خانه | دانش و فن‌آوری

درک بهتر فیزیک رنگین‌کمان‌ها

پنجشنبه, 1390-09-17 17:09
نسخه قابل چاپنسخه قابل چاپ
منبع: Science Daily
برگردان: 
احسان سنایی
احسان سنایی - متخصصان علوم رایانه‌ای دانشگاه کالیفرنیا- سن‌دیه‌گو که قصد شبیه‌سازی تمامی انواع طبیعی رنگین‌کمان را کرده بودند، به پاسخ‌هایی راجع به فرآیند تشکیل این پدیده برخورد کردند. آن‌ها نمونه‌های متنوعی از رنگین‌کمان را به‌کمک روشی پیشرفته‌ در بررسی نحوه برهمکنش پرتوهای نور و قطره‌های آب با ابعاد و اشکال متفاوت، شبیه‌سازی کردند؛ کمان‌های اولیه، کمان‌های ثانویه، رنگین‌کمان‌هایی که به‌هنگام غروب ایجاد می‌شوند و نیز آن‌هایی که در روزهای مه‌آلود و در میان ابرها ظاهر می‌شوند. این رهیافت تازه، حتی به شبیه‌سازی‌های واقع‌گرایانه‌ای از رنگین‌کمان‌های کمیاب و دوقلویی انجامید که گویی از میان نصف شده‌اند.
 
ایمان صادقی، دانشجوی دانشگاه کالیفرنیا – سن‌دیه‌گوست که پژوهش‌ مزبور را تحت پروژه دکتری خود در دانشکده مهندسی ژاکوبز و زیر نظر پروفسور هنریک ون ینسن (Henrik Wann Jensen) و با همکاری دانشمندانی از کشورهای اسپانیا، انگلستان و سوئیس به ثمر رسانده که قرار است که ماحصل آن را طی اجلاس ACM با محوریت گرافیک رایانه‌ای، در همین ماه دسامبر ارائه کنند.
 
ینسن می‌گوید: "این کار، چیزی فراتر از گرافیک رایانه‌ای‌ست. تقریباً می‌شود هم‌اکنون گفت که ما درکی به نسبت کامل از نحوه تشکیل رنگین‌کمان‌ها پیدا کرده‌ایم." او کسی نیست که با پیشرفت‌های حوزه گرافیک رایانه‌ای بیگانه باشد، بلکه به‌واسطه انجام پژوهش‌هایی که به بازسازی طبیعی بافت پوستی شخصیت‌های انیمیشن انجامیده بود، جایزه اسکار سال ۲۰۰۴ را از آن خود ساخت.
 
ینسن در برخی از شاهکارهای فنی هالیوود از جمله فیلم "آواتار" جیمز کامرون نیز حضور داشته است. او، صادقی و سایر همکاران‌شان قرار بوده است که به‌منظور درک بهتر نحوه بر هم‌کنش قطرات کروی آب با پرتوهای نوری که به تولید کمان‌های رنگارنگی که به‌هنگام توقف بارندگی در هوای مرطوب و گرمسیری می‌انجامد، دست به شبیه‌سازی‌های انواع مختلفی از رنگین‌کمان‌ها بزنند. امیدشان هم به بهبود روش‌های به‌کاررفته در انیمیشن‌ها و بازی‌های ویدئویی بود.
 
صادقی که هم‌اکنون به‌عنوان مهندس رایانه در بخش گرافیکی شرکت گوگل در سانتا مونیکا مشغول به فعالیت است، می‌گوید: "معمولاً فرصت بررسی چنین پدیده‌هایی را حین کار روی تز دکترای‌تان پیدا نمی‌کنید. رنگین‌کمان‌ها خیلی بیشتر از آن چیزی که به چشم می‌آید قابل توصیف هستند.»
 
این دانشمندان، با شروع فرآیند شبیه‌سازی‌شان متوجه شدند که صرفاً برهم‌کنش ساده نور با قطرات کروی آب، توصیفی قابل قبول از برخی انواع رنگین‌کمان‌ها نظیر رنگین‌کمان‌های دوقلو به دست نمی‌دهد. آن‌ها در جریان پژوهش‌های‌شان متوجه شدند که قطره‌های آب حین سقوط در هوا، تحت تأثیر فشار هوای تحتانی‌شان، از زیر اندکی یخ می‌شوند و شکلی شبیه به همبرگر به خود می‌گیرند.
 
به‌گفته ینسن، عجیب است که هنوز هیچکس به فرآیند فیزیکی دقیق تشکیل رنگین‌کمان‌ها پی نبرده بود. در گذشته، دانشمندان برجسته‌ای نظیر ایزاک نیوتن و ریاضیدان فرانسوی، رنه دکارت، محاسباتی انجام داده و آزمایشاتی را به‌منظور توصیف نحوه تشکیل رنگین‌کمان پیشنهاد کرده بودند، اما امروزه بودجه‌های پژوهشی راجع به رنگین‌کمان‌ها و همچنین کار در این حوزه به‌ندرت به چشم می‌خورد.
 
