مغناطیس گرانشی ( Gravitomagnetisem )

Gravitomagnetisem

فضا پیمای Gravity Probe B or GPB بیستم آوریل 2004 زمین را برای جستجوی نیرویی از طبیعت که در وجودش تردید است، ترک کرده است. این نیرو که هیچ وقت ثابت نشده مغناطیس گرانشی یا Gravitomagnetisem نامیده می شود.

مغناطیس گرانشی بوسیله ستاره ها یا سیاره هایی که به دور خود می چرخند تولید می شود. کلیر فرد ویل از دانشگاه واشنگتن می گوید " از نظر شکل شبیه یک میدان مغناطیسی است که توسط یک کره (توپ) باردار در حال چرخش تولید می شود" بار را با جرم جایگزین کنید می شود مغناطیس گرانشی ما در حالی که زندگی می کنیم، مغناطیس گرانشی را احساس نمی کنیم. اما بر طبق نظریه عام اینشتین این حقیقت دارد وقتی که یک ستاره یا سیاه چاله یا هر چیزی که جرم زیادی دارد به دور خود می پیچد فضا و زمان اطراف را به دور خود می کشد.

عملی به نام کشش چارچوب

Frame dragging


ساختار فضا - زمان مثل یک گرداب پیچیده می شود. انیشتین به ما می گوید تمام نیروهای گرانشی هم ارز با خم شدن (پیچیده شدن) فضا-زمان است که مغناطیس گرانشی است.

مغناطیس گرانشی چه کار می کند؟

ویل می گوید " می تواند مدار اقمار را منحرف کند و باعث شود که ژیروسکوپ قرار داده شده در زمین بلرزد. هر دو پدیده خیلی کوچک هستند و اندازه گیری آن سخت است. محققان تحت رهبری اگنا کیوفلینی Ignazio ciufolini فیزیکدان سعی می کنند انحراف مسیر اقماری را که مغناطیس گرانشی آن را ایجاد می کن آشکار کنند. برای مطالعه این دو پدیده (پدیده های مورد بحث ویل) آنها از ماهواره های لیزری ژئودینامیکی Lagoes استفاده کردند.

دو کره با قطر 60 سانتیمتر که آینه هایی روی آنها کار گذاشته شده است. دسته بندی لیزرهای دقیق از هر دو نوع مدارهایشان را نشان می دهد.

اما یک مشکل وجود دارد: تحدب ناحیه استوایی باعث انحرافی بیلیون ها بار بزرگتر از مغناطیس گرانشی زمین می شود. آیا کیوفولینی برای یافتن مغناطیس گرانشی این کشش بزرگ را با دقت کافی کم می کند؟ ویل می گوید دانشمندان زیادی نتایج کیوفولینی را پذیرفتند در حالی که دیگران شک دارند.


GPB که توسط دانشگاه استنفورد و ناسا توسعه داده شده، آزمایش را به گونه دیگری و با استفاده از ژیروسکوپ انجام داده است. فضا پیما زمین را در مدار قطبی به ارتفاع 400 مایل دور می زند. چهار ژیروسکوپ وجود دارد که هرکدام یک کره یا یک گوی به قطر 1.5 اینچ است که در خلا معلق اند و ده هزار بار در دقیقه می چرخند. اگر معادلات انیشتین درست باشد و مغناطیس گرانشی واقعی باشد، ژیروسکوپ های در حال چرخش باید هنگامی که زمین را دور می زنند بلرزند. کم کم محور دورانشان جا بجا می شود، تا یک سال دیگر محور دورا ژیروسکوش ها در حدود 42 mili-arc second از جایی که آنها شروع کردند دور می شوند. GPB می تواند این زاویه را با دقت 0.5 mili-arc second یا حدود یک درصد اندازه بگیرد. هرچند زاویه اندازه گیری شده mili-arc second خیلی جوچک است، این را در نظر بگیرید که یک arc second برابر با یک درجه است. یک mili-arc second هزار بار از arc second کوچکتر است. مقدار 0.5 mili-arc second انحراف مورد انتظار در GPB هم ارز با این است که بخواهیم ضخامت یک ورق کاغذ را از فاصله ضد مایلی اندازه گیری کنیم. حس کردن این مقدار به این کوچکی چالش بزرگی است.

دانشمندانی که روی GPB کار می کردند باید تکنوژی های جدیدی کاملی را برای آن اختراع می کردند.

فیزیکدانان هم نگران و هم هیجان زده هستند. نگران برای این که شاید مغناطیس گرانشی آنجا نباشد. نظریه انیشتین می تواند غلط باشد ( احتمالی که اکثراً دوستش ندارند) و این باعث تحولی در فیزیک خواهد بود. و به همین دلیل آنها هیجان زده نیز هستند. هر کسی خواستار این است که در پیشرفت بزرگ بعدی علم مقدم باشد، و پیش دستی کند.

نزدیک زمین مغناطیس گرانشی ضعیف است به خاطر همین است که ژیروسکوپ های GPB فقط 42 mili-arc second تکان می خورند.

اما در جاهایی از عالم این میدان قوی است. برای مثال در نزدیکی یک سیه چاله یا یک ستاره نوترونی. یک ستاره نوترونی نوعی جرمی در حدود خورشید دارد اما قطر آن 10 کیلمتر است و چند هزار بار سریع تر از زمین به دور خودش می چرخد. بنابراین مغناطیس گرانشی در آنجا خیلی قوی خواهد بود.

اخترشناسان احتمالاً آثار مغناطیس گرانشی را قبلاً مشاهده کرده اند. بعضی سیاه چاله ها و ستاره های نوترونی جت های روشنی از ماده و با سرعتی نزدیک نور به بیرون دارند. این جت ها در صورتی که از قطب های یک شئی چرخنده نشات بگیرند جفتی و مختلف الجهت هستند.

نظریه پردازان تصور می کنند جت ها توسط مغناطیس گرانشی قدرت می گیرند. بعلاوه سیاه چاله ها بوسیله دیسکی از ماده به نام accretion disk دارند و به قدری داغ است که تابش اشعه X طیف الکترومغناطیسی ساتع می کند. شواهدی وجود دارد که توسط تلسکوپ های اشعه ایکس نظیر Nasa's chandra X ray obsevatiry جمع شده و می گوید این دیسک ها می لرزند. ژیروسکوپ های GPB هم انتظار همین را می کشند.

اینجا در منظومه شمسی ما، مغناطیس گرانشی در بهترین حالت می توان گفت که ضعیف است. سئوالی پیش می آید: بعد از آنکه مغناطیس گرانشی را پیدا کردیم چه کنیم؟

سئوالی شبیه این بارها در قرن 19 پرسیده شده بود. وقتی که ماکسول، فارادی و دیگران الکترومغناطیس را بررسی می کردند. چه استفاده ای دارد؟ امروز ما توسط فواید تحقیقات آنها محاصره شده ایم: چراغ، کامپیوتر، ماشین لباسشویی، اینترنت و غیره

مغناطیس گرانشی برای چه خوب است؟ آیا این فقط رخداد مهمی در راه طولانی جستجوی طبیعی ما برای فهم طبیعت است؟ یا چیزی غیر قابل تصود: زمان خواهد گذشت.

منبع :

VACUUM فصلنامه علمی فرهنگی دانشجویان فیزیک امیر کبیر

/ 0 نظر / 17 بازدید