الكاتب: Abderrahmane Bakdi

ما يجب أن تعرفه عن فيزياء الجسيمات ، النموذج المعياري

فيزياء الجسيمات هو فرع في علم الفيزياء يندرج ضمن فيزياء الطاقة العالية، تهتم فيزياء الجسيمات بدراسة الجسيمات مادون الذرية وخصائصها والقوى التي تحكمها، كل الإكتشافات العلمية في هذا المجال تم تجميعها في نموذج موحد يعرف بالنموذج المعياري لفيزياء الجسيمات.

النموذج المعياري:

تم تطوير النموذج المعياري في بداية سبعينيات القرن العشرين بناءً على نظريات وتجارب الاف الفيزيائيين التي بدأت من ثلاثيات القرن العشرين، نجح هذا النموذج في تفسير نتائج كل تجارب فيزياء الجسيمات، كما أنه توقع نتائج بعض التجارب، يعتبر النموذج المعياري أقرب ماتوصل إليه علماء الفيزياء إلى نظرية كل شئ.
في هذا النموذج تم تقسيم الجسيمات إلى جزئين أساسيين جسيمات مكونه للمادة وجسيمات حاملة للقوى.

جسيمات المادة:

تسمى الجسيمات المكونة للمادة بالفيرميونات وتنقسم إلى نوعين «كواركات-quarks» و «لبتونات-leptons» كلا النوعين يحتوي على 6 جسيمات كل ثنائي من هذه الجسيمات ينتمي إلى «جيل-Generation»، تنتمي الجسيمات اﻷخف إلى الجيل الأول وتكون مستقرة، أما الجسيمات من الجيل الثاني والثالث تكون أثقل وتتحلل بسرعة إلى جسيمات أخف.

في حالة الكوراركات ينتمي «كوارك أعلى-Up quark» و «كوارك أسفل-Down quark» إلى الجيل اﻷول ، ينتمي «كوارك غريب-strange quark» و «كوارك ساحر-charm quark» إلى الجيل الثاني و يتتمي«كوارك قمة-Top quark» و «كوارك قاع-Buttom quark» إلى الجيل الثالث، للكواركات خاصية مهمة تعرف ب «لون-colour» ليس لونا فعليا وإنما إسم لهذه الخاصية وحسب.

في حالة اللبتونات ينتمي «إلكترون-Electron» و «نيوترينو الإلكترون-electron neutrino» إلى الجيل اﻷول ، ينتمي «ميوون-Muon» و «نيوترينو الميوون-muon neutrino» إلى الجيل الثاني وينتمي «تاو-Tau» و «نيوترينو التاو-tau neutrino» إلى الجيل الثالث، لكل من الإلكترون والميوون والتاو شحنة كهربائية وكتلة معتبرة أما النيوترينوات فهي عديمة الشحنة وذات كتلة مهملة مع العلم أن كتل النيوترينوات غير معروفة ليومنا هذا.

تنتمي المادة المضادة إلى هذا التصنيف أيضا إذ أن لكل كوارك مضادا له يحتوي شحنة معاكسة و لونا مضادا، و لكل لبتون لبتون مضاد أيضا يحتوي على شحنة معاكسه له فمثلا مضاد الالكترون يعرف بالبوزيترون له نفس خصائص الإلكترون فيما عدا الشحنة، شحنة البوزيترون موجبة وشحنة اﻹلكترون سالبة.

الجسيمات الحاملة القوى:

تتحكم في الكون أربعة قوى أساسية هي الجاذبية، الكهرومغناطيسية، القوة النووية القوية القوية والقوة النووي الضعيفة، الجاذبة والكهرومغناطيسية لديهما مدى لانهائي أي أنهما يؤثران على بعد مسافات هائلة أما القوى النووية القوية الضعيفة فيؤثران في المجال مادون الذري فقط، كما أن هذه القوى ليست متساوية إذ أن الجاذبية أضعف بكثير من بقية القوى وتأثيرها مهمل في المجال مادون الذري تأتي القوة الكهرومغناطيسية ثم القوة النووية الضعيفة ثم القوية.

ضمن النموذج المعياري القوى لاتنتقل عبر الفضاء وإنما توجد جسيمات تقوم بنقل القوى فكل القوة من القوى الأساسية لديها جسيمات خاصة بها تعرف هذه الجسيمات ب «بوزونات-Bosons»، كل من القوة الكهرومغناطيسية النووية القوية الضعيفة تتبع هذا النموذج ماعدى الجاذبية.

