کسوف خورشیدی امواج گرانشی ایجاد می‌کند که پیش از این ناشناخته بود!

تیم‌هایی از دانشگاه‌های ایالات متحده در جریان کسوف سال ۲۰۲۳ ثابت کردند که این رویداد می‌تواند امواج گرانشی جوی را تحریک کند، همان‌طور که داده‌های جمع‌آوری‌شده از طریق بالن‌های ناسا نشان دادند. این کشف جدید بینش‌های ارزشمندی ارائه می‌دهد که می‌تواند پیش‌بینی‌های آب‌وهوایی و درک ما از پویایی‌های جوی را بهبود بخشد.

تیم‌های دانشجویی از سه دانشگاه آمریکایی اولین کسانی بودند که آنچه دانشمندان مدتها پیش‌بینی کرده بودند، اندازه‌گیری کردند؛ کسوف‌ها می‌توانند امواج گرانشی جوی ایجاد کنند! نشانه‌های مشخصی از این امواج در داده‌هایی که در کسوف حلقوی خورشید در آمریکای شمالی در ۱۴ اکتبر ۲۰۲۳ ثبت شد، واضح است. این داده‌ها به عنوان بخشی از پروژه سراسری بالن کسوف (NEBP) که توسط ناسا حمایت می‌شود، جمع‌آوری شدند.

از طریق NEBP، تیم‌های دانش‌آموزی دبیرستان و دانشگاهی در طول مسیر کسوف در چندین ایالت آمریکا مستقر شدند و بالن‌های هواشناسی مجهز به ابزارهای علمی برای مطالعه‌های مهندسی یا آزمایش‌های علوم جوی را به فضا پرتاب کردند. گروهی از تیم‌های علمی مستقر در نیومکزیکو نیز داده‌هایی را جمع‌آوری کردند که ارتباط کسوف با تشکیل امواج گرانشی جوی را تأیید می‌کند، کشفی که می‌تواند منجر به بهبود پیش‌بینی‌های آب‌وهوایی شود.

آنگلا دس جاردین، مدیر کنسرسیوم فضایی مونتانا که رهبری NEBP را برعهده داشت، گفت:

مدل‌های آب‌وهوایی پیچیده هستند و فرض‌هایی درباره عوامل جوی که باید در نظر گرفته شوند، دارند.

فهمیدن واکنش جو در شرایط خاص کسوف به ما کمک می‌کند جو را بهتر درک کنیم که به نوبه خود به ما کمک می‌کند پیش‌بینی‌های آب‌وهوایی دقیق‌تری انجام دهیم و در نهایت، تغییرات آب‌وهوایی را بهتر بفهمیم.

امواج گرانشی در مقابل امواج گرانش

امواج گرانشی و امواج گرانش با وجود شباهت اسمی، به مفاهیم کاملاً متفاوتی اشاره دارند. امواج گرانشی در جو و اقیانوس‌ها رخ می‌دهند و توسط نیروی گرانش زمانی که یک عنصر سیال از حالت تعادل خود جابجا می‌شود، ایجاد می‌شوند. این امواج به عنوان نوساناتی در چگالی و فشار محیط‌های درگیر ظاهر می‌شوند. در مقابل، امواج گرانش پدیده‌هایی کیهانی هستند که شامل انحنای فضا-زمان در اثر رویدادهای نجومی عظیم، مانند برخورد سیاه‌چاله‌ها یا ستاره‌های نوترونی می‌شوند. این امواج با سرعت نور حرکت می‌کنند و اولین بار در سال ۲۰۱۵ توسط دانشمندان مشاهده شدند که تأییدی بر پیش‌بینی بزرگ نظریه نسبیت عام اینشتین بود.

شکار امواج در نیومکزیکو

تیم‌های تحقیقاتی قبلی نیز در کسوف‌های گذشته به دنبال امواج گرانشی جوی بودند و این پژوهش‌ها توسط ناسا و بنیاد ملی علوم آمریکا حمایت می‌شد. در سال ۲۰۱۹، یک تیم NEBP در شیلی داده‌های امیدوارکننده‌ای جمع‌آوری کرد، اما پرتاب بالن‌ها به صورت ساعتی جزئیات کافی را ارائه نداد. تلاش برای تکرار این آزمایش در سال ۲۰۲۰ به دلیل محدودیت‌های سفر ناشی از کووید-۱۹ در آرژانتین و باران شدید در شیلی ناکام ماند.