ینسن و تیم‌اش، این قطره‌های تغییر شکل‌یافته آب را "برگروید" (Burgeroid) می‌نامند. او می‌گوید: "این اصطلاح، آنقدرها هم فنی نیست، ولی مایلیم آن را اینگونه بنامیم." شبیه‌سازی‌هایی که از آن پس بر این برگرویدها، به‌جای قطره‌های طبیعی آب انجام گرفت، پژوهشگران را قادر به تقلید از فرآیند تشکیل گستره‌ای وسیع از انواع رنگین‌کمان‌های طبیعت کرد. صادقی می‌افزاید: "ما اولین گروهی هستیم که روش دقیق شبیه‌سازی رنگین‌کمان‌های دوقلو را ارائه می‌کنیم."
 
 
 
 
ساز و کار اصلی تشکیل رنگین‌کمان، قرن‌ها بود که برملا شده بود: یک پرتو از نور، در فضای درونی یک قطره آب، هم انعکاس و انکسار می‌یابد و تا نزدیکی زاویه خاصی موسوم به "زاویه رنگین‌کمان"، به‌شدت تمرکز می‌یابد. این زاویه برای هر رنگی از نور سفید تفاوت می‌کند و لذا نور خورشید به چندین جزء طیفی‌اش تفکیک می‌شود و رنگ‌هایی را که ما در آسمان می‌بینیم، به هوا می‌پراکند. صادقی می‌گوید: "اختلاف ظاهر رنگین‌کمان‌ها، به‌واسطه ابعاد و شکل قطره‌های باران است."
 
به‌گفته ینسن، عجیب است که هنوز هیچکس به فرآیند فیزیکی دقیق تشکیل رنگین‌کمان‌ها پی نبرده بود. در گذشته، دانشمندان برجسته‌ای نظیر ایزاک نیوتن و ریاضیدان فرانسوی، رنه دکارت، محاسباتی انجام داده و آزمایشاتی را به‌منظور توصیف نحوه تشکیل رنگین‌کمان پیشنهاد کرده بودند، اما امروزه بودجه‌های پژوهشی راجع به رنگین‌کمان‌ها و همچنین کار در این حوزه به‌ندرت به چشم می‌خورد.
 
تلاش‌های ینسن با هدف فهم بهتر فرآیند فیزیکی تشکیل رنگین‌کمان‌ها، پای وی را به کنفرانس "رنگ و نور در طبیعت"، در کالج سن‌ماری شهر سن‌ماری ایالت مریلند آمریکا کشاند. در آنجا وی ایراد سخن کرد و ملاقاتی با فیلیپ لی‌ون (Philip Laven)، متخصص رنگین‌کمان‌ها صورت داد که بعداً از کمک نویسندگان پژوهش وی نیز شد.
 
در اکثر شبیه‌سازی‌هایی که تاکنون راجع به رنگین‌کمان‌ها صورت پذیرفته بود، فرض بر این گرفته می‌شد که قطرات آب، کروی‌اند که به‌گفته لی‌ون، این در خصوص قطرات درشت‌تر صدق نمی‌کند. آن‌ها در این پژوهش، با رویکردی سراسر متفاوت به واکاوی قضیه پرداخته‌اند و مدلی واقع‌گرایانه‌تر از فرآیند دخیل در این پدیده‌ها را ارائه کرده‌اند. وی می‌افزاید: "شبیه‌سازی‌هایی که در این مقاله شرح داده شده‌، نشان از دورنمایی بس بهتر در فهم رنگین‌کمان‌های واقعی می‌دهند. امیدوارم که گام بعدی، استفاده از این روش‌ها برای بررسی سیستمایک رنگین‌کما‌ن‌هایی باشد که محصول قطره‌های غیرکروی آب هستند."
 
ینسن، صادقی، لی‌ون و همکاران‌شان بنا دارند تا یافته‌های خود را در کنفرانس SIGGRAPH که سال میلادی آتی در شهر لس‌آنجلس برگزار می‌شود هم ارائه کنند. ینسن همچنین تصمیم به شرکت در کنفرانس بعدی "رنگ و نور در طبیعت" را دارد که این‌بار در آلاسکا برپا خواهد شد. آیا هدف بعدش‌اش، شبیه‌سازی شفق‌های قطبی است؟ خودش که می‌گوید شاید اینطور باشد.
 
توضیح تصویر:

منبع: Antony McAulay / Fotolia 

Share this
Share/Save/Bookmark

ارسال کردن دیدگاه جدید

محتویات این فیلد به صورت شخصی نگهداری می شود و در محلی از سایت نمایش داده نمی شود.

نظر شما پس از تایید دبیر وب‌سایت منتشر می‌شود.

لطفا به زبان فارسی کامنت بگذارید.
برای نوشتن به زبان فارسی می توانید از ادیتور زمانه استفاده کنید.

کامنتهایی که حاوی اتهام، توهین و یا حمله شخصی باشد هرز محسوب می شود و
منتشر نخواهد شد.

 

لینک به ادیتور زمانه:         

برای عبور از سد فیلترینگ

پرونده ۱۳۹۱ / چشم‌انداز ۱۳۹۲

مشخصات تازه دریافت برنامه های رادیو زمانه  از ماهواره:

ماهواره  :Eutelsat

هفت درجه شرقی

پولاریزاسیون افقی 

سیمبول ریت ۲۲

فرکانس ۱۰۷۲۱مگاهرتز

همیاران ما