البوزون المسؤول عن القوة النووية القوية يعرف ب «غلوون-gluon» وهو المسؤول عن ربط الكواركات داخل نواة الذرة وتكويين البروتونات والنيترونات.
القوة النووية الضعيفة هي المسؤولة عن التحلل اﻹشعاعي كتحول البروتون إلى نيترون والعكس البوزونات المسؤولة عن هذا التصرف هما «بوزون دابليو-W boson» و «بوزون زي-Z boson» البوزونZ عديم الشحنة أما البوزون W فيوجد منه نوعاد أحدهما موجب الشحنة واﻷخر سالب الشحنة +W و -W أي أنه يوجد 3 بوزنات مسؤولة عن القوة النووية الضعيفة، القوة الكهرومغناطيسية في النموذج المعياري يتم نقلها عن طريق جسيمات عديمة الكتلة تعرف بالفوتونات

النظريات المكونة للنموذج المعياري:

يتكون النموذج المعياري من نظريتين أساسيتين كلاهما نظريتان كموميات أي أنهما يتبعان قوانين فيزياء الكم، نظرية «quantum chromodynamics» تختصر QCD وهي نظرية كمية تشرح تفاعلات القوة النووية القوية، النظرية الثانية هي نظرية موحدة تجمع بين القوة النووية الضعيفة والكهرومغناطيسية في قوة موحدة تعرف ب «الكهروضعيفة-Electroweak force theory».

الهيغز بوزون:

في 4 يوليو 2012 تم الإعلان أن تجربتين داخل «مصادم الهدرونات الكبير-LHC” Large Hidron Collider”» بسويسرا عن إكتشاف جسيم جديد تم توقعه سابقا بنظرات مطروحة داخل النموذج المعياري سمي هذا الجسم ب «بوزون هيغز-higgs boson» نسبة إلى عالم الفيزياء بيتر هيغز أحد العلماء الذين ساهمو في تطوير النظرية التي أدت إلى إكتشافه، هذا الجسيم هو المسؤل عن التفاعلات التي تعطي الكتلة للجسيمات اﻷساسية، تم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2013 ل «فرانسوا إنجلرت-François Englert » و «بيتر هيغز-Peter Higgs» بسبب إكتشاتهم النظرية التي ساعدت على فهم الالية التي تعطي للجسيمات كتلتها مما أدى لإكتشاف الهيغز بوزون.

نقائص النموذج المعياري:

على الرغم من كل ماقدمه هذا النموذج الذي يعتبر من أهم ما أنتجه العقل البشري في سبيل سبر أغوار الكون إلى أنه مازال ناقصا إذ أنه لم يوحد القوة النووي القوية مع القوة الكهروضعيفة إذ أن هذا التوحيد سيقود إلى نظرية توحد كل قوى الموذج المعياري في نظرية واحدة «Grand Unified Theory» تشرح كل التفاعلات، لكن أكبر عائق في فيزياء الجسيمات والفيزياء عامة كان ومازال تضمين قوة الجاذبية في فيزياء الكم ﻷن نظرية النسبية العامة التي تصف قوى الجاذبية نظرية غير كمية كما أنه قد ثبت أن تكميم الجاذبية هو أصعب مشكلة في الفيزياء ولم يتم حلها لحد الان، كما أنه لايتوقع كتل الجسيمات اﻷولية ولا يتوقع وجود المادة المظلمة، أي أن اﻷمر سيتطلب نظرية أعمق لشرح كل هذا.

المصادر

• Britannica
• PhysicsToday
• Fermilab
• Britannica
• CERN

كيف ستعود ناسا إلى القمر ؟

في سنة 1972 وقف آخر إنسان على القمر في مهمة Apllo-17 ومنذ ذلك الحين وإلى يومنا هذا لم يزر القمر سوى مركبات روبوتية غير مأهولة، كان الهبوط على القمر من أهم الإنجازات البشرية في القرن الماضي ومازال صداه الى اليوم، تخطط ناسا للعودة إلى القمر بحلول سنة 2024 بإنزال أول امرأة و الرجل التالي على القمر تحت برنامج أرتيميس، لكن هذه المرة من أجل البقاء وليس من أجل الزيارة فقط، ستتخذ ناسا منهجا مختلفا تماما عن المنهج المتبع في مهمات Apollo فماهو المنهاج الجديد وكيف سيتم تحقيقه؟

