دیدکلی
الکترونها در جامدات از توزیع آماری فرمی_دیراک پیروی میکنند که نمونههایی دیگر از این نوع توابع آماری توزیع ماکسون بولتزمن برای ذرات کلاسیک (مانند گاز) و بوز انیشتین برای فوتونها است. در موقع توسعه این نوع آمار غیر قابل تشخیص بودن الکترونها ، طبیعت موجی آنها و اصل انحصار پاولی باید در نظر گرفته شود. تابع توزیع فرمی دیراک احتمال اشغال یک تراز انرژی توسط الکترونها در دمای T را بیان می کند و کمیت EF یعنی تراز فرمی که بطور نمایی در مخرج تابع احتمال فرمی ظاهر میشود در تحلیل رفتار نیمه رسانا از اهمیت زیادی برخوردار است.
تابع احتمال
بررسی تابع احتمال نشان میدهد که این توزیع دارای شکل مستطیلی به ازای (T=0 دما) است. یعنی در دمای (کلوین T=0) احتمال اشغال ترازهای انرژی توسط الکترون که از لحاظ انرژی پائینتر از انرژی فرمی هستند. برابر یک است. در صورتی که احتمال اشغال ترازهای انرژی توسط الکترون که از لحاظ انرژی پائین تر از انرژی فرمیاند برابر صفر است. اگر دما مخالف صفر کلوینی باشد.
در ضمن اینکه احتمال اشغال حالتهایی با انرژی کمتر از انرژی فرمی کاهش مییابد بر احتمال اشغال حالتهایی با انرژی بیشتر از انرژی فرمی افزوده میشود و دما هر چه قدر افزایش یابد این روند ادامه مییابد. تقارن موجود در توزیع حالتهای پر و خالی در اطراف تراز فرمی ، این تراز را یک نقطه مرجع طبیعی در محاسبات مربوط به تراکم الکترونها و حفرهها در نیمه رساناها نموده است.
تراز فرمی در نیمه رساناها
تراز فرمی در ماده ذاتی: ماده ذاتی ، مادهای است که در آن تزریق باربر صورت نگرفته است و تراکم الکترونها در نوار هدایت با تراکم حفرهها در باند ظرفیت یکسان است و تراز فرمی باید در نقطهای قرار بگیرید که حول آن تقارن تراکم باربرها وجود داشته باشد. لذا وسط فاصله بین دو باند هدایت و ظرفیت محل قرار گیری تراز فرمی است. که بر تراز ذاتی نیمه رساناها Ei منطبق شده است.
تراز فرمی در ماده نوع p: چون ماده نوع p در اثر تزریق اتمهای پذیرنده بوجود آمدهاند در این مواد کمبود الکترون وجود دارد در عوض تعداد حفرهها زیاد بوده و حاملهای اکثریتاند و برای برقراری تقارن در تراکم باربرها تراز فرمی باید نزدیک باند ظرفیت که تراکم حفرهها در آن زیاد است قرار گیرد.
شکل تابع توزیع فرمی f(E)=1/1+e(E-EF)/KT
در دمای معمولی KT حدود 0.026 الکترون ولت است. معمولا از 1 ر مقابل تابع نمایی صرفنظر می کنند.
احتمال اشغال یک حالت انرژی در تراز فرمی
وقتی که یک حالت انرژی در تراز فرمی منطبق شود در واقع E=EF است که با استفاده از تابع توزیع (f(F بدست میآید که در چنین حالتی احتمال اشغال یک حالت انرژی در تراز فرمی بوسیله الکترونها برابر 1.2 است.
در یک نگاه گذرا به آسمان شب میتوان نقاط نورانی بیشماری را مشاهده کرد که پنداری بر یک صفحه متحرک متصل شدهاند و نقشآفرینی شبانه خود را انجام میدهند و صحنه را برای ستاره داستان که همانا خورشید است خالی میکنند. اما اگر دقیقتر به این نمایش نگاه کنیم درمییابیم که اغلب این بازیگران آنگونه که ما میپنداریم تنها نیستند و هماوردی دارند که حرکاتشان با وی تنظیم و تعیین میشود.
این هماوردها سیستمهایی شکل میدهند که همانا با نام ستارگان دوتایی شناخته میشوند (که البته ممکن است از بیش از دو ستاره نیز تشکیل شده باشند). عبارت ستارگان دوتایی برای نخستین بار در سال 1802 و توسط "ویلیام هرشل" به کار گرفته شد، آنجا که وی در دستنوشته خود چنین نگاشت:
"در صورتی که دو ستاره در موقعیت بسیار نزدیک نسبت به هم قرار داشته باشند و در عین حال از نیروهای خارجی دیگر ایزوله بوده و تحت تاثیر نیروهای حاصله از سایر ستارگان همسایه قرار نگیرند، یک سیستم مجزا را تشکیل میدهند و در اثر نیروی گرانشیشان نسبت به دیگری یک سیستم مقید را شکل میدهند. سیستمی که از یک جفت ستاره تشکیل شده است و از این پس تحت عنوان دوتایی بررسی خواهند شد"
اما در تعریف نوین از ستارگان دوتایی اصولا به سیستمی از ستارگان، دوتایی میگویند که در آن دو ستاره به دور یک مرکز جرم معین گردش تناوبی داشته باشند.
در این مقال بر آنیم تا به بررسی اجمالی سیستمهای دوتایی بپردازیم. بسیاری از ستارگان آسمان در سیستمهای دوتایی و یا چندتایی قرار دارند که به هفت دسته اصلی تقسیم میشوند و در ادامه به آنها میپردازیم.
دوتاییهای ظاهری یا نوری
فیالواقع این ستارگان، دوتاییهای واقعی نیستند چرا که ارتباط فیزیکی با یکدیگر ندارند و تنها به واسطه این که از نظر ظاهری در یک خط دید قرار دارند مرتبط به نظر میرسد. این سیستمها پس از بررسیهای تکمیلی ناهماهنگیهای خود را آشکار میکنند و به زودی مشخص میشود که ارتباطی با یکدیگر ندارند. دوتایی سهی و مئزر یک نمونه از این گونه سیستمها هستند که تنها به دلیل قرابت ظاهری با یکدیگر به صورت سیستم دوتایی به نظر میرسند و در واقع هیچ ارتباط فیزیکی با یکدیگر ندارند. البته هنگامیکه به بررسی عمیق تر این دو ستاره میپردازیم درمییابیم که خود مئزر یک دوتایی مرئی است لکن ارتباطی با سهی ندارد. نکته جالب توجه این است که وقتی دو ستاره تشکیلدهنده دوتایی مئزر را مورد بررسی طیفی قرار میدهیم در مییابیم که هر یک از این دو ستاره، خود نیز در واقع دوتاییاند (البته دوتایی طیفسنجی) و این یافته تصویری بسیار پیچیده و البته شگفتانگیز را در برابر ما قرار میدهد.
