ظاهرة دوبلر

[size=21]ما هي ظاهرة دوبلر ؟[center]ما هي ظاهرة دوبلر ؟
الدقائق الثلاثة الأولى من عمر الكون..

"مفعول دوبلر" Doppler وهي خاصية مشتركة بين سائر الحركات التموجية. فعندما نلاحظ موجة صوتية صادرة عن منبع ساكن فإن الفترة الزمنية التي تفصل بين استقبال عرفي موجة متتابعين ( أي دور الظاهرة التموجية ) هي الفترة نفسها التي تفصل بين إصدارهما من المنبع . أما إذا كان المنبع مبتعدا عنا فإن الفترة الفاصلة بين استقبال عرفين ستكون أطول من الفترة الفاصلة بين إصدارهما لأن كل عرف يجب أن يجتاز حتى يصل إلينا طريقا أطول قليلا من السابق ... وعلى هذا فإن الموجة الصادرة عن منبع يبتعد عنا ستبدو لنا ذات دور أكبر – أو تواتر أضعف – مما لو كان المنبع ساكنا( وبدقة أكثر : إن الدور يزداد بنسبة سرعة المنبع إلى سرعة انتشار الموجة ) . وللأسباب نفسها إذا كان المنبع يقترب منا فإن الفترة الزمنية التي تفصل بين استقبال عرفين متتابعين تنقص لأن على الثاني أن يجتاز مسافة أقصر من الأول . وعلى هذا فإن الموجة ستبدو لنا عند الاستقبال ذات دور أصغر . مثل ذلك كمسافر في تجارة يرسل رسائله إلى مكتبه في أثناء سفره وعلى فترات منتظمة مدة كل منها أسبوع . فعندما يبتعد لابد أن تجتاز كل رسالة مسافة أطول من سابقتها والمدة التي تفصل بين استقبالين ستكون أطول من أسبوع . أما في طريق العودة فإن كل رسالة ستجتاز مسافة أقصر من سابقتها وسيصل إلى مكتبه أكثر من رسالة في الأسبوع .

وفي أيامنا هذه يمكن أن نلاحظ مفعول دوبلر بسهولة في حالة الأمواج الصوتية . إذ يكفي أن نقف على حافة طريق سفر ذات اتجاه واحد فنلاحظ أن ضجيج محرك السيارة يبدو أكثر حدة (أي أن دوره أصغر وتواتره أكبر) عندما تقترب السيارة مما هو عندما تبتعد . ويبدو أن جوهان كريستيان دوبلر أستاذ الرياضيات في ريلشول في براغ كان أول من أشار إلى هذه الظاهرة (عام 1842) وذلك في حالة الأمواج الصوتية كما في حالة الأمواج الضوئية .
وقد تحقق من مفعول دوبلر في الصوت عام 1845 عالم الأحوال الجوية الهولندي كريستوفر بايز-بالوBuys-Ballot في أثناء تجربة إذ نقلت فرقة من عازفي الترومبيت في عربة سكة حديد مكشوفة اجتازت الريف الهولندي بسرعة كبيرة في ضواحي أوتريخت . وقد اعتبرت هذه الفرقة منبعا صوتيا متحركا . أما بالنسبة إلى الأمواج الكهرطيسية فهي تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة كونيا ( يشار إليها عادة بالحرف c ) . وعلى هذا فإن تغير الدور الناتج عن مفعول دوبلر سيترحم بالنسبة لهذه الأمواج بتغير يتناسب مع طول موجتها أي مع المسافة المقطوعة خلال دور.

وقد فكر دوبلر في أن "المفعول المنسوب إليه" يمكن أن يفسر اختلاف اللون بين النجوم .فضوء النجوم التي تبتعد عن الأرض سينزاح نحو الأطوال الموجية الأكبر وستبدو هذه النجوم أكثر احمرارا من المعدل وذلك لأن طول موجة الضوء الأحمر أكبر من طول الموجة الوسطى للضوء المرئي . وكذلك فإن ضوء النجوم التي تقترب من الأرض سينحرف نحو الأطوال الموجية الأصغر وستبدو هذه النجوم زرقاء بشكل غير عادي . ولكن بايز-بالو وآخرون بينوا بعد حين أن مفعول ليس له أثر يذكر في لون النجوم .