ماهي استراتيجيات ناسا الجديدة؟

تتلخص إستراتيجيات ناسا الجديدة في إستكشاف الفضاء في 6 نقاط:

• تحويل مهمات ناسا في مدار اﻷرض المنخفض إلى شركاء تجاريين (بدل أن تقوم ناسا بتطوير الصواريخ اللازمة لايصال روادها الى محطة الفضاء الدولية ستكتفي بشراء رحلات من شركات خاصة مثل SpaceX)، وتحويل محطة الفضاء الدولية ISS والمحطات التجارية القادمة في المستقبل إلى مكان لتجربة تكنولوجيات الفضاء الجديدة.
• إرسال مهمات روبوتية لها مدة بقاء طويلة ﻹستكشاف القمر بالتعاون مع شركات خاصة ومنظمات عالمية.
• إرسال رواد فضاء أمريكيين للهبوط على القمر وإعادتهم بسلام.
• توسيع مهمات إستكشاف الفضاء الامريكية على القمر من أجل التحضير لمهمات أطول وأصعب كاستكشاف المريخ.
• الحفاظ على مكانة الولايات المتحدة في مقدمة إستكشاف المريخ عن طريق إرسال مهمات روبوتية متقدمة للتحضير لمهمات بشرية على المريخ.
• إلهام أمريكا والعالم مع كل خطوة من هذا البرنامج.

المهمات الروبوتية:

برنامج ناسا التجاري ﻹرسال الحمولات إلى القمر «Commercial Lunar Payload Services (CLPS)» قام بالفعل بتحديد مهمتين لإرسال الأدوات العلمية و التكنولوجيا إلى القمر من المتوقع أن يبدأ الأمر سنة 2021، ستستعمل ناسا هذا البرنامج لارسال مهمة روبوتية VIPER ، سيتم إرسال هذه المهمة إلى القطب الجنوبي للقمر من أجل البحث على الموارد التي يمكن إستعمالها من طرف المهمات البشرية مستقبلا مثل الماء واﻷكسيجين.

هذه المهمة الروبوتية سيكون لها دور في تأكيد مااكتشفته المهمة المدارية «Lunar Reconnaissance Orbiter» والتي قدمت الكثير من المعلومات المهمة لمدة أكثر من عقد عن القمر والمواد التي يحتويهاr

محطة فضاء حول القمر:

بدل الذهاب إلى القمر مباشرة مثل Apollo سيتم الاستفادة من مقاربة جديدة تماما، سينم بناء محطة فضاء تعرف ب «Gateway» تدور حول القمر في مدار إهليليجي حول القطبين مما يسمح بالوصول إلى مناطق كثيرة على سطح القمر عند الهبوط على عكس Apollo، سيتم بناء هذه المحطة بالتعاون مع كندا التي ستوفر ذراع آلية شبيهة بالتي هي موجودة على محطة الفضاء الدولية، و اليابان التي ستوفر عده قطع مهمة لإقامة رواد الفضاء داخل المحطة ، كما ستشارك ESA وكالة الفضاء اﻷوربية ب «the International Habitat (I-Hab)» التي سيقيم بها رواد الفضاء داخل المحطة، كما سيتم التعاقد مع شركات خاصة من أجل تزويد المحطة بالوقود والمؤونة.

نظام اﻹطلاق الفضائي«SLS»:

من أجل إرسال الرواد والمعدات إلى القمر تعاقد ناسا مع شركة Boing من أجل بناء « The Space Lunch System SLS» وهو صاروخ يستطيع رفع حمولات هائلة إلى القمر وسيتم تطوير عدة أنواع منه.

كيف ستبدو مهمة أرتيميس؟

يتم وضع رواد الفضاء في كبسولة أورايون المحملة على صاروخ SLS، ينطلق الصاروخ عن طريق إشعال أربعة محركات RS-25 و دافعين يعملان بالوقود الصلب وعن إشتعالهما لامكان للرجعة. في حالة حدوث أي طارئ سيتمكن نظام الانقاذ من سحب الكبسولة وروادها يعيدا عن الصاروخ إلى بر اﻷمان، إن سار كل شئ كما هو مخطط ينطلق الرواد نحو الفضاء، يتم فصل دافعات الوقود الصلب بعد دقيقتين ويواصل الصاروخ نحو مدار اﻷرض، بعد 8 دقائق من الإطلاق يتم فصل طبقة الصاروخ اﻷساسية ويتم إشعال الطبقة العليا لمدة قصيرة لوضع المركبة في مدار حول اﻷرض، هنا يتم التحقق من عمل كل اﻷنظمة وفتح الألواح الشمسية لتزويد المركبة بالطاقة.

