جدید ترین عناوین خبری امروز
Registering new users is currently not allowed.

چرا هسته‌ی زمین جوان‌تر از سطح آن است؟

هر کسی دوست دارد قلبش جوان بماند. حتی زمین هم قلبش جوان‌تر از خودش است! محاسبات نشان می‌دهد که هسته‌ی زمین ۲٫۵ سال از سطح آن جوان‌تر است. فکر می‌کنید علت آن چیست؟ بلی درست حدس زدید، علت آن از نظریه نسبیت عام ناشی می‌شود! اگر به اندازه کافی کنجکاو شده‌اید، با ادامه مطلب با ما همراه شوید.

نظریه نسبیت

آلبرت اینشتین را به عنوان کسی می‌شناسیم که مفهوم نسبیت را به ما معرفی کرد، اما پیامدهای نسبیت بسیار عمیق‌تر از آن چیزی است که دانشمندان تصور می‌کردند. همان‌طور که احتمالا می‌دانید، نور در نزدیکی اجسام سنگینی نظیر ستارگان یا سیاه‌چاله‌ها آهسته‌تر حرکت می‌کند. برای اغلب اجسام زندگی روزمره که میدان گرانشی ضعیفی دارند، اثر نسبیت عام برایشان کاملا قابل صرف‌نظر کردن است. طبق نسبیت عام اینشتین، هرچه جسم سنگین‌تر باشد، بافتار فضا-زمان حول جسم بیشتر انحنا پیدا می‌کند، که باعث بروز کشش گرانشی می‌شود.

هر جسمی که دارای میدان گرانشی به اندازه کافی قوی باشد می‌تواند  فضا زمان را حول خود خم کند. این بدین معناست که زمان حول جسم سنگین کندتر می‌گذرد. زمین خیلی سنگین نیست و اثر کوچکی روی انحنای فضا زمان می‌گذارد. اما این اثر کوچک توسط ماهواره‌های موقعیت‌یاب که حول زمین می‌چرخند و در سامانه ناوبری GPS استفاده می‌شوند، مشاهده شده است. ساعت‌های اتمی بی‌نهایت دقیقی که در این ماهواره‌ها قرار دارند باید بطور منظم تصحیح شوند تا اثر «از دست رفتن زمان» را جبران کنند. اگر این تصحیح انجام نشود ما شاهد خطاهای تعیین موقعیت چندین کیلومتری در تعیین مکان توسط ماهواره‌ها خواهیم بود.

نیروی گرانش ناشی از مرکز زمین در سطح زمین ضعیف‌تر از مرکز است و به همین دلیل زمان در سطح زمین سریع‌تر از مرکز زمین می‌گذرد. ریچارد فاینمن فیزیکدان برنده نوبل در دهه ۱۹۶۰، در سلسله سخنرانی‌هایی بیان کرد که انحنای فضا-زمان توسط گرانش باید بین سن مرکز زمین و سطح زمین فاصله‌ی یک تا دو روز را موجب شود. یعنی فاینمن ادعا می‌کرد مرکز زمین باید به اندازه یک یا دو روز جوان‌تر از سطح زمین باشد.

دانشمندان وارد می‌‌شوند!

دکتر اولریک آگهاج از دانشگاه ارهاس در دانمارک، کسی است که خودش پیش‌تر در مقاله‌ها به حدس مشهور فاینمن درباره اختلاف سن هسته و سطح زمین ارجاع می‌داد و مطالعه دقیقی روی این موضوع انجام نشده بود. آگهاج گروهی از محققان را به خدمت گرفت تا به طور دقیق پتانسیل گرانشی سطح و هسته زمین را محاسبه کنند.

زمین: من این‌قدرها هم پیر نیستم!

زمین حدود ۴٫۵ میلیارد سال قبل بوجود آمد و هسته‌ی آن از آن زمان نیروی گرانشی را بر پوسته پیوسته اعمال کرده است. گروه تحقیقاتی دانشگاه ارهاس دانمارک، فرض کردند که زمین کره‌ای با چگالی یکنواخت باشد تا بدین طریق محاسبات ساده‌تر شوند. اگرچه این فرض در واقع درست نیست، اما آن‌ها برای داشتن یک ایده‌ی اولیه ناچار به این فرض بودند تا بعدا بتوانند با پیچیدگی و دقت بیشتری ادامه دهند. آن‌ها مشاهده کردند که طبق محاسبات نسبیت عام به ازای هر ثانیه در روی سطح زمین، یک تاخیر زمانی به اندازه ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۰۳ ثانیه در هسته‌ی زمین مشاهده می‌شود. ممکن است این مقدار بسیار ناچیز به نظر برسد،‌ اما در طی ۴٫۵ میلیارد سال پیدایش زمین، مجموع این تاخیر زمانی به اندازه‌ی ۱٫۵ سال خواهد شد.

اما هسته‌ی زمین، بسیار چگال‌تر از لایه‌های بالایی آن است. برای یک تخمین دقیق از اختلاف سن پوسته و هسته ، گروه تحقیقاتی از مدل توزیع چگالی واقعی‌تری استفاده کردند. با حرکت در لایه‌های زمین از سطح به مرکز، چگالی افزایش می‌یابد، اما به صورت خطی اتفاق نمی‌افتد، بنابراین زمین‌شناسان از مدل‌های متفاوتی برای توصیف ساختار درونی سیاره زمین استفاده می‌کنند. در مقاله‌ای که تیم تحقیقاتی دانمارکی منتشر کرده‌اند، آن‌ها از مدل مرجع اولیه برای زمین استفاده کرده‌اند، که مدلی یک بعدی است که لایه‌های جدا از هم مختلفی دارد. به کارگیری مدل واقعی‌تر مستلزم محاسبات ریاضی پیچیده‌تری است، اما در این حالت نیز گروه موفق شدند جواب را بدست آورند. با استفاده از یک مدل واقعی‌تر برای چگالی زمین، تیم تحقیقاتی متوجه شدند که اختلاف سن هسته‌ و سطح زمین چیزی حدود ۲٫۵ سال است!

در مورد خورشیدچطور؟

حال بیاید در مورد خورشید ببینیم چطور می‌شود. گروه تحقیقاتی محاسبه کردند که هسته‌ی خورشید حدود ۴۰۰۰۰ سال جوان‌تر از سطح خورشید است. این بدین معناست که نسبیت اساسا به عنوان یک روش ضد پیری در مقیاس کیهانی عمل می‌کند، که اگر به اندازه خورشید سنگین باشید خبر بسیار خوبی است!

البته، نسبیت فقط یک نظریه است، هر چند یک نظریه قوی است. در واقعیت هیچ راهی برای تعیین سن هسته‌ی یک سیاره به جز سوراخ کردن و تونل زدن و جمع آوری بخشی از هسته آن نداریم. آنچه می‌دانیم این است که یافته‌های این گروه تحقیقاتی نه فقط به عنوان یک مثال جدی از تاثیر گرانش بر زمان است، بلکه مشکلاتی که ناشی از نقل قول دانشمندان از همکار مشهورشان (فاینمن) ممکن است مواجه شوند و مجبور شوند خودشان زحمت محاسبه را بکشند را نیز نشان می‌دهد!

منابع:

به اشتراک بگذارید
برچسب ها:
دیدگاه ها 0

دیدگاه بگذارید

avatar
  اشتراک  
مطلع شدن
رفتن به نوار ابزار