مهندسی,مهندسی صنایع,مهندسی برق,مقاله,دانلود مقاله,دانلود مقاله مهندسی,دانلود جزوه مهندسی,کنکور مهندسی,پایان نامه مهندسی,مهندسی ریاضی,سایت علمی,اخبار علمی,سایت آموزشی,اخبار آموزشی,مقاله آموزشی,آموزش,مهندس

ایرودینامیک در عمق فضا!

ایرودینامیک در عمق فضا!

دسته بندی : مهندسی صنایع ایران تاریخ : شنبه ۲۶ اسفند ۱۳۹۶

وقتی اولین بار در سال ۱۹۸۱ میلادی (۱۳۵۹ شمسی) در جریان مأموریت فضاپیماهای ووییجر، قطب شمال سیاره‌ی زحل از نزدیک دیده شد، یک معمای عجیب مطرح شد. یک پدیده‌ی غیر قابل توجیه پیش روی دانشمندان قرار گرفته بود و آن‌ها را به چالش می‌طلبید. از آن روز تلاش برای فهم اینکه دقیقاً چه توجیهی پشت این پدیده قرار گرفته، آغاز شد. قضیه آنقدر بالا گرفت که در فضای عمومی برخی از مردم موضوع را به آدم فضایی‌ها نسبت دادند! شاید برخی دیگر این پدیده را باور نکردند و حق هم داشتند که احتمال اشتباه در عکس‌های بی کیفیت ووییجرها را بیشتر از احتمال صحت این پدیده بدانند؛ اما عکس‌های سال‌های بعد تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر کلوزآپ فضاپیمای کاسینی در سال‌های اخیر جای تردیدی باقی نگذاشت. این معمای چندین ساله باید هرچه زودتر به جواب می‌رسید!

صورت مسأله خیلی ساده بود: “در قطب شمال زحل یک شش ضلعی منتظم بزرگ خود نمایی می‌کرد!”

W00077250 234 coul hi web - ایرودینامیک در عمق فضا!

این شش ظلعی دقیقاً در قطب شمال زحل واقع شده و پهنای آن بیش از دو برابر قطر سیاره زمین است. اگر قاره قطب جنوب کره‌ی زمین و یا اقیانوس منجمد شمالی -که همتای زمینی این شش ضلعی است- چنین شمایلی داشتند کمی عجیب بود، اما این پدیده در مورد زحل عجیب تر میشه؛ چرا که زحل سیاره ایست کاملاً گازی. سیارات گازی همیشه حلقه‌هایی دایره‌ شکل بر روی سطح خود دارند که به دلیل گردش سیاره به دور خودش است که حالتی دایروی دارند. زحل هم از این قاعده مستثنی نیست و حلقه‌هایی دایروی بر روی سطح خود دارد. اما آنچه فهم آن سخت است این است که چطور یک شش ضلعی در مرکز این دایره‌ها جا خوش کرده؟ اگر حرکت دورانی سیاره، حلقه‌های مدور را توجیه می‌کند، چه چیزی این ساختار غیر دایره‌ای را توجیه می‌کند؟

saturn hexagon - ایرودینامیک در عمق فضا!

با توجه به اینکه سیاره زحل کاملاً از گاز تشکیل شده است، پس توجیه چرایی وجود این شش ضلعی در حوزه علم ایرودینامیک است. پس برای حل این مسأله باید به این علم و ابزارهای آن رجوع کنیم. برای شروع باید ابتدا ببینیم چه اتفاقی در قطب زحل در حال رخ دادن است. تصویر متحرک زیر از کنار هم قرار دادن چند عکس از نمای نزدیک قطب شمال این سیاره ایجاد شده که توسط فضاپیمای کاسینی تصویر برداری شده‌اند. در این تصویر جزئیات حرکت توده‌های گازهای تشکیل دهنده‌ی زحل در این ناحیه به خوبی مشخص است. (اگر این تصویر در مرورگر شما حرکت نمی‌کند، روی آن کلیک کنید)

boure2 - ایرودینامیک در عمق فضا!