يتم إشعال المحركات مجددا ﻹرسال المركبة إلى مدار القمر وهنا التوقيت مهم للغاية من أجل إخراج المركبة من مدار اﻷرض والتأكد أنها ستلتقي بمحطة الفضاء حول القمر بعد عدة أيام، ويتم فصل هذه الطبقة عند الخروج من مدار الأرض.

عند الصول لمدار القمر يتم الاتحاد مع محطة «Gateway» وينتقل الطاقم المحدد مسبقا إلى نظام الهبوط الذي تم إحضاره إلى «Gateway» من طرف الشركاء التجاريين، يتكون هذا النظام من 3 أجزاء

• جزء ﻹيصال الرواد إلى مدار منخفض حول القمر.
• جزء للهبوط على القمر.
• جزء للعودة إلى «Gateway» بعد إنتهاء المهة.

بعد وصول الرواد إلى القمر سيجدون كل شئ يحتاجونه من مركبات وأدوات قد تم إيصاله بالفعل من طرف شركاء ناسا النجاريين ك SpaceX و Blue Origin

عند عودة الرواد إلى المحطة يعودون إلى كبسولة أرايون، يتم اﻹنفصال عن «Gateway» والتوجه نحو اﻷرض، عند الدخول للغلاف الجوي للأرض سيتم إبطاء كبسولة الرواد بسبب الإحتكاك مع الهواء ثم يتم فتح المظلات ﻹبطاء المركبة أكثر من أجل الهبوط في البحر.

المصادر:

• NASA
• NASA
• NASA
• Space

هل يمكن لمفاعل انشطار نووي أن يظهر طبيعياً ؟

في قلب كل نجم في الكون يتم دمج الذرات الخفيفة إلى ذرات أثقل في مايعرف بالاندماج النووي، فالشمس مثلا تقوم حالياً بتحويل أطنان من الهيدروجين إلى هيليوم عن طريق الاندماج مما ينتج كميات مهولة من الطاقة وهو مايعطي للشمس ضوءها وحرارتها، هنا على اﻷرض تمكن البشر من تحقيق الإندماج النووي لكن مازال أمامنا شوط طويل ﻹستخدام الإندماج النووي كمصدر للطاقة، لكننا نعلم أن مفاعلات الاندماج النووي موجودة منذ أن وجدت النجوم وبالتالي فهي موجودة في الطبيعة منذ ملايين السنين، لكن ماذا عن مفاعلات الانشطار النووي التي يتم استخدامها حاليا ﻹنتاج الطاقة الكهربائية هل يمكن أن تنتج طبيعياً؟

ماهو الانشطار النووي؟

يحدث الانشطار النووي عندما تتحلل نواة ذرة مشعة مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم إلى ذرات أخف مع بعض النيوترونات السريعة نتيجة للطاقة الناتجة عن التحلل، إذا تم تخفيف سرعة هذه النيترونات عن طريق «moderator» عادة مايتم استخدام الماء أو الجرافيت أحياناً، إن اصطدام هذه النيوترونات بأنوية ذرات أخرى سيؤثر على إستقرارها ويؤدي إلى انشطارها، سيؤدي هذا إلى تفاعل تسلسلي، إذا تم التحكم به ستؤدي النيوترونات الناتجة من الانشطارات السابقة في المتوسط إلى انشطار عدد مماثل من الذرات ويتم إنتاج كمية كبيرة من الطاقة، يبقى اﻷمر على هذه الحالة لمدة طويلة إلى أن تنتهي الذرات القابلة للانشطار.

إذا لم يتم استخدام «moderator» للتحكم بسرعة النيوترونات والتحكم بسرعة التفاعل، سيخرج التفاعل عن السيطرة وهكذا يتم تصنيع القنابل النووية، لكن اليورانيوم الموجه لصناعة اﻷسلحة يحتوي عى كمية كبيرة من اليورانيوم-235 أكثر من %80 نسبة إلى اليورانيوم-238 أما اليورانيوم الموجه للاستخدام في المفاعلات النووية يحتوي على %3 فقط من اليورانيوم-235.

