تويت
الفن (موجات)
Alfvén wave - Ondes d’Alfvén
آلفن (موجات ـ(
موجات آلفن Alfven waves هي شكل خاص من الموجات الكهرمغنطيسية التي تواتراتها منخفضة جداً لا يزيد حدها الأعظمي على بضع عشرات الهرتزات (الهرتز اهتزازة واحدة في الثانية). وتنتشر هذه الموجات في الموائع شديدة النقل للكهرباء والواقعة تحت تأثير حقل مغنطيسي. وتعطى خواصها في علم حديث هو تحريك الموائع المغنطيسي[ر] magnetohydrodynamics الذي يشمل مجموعة الظواهر المرتبطة بحركات كل مائع ناقل واقع في حقل مغنطيسي. ويمكن أن يُعد هذا العلم تعميماً[ر] generalization لتحريك الموائع وتحريك الهواء التقليديين حين يُنظر في الآثار المغنطيسية الجديدة للتفاعل بين حركات الناقل والحقل المغنطيسي، وهي آثار تُضاف إلى قوى أصلها ميكانيكي صرف. لذلك تسمى موجات آلفن أيضاً موجات تحريكية مائعية مغنطيسية، أو باختصار موجات مائعية مغنطيسية (HM) ويمكن أن تكون هذه الموائع سوائل كالزئبق والصوديوم المصهور مثلاً. وقد اختير هذان السائلان، مع وجود سوائل أخرى ذات ناقلية كافية، وحين أجريت محاولة لتوليد موجات آلفن وملاحظتها في تجارب مختبرية كان نجاحها صعباً. ويعود أهم آثار تحريك الموائع المغنطيسي فعلاً إلى الحالات التي يتكون فيها الوسط الناقل من بلازما كهرمغنطيسية، أي من غاز كثيف أو متخلخل (ينتهي إلى خلاء مضغوط بعض الشيء) ولكنه متأين تأيناً شديداً. وخلافاً لأنواع البلازما[ر] (الكثيفة و في الحرارة العالية جداً) التي تستخدم بالمختبر في تجارب الإندماج النووي[ر] الحراري، فإن أنواع البلازما، التي تُبيِّن بأفضل صورة الضوء الذي تقوم به هذه الموجات في الطبيعة، هي تلك البلازمات الكونية والجيوفيزيائية (الغاز بين الكواكب أو في الغلاف الجوي الخارجي أو الغلاف المغنطيسي والبلازمات التي تدخل في التكوينات الشمسية والنجمية).
وقد تنبأ بهذه الموجات لدواع نظرية قبل أي تحقيق تجريبي مباشر، الفيزيائي الفلكي السويدي هانْس آلفن (1908 ـ...) الأستاذ في معهد الثقافة الملكي في ستوكْهُلْم، وكان يسعى في عام 1940 إلى أن يتفهم ظواهر مغنطيسية كونية، فتوصل إلى تحليل السيرورات في تحريك الموائع المغنطيسي التي تحدث في عددٍ كبيرٍ من الأوساط الكونية، وأثبت بذلك أنه في أوساط كهذه ينبغي أن تؤدي حركات المادة المكوِّنة للجزء الناقل من البلازما دائماً إلى إنزياحات موافقة لخطوط قوى الحقل المغنطيسي، وهذه الفرضية، التي تسمى «الحقل المجمد في المادة»، فرضية تُمكّن، بصورة فضلى، من إظهار تحريك الأمكنة التي تشغلها البلازما بردِّ هذا التحريك، بتقريبٍ أولي، إلى منظومة ميكانيكية صرفة سواء أكانت صلبة أم سائلة أم غازية.
وقد بيَّن آلفن في البدء أنه يمكن أن تنقُل البلازما موجات عرضية يجب أن تترجح فيها الانزياحات الصغيرة للبلازما والحقل المغنطيسي الضئيل المشّوش (الذي يُضاف اتجاهياً إلى الحقل الرئيسي) في اتجاه عمودي على الحقل المغنطيسي الرئيسي، وتعبر خطوط قوة هذا الحقل تشوهات عرضية كما هو الحال في انتشار اهتزازات عرضية على طول قضيب مرن أو وتر مهتز.
وتبيَّن كذلك، بفضل بحوث نظرية لباحثين كثيرين اعتماداً على مبادئ مشابهة، أنه يمكن التنبؤ باهتزازات طولية، وتكون الانزياحات الصغيرة للبلازما في هذه الحالة عمودية أيضاً على الحقل المغنطيسي الرئيسي، ولكنها تُحدث ضغطاً أو تخلخلاً محلياً (مع زيادة أو نقصان محليين في الحقل المغنطيسي الرئيسي). وتنتقل هذه الانزياحات والانضغاطات وتنتشر عمودياً على الحقل المغنطيسي الرئيسي موازية لنفسها، كما هو الأمر في انتقال موجة منضغطة متخلخلة في غاز.