دوتاییهای مرئی
این ستارگان به اندازه کافی به ما نزدیکاند و در عین حال به قدر کافی از یکدیگر دور که ما میتوانیم به طور عادی و با بهرهگیری از تکنیکهای بصری یا روشهای تداخلسنجی حضور آنان را در یک سیستم دریابیم، به این سیستمها دوتاییهای مرئی میگویند. در این سیستمها خط دید ما با صفحه مداری سیستم ستارهای زاویه دارد و لذا ما به دلیل نزدیکی آنها میتوانیم حرکت مجزای ستارهها را تشخیص دهیم (البته به وسیله تلسکوپ). البته این تشخیص ساده مستلزم آن است که طول دوره تناوب گردش این دو ستاره به دور هم چندان طولانی (مثلا چندین قرن) نباشد. یکی از بهترین و مشهورترین نمونه از این ستارگان دوتایی، مزدوج شعرای یمانی است. این سیستم از یک ستاره در رشته اصلی و یک کوتوله سفید تشکیل شده است. البته به دلیل درخشندگی فوقالعاده همدم جوان، کوتوله سفید مورد بحث چندان به چشم نمیآید. این دو ستاره با دوره تناوب نزدیک به 50 سال به دور یکدیگر میگردند.
دوتاییهای گرفتی
در این سیستمها، دو ستاره طوری به دور یکدیگر میگردند که به طور متناوب یکدیگر را میپوشانند و تغییرات ایجاد شده در روشنایی ظاهری که نتیجه این پوشش است، راه شناخت این سیستمهاست. ویژگی مهم این سیستمها آن است که میل مداریشان نزدیک به 90 درجه است و این بدان معناست که خط دید تقریبا در صفحه مداری قرار دارد. لازم به ذکر است که این سیستمها میتوانند طیف سنجی یا مرئی نیز باشند که البته عمدتا طیف سنجیاند. ستاره راسالغول یا همان بتای برساووش یکی از بهترین نمونههای دوتاییهای گرفتی است.
دوتاییهای نجومسنجی
این ستارگان دوتایی توسط تلسکوپ نیز به صورت یک ستاره واحد دیده میشوند و امکان تفکیک آنها از این طریق وجود ندارد، لکن حرکتهای تناوبی آنها در آسمان نشان میدهد که گویی به دور یک همدم نامرئی میگردند. البته در واقع هیچکدام از این دو ستاره به دور دیگری نمیگردد، بلکه هر دو به دور نقطه خاصی میگردند که مرکز جرم سیستم نام دارد اما از آنجا که ستاره همدم قابل مشاهده نیست در بررسی نوری این سیستمها در آسمان مشاهده میشود که یک ستاره به ظاهر تنها، در طول سالیان در جای خود در آسمان تکانهای خاصی میخورد و همین امر میتواند گواهی بر حضور یک همدم نامرئی باشد.
دوتاییهای تماسی
هنگامیکه دو ستاره آنقدر به یکدیگر نزدیک باشند که جو هریک در اثر گرانش دیگری دچار برآمدگی شود این دوتایی را نزدیک یا تماسی مینامند. در این موارد معمولا دو ستاره با یکدیگر تبادل جرم انجام میدهند و وضعیتهای پیچیده و متغیری را پدید میآورند. وقوع چنین وضعیتی مستلزم آن است که یکی از ستارگان در رشته اصلی نباشد. منظور از رشته اصلی وضعیتی است که ستارگان در اواسط عمر خود دارند، خورشید ما یک نمونه از ستارگانی است که در رشته اصلی قرار دارند. در این وضعیت مثلا یکی از ستارگان سیستم تبدیل به یک غول سرخ میشود و با رشد حجمی بسیار زیاد، لبه خارجی خود را تا سرحدات ستاره همدم میرساند. این امر موجبات تبادل ماده در اثر نزدیکی و گرانش حاصل از آن را فراهم میآورد و موجب تحول در هر دو ستاره سیستم میشود. یکی از نمونههای چنین سیستمی، ستاره دجاجه X-1 است.
دوتاییهای طیف سنجی
این نوع از سیستمهای دوتایی معمولا نامرئی هستند و تنها از طریق نوسانات دوره ای در خطوط طیفیشان شناخته میشوند. در مواردی که دو ستاره قابل تشخیص باشند با مجموعهای از اشکال طیفی برای هر ستاره سر و کار داریم (سیستمهای دو خط) اما در برخی از این سیستمها که یکی از ستارگان کم نور است و قابل تشخیص نیست تنها یک دسته از خطوط طیفی متغیر وجود خواهند داشت (سیستمهای یک خط). البته لازم به ذکر است که عمدتا ما با سیستمهای تک خط مواجه هستیم چرا که معمولا ستاره همدم آنقدر ضعیف است که اثر چندانی از آن در طیف مشترک مشاهده نمیشود.
دوتاییهای طیفی
تفاوت این سیستمها با مورد قبلی آن است که کل سیستم نامرئی است و تصاویر طیفی نیز در مسیر درک حرکت مداری ستاره به ما کمکی نمیکند. تنها راه تشخیص این سیستمها آن است که دو طیف کاملا متفاوت بر روی یکدیگر قرار میگیرند و از این طریق ما درمییابیم که این طیف ترکیبی توسط دو ستاره از یک سیستم دوتایی تولید شده است.
حال که به طور اجمالی به معرفی ردههای مختلف سیستمهای ستارهای دوتایی پرداختیم میخواهیم بدانیم که منشا این سیستمها کجاست و اصولا چطور این ستارگان پیوند ابدی خود را با یکدیگر شکل میدهند.
نخستین نظریهای که در اینباره مطرح میشود آن است که ستارگان دوتایی در اثر نزدیکی بیش از حد به یکدیگر در دام نیروی گرانشی هم افتادهاند و به دور یکدیگر میگردند. این نظریه از آنجا که شانس اینگونه برخوردها در عالم واقع چندان زیاد نیست نمیتواند توجیهکننده این تعداد و تنوع از سیستمهای دوتایی باشد.