كيف يعمل المفاعل النووي؟

توجد عدة أنواع وتصميمات مختلفة لمفاعلات الانشطار النووي، المفاعل في الفقرة التالية يعرف ب «boiling water reactor».

يتم وضع أعمدة وقود نووي داخل غرفة المفاعل في غالب اﻷحوال يكون الوقود عبارة عن يورانيوم تمت معالجته ، يتم غمر غرفة المفاعل بالماء لاستخدامه كـ «moderator» وأيضا كمبرد «coolant» لتبريد المفاعل، كما توجد أيضا أعمدة التحكم التي تكون مصنوعة من مادة تمتص النيوترونات مثل الفضة، اﻹيريديوم أو الكادميوم، يتم استخدام أعمدة التحكم لإيقاف تشغيل المفاعل أو التحكم في التفاعل فعند إدخال أعمدة التحكم لغرفة المفاعل تقوم بامتصاص النيترونات وإبطاء التفاعل أو إيقافه.

عند ارتفاع درجة حرارة الماء نتيجة التفاعل النووي في قلب المفاعل يتبخر الماء، فيتم ضغط البخار وتحويله إلى عنفة المولد التي سيقوم البخار بتدويرها وإنتاج الطاقة الكهربائية، ويتم ضخ كمية من الماء لقلب المفاعل لتعويض الماء المتبخر.

نظرياً، هل يمكن للطبيعة أن تنتج مفاعل انشطار نووي؟

اقترح الكيميائي و عالم الفيزياء النووية Paul Kuroda في عام 1956، أنه تحت شروط معينة يمكن أن تتحقق عملية الانشطار النووي و أن تستمر دون أي تدخل بشري، ولكن لظهور هذا التفاعل طبيعياً لابد من تحقق أربعة شروط:

• لابد من وجود طبقة من اليورانيوم الخام تحتوي على كمية كبيرة من اليورانيوم، ولابد أن تكون سماكتها على الأقل ثلثي متر مما يسمح للتحلل الطبيعي لليورانيوم-238 بالتسبب في إنشطار اليورانيوم-235.
• لابد أن تحتوي طبقة اليورانيوم على كمية معتبرة من اليورانيوم-235.
• لابد من وجود «moderator» ﻹبطاء النيورترونات والحفاظ على على إستمرارية التفاعل.
• لابد من وجود كمية قليلة من المواد التي يإمكانها إمتصاص النيوترونات كالفضة و اﻹيريديوم أو عدم تواجدها حتى لايتم إيقاف التفاعل عن طريق إمتصاص النيترونات.

من المستحيل أن يظهر مفاعل نووي طبيعي في الوقت الحاضر ﻷن نسبة اليورانيوم-235 في الطبيعة قليلة جداً ولاتسمح لتفاعل انشطار تسلسلي بالحدوث.

اليورانيوم في الطبيعة:

لليورانيوم 3 نظائر في الطبيعة U235 ،U238 وU234 ، يعتبر اليورانيوم-235 اﻷكثر قابلية للإنقسام إذا تم قصفه بنيوترون، يشكل هذا اليورانيوم %0.720 من كل اليورانيوم الموجود على الأرض، ويعد اليورانيوم-238 اﻷكثر إنتشاراً على اﻷرض بنسبة %99.275، أما اليورانيوم-234 فهو نادر جداً ولايشكل سوى %0.006 من كل اليورانيوم في القشرة اﻷرضية، يتم رفع نسبة اليورانيوم-235 إلى %3 المستخرج ﻷغراض الطاقة النووية لزيادة فعالية المفاعل النووي.

إن نسب نظائر اليورانيوم ليست ثابتة، ﻷن اليورانيوم مشع ويتحلل طبيعياً، أي أن نسب اليورانيوم في الماضي كانت مختلفة عن النسب التي نلاحظها اليوم، عند تكون اﻷرض قبل حوالي 4 مليار سنة كانت نسبة اليورانيوم-235 في الطبيعة هي 30%، أي أكثر مما هي عليه الآن، وبسبب تحلل اليورانيوم-235 قلت نسبته عبر الزمن، فقبل حوالي 2 مليار سنة كانت نسبة اليورانيوم-235 %3.6، نفس النسبة المستخدمة في المفاعلات النووية اليوم ﻹنتاج الطاقة الكهربائية.