ذلك لأن الضوء الأزرق لنجم يبتعد عنا سينحرف حقا نحو الأحمر ولكن قسما من إشعاعه فوق البنفسجي الذي لا يرى عادة بالعين سينحرف نحو القسم الأزرق من طيفه المرئي بحيث أن اللون النهائي لن يطرأ عليه عمليا تعديل ما . وإذا كان للنجوم ألوان مختلفة فذلك قبل كل شيء لأن درجات حرارتها السطحية مختلفة.

وقد بدأ مفعول دوبلر يكتسب حقا أهمية عظيمة منذ عام 1868 وذلك عندما طبق على دراسة خطوط الطيف فرادى . إذ كان عالم بصريات من ميونخ هوج. فراونهوفر Joseph Frauenhover قد اكتشف قبل ذلك بسنوات عديدة (1814- 1815) أنه عندما نجعل ضوء الشمس يمر في شق ثم يعبر موشورا زجاجيا فإنه يولد طيفا ملونا تقطعه بعض الخطوط المعتمة التي يعتبر كل منها صورة للشق ( وكان بعض من هذه الخطوط قد لاحظه قبل ذلك و.هـ . وولاستون William Hyde Wollaston في عام 1802 ولكنها لم تخضع لذلك الحين لدراسة جدية) . وكانت الخطوط المعتمة تظهر دائما عند الألوان ذاتها وكل منها يقابل طول موجة محددة من الضوء . وخطوط الطيف المعتمة ذاتها اكتشفها فرانهاوفر في الأماكن ذاتها من طيف القمر وأكثر النجوم لمعانا .
وقد فهموا بعد حين أن هذه الخطوط المعتمة ناتجة عن امتصاص انتقائي للضوء أي عند أطوال موجات معينة وذلك عندما يمر الضوء من السطح الساخن للنجم إلى جوها الخارجي الذي هو أبرد نسبيا . وكل خط هو نتيجة امتصاص عنصر محدد للضوء .وعلى هذا يمكن أن نبين أن العناصر التي تكون الشمس كالصوديوم والحديد والمغنيسيوم والكالسيوم والكروم هي ذاتها التي نجدها على الأرض [ ونعلم حاليا أن أطوال الموجات المعتمة هي بالضبط أطوال موجات الفوتونات التي تحمل الطاقة الضرورية لجعل ذرة من هذه العناصر تنتقل من حالة معينة للطاقة إلى حالة أعلى ] .
وفي عام 1868 نجح السير و. هاغينز William Huggins في البرهان على أن الخطوط المعتمة في أطياف بعض النجوم الأكثر لمعانا منحرفة انحرافا خفيفا نحو الأحمر أو نحو الأزرق وذلك بالنسبة إلى أوضاعها الطبيعية في الطيف الشمسي . وقد أعطى هايغنز يومئذ التأويل الصحيح لهذه الظاهرة :
إننا أمام انحراف دوبلر الناشئ عن حركة النجم الذي يبتعد عن الأرض أو يقترب منها . ومثال على ذلك طول موجة كل خط من الخطوط المعتمة في طيف النجم كابيلا Capella (العنزة) أكبر من طول موجة الخط المعتم الموافق له العائد لطيف الشمس وذلك بنسبة 0,01 % وهذا الانحراف نحو الأحمر يشير إلى أن كابيلا يبتعد عنا بنسبة 0,01 % من سرعة الضوء أي بسرعة 30 كيلو متر في الثانية . وفي عشرات السنين التي تلت ذلك استخدم مفعول دوبلر لتعيين سرعة الإندفاعات الشمسية والنجوم المزدوجة وحلقات زحل .

إن قياس السرعات بملاحظة انحرافات دوبلر هي تقنية دقيقة أصلا لأن أطوال الموجات العائدة لخطوط الطيف يمكن تعيينها بدقة كبيرة جدا وليس نادرا أن نجد في الجداول قيم أطوال الموجات بثمانية أرقام معنوية ثم أن هذه التقنية تحتفظ بدقتها مهما كان بعد المنبع الضوئي ولكن بشرط وحيد هو أن يكون لمعان النجم كافيا بحيث يمكن تمييز خطوط طيفه من تألق سماء الليل.