نظریه دیگر آن است که ستارگان در چرخشهای سریع وضعی خود، دو پاره یا چند پاره میشوند که این نظریه نیز چندان استوار نیست چرا که در هنگام چرخشهای وضعی سریع، معمولا بخشی از ماده موجود در کمربند استوایی ستاره از آن جدا میشود و نه نیمی از جرم کل ستاره، در حالی که بسیاری از سیستمهای دوتایی جرمهای نزدیک به هم دارند.
اما نظریهای که از تمامیموارد فوق قویتر است بیان میدارد که اصولا هنگامیکه یک ابر هیدروژنی به قدری متراکم میشود که آبستن تشکیل ستاره گردد، بیش از یک مرکز را در خود شکل میدهد و هریک از این مراکز به ستارهای بدل میشوند که پس از تولد به دلیل نزدیکی با همدم خود، حرکات مداری را آغاز میکنند و سیستمهای دوتایی را شکل میدهند.
بر اساس یک بررسی رصدی توسط "ابت و لوی" (Abt & Levy) در سیستمهای دوتایی که دوره تناوبشان کوچکتر از 100 سال است معمولا جرم دو ستاره به یکدیگر نزدیک است اما در سیستمهایی که دوره تناوب شان بیشتر از 100 سال است عموما جرم ستاره اصلی و همدم با یکدیگر تفاوت فاحشی دارد. از این یافتهها چنین استنباط میشود که در سیستمهایی با دو ستاره تقریبا هم جرم مبدا سیستم از یک توده گازی واحد بوده و شکافت واقع شده در آن موجب شکلگیری دو ستاره شبیه به هم از نظر جرم شده است لکن در دسته دوم این سیستمها، محل تولد هر ستاره در یک توده گازی مجزا بوده است که پس از تولد با یکدیگر جفت شدهاند. البته این نظریات هنوز به طور قطع مورد تایید قرار نگرفتهاند و نیاز به بررسیهای بیشتری وجود دارد.
بسیاری از ستارگان دوتایی دوره تناوب کوتاهی دارند (یعنی تقریبا هر 10 روز یک بار به دور یکدیگر میگردند) در این نوع از سیستمها مدار دورانی سیستم به شکل دایره است و نکته جالب آن است که حرکت وضعی دو ستاره به صورتی است که تقریبا همواره یک بخش خاص از سطح ستاره در برابر ستاره همدم قرار دارد. علتی که برای این مسئله مطرح میشود آن است که به دلیل نزدیکی این ستارگان به یکدیگر نیروهای کشندی بر یکدیگر وارد میکنند که این نیروها اگر حتی منتج به ایجاد وضعیت فوقالذکر نشود موجب میگردد که قسمتی از ستاره با سرعت متفاوتی از بقیه قسمتها حرکت وضعی خود را انجام دهد.
به طور کلی مبحث ستارگان دوتایی یکی از مباحث بسیار جذاب و البته پیچیده در اخترشناسی است که میتوان از وجوه مختلفی به بررسی آن پرداخت، از رصد و شکار دوتاییها گرفته تا بررسی طیف ترکیبی سیستمهای نامرئی.
بیش از یک هزار سیاره جدید در خارج منظومه شمسی از ماه می 2009 تا سپتامبر 2010 میلادی کشف شدهاند که تقریبا دو برابر تعدادی است که پیش از این توسط تلسکوپ کپلر ناسا کشف شده بودند
بررسی دادههای جمع آوری شده از کشف هزار و 91 سیاره بالقوه جدید در خارج از منظومه شمسی خبر میدهد و به این ترتیب تعداد کل سیارات به رقم دو هزار و 321 عدد افزایش یافته است.
"رونالد گیلیلاند"، استاد نجوم دانشگاه پنسیلوانیا و یکی از اعضای تیم تحقیقاتی تلسکوپ کپلر ناسا تأکید میکند: با استناد به برخی دلایل آماری میتوان گفت که حدود 90 درصد از کشفیات جدید احتمالا سیاره واقعی هستند.
پیش از این تیم تحقیقاتی کپلر وجود 61 سیاره بیگانه از جمله یک سیاره مشابه زمین را تأیید کرده بودند. بدون در نظر گرفتن تعداد سیارات جدید، شباهت بسیار زیاد این سیارات کوچک و سرد با زمین باعث شگفتی دانشمندان شده است.
آخرین کشفیات کپلر شامل 196 سیاره جدید در اندازه زمین بود که چهار برابر کشفیات سال گذشته است؛ همچنین تعداد سیارات ابرزمینی نیز با جهشی چشمگیر به رقم 416 عدد افزایش یافته است.
به گفته "گیلیلاند" برای کشف سیارات شبه زمین باید در طول یک دوره یک ساله چندین بار عملیات رصد را تکرار کرد. برای ثبت یک سیاره جدید، یک فرآیند دقیق شش ماهه تا یک ساله توسط تلسکوپ کپلر صورت میگیرد.
سالهای اولیه زندگی :
آلبرت انیشتین در چهاردهم مارس 1879 در شهر "اولم" که شهر متوسطی از ناحیه "ورتمبرگ آلمان" بود متولّد شد . امّا شهر مزبور در زندگی او اهمیتی نداشته است. زیرا یک سال بعد از تولّد او خانواده وی از "اولمگ عازم گمونیخ" گردید.
پدر آلبرت، "هرمان انیشتین" کارخانه ی کوچکی برای تولید محصولات الکترو شیمیایی داشت و با کمک برادرش که مدیر فنی کارخانه بود، از آن بهره برداری میکرد. گر چه در کار معاملات بصیرت کامل نداشت. پدر آلبرت از لحاظ عقاید سیاسی نیز مانند بسیاری از مردم آلمان گر چه با حکومت پروسیها مخالفت داشت امّا امپراتوری جدید آلمان را ستایش میکرد و صدراعظم آن "بیسمارک" و "ژنرال مولتکه" و امپراتور پیر یعنی "ویلهم اول" را گرامی میداشت.
مادر انیشتین که قبل از ازدواج "پائولین کوخ" نام داشت بیش از پدر زندگی را جدی میگرفت و زنی بود از اهل هنر و صاحب احساساتی که خاص هنرمندان است و بزرگترین عامل خوشی او در زندگی و وسیله تسلای وی از علم روزگار موسیقی بود.
آلبرت کوچولو به هیچ مفهوم کودک عجوبه ای نبود و حتی مدت زیادی طول کشید تا سخن گفتن آموخت. بطوریکه پدر و مادرش وحشت زده شدند که مبادا فرزندشان ناقص و غیرعادی باشد، امّا بالاخره شروع به حرف زدن کرد ولی غالبا ساکت و خاموش بود و هرگز بازیهای عادی را که ما بین کودکان انجام می گرفت و موجب سرگرمی کودک و محبت فی ما بین می شود را دوست نداشت.