إنطلاقاً من الشروط المذكورة في الفقرة السابقة وطبيعة اليورانيوم يمكن الإستنتاج أنه من الممكن نظرياً تواجد مفاعل إنشطار نووي طبيعي عمره 2 مليار سنة أو أكثر عندما كانت الشروط مناسبة لظهور هذا التفاعل.

المفاجأة:

في ماي 1972 لاحظ عمال في محطة معالجة لليورانيوم في فرنسا أثناء قيامهم بأحد القياسات الروتينية لنسب نظائر اليورانيوم في اليورانيوم الخام القادم من منطقة أوسلو بالغابون أحد مستعمرات فرنسا سابقاً، أن نسبة اليورانيوم-235 في العينات ليست النسبة المعتادة %0.720 وإنما %0.717، هذا اﻷمر أثار قلقهم وكان لابد من فحص مصدر العينات في الغابون، قد يبدو لك الفرق بين النسبتين فرقاً صغير جداً ولا يدعو للقلق لكن المشكلة أن كل عينات اليورانيوم في العالم نسبة اليورانيوم-235 متساوية كما أن الفرق بين النسبتين يعني أن هناك حولي 200 كيلوغرام مفقودة من اليورانيوم-235، فكان لابد من التحقيق في الموضوع إن كان طبيعيا أم أن الكمية المفقودة تمت سرقتها ﻷنها تكفي لصناعة حوالي 6 قنابل نووية.

لم يطل اﻷمر إلى أن تمكن العلماء من معرفة أن اﻷمر طبيعي وخصوصاً بعد إيجاد فضلات الإنشطار النووي في المناجم مثل السيزيوم والزينون، وهو مايثبت نظرية Paul Kuroda، كما تم إكتشاف 16 مفاعل إنشطار نووي طبيعي في أوكلو، وتم اكتشاف المفاعل السابع عشر فيBangombé حوالي 30 كلم جنوب أوكلو.

بسبب وجود طبقات يورانيوم تحتوي على كمية مناسبة من اليورانيوم-235 تحلل اليورانيوم-238 يتسبب في انشطار اليورانيوم-235 كمان أن اليورانيوم يوجد في صخور تسمح للماء بالتغلغل داخلها وتشكل أنهار تحت اﻷرض ، يلعب الماء دور ال«moderator» بإبطاء النيترونات والحفاظ على التفاعل التسلسلي لمدة معتبرة، بعد مدة من الانشطار النووي المستمر، ترتفع درجة الحرارة ويتبخر الماء مما يؤدي لتوقف التفاعل بسبب عدم وجود «moderator»، بعد توقف التفاعل تنخفض درجة الحرارة ويتجمع الماء مرة أخرى ويبدأ التفاعل من جديد، يجزم العلماء أنه على اﻷرجح أن التفاعل يدوم نصف ساعة، ثم يتوقف لمدة الساعتين والنصف ليبدأ من جديد.

عمر هذا المفاعل النووي حوالي 2 مليار سنة كما أنه بقي مستمراً لمدة مليون سنة دون أن ينصهر أو يتسبب في كارثة بيئية بسبب مخلفات التفاعل المشعة، كما أن متوسط الطاقة التي كان ينتجها المفاعل أثناء إنشغاله حوالي 100 كيلو واط، كمية الطاقة هذه قليلة جداً مقارنة بما تنتجه المفاعلات التجارية التي صنعها البشر إذ أن أقلها إنتاجا للطاقة يمكن أن ينتج 500 ميجا واط.

للأسف الشديد فقد تم إستخراج اليورانيوم من هذه المواقع عن آخره، نظراً لغناها بكميات كبيرة من اليورانيوم الخام، لكن على الأقل أتيحت للعلماء فرصة فحص العينات ودراستها، كما أنه من الغريب جداً أنه لم يتم اكتشاف أي مفاعلات طبيعية أخرى غير هذه في أي مكان في العالم ليومنا هذا.

ماذا يمكن أن نتعلم من هذا الاكتشاف؟

قبل هذا الاكتشاف اعتقدنا طويلاً أن مفاعلات الانشطار النووي تم تصنيعها من قبل البشر إذ أن أول تفاعل تسلسلي لانشطار نووي تم القيام به من طرف الفيزيائي إنيريكو فيرمي وفريقه سنه 1942، لكن الطبيعة فاجئتنا بأن الانشطار النووي أنتج طبيعياً قبل ملياري سنة، كما يمكننا أيضاً أن نتعلم كيفية التخلص من مخلفات الطاقة النووية دون التسبب في كارثة بيئية ﻷن مفاعلات أوكلو استمرت في العمل لمدة مليون سنة دون ترك أثر سلبي على البيئة في المنطقة بسبب المخلفات النووية الخطيرة التي ينتجها الانشطار النووي.