وباستخدام مفعول دوبلر عرفنا السرعات النجمية النموذجية كما يزودنا مفعول دوبلر بمعلومات عن أبعاد النجوم القريبة. فإذا استطعنا أن نقدر اتجاه حركة نجم أعطانا انحراف دوبلر عندئذ سرعته في اتجاهين, في اتجاه رصده كما في الاتجاه العامودي عليه بحيث أن قياس حركته الظاهرية على القبة السماوية يساعدنا على حساب بعده .

ولكن مفعول دوبلر لم يعطنا نتائج ذات أهمية كسمولوجية إلا عندما شرع الفلكيون في دراسة أطياف الأشياء الأبعد كثيرا من النجوم المرئية

:ومثال على ذلك

اذا كنت واقفا على جانب الطريق تتحرك عليه سيارة
سريعة آتيه من بعيد مطلقة نفيرها فأن سوف تلاحظ ظاهرة غريبة .
فبرغم من ان درجة صوت النفير تستمر ثابة الى ان تصبح السيارة في محاذاة نقطة المشاهدة تقريبا الا ان انها سوف تنقص فجأة عندما تمر بك السيارة وتستمر على هذا المستوى الجديد أثناء تباعدها على الطريق وتسمى هذه الظاهرة التي تحدث في هذه الحالة ، وكذلك في حالات فيزيائية أخرى : ظــــاهرة دوبر.

فاذا كنت واثقا في اذنيك ، فأن ظاهرة دوبر تعني ان تردد الصوت الذي يصل الى طبلة الأذن يكون أعلى عندما تتحرك السيارة مقتربة منك عن قيمته اذا كانت السيارة تتحرك مبتعده عنك وهذايعني بأسلوب آخر . أن عدد القمم التي تصل الى الأذن يكون أكبر اذا كانت السيارة نحوك عن قيمتها اذا كانت السيارة مبتعدة عنك .

أما بالنسبه
للضوء

الضوء ظاهرة تتضمن موجات وهو في ذلك يناظر موجات الماء التي تترقرق على سطح بحيرة او محيط غير ان بدلا من جزيئات الماء التي تتأرجح الى اعلى واسفل ينشاء الأشعاع الضوئي عن اهتزاز المجالات الكهربية و المغناطيسية ولون الضوء التي تراه يتوقف تماما على طول موجة ذلك الضوء.

ومن بين كل الاطوال الموجية يمتلك اللون البنفسجي اقصر طول موجي . وفي الجانب الأخر يمتلك اللون الأحمر وبهذا يكون اللون الأحمر اطول موجه في الألوان وبقية الألوان التي تتوسط الطيف اطوال موجية تتوسط هاتين القيمتين المتطرفتين .

أن الموجات المنبعثة من المصدر ستزدحم امام المصدر نتيجة أن اذا ما فحصت طيف هذا الضوء المقترب ستجد كل الخطوط الطيفية تقع عند اطوال اقصر من المعتاد.

يسمى انزياح الخطوط الطيفية في اتجاه اطوال موجيه اقصر من المعتاد انزياحا ازرق والأمر ببساطه ان اللون الازرق يمتلك واحدا من اقصر الأطوال الموجيه في الطيف .فضلا عن ان قيمة الأنزياح ترتبط مباشرة بسرعة المصدر الضوئي وبطبيعة الحال اذا كان المصدر الضوئي ساكنا فستكون الخطوط الطيفية تماما في مواضعها التي يجب ان توجد فيها بين اللوان الطيف _ المواضع الصحيحة للخطوط الطيفية حددت في تجارب معملية وطبعت في كتب عادة ما يرجع اليها الفلكيون . اما كان المصدر الضوئي يدنو منك فتنزاح الخطوط الطيفية ناحية الطرف الأزرق للطيف وكلما زادت السرعة زاد الأنزياح.