آلبرت مرتبا و هر سال از پس سال دیگر طبق تعالیم کاتولیک تحصیل کرد و از آن لذت فراوان برد و حتی در مواردی از دروس که به شرعیات و قوانین مذهبی کاتولیک بستگی داشت چنان قوی شد که می توانست در هر مورد که همشاگردانش قادر نبودند به سوألهای معلم جواب دهند او به آنها کمک می کرد.
انیشتین جوان در ده سالگی مدرسه ابتدائی را ترک کرد و در شهر مونیخ به مدرسه متوسطه "لوئیت پول" وارد شد . در مدرسه متوسطه اگر مرتکب خطایی می شدند راه و رسم تنبیه ایشان آن بود که می بایست بعد از اتمام درس ، تحت نظر یکی از معلمان ، در کلاس توقیف شوند و با درنظر گرفتن وضع نابهنجار و نفرت انگیز کلاسهای درس ، این اضافه ماندن شکنجه ای واقعی محسوب می شد.
مدت زیادی اینطور تصور می شد که پروتونها و نوترونها ذرات بنیادی هستند و بنابراین گمان میرفت مثل تقسیم الکترون دیگرقابل تقسیم نبوده و دارای یک ساختار داخلی نیستند. امروزه میدانیم که نوکلئونها یا به عبارت دیگر پروتونها و نوترونها خود از ذرات کوچکتری ساخته شدهاند که کوارک نامیده میشوند. تا به حال 6نوع کوارک متفاوت شناسایی شدهاند با این همه فقط دو نوع آنها در تشکیل مواد پایدار معمولی نقش مهمی دارند که عبارت از کوارک u و کوارک D هستند، U علامت اختصاری برای بالا (UP) و D علامت اختصاری برای پایین (down) میباشد .
اگر بار اکتریکی یک الکترون را منفی 1 فرض کنیم (1- = الکترون) کوارک u دارای بار الکتریکی 3/2+ و کوارک d داری بار 3/1- میباشد. پروتون که دارای بار مثبت است از 2 کوارک u و یک کوارک d تشکیل شده است از این طریق است که بار آن حاصل می شود: 1+=3/2+3/2+3/1- ، برعکس یک نوترون دارای 2کوارک D و یک کوارک U بوده و با ر آن برابر است با 1- = 3 /2 + 3/1 – 3/1-.
ویژگی کوارکها
اگر روابط و نسبتها در اتمها که در مقایسه با کوارکها بزرگ هستند مهم و چشمگیر است، این روابط در کوارکهای کوچک مسلماً مهمتر هستند. مثلا کوارکها هیچگاه به تنهایی نقشی را به عهده ندارند بلکه همیشه در گروههای 2 و 3 تایی هستند ذراتی که از 2کوارک تشکیل میشوند مزون نام دارند. ذراتی را که از 3 کوارک دارند باریون مینامند. کوارکها در کنار بار الکتریی که دارند خاصیت مرموز دیگری نیز دارا میباشند که رنگ خوانده میشود. کوراکها از این جهت به قرمز ، سبز و آبی طبقه بندی میشود، البته از این طبقه بندی باید رنگهای حقیقی را تصور کرد بلکه منظور نوع بار الکتریکی آنهاست. بنابراین ذرات آزاد معلق در طبیعت باید همیشه دارای رنگ خنثی و به عبارت دیگر سفید باشند.
یک کوارک قرمز یک کوارک سبز و یک کوارک آبی یک گروه سه تایی مثلا یک پروتون میسازد. همانطور که ترکیب رنگهای رنگین کمان رنگ سفید را بوجود میآورد، ازترکیب رنگهای سه گانه کوارک نیز سفید بدست میآید. به این ترتیب یک ذره سفید مجاز و پایدار تشکیل میشود. امکان دیگر این است که یک کوارک قرمز با یک ضد کوارک که رنگ ضد قرمز دارد یک زوج بسازند، قرمز و ضد قرمز همدیگر را خنثی کرده ، رنگی خنثی را بوجود میآورند. به هرحال چون این گروههای دوتایی (مزونها) از ماده و ضد ماده ایجاد شدهاند، خیلی سریع فرو میپاشند، به این جهت مزونها پایدار نیستند.
آیا کوارکها را میتوان مشاهده کرد؟
روشن است که کوارکها را نمیتوان مشاهده کرد، بلکه میشود وجود آنها را مثل هسته اتمها از طریق آزمایشهای فراوان پیچیده اثبات نمود، برای این کار مثل آنچه که رادرفورد 75 سال پیش برای شناسایی هسته اتم انچام داد عمل میشود و پروتونها یا الکترونهای بسیار پر شتاب مورد اصابت قرار میگیرند. بیشتر الکترونها در این آزمایش به ندرت تغییر مسیر میدهند، ولی تعدادی از آنها کاملا از مدار خود خارج میشوند درست مثل اینکه به گلولههای سخت و کوچکی در داخل پروتونها برخورد کنند. این گلولههای بسیار کوچک همان کوارکها هستند که در جستجویشان بودهایم یک بررسی دقیق نشان داده که پروتون در مجموع از سه سنگ بنای اولیه این چنین تشکیل شده است.
کوارکها هیچگاه در طبیعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. ایجاد ذرات متشکل از 2 کوارک یا به عبارت دیگر (مزونها) ، البته ممکن است، ولی این ذرات پایدار نیستند. برعکس گروههای سه تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختارهایی بسیار پایدار هستند. انسان کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملاً از 3 سنگ بنای اولیه ایجاد شدهاند که عبارت ازکوارکهای U ، کوارکهای D و الکترونها میباشند. کوارکها ، نوکلئونها را میسازند و آنها به یکدیگر متصل شده هسته اتمها را بوجود میآروند.
هستهها و الکترونها دراتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد میکنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سفیده تخم مرغ را میسازد. میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را بوجود میآورند و هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد، اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران ، گیاهان ، سیارهها و یا ستارگان با یکدیگر دارند باز هم تمام آنها فقط از 3 ذره زیر بنایی ساخته شدهاند که عبارتند از کوراکهای U ، کوارکهای D و الکترونها.