وسواء أكانت هذه الاهتزازات عرضية أم طولية فإنها تنتشر بلا تبدد (أي لا تتغير سرعتها بتغير تواترها). وتقوم سرعة الموجة من النمط الأول التي تسمى سرعة آلفن VA بدور أساسي، إذ إن الأنماط الأخرى لا تختلف عنها بوجه عام إلا قليلاً، ويمكن أن تُستنتج منها بسهولة، ويمكن التعبير عن VA بالصيغة
حيث يدل H على الحقل المغنطيسي مقدراً بالغوْص، وr على الكتلة الحجمية للبلازما مقدرة بالغرام/سم3، وتقدر حينئذ بالواحدة سم/ثا. وتقوم موجات آلفن التي يمكن أن تبلغ سرعتها نحو 1000كم/ثا في بعض مناطق الغلاف المغنطيسي الأرضي بدور مهم في النظريات الحالية التي تُعالج «النبضات المغنطيسية» وكيفية انتقال مختلف أنماط الاضطرابات نحو الأرض (مثل موجات الصدم والترجحات المغنطيسية أو الحركية المرتبطة بالريح الشمسية) والتي تأتي من الفضاء بين الكواكب أو من حدود الغلاف المغنطيسي. مثال ذلك الاضطرابات المعروفة باسم بداية عاصفة مغنطيسية فجائية Storm Sudden Commencement (SSC).
وتجدر الإشارة أخيراً إلى أنه حين كانت تجري دراسات مباشرة تتصل بتحريك الموائع المغنطيسي، تطورت نظرية عامة في انتشار الموجات في البلازما، وذلك من أجل التواترات التي هي أكبر كثيراً بوجه عام من التواترات التي نحن بصددها. وتبيِّن هذه النظرية العامة أن مختلف الموجات ترتبط بالموجات التي اكتشفها آلفن والتي يمكن أن تعد حالات حدية للموجات التي تتنبأ بها المعادلات العامة (التي يسميها الرياضيون حالات تردٍ أو تنكس degeneration)، وذلك عندما ينخفض التواتر أكثر فأكثر. وفي هذا التوضيح النظري تفسير لمفارقةٍ هي أن أحد الفصول الأكثر أهمية في الفيزياء الحالية اكتُشف عن طريق الظواهر الكونية، في حين كان يمكن التفكير في أنه يؤّلف منذ وقت طويل معارف عادية لفيزيائيين تجريبيين.
طاهر تربدار
Alfvén wave - Ondes d’Alfvén
آلفن (موجات ـ(
موجات آلفن Alfven waves هي شكل خاص من الموجات الكهرمغنطيسية التي تواتراتها منخفضة جداً لا يزيد حدها الأعظمي على بضع عشرات الهرتزات (الهرتز اهتزازة واحدة في الثانية). وتنتشر هذه الموجات في الموائع شديدة النقل للكهرباء والواقعة تحت تأثير حقل مغنطيسي. وتعطى خواصها في علم حديث هو تحريك الموائع المغنطيسي[ر] magnetohydrodynamics الذي يشمل مجموعة الظواهر المرتبطة بحركات كل مائع ناقل واقع في حقل مغنطيسي. ويمكن أن يُعد هذا العلم تعميماً[ر] generalization لتحريك الموائع وتحريك الهواء التقليديين حين يُنظر في الآثار المغنطيسية الجديدة للتفاعل بين حركات الناقل والحقل المغنطيسي، وهي آثار تُضاف إلى قوى أصلها ميكانيكي صرف. لذلك تسمى موجات آلفن أيضاً موجات تحريكية مائعية مغنطيسية، أو باختصار موجات مائعية مغنطيسية (HM) ويمكن أن تكون هذه الموائع سوائل كالزئبق والصوديوم المصهور مثلاً. وقد اختير هذان السائلان، مع وجود سوائل أخرى ذات ناقلية كافية، وحين أجريت محاولة لتوليد موجات آلفن وملاحظتها في تجارب مختبرية كان نجاحها صعباً. ويعود أهم آثار تحريك الموائع المغنطيسي فعلاً إلى الحالات التي يتكون فيها الوسط الناقل من بلازما كهرمغنطيسية، أي من غاز كثيف أو متخلخل (ينتهي إلى خلاء مضغوط بعض الشيء) ولكنه متأين تأيناً شديداً. وخلافاً لأنواع البلازما[ر] (الكثيفة و في الحرارة العالية جداً) التي تستخدم بالمختبر في تجارب الإندماج النووي[ر] الحراري، فإن أنواع البلازما، التي تُبيِّن بأفضل صورة الضوء الذي تقوم به هذه الموجات في الطبيعة، هي تلك البلازمات الكونية والجيوفيزيائية (الغاز بين الكواكب أو في الغلاف الجوي الخارجي أو الغلاف المغنطيسي والبلازمات التي تدخل في التكوينات الشمسية والنجمية).
