“`html
مع مليارات الأطفال في جميع أنحاء العالم ينتظرون بلهفة الهدايا، يجب أن يسافر بابا نويل (أو سانتا) وإلكه (الرنة) بسرعات هائلة لتوصيلها جميعًا في ليلة واحدة.
ولكن هل تعلم أن ضوء الجسم المتحرك بسرعات عالية يتغير لونه؟ هذا بفضل ما يُسمى بتأثير دوبلر – الطريقة التي تؤثر بها السرعة على طول الموجات، مثل الصوت أو الضوء.
عندما يتغير لون الضوء بسبب السرعة، نطلق عليه انزياح أحمر أو انزياح أزرق، حسب الاتجاه. إذا تمكنا من التقاط لون الأنف الأحمر الشهير لرودولف باستخدام تلسكوب، يمكننا استخدام تأثير دوبلر لقياس سرعة بابا نويل.
إليك كيف يمكن أن يعمل هذا – ولماذا هذا التأثير أداة حيوية في علم الفلك أيضًا.
كم المسافة التي يحتاج بابا نويل وإلكه إلى قطعها؟
“`
استقلُّ بزحافكِ الرياضيّ لِمُشاركةٍ رياضيّةٍ خفيفةٍ حول عيد الميلاد. لقد تحدّثتُ عن طريقةٍ اقترحتْ في عام 1998 لحساب سرعة الرُّودولف وأبي عيد الميلاد اللازمة لتسليم جميع الهدايا المطلوبة (يمكنكِ العثور على عمليّاتي هنا).
هناك حوالي ملياري طفلٍ دون سن الـ 14 عامًا في العالم. حوالي 93% من الدول تحتفل بعيد الميلاد بطريقةٍ ما، لذا سنفترض أن 93% من جميع الأطفال يفعلون ذلك.
نعلم أنَّ أبا عيد الميلاد يُقدّم الهدايا فقط لمن يُؤمن حقًا. إذا افترضنا نفس النسبة المئوية للمُؤمنين حسب الفئات العمرية كما وجد في الولايات المتحدة، فإنَّ ذلك يُبقي علينا حوالي 690 مليون طفل.
مع حوالي 2.3 طفلٍ لكلّ أسرةٍ في جميع أنحاء العالم، عليه زيارة حوالي 300 مليون أسرة.
ينبغي على بابا نويل أن يسافر مسافة 144 مليون كيلومتر في ليلة عيد الميلاد، لتوزيع تلك المنازل بالتساوي على مساحة 69 مليون كيلومتر مربع من الأراضي الصالحة للسكن على كوكب الأرض (مع مراعاة المحيطات والصحاري والقارة القطبية الجنوبية والجبال). وهذا يقارب [[LINK12]] المسافة بين الأرض والشمس[[LINK12]].
لحسن الحظ، يتمتع بابا نويل بـمناطق زمنية، حيث تفصل 35 ساعة بين إسقاط الهدية الأولى والأخيرة.
لنفترض أن بابا نويل يستخدم نصف وقته للدخول والخروج من كل منزل، مما يعطيه إجمالي 17.5 ساعة، أو 0.2 مللي ثانية لكل منزل. وهو يستخدم 17.5 ساعة المتبقية للتنقل بين المنازل.
فرضيتي أنه يحتاج إلى السفر بسرعة هائلة تبلغ 8.2 مليون كيلومتر في الساعة، أو 0.8% من سرعة الضوء، لإسقاط جميع الهدايا.
كيف يمكننا قياس سرعة بابا نويل باستخدام أنف الرنة؟
لنفترض أننا نريد قياس سرعة رحلة بابا نويل لمعرفة ما إذا كانت تتطابق مع الفرضية.
لن تفعل كاميرا سرعة قياسية ذلك. لكن لدينا تلسكوبات على الأرض يمكنها قياس لون شيء ما باستخدام طيف الضوء.
رجل الغزلان الرائد لبابا نويل، رودولف، له أنف أحمر روبي مشهور. إذا استطعنا مراقبة بابا نويل عبر التلسكوبات، يمكننا استخدام لون أنف رودولف لقياس سرعته باستخدام تأثير دوبلر، الذي يصف كيف تؤثر السرعة على الطول الموجي. وذلك لأن أنف رودولف لن يبدو أحمرًا تمامًا إذا كان يسافر بسرعات عالية.
ما هو تأثير دوبلر؟ مثال جيد هو صوت سيارة الإسعاف. عندما تمرّ بجانبك في الشارع، يكون صوتها أعلى نبرة عند اقترابها، وأقل نبرة عند ابتعادها. وذلك لأن موجات الصوت تُضغط إلى طول موجي أقصر عند اقتراب سيارة الإسعاف منك، وطول الموجي الأقصر يعني نبرة أعلى.
sketchplanations, CC BY-NC
يحدث الأمر نفسه مع الضوء. إذا كان مصدر الضوء يتحرك مبتعدًا عنك، فإن الطول الموجي يمتد ويصبح أكثر احمرارًا أو “محولًا إلى الأحمر”. وإذا كان مصدر الضوء يتحرك باتجاهك، فإن الطول الموجي يضغط ويصبح الضوء أكثر ازرقًا أو “محولًا إلى الأزرق”.
رُدولف، الرنة المحولة إلى الأحمر
الضوء الأحمر له طول موجي يبلغ 694.3 نانومتر عندما يكون “ساكناً”، أي أنه لا يتحرك. هذا سيكون قياسًا لرُدولف ثابت.
لنفترض أن بابا نويل يفضل تسليم الهدايا بسرعة، حتى يتمكن من الاسترخاء مع بعض الحليب والبسكويت في نهاية الليل. يدفع رُدولفه للركض بسرعة أكبر بكثير مما افترضت، بنسبة 10% من سرعة الضوء أو 107 مليون كيلومتر في الساعة.
ب هذه السرعة، سيكون أنف رُدولف مُزاحًا نحو الأزرق إلى برتقالي ساطع (624 نانومتر) بينما كان يتجه نحو منزلك.
وسيكون مُزاحًا نحو الأحمر إلى أحمر غامق جدًا (763 نانومتر) بينما كان يتحرك بعيدًا. أغمق لون أحمر يمكن للعين البشرية رؤيته حوالي 780 نانومتر. بهذه السرعات، سيكون أنف رُدولف أسود تقريبًا.
“`html
[[LINK20]]
للدوبلر دور في علم الفلك
يستخدم علماء الفلك تأثير دوبلر لقياس كيفية تحرك الأشياء في الفضاء. يمكننا استخدامه لمعرفة ما إذا كان نجمٌ يدور حول نجمٍ آخر – ما يُعرف بنظامٍ ثنائيٍّ [[LINK22]].
يمكننا أيضًا استخدامه لاكتشاف الكواكب الخارجية (الكواكب التي تدور حول نجومٍ غير شمسنا) باستخدام طريقة تسمى “سرعة شعاعية [[LINK23]]”. بل يمكننا حتى استخدامه لقياس المسافات إلى [[LINK24]] المجرات البعيدة [[LINK24]].
“`
“`html
هناك بعض الأمور التي لا تستطيع العلم شرحها، ومن بينها سحر بابا نويل. ولكن إذا رصد علماء الفلك رُدولف بأجهزتهم، فسوف يُعلمون الجميع بذلك. 
لورانس نيكول درايسن، باحثة ما بعد الدكتوراه في علم الفلك الراديوي، جامعة سيدني
تم إعادة نشر هذه المقالة من موقع المحادثة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقالة الأصلية.
“`
المصدر: المصدر