جرم دقیق کوارک
کشف ذرات زیر اتمی جدید باعث سر در گمی دانشمندان شده است. این ذرات عجیب و ناشناخته تئوری پردازان را واداشته است تا در نظریات خود در مورد نیروهای قوی که ذرات زیر اتمی را در اتمها کنار یکدیگر نگه میدارد، تجدیدنظر کنند. احتمالاً این ذره جدید که DS2317 نام گرفته ، صورت غیر متداولی از کورکها است. کوارکها ذرات بسیار ریزی هستند که در دستههای سه تایی وجود دارند و اجزای سازنده پروتونها و نوترونها هستند. شاید این ذره جدید ناشناخته کوارکی باشد که حول کوارک دیگر در حال چرخش است، شاید هم مولکول جدیدی است که از چهار کوارک ساخته شده است.
مارچللو گئورگی از دانشگاه پیزای ایتالیا و اعضای گروهش پس از صرف وقت سه ساله و جمع آوری اطلاعات از آشکارساز بابار (BaBar) مرکز شتاب دهنده خطی استنفورد (Slac) در کالیفرنیا با DS 2317 مواجه شدند. وقتی که Slac الکترون را با پوزیتون که ضد ماده الکترون محسوب میشود، برخورد میدهد، آشکارساز باربار تعداد زیادی از ذراتی که در نتیجه این برخورد بوجود میآیند را شناسایی میکند. گئورگی میگوید: «ما از نتایج این آزمایشات بسیار شگفت زده شدیم، اما چیزی که بیش از همه باعث اعجاب ما شد، جرم این ذرات است. جرم این ذرات از مقدار پیش بینی شده کمتر و در عین حال بسیار دقیق و مشخص بود.
جرم بسیاری از این ذرات پرانرژی دقیقاً مشخص نیست و با کمی عدم قطعیت همراه است. اما وزن DS 2317 دقیقاً مشخص است و مقدار آن برابر 2316 مگاالکترون ولت است. الکترون ولت واحدی است که فیزیکدانان برای اندازه گیری مقدار جرم و انرژی ذرات بکار میبرند. استیا ایچتن (Estia Eichten) نظریه پرداز فیزیک نظری از آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی در باتاویای ایلینویز میگوید، شاید این جرم دقیق به محققین کمک کند تا ماهیت دقیق نیرویی که اتمها را در کنار یکدیگر نگه میدارد، درک کنند. از آنجایی که در مقیاسهای کوچک جرم و انرژی معادل یکدیگرند، دانستن جرم یک کوارک جدید میتواند ما را به شناخت نیروهای قوی که در داخل ذرات حاکم است، راهنمایی کند.
طی تحقیقاتی که بعدها صورت گرفت، تصور میشد که DS 2317 از کوارکهای سنگین و ناشناختهای تشکیل شده است. دیوید سینابر و یکی از متخصصین فیزیک انرژی بالا در دانشگاه کورنل در ایتاکای نیویورک میگوید: «قسمت عمدهای از اطلاعاتمان در مورد نیروهای قوی از بررسی کوارکهای سبکتر حاصل شده است. اما امکان دارد با بررسی کوارک سنگینتر اطلاعات جدیدی کسب کنیم.»
انواع کوارک
کوارکها در شش گروه مختلف جای میگیرند: بالا ، پایین ، جذاب ، عجیب ، زیر و رو. دستههای سه تایی از کوارکهای بالا و پایین که جزء سبکترین و معمولیترین کوارکها محسوب میشوند، پروتونها و نوترونهای مواد عادی را که اطراف ما را فرا گرفته است تشکیل میدهد. اما ممکن است DS 2317 از دو کوارک تشکیل شده باشد و ذره کمیابی به نام مزون را بوجود آورده باشد. ایچتن میگوید این مزون ممکن است تا حدودی شبیه یک اتم باشد. اتمی که در آن یک کوآرک سبک «ضد ـ عجیب» (anti-Strange) حول یک کوآرک سنگینتر «جذاب» (Charm) در حال چرخش است.
اما سایر محققین در تفسیر پدیدههای مشاهده شده ، نظریات پیچیدهتری را ابراز میکنند. جاناتان رزنر فیزیکدان نظری دانشگاه شیکاگو میگوید احتمال دارد که ذره جدید حاوی جفتهایی از کوارکهای مزدوج باشد. وجود مولکولهایی حاوی چنین ذرات زیر اتمی مدتها قبل پیش بینی شده بود. سینابرو میگوید: «ما تاکنون هیچ شاهدی مبنی بر وجود اینگونه ذرات نداشتیم. اما اگر این شیء وجود داشته باشد، واقعاً جای تعجب است.» محققین Slac در مرکز سنکروتون انرژی بالای دانشگاه کورنل و سازمان تحقیقات شتاب دهنده انرژی بالا در ژاپن ضمن کنکاش در اطلاعات قدیمی ، در صددند نظریات خود را در مورد ذراتی شبیه DS 2317 بیازمایند.
شیمی مدیون پروتون
نوترونها و پروتونها از ذراتی ساخته شدهاند که کوارکهای بالا و پایین نامیده میشوند. هر پروتون شامل دو کوارک بالا و یک کوارک پایین است، در حالی که هر نوترون دارای دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است. کوارکهای پایین کمی سنگینتر از کوارکهای بالا هستند و به همین دلیل وزن نوترونها از پروتونها بیشتر است. بار هر کوارک بالا برابر دو سوم بار مثبت است و هر کوارک پایین دقیقا یک سوم بار مثبت را با خود دارد. به همین دلیل پروتون دارای یک بار الکتریکی مثبت است، در حالی که نوترونها خنثی هستند و باری ندارند.
در عین حال ما هنوز هم جرم دقیق کوارکها را نمیدانیم. به همین دلیل دانشمندان سعی دارند ضمن آزمایشات مختلف جرم آنها را دریابند. در عین حال نظریه پردازان نیز سعی دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسی کرده و سرعت انجام واکنشهای مختلف را محاسبه کنند. آنها امیدوارند با این روش بتوانند به ساختار یک هسته اتم دست نخورده دست یافته و دریابند چه میزان از اختلاف در خواص کوارکهای بالا و پایین از اختلاف جرمشان ناشی میشود و چه مقدار از این اختلاف بخاطر تفاوت در بارهای الکتریکی است.
آنها امیدوارند با این آزمایشات جرم دقیق کوارکها را دریابند. بیراون کولک فیزیکدان نظری دانشگاه آریزونا میگوید: «هم آزمایشات انجام شده و هم تفسیرهای نظری ارائه شده در این مورد بسیار پیچیده است و بنابراین لازم است هم از نتایج آزمایشات و هم تفسیرهای نظری کمک گرفت و با تلفیق نتایج حاصل از این آزمایشات اطلاعات مهمی در مورد جرم کوارکها بدست آورد.» اختلاف بین کوارکهای بالا و پایین به این معنی است که اگر یک نوترون را به حال خود رها کنیم به یک پروتون تبدیل میشود. اما این سرنوشت نهایی نوترونها نبود.