وقد تنبأ بهذه الموجات لدواع نظرية قبل أي تحقيق تجريبي مباشر، الفيزيائي الفلكي السويدي هانْس آلفن (1908 ـ...) الأستاذ في معهد الثقافة الملكي في ستوكْهُلْم، وكان يسعى في عام 1940 إلى أن يتفهم ظواهر مغنطيسية كونية، فتوصل إلى تحليل السيرورات في تحريك الموائع المغنطيسي التي تحدث في عددٍ كبيرٍ من الأوساط الكونية، وأثبت بذلك أنه في أوساط كهذه ينبغي أن تؤدي حركات المادة المكوِّنة للجزء الناقل من البلازما دائماً إلى إنزياحات موافقة لخطوط قوى الحقل المغنطيسي، وهذه الفرضية، التي تسمى «الحقل المجمد في المادة»، فرضية تُمكّن، بصورة فضلى، من إظهار تحريك الأمكنة التي تشغلها البلازما بردِّ هذا التحريك، بتقريبٍ أولي، إلى منظومة ميكانيكية صرفة سواء أكانت صلبة أم سائلة أم غازية.
وقد بيَّن آلفن في البدء أنه يمكن أن تنقُل البلازما موجات عرضية يجب أن تترجح فيها الانزياحات الصغيرة للبلازما والحقل المغنطيسي الضئيل المشّوش (الذي يُضاف اتجاهياً إلى الحقل الرئيسي) في اتجاه عمودي على الحقل المغنطيسي الرئيسي، وتعبر خطوط قوة هذا الحقل تشوهات عرضية كما هو الحال في انتشار اهتزازات عرضية على طول قضيب مرن أو وتر مهتز.
وتبيَّن كذلك، بفضل بحوث نظرية لباحثين كثيرين اعتماداً على مبادئ مشابهة، أنه يمكن التنبؤ باهتزازات طولية، وتكون الانزياحات الصغيرة للبلازما في هذه الحالة عمودية أيضاً على الحقل المغنطيسي الرئيسي، ولكنها تُحدث ضغطاً أو تخلخلاً محلياً (مع زيادة أو نقصان محليين في الحقل المغنطيسي الرئيسي). وتنتقل هذه الانزياحات والانضغاطات وتنتشر عمودياً على الحقل المغنطيسي الرئيسي موازية لنفسها، كما هو الأمر في انتقال موجة منضغطة متخلخلة في غاز.
وسواء أكانت هذه الاهتزازات عرضية أم طولية فإنها تنتشر بلا تبدد (أي لا تتغير سرعتها بتغير تواترها). وتقوم سرعة الموجة من النمط الأول التي تسمى سرعة آلفن VA بدور أساسي، إذ إن الأنماط الأخرى لا تختلف عنها بوجه عام إلا قليلاً، ويمكن أن تُستنتج منها بسهولة، ويمكن التعبير عن VA بالصيغة
 |
وتجدر الإشارة أخيراً إلى أنه حين كانت تجري دراسات مباشرة تتصل بتحريك الموائع المغنطيسي، تطورت نظرية عامة في انتشار الموجات في البلازما، وذلك من أجل التواترات التي هي أكبر كثيراً بوجه عام من التواترات التي نحن بصددها. وتبيِّن هذه النظرية العامة أن مختلف الموجات ترتبط بالموجات التي اكتشفها آلفن والتي يمكن أن تعد حالات حدية للموجات التي تتنبأ بها المعادلات العامة (التي يسميها الرياضيون حالات تردٍ أو تنكس degeneration)، وذلك عندما ينخفض التواتر أكثر فأكثر. وفي هذا التوضيح النظري تفسير لمفارقةٍ هي أن أحد الفصول الأكثر أهمية في الفيزياء الحالية اكتُشف عن طريق الظواهر الكونية، في حين كان يمكن التفكير في أنه يؤّلف منذ وقت طويل معارف عادية لفيزيائيين تجريبيين.
طاهر تربدار