رهبران پروژه از این پروژه در برنامه‌ریزی برای سال ۲۰۲۳ درس گرفتند و قرار شد هر ۱۵ دقیقه یک بالون پرتاب کنند و مکان‌هایی را با بهترین پتانسیل موفقیت بررسی کردند.

جی گونگ، محققی در آزمایشگاه آب‌وهوا و تابش ناسا در مرکز فضایی گادرد و یکی از محققان تحقیق درباره امواج گرانشی جوی، گفت:

نیومکزیکو بسیار امیدوارکننده به نظر می‌رسید. اکثر منابع امواج گرانشی جوی همرفت، سیستم‌های آب‌وهوایی و کوه‌ها هستند. ما می‌خواستیم تمام این منابع احتمالی را حذف کنیم.

این پروژه یک “مکان فوق‌العاده” در شهر موریارتی در نیومکزیکو ایجاد کرد که چهار تیم علوم جوی را شامل می‌شد؛ دو تیم از دانشگاه ایالتی پلیموث در نیوهمپشایر و یک تیم از دانشگاه ایالتی نیویورک (SUNY) آلبانی و یک تیم از SUNY اوزوگو.

دانشجویان از ساعت ۱۰ صبح روز قبل از کسوف شروع به پرتاب بالن‌ها کردند.

اریک کلس، استاد پژوهشی در دانشگاه ایالتی پلیموث و رهبر منطقه شمال شرق NEBP، گفت:

آنها به نوبت در طول روز و شب کار می‌کردند و سپس همه در زمان کسوف در محل بودند. کار سخت ما واقعاً نتیجه داد. دانشجویان در انتها یک احساس واقعی از موفقیت داشتند.

هر بالن پرتاب‌شده توسط تیم‌های علمی، یک رادیوسوند حمل می‌کرد که بسته‌ای از ابزارها بود که در هر ثانیه صعود خود از جو، دما، مکان، رطوبت، جهت و سرعت باد را اندازه‌گیری می‌کرد. رادیوسوندها این جریان داده خام را به تیم‌های زمینی ارسال کردند. دانشجویان این داده‌ها را به سرور مشترک آپلود کردند، جایی که گونگ و دو دانشجوی فارغ‌التحصیل ماه‌ها به پردازش و تحلیل آن پرداختند.

تأیید این‌که کسوف امواج گرانشی جوی را در آسمان نیومکزیکو ایجاد کرده بود، در بهار ۲۰۲۴ حاصل شد.

گونگ گفت:

ما همه داده‌ها را بر اساس زمان جمع‌آوری کردیم و وقتی آن سری زمانی را رسم کردیم، توانستم نوارهایی را در سیگنال ببینم. من به همه افراد از طریق ایمیل‌ خبر دادم. ما خیلی هیجان‌زده بودیم.

برای دانشجویان، چالش‌ها فرصت می‌آورند

این برنامه برای بسیاری از دانشجویان اولین تجربه جمع‌آوری داده در یک پژوهش بود. اما فواید آن بسیار فراتر از مهارت‌های فنی و علمی حاصل شده است.

کلس گفت:

دانشجویان از طریق تمرین پرتاب بالن‌های هواشناسی چیزهای زیادی یاد گرفتند. این یک منحنی یادگیری عظیم بود. آنها مجبور بودند با هم کار کنند تا تمام امور لجستیکی را مشخص کرده و مشکلات را برطرف کنند. این تمرینی خوب برای مهارت‌های کار تیمی است.

دس جاردین گفت:

همه این‌ها از نظر فنی پیچیده است. در حالی که اکنون تمرکز روی نتیجه علمی است، مهم‌ترین بخش این بود که دانشجویان این کار را انجام دادند.

برنامه مأموریت فعال‌سازی علم ناسا از NEBP حمایت مالی می‌کند، پروژه بورسیه ملی فضایی کالج و دفتر برنامه بالن ناسا نیز همراه با برنامه فعال‌سازی علم در این پژوهش‌ها مشارکت داشنتد.

منبع: Scitechdaily