این ذرات با قرار گرفتن در کنار الکترونها که بار منفی دارند، میتوانند اتمهای هیدروژن را بوجود آورند که ماده سوختی اولیه ستارگان محسوب میشود. ادوارد استفنسون که یکی از فیزیکدانان دانشگاه ایندیانا است میگوید: «دنیای مملو از پروتون به این معنی است که مقدار زیادی هیدروژن در اختیار داریم. بدون در اختیار داشتن پروتون ، شیمی به آن صورتی که امروز میشناسیم، ممکن نبود.» البته باید در نظر داشت همین اختلاف کم در جرم این کوارکها نتایج بسیاری را در پی داشته است. اخیراً یک گروه از دانشمندان دانشگاه ایندیانا دو هسته دوتریم را به هم برخورد دادند.
دوتریم نوعی اتم هیدروژن است که در هسته خود یک پروتون و یک نوترون دارد. گروهی دیگر نیز در دانشگاه اوهایو با استفاده از نوترون و پروتون واکنش همجوشی هستهای انجام دادند. طی هر دو این آزمایشات ذراتی حاصل شد که آنها را پیون مینامند. این دانشمندان معتقدند ایجاد پیون نشانه عدم تقارن بار است که از اختلاف در اجزای تشکیل دهنده پروتونها و نوترونها ناشی میشود. این اختلاف در جرم عامل اصلی ترکیب اجزای عالم است.
کوارک در طبیعت
قبل از کشف کوارک توسط مورای ژل مان تصور میشد که پروتونها و نوترونها مانند الکترونها غیر قابل تقسیم هستند، ولی اکنون میدانیم نوکلئونها (پروتونها و نوترونها) تجزیهپذیر بوده و از ذرات کوچکتری به نام کوارک تشکیل شدهاند.
کوارکها در طبیعت
کوارکها هیچگاه در طبیعت به عنوان ذرات مستقل و آزاد وجود ندارند. مزونهای π از یک کوارک و یک ضد کوارک تشکیل میشوند، که آنتی کوارک (ضد کوارک) با یک خط تیره افقی (علامت منفی) بالای حرف مربوطه مشخص میگردد. چون این مزونها از ماده و ضد ماده تشکیل میشوند، خیلی سریع فرو میپاشند. ایجاد ذرات متشکل از 2 کوارک یا به عبارت دیگر مزونها البته ممکن است، ولی این ذرات پایدار نیستند. برعکس گروههایی سه تایی یا به زبان دیگر پروتونها و نوترونها ساختارهایی بسیار پایدار هستند.
انسان ، کره زمین و در واقع کهکشان راه شیری عملا از سه سنگ بنای اولیه ایجاد شدهاند، که عبارت از کوارکهای U و کوارهای D و الکترونها میباشند. کوارکها ، نوکلئونها را میسازند و آنها به همدیگر متصل شده ، هسته اتمها را بوجود میآورند. هستهها و الکترونها در اتحاد با یکدیگر اتمها را ایجاد میکنند و اتمها نیز با پیوستن به یکدیگر مولکولهای کوچک و بزرگ از قبیل مولکولهای آب یا سفیده تخم مرغ را میسازند.
میلیاردها مولکول سلولهای بدن ما را بوجود میآورند و هر انسان در بدن خود میلیاردها سلول دارد. اما با تمام تفاوتهایی که انسانها ، جانوران ، گیاهان ، سیارات و یا ستارگان با یکدیگر دارند، باز هم تمام آنها فقط از سه ذره زیربنایی ساخته شدهاند، که عبارتند از: کوارکهای U و کوارکهای D و الکترونها.
آیا کوارکها را میتوان مشاهده کرد؟
روشن است که کوارکها را نمیتوان مشاهده کرد، بلکه میشود وجود آنها را مثل هسته اتمها ، از طریق آزمایشهای فراوان پیچیده اثبات نمود. برای این کار مشابه آنچه که رادرفورد 75 سال پیش برای شناسایی هسته اتم ، انجام داد، عمل میشود و پروتونها با الکترونهای بسیار پر شتاب ، مورد اصابت قرار میگیرند. بیشتر الکترونها در این آزمایش ، به ندرت تغییر مسیر میدهند، ولی تعدادی از آنها کاملا از مدار خود خارج میشوند، درست مثل اینکه به گلولههای سخت و کوچکی در داخل پروتونها ، برخورد کنند. این گلولههای بسیار کوچک همان کوارکها هستند، که در جستجویشان بودهایم. یک بررسی دقیق ، نشان داده که پروتون در مجموع از سه واحد سنگ بنای اولیه این چنینی تشکیل شده است.
نیروهای بنیادی اولیه
بین ذرات بنیادی چهار نیرو عمل میکنند که آنها را نیروهای بنیادی یا اولیه مینامند.
نیروی پرقدرت کوارک: نیروی پرقدرت کوارک که نیروی رنگ نیز نامیده میشود، از جدا شدن بیش از حد کوارکهای داخل هسته از یکدیگر و یا حتی از پرت شدن آنها به خارج جلوگیری میکند. نیروی پر قدرت کوارک یا نیروی قوی ، از طریق ذرات مبادله کننده یا به اصطلاح گلوئونها ، که بین کوارکها در پرواز هستند، انتقال مییابد. این نیرو مانند چسب ، پیوستگی بین کوارکها را تضمین میکنند. نیروی هستهای که پروتونها و نوترونها را در هسته اتم به هم پیوسته نگاه میدارد، در واقع نیروی بنیادی نیست، بلکه نیرویی است که از نیروی رنگ کوارکها (یعنی قویترین نیرویی که به آن اشاره میشود)، بدست میآید.
برهمکنش الکترومغناطیسی: این نیرو ، وقتی که صحبت از بارهای الکتریکی به میان میآید، ظاهر میشود. یک ذره دارای بارالکتریکی مثبت ، بوسیله یک ذره مثبت دیگر ، دفع و به سوی یک ذره دارای بار الکتریکی منفی ، جذب میشود. این نیرو توسط فوتونها یا ذرات نوری مبادله میشود و در نتیجه این ذرات نوری که بین ذرات باردار در پرواز هستند، به یکدیگر متصل میشوند.