المصادر:

• stanford
• sciencemag
• scientificamerican

ما هو أقرب كوكب للأرض؟

ربما تكون قد تعلمت في المدرسة أو مررت على إجابة هذا السؤال من قبل وفي كثير من الأحيان تجد الإجابة بسيطة، كوكب الزهرة هو اﻷقرب للأرض، لكن هذه الإجابة خاطئة أو على اﻷقل ليست صحيحة تمامًا.

صياغة السؤال:

كما هو معلوم فإن كل الكواكب في المجموعة الشمسية تدور حول الشمس في مدارات إهليليجية«elliptical»، نتيجة لذلك فإن المسافات بين الكواكب ليست ثابتة، لهذا فإن السؤال “ما هو أقرب كوكب للأرض؟” يمكن أن يأخذ عدة أوجه، فمثلا قد يعني ماهو أقرب كوكب للأرض اﻵن؟ وهنا تتغير اﻹجابة نسبة إلى الوقت، ويمكن أن يعني ماهو الكوكب الذي يصل إلى أقرب مايكون للأرض مقارنه ببقية الكواكب؟ اﻹجابة ستكون كوكب الزهرة، ويمكن أن يعني أيضا ما هو أقرب كوكب للأرض في المتوسط؟ وهذا هو غالبا ما يأخذه معنى السؤال ويتم إعطاء الإجابة الخاطئة له في كثير من اﻷحيان، فأقرب كوكب للأرض في المتوسط هو كوكب عطارد وليس الزهرة!

لماذا عطارد هو الأقرب إلى كوكب الأرض؟

أصل الإجابة الخاطئة هو طريقة الحساب المستعملة في حساب متوسط المسافة بين الكواكب، حيث يتم حساب المسافة المتوسطة بين كل كوكب والشمس، وﻹيجاد المسافة المتوسطة بين كوب الارض والزهرة على سبيل المثال يتم طرح المسافة المتوسطة بين الارض والشمس من المسافة المتوسطة بين الزهرة والشمس، وبهذه الطريقة تم إيجاد أن كوكب الزهرة هو اﻷقرب، هذه الطريقة لاتعطي المسافة المتوسطة بين الكوكبين بل تعطي المسافة بين مداريهما في أقرب حالة وكما ذكرنا في الفقرة السابقة كوكب الزهرة هو الذي يصل إلى أقرب ما يكون للأرض، ولكن اﻷصح هو أن يتم حساب المسافة بين اﻷرض وبقية الكواكب كل فترة زمنية محددة ثم إيجاد متوسط هذه المسافات، وهذا ماقام به باحثون نشروا مقالاً على «physicstoday»، قامو بتطوير طريقة رياضية «point-circle method» لتقريب متوسط المسافة بين الكواكب، بهذه الطريقة وجدوا أنه بالمتوسط أقرب كوكب للأرض هو كوكب عطارد أي أنه يقضي وقت أكبر كأقرب كوكب للأرض مقارنة ببقية الكواكب، ليس هذا وحسب بل أن عطارد هو أقرب كوكب بالمتوسط لجميع كواكب المجموعة الشمسية، تم إثبات هذا الإدعاء عن طريق القيام بمحاكات حاسوبية لمدارات الكواكب وحساب متوسط المسافات بينهم لمدة 10000 سنة.

أقرب كوكب للأرض في المتوسط هو عطارد بمسافة 1.03 وحدة فلكية في المتوسط، يأتي كوكب الزهرة الثاني في الترتيب بمسافة 1.13 وحدة فلكية في المتوسط، ثم كوكب المريخ بمسافة 1.7 وحدة فلكية في المتوسط، يمكنك إيجاد محاكاة تفاعلية على هذا الرابط https://engaging-data.com/mercury-closest ستجد فيها مدارات عطارد، الزهرة، و المريخ، ومتوسط المسافات بينهم وبين اﻷرض.

ملاحظة:

1 وحدة فلكية «Astronomical Unit» تساوي متوسط المسافة بين اﻷرض والشمس، حوالي 150 مليون كيلومتر.

المصادر:
physicstoday.scitation

livescience

sciencealert