارة متجهة نحونا .

وعند تبين الوضع من  الجانب الآخر  ، فإن موجات الصوت سوف تمتط خلف السيارة المتحركة ، ولذا سيكون لموجات الصوت القادمة من صافرة السيارة المبتعدة طول موجي أطول من المعتاد  وهو ما يعادل صوتاً منخفض النغمة . Tone

 

ويمكن إدراك أن ظاهرة دوبلر تحدث ايضاً مع  الموجات الكهرومغناطيسية Electro- magnetic ،  ومثال ذلك أن الإشعاعات القادمة من مصدر راديوي يقترب منا تحيد نحو الأطوال الموجية الأقصر  من المعتاد

وبالطبع يحدث العكس من ذلك عندما يكون المصدر مبتعداً عنا ، حيث تحيد الأشعة نحو الأطوال الموجية الأكبر من المعتاد .وإلى جانب ذلك فإن مقدار الحيود يتناسب طردياً مع سرعه المصدر ، فكلما كانت سرعة المصدر أعلى كلما كان الحيود في الطول الموجي أكبر

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]