برهمکنش ضعیف هستهای: بسیاری از ذرات ، نسبت به هیچ یک از دو نیروی یاد شده در بالا ، یعنی نیروی قوی کوارک و نیروی الکترومغناطیسی واکنش نشان نمیدهند. از آن میان ذراتی هستند که فاقد بار الکتریکی و رنگ هستند. برای این گونه ذرات یک نیروی بنیادی دیگر وجود دارد. که در فاصلههای خیلی خیلی کم خود را نشان میدهد و بدون استثنا بر روی همه ذرات اثر میگذارد. این نیرو که نیروی ضعیف نام دارد، توسط ویکونها منتقل میشود.
نیروی جاذبه یا گرانش: این نیرو تمام ذراتی را که دارای جرم هستند، جذب میکند، ولی در مقایسه با سه نیروی قبلی ، آن قدر ضعیف است، که میتوان آن را نادیده گرفت. از آنجایی که این نیرو در فاصلههای زیاد کارگر است، در علم ستاره شناسی دارای اهمیت میباشد.
صبحگاه روز چهارشنبه 10 اسفندماه پدیده زیبای مقارنه ماه با خوشه پروین رخ خواهد داد.
خوشه پروین در فهرست اجرام غیر ستاره ای مسیه قرار دارد و دارای قدر (درخشندگی) 1.2 است، از این رو می توان آن را با چشم غیر مسلح مشاهده کرد.
در این خوشه ستاره ای حدود 300 تا 500 ستاره قرار دارد اما با چشم غیر مسلح تنها می توان 6 تا 7 ستاره را مشاهده کرد.
این خوشه ستاره ای در فاصله 400 سال نوری از زمین قرار دارد و ستارگان آن در یک سحابی بازتابی جا خوش کرده اند.
در صبحگاه روز چهارشنبه 10 اسفند ماه ساعت 5:12 پدیده مقارنه ماه و خورشه پروین رخ خواهد داد و این دو جرم آسمانی در نزدیکی یکدیگر قرار می گیرند. در این پدیده زاویه جدایی خوشه زیبای پروین با ماه 4 درجه است.
در این مقارنه فاز ماه (میزان سطح روشن ماه) 40 درصد است و درصورت ابری نبودن آسمان می توان این پدیده را رصد کرد.
ناسا با کمک تصویر جدیدی که تلسکوپ هابل از یک منظومه دوتایی گرفته است پیش بینی کرد که ستاره بزرگتر این منظومه در آینده ای نزدیک می میرد و به یک ابرنواختر تبدیل می شود.
منظومه ستاره ای دوتایی "اتا- حمال" (Eta Carinae) در دهه های نخست قرن نوزدهم نورانی و نورانی تر شد تا اینکه در آوریل 1843 پس از ستاره شباهنگ یا ستاره کاروان کش که تقریبا هزار برابر به زمین نزدیکتر است به دومین جرم درخشان آسمان تبدیل شد.
در طول سالهای بعد، "اتا- حمال" به تدریج تار شد و از ابتدای قرن بیستم کاملا در برابر چشم غیرمسلح ناپدید شد، اما نور آن همچنان به تغییر خود ادامه می دهد و هنگامیکه دوباره در یک شب تاریک با چشم غیرمسلح دیده شود دیگر هرگز به درخشش 1843 خود باز نمی گردد.
به گفته ستاره شناسان، ستاره بزرگتر منظومه دوتایی "اتا- حمال" ستاره ای عظیم و نا پایدار است که به پایان زندگی خود نزدیک می شود.
اکنون دانشمندان ناسا با استفاده از اطلاعاتی که در خصوص طغیان نور 1843 که در آن زمان به ثبت رسیده بود و همچنین تصویر جدیدی که تلسکوپ هابل در نور مرئی و ماوراء بنفش گرفته است یک انفجار عظیم ابرنواختری را برای این ستاره پیش بینی کرده اند.
توده های عظیم ماده که یک و نیم قرن قبل از این منظومه به بیرون پرتاب شده اند با عنوان "سحابی آدمک" شناخته می شوند که از 1990 تاکنون به طور مرتب تحت رصد هابل بوده اند.
تصویر جدیدی که هابل با "دوربین ACSHRC از "اتا- حمال" تهیه کرده است نشان می دهد که این ماده به روش متحدالشکلی از ستاره به بیرون پرتاب نمی شود بلکه به صورت یک شکل دمبلی فوران می کند.
براساس گزارش گیزمودو، "اتا- حمال" نه تنها به خاطر گذشته خود بلکه همچنین به خاطر آینده ای که پیش رو دارد جالب است.
این جرم آسمانی یکی از نزدیکترین ستارگان به زمین است که در آینده ای نسبتاً نزدیک به صورت یک ابرنواختر منفجر می شود. هرچند نباید از یاد برد که این "آینده نزدیک" می تواند یک میلیون سال بعد باشد.
مهندس سرادقی در مصاحبه با روابط عمومی سازمان فضایی ایران گفت: ماهواره نوید علم و صنعت تا تاریخ 1/12/90 حدود 300 بار زمین را دور زده است و هجدهمین روز از عمر خود را سپری می کند.
سرپرست اداره کل بخش فضایی سازمان فضایی ایران افزود: در طول هر شبانه روز حداقل 2 بار و حد اکثر 6 بار با ماهواره ارتباط برقرار می شود و داده های ارزشمند تله متری بسیاری تا این تاریخ از ماهواره دریافت شده است.این داده ها شامل اطلاعات حسگرهای خورشیدی، حسگرهای حرارتی و حسگرهای مغناطیسی است . همچنین وضعیت توان الکتریکی و نحوه شارژ باتری ماهواره توسط سلولهای خورشیدی، در این ارتباط قابل مشاهده می باشد.
مهندس سرادقی افزود: ماموریت عکس برداری ماهواره در حال انجام و تعداد زیادی عکس از مناطق مختلف کشور و چندین عکس از سایر نقاط جهان توسط ایستگاه های پنج گانه زمینی دریافت و تصاویر دریافتی پردازش و با تصاویر سایر ماهواره های عملیاتی مقایسه و تطبیق داده شده است.
گروهی از دانشمندان اروپایی دریافتند که چرا باوجود فراوانی مایع ماگما در ماه، هیچ فعالیت آتشفشانی در تنها قمر زمین وجود ندارد.
با نگاه به تصاویر خاک خاکستری ماه می توان فکر کرد که این قمر هنوز فعال است. اما درحقیقت، ردپاهای آخرین فعالیتهای آتشفشانی ماه قدیمی و مربوط به میلیاردها سال قبل بوده و فورانهای آتشفشانی از زمانی که انسان ماه را رصد کرده خاموش است.