با نگاه اجمالی به این تصویر، نکات زیادی از آن قابل فهم است. مثلاً مشخص است که سرعت گردش در مرکز تصویر (ناحیه ی بسیار نزدیک به نقطه قطب) بیشتر است، در ناحیه ی تیره‌تر حول آن (قسمت داخلی شش ضلعی) سرعت گردش کم است و در ناحیه دورتر (قسمت بیرونی شش ضلعی) سرعت گردش مجدداً افزایش پیدا می‌کند و… .

پس همانطور که مشخص است، با ردیابی کردن نقاطی از جریان، می‌توانیم سرعت جریان گاز را در نقاط مختلف بدست بیاوریم. دانشمندان همین کار را با دقت بیشتر و با استفاده از نرم افزارهای مخصوص این کار انجام می‌دهند. به این روش “سرعت سنجی بوسیله ردیابی تصویر ذرات” یا روش PIV گفته می‌شود. (Particle Image Velocimetry)

یکی از دانشمندان فعال در این حوزه (Tianshu Liu) تصاویر قطب شمال زحل را پس از پردازش کامپیوتری به صورت زیر مدل سازی کزده است که پرده از راز وجود این ساختار شش ضلعی در قطب آن بر میدارد.*

Figure A2 Extracted velocity field a vector vectors and b streamlines 1 - ایرودینامیک در عمق فضا!

تصویر سمت چپ مجموعه‌ای از بردارهاست که طول و جهت آنها، مقدار و جهت سرعت در هر نقطه را نمایش می‌دهد و تصویر سمت راست خطوط جریان را نمایش می‌دهد، یعنی خطوطی که جهت حرکت ذرات جریان گازهای زحل را نمایش می‌دهد. همانطور که مشخص است، ساختار شش ضلعی قطب شمال زحل در تصویر سمت راست به خوبی دیده می‌شود. آنچه که دانشمندان از این تصاویر برداشت می‌کنند که در واقع توجیه اصلی وجود این شش ضلعی است، این است: “شش گردابه (vortex) تقریباً هم اندازه (که در محل زوایای شش ضلعی قرار دارند) در حال گردش به دور مرکز قطب هستند.” در واقع این گردابه ها (یا بهتر بگوییم: گردبادها)، جریانات فرعی بزرگی هستند که با ابعاد و عرض جغرافیایی مشابه، باعث اعوجاج یکی از حلقه‌های دایروی حول قطب زحل شده‌اند و آن را به شکل شش ضلعی در آورده‌اند.

تحلیل PIV به صورتی که دیدیم مسأله چند ساله را حل می‌کند. امروزه چرایی شکل گیری ساختار شش ضلعی زحل دیگر یک مسأله لاینحل نیست. جالب است بدانید دانشمندان دیگری پا فراتر گذاشته‌اند و ساختاری شبیه به شش ضلعی زحل را در آزمایشگاه ایجاد کرده‌اند. فیلم زیر همین شبیه سازی آزمایشگاهی را نشان می‌دهد.

در این فیلم، به منظور آشکار نمودن ساختار شش ضلعی، مایع سبز رنگ به داخل آب تزریق می‌شود. آب در حال دوران در داخل یک ظرف استوانه‌ای است و مانند آنچه در مورد زحل گفتیم، انتظار داریم این حرکت دورانی، مایع تزریق شده را به شکل یک حلقه دایروی درآورد، اما به دلیل وجود شش گردابه مصنوعی فرعی (که به صورت گردش مایع تزریق شده به دور خود، در کنار اضلاعِ شش ضلعی مشخص هستند) مایع سبز رنگ را به جای حلقه، به فرمی شش ضلعی در می‌آورد.

پی نوشت:

توضیح علامت (*) => لازم است اشاره شود که این تصویر، تصویر حالت ساده شده جریان بعد از حذف جریانات فرعی است.

ads 728x90 27 10 - ایرودینامیک در عمق فضا!

دیدگاه کاربران انتشار یافته : 0 - در انتظار بررسی : 0
    • دیدگاه ارسال شده توسط شما ، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
    • دیدگاهی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با مطلب باشد منتشر نخواهد شد.