اطلاعات اخیر نشان می دهد که در زیر خاک ماه میزان فراوانی از مایع ماگما وجود دارد چون بخشی از سنگهایی که به سطح می آیند گداخته به نظر می رسند.
اکنون دانشمندان یک توضیح محتمل را در خصوص اینکه چرا در سطح ماه فعالیت آتشفشانی وجود ندارد ارائه کردند که بیان می دارد ماگمای گداخته در لایه های عمیق تر می تواند آنچنان متراکم و سنگین باشد که نتواند به سطح بیاید.
محققان دانشگاه آمستردام با همکاری دانشگاههای پاریس، لیون و ادیمبرا به منظور دستیابی به این نتایج که در نیچر ژئوساینس منتشر شده است یک سری کپی های میکروسکوپی از سنگ ماه را که در ماموریت آپولو به زمین آورده بود تهیه و سپس چگالی و غلظت این سنگها را با پرتوهای ایکس اندازه گیری کردند.
5 دهه پس از ماموریت آپولو، تشکیل و تاریخ ژئولوژیکی ماه همچنان معماهای بسیاری را ایجاد می کند. فضانوردان در تمام برنامه های آپولو نه تنها 380 کیلوگرم سنگ ماه را به زمین آوردند بلکه توانستند تعداد بسیار ابزار علمی را در سطح این قمر نصب کنند.
سال گذشته، دانشمندان ناسا مدل جدیدی از لایه های داخلی ماه را توسعه دادند. برپایه این مدل جدید، بخشهای عمیق تر جبه ماه که روی یک هسته کوچک فلزی قرار گرفته است حداکثر 30 درصد گداخته اند.
در زمین توده های ماگمایی جبه به سمت سطح حرکت می کنند و فورانهای آتشفشانی را به وجود می آورند. نیروی محرکه برای حرکت عمودی ماگما به طرف بالا در واقع تفاوت چگالی میان ماگما و ماده پیرامون جامد است که به تدریج ماگمای مایع را همانند یک حباب به سمت بالا منحرف می کند.
اگر درون تنها قمر طبیعی سیاره ما هم محتوی مقادیر بالای ماگما است پس چرا فورانهای مشابه زمین در سطح آن رخ نمی دهد؟
به گفته این محققان، فشار نزدیک به هسته ماه بیش از 45 هزار بار و دمای آن در حدود هزار و 500 درجه سانتیگراد است.
این دانشمندان توانستند این شرایط سخت را با نمونه های کوچک بسازند و سنگهای ماه را درحالی که تحت یک فشار بسیار شدید قرار داده بودند با جریان فشار قوی برق گرم کنند.
با اندازه گیری پرتوهای ایکسی که از هم نمونه های جامد و هم از نمونه های گداخته عبور کرد توانستند چگالی این سنگها را در دما و فشار بالا اندازه گیری کنند و نشان دادند که ماگمای ماه به حدی غلیظ و متراکم است که نمی تواند به همانند یک حباب به طرف بالا حرکت کند.
گروهی از دانشمندان آمریکایی با بررسی سنگهای بسیار قدیمی دریافتند که جبه زمین بسیار پایدارتر از آن چیزی است که تاکنون تصور می شد.
جبه زمین، لایه ای از سیاره ما است که زیر پوسته قرار گرفته است و به سبب یک سری از حوادث فاجعه آمیزی که در سپیده دم تاریخ زمین رخ دادند و منجر به شکل گیری قاره هایی که امروز می شناسیم شدند در معرض یک فشار شدید و دمای بسیار بالای درون زمین قرار گرفت.
ژئو شیمیدانان دانشگاه مریلند با تحقیق روی شکل نادری از تنگستن کشف کردند جبه زمین بسیار پایدارتر از آن چیزی است که تاکنون تصور می شد.
تئوری اصلی تشکیل ماه بیان می دارد که در حدود 4.5 میلیارد قبل برخورد عظیمی که میان زمین و یک جرم آسمانی در ابعاد مریخ رخ داد مقادیر بسیاری ماده را در مدار پرتاب کرد که از این مواد ماه به وجود آمد.
این محققان که نتایج یافته های خود را در مجله ساینس منتشر کرده اند نشان دادند که این برخورد توانسته است کاملا پوسته و جبه زمین نوزاد را در هم آمیزد و این لایه ها با هم مخلوط کند.
این دانشمندان در این خصوص توضیح دادند: "زنده ماندن طولانی مدت جبه قدیمی زمین شاهدی برای حضور یک عنصر بسیار نادر است که در دوره ای وجود داشته که جبه نخستین بسیار گرم بوده و بنابراین این ماده به خاطر حرکات همرفتی که در داخل زمین بوده اند به خوبی مخلوط شده است."
در گذشته، دانشمندان برای درک ترکیبات جبه زمین قبل از شکل گیری ماه از شکل بسیار نادری از ایزوتوپ فلز تنگستن با عنوان 182W استفاده کرده بودند. ایزوتوپها اتمهایی از یک عنصر هستند که همان تعداد پروتون را دارند اما تعداد نوترونهای آنها متفاوت است.
اکنون ژئو شیمیدانان با استفاده از ایزوتوپ 182W برای تعیین اینکه چه زمانی بخشهای مختلف جبه شکل گرفته اند استفاده کردند.
براساس گزارش اسپیس، این ایزوتوپ تنها از یک ایزوتوپ رادیواکتیو هافنیم (182H) تشکیل می شود که طول عمر بسیار کوتاهی دارد و پس از 60 میلیون سال زوال می یابند.
این تیم، تکنیک جدید بسیار حساسی را از طریق طیف نگار جرم توسعه دادند و در این تحقیقات، دانشمندان تنگستن استخراج شده از خرده سنگهای محلول در اسید را یونیزه و آن از نظر الکتریکی باردار کردند.
سپس این نمونه تنگستن به دست آمده را برای اندازه گیری جرم و بار اتمها از یک میدان الکترومغناطیسی عبور دادند و به این ترتیب توانستند تفاوتهای میان ایزوتوپها را از هم تمایز دهند.
این محققان ارتباط میان دو ایزوتوپ 182W و 184W در سنگهایی به نام "کوماتیت" مورد مطالعه قرار دادند.
"کوماتیت" نوعی سنگ است که بین 3.8 و 2.5 میلیارد سال قبل در جبه ساخته شده است. در این دوره زمانی که در حدود 1.5 میلیارد سال پس از برخوردی است که منجر به تشکیل ماه شد جبه 500 درجه گرمتر از اکنون بود.