در مورد بادبان خورشیدی

مبحث فشار تابش و آزمایش‌هایی که تاکنون برای آشکارسازی فشار تابش (صرف نظر از توجیه واقعی آن) انجام شده است دانشمندان را برانگیخت که از فشار تابش خورشیدیِ فراوان بین سیاره‌ای به عنوان نیروی جلو برنده‌ی سفینه‌های فضایی استفاده کنند. علیرغم آزمایش‌های زیاد عملی صورت گرفته و موفقیت‌هایی که در ساخت و آرایش دادن این بادبان‌ها در فضا صورت گرفته است هنوز گزارش قاطعی از این‌که تابش خورشید بر آنها به صورت یک نیروی جلو برنده عمل کرده است به دست نیامده است و تاکنون عملاً اغلب این آزمایشات در این زمینه نتیجه‌ی منفی داشته است.
با توجه به مطالبی که قبلاً در مقاله‌ی «توجیه واقعی رادیومترهای کروکس و نیکولز» (منتشر شده روی همین سایت) در زمینه‌ی فشار تابش بیان شد از لحاظ نظری بعید به نظر می‌رسد نتیجه‌ی مطلوبی در این زمینه حاصل شود زیرا اولاً به خاطر برداشتی که از آزمایش‌های لبدف و نیکولز و هول شده است تصور بر این است که در شرایط خلأ، برای آشکار سازی فشار تابش، سطوح، بهتر است بازتابنده باشند تا کدر یا سیاه، و ثانیاً بنا بر آن‌چه در آن مقاله گفته شد انتظار نمی‌رود در خلأ بین سیاره‌ای، که خلأی بالا محسوب می‌شود، به اندازه‌ی کافی ذره وجود داشته باشد که بتوانند نقش تکیه گاه ضربات مولکول‌های گرم شده‌ی پره‌ها را بازی کنند و به این طریق بادبان هُل داده شود، و اگر این قدر ذره وجود می‌داشت بهتر می‌بود که پره‌ها سیاه باشند تا بازتابان، تا اندازه حرکت بیشتری به صورت عکس العملی به آنها وارد می‌شد (به بحث مقاله‌ی مذکور مراجعه شود).
ممکن است برای وجود فشار تابش به بعضی تظاهرات خارجی مثل وجود دنباله برای دنباله‌دارها که به طرف دوری از خورشید است استناد شود. برای توجیه این پدیده لازم است نخست به بحث زیر در مورد علت مد در روی زمین توجه شود. در اینجا مد مربوط به خورشید را بررسی می‌کنیم.
فرض کنید تمام روی قسمت جامد زمین را یک سیال پر کرده باشد. بر سیالِ روی قسمتی از زمین که به خورشید نزدیک‌تر است نیروی جاذبه‌ی بیشتری از طرف خورشید وارد می‌شود تا بر مرکز ثقل قسمت جامد زمین که دورتر است. بنا بر این سیالِ روان در این قسمت، به طرف خورشید کشیده می‌شود و برآمدگی‌ای از سیال در این قسمت دیده خواهد شد که همان مد مربوط به قسمت نزدیک‌ترِ زمین به خورشید است. اما می‌دانیم در قسمت مقابل این قسمت از زمین، یعنی درست در قسمتی از زمین که از خورشید دورتر است، نیز هم‌زمان برآمدگی سیال، یا همان مد مربوط به این قسمت دورتر، اتفاق می‌افتد. برای علت این امر بیان می‌شود که چون مرکز ثقل خشکیِ زمین نسبت به سیال در این قسمت از زمین، به خورشید نزدیک‌تر است با نیروی بیشتری به طرف خورشید کشیده می‌شود و لذا به نوعی این سیال در این کشش، از خشکی زمین عقب می‌افتد (یا جا می‌ماند). این استدلال کامل نیست و وقتی کامل می‌شود که در آن به حرکت دایره‌ای زمین گرد خورشید نیز اشاره شود. اگر هم‌چنان‌که نیوتون برای علت گردش ماه به دور زمین استدلال هندسی کرد برای گردش زمین به دور خورشید نیز این کار را انجام دهیم باید بگوییم که حرکت زمین به دور خورشید را می‌توانیم این‌گونه به صورت تکه تکه تصور کنیم که ابتدا زمین مسافتی مستقیم را عمود بر شعاع گردشش به دور خورشید طی می‌کند و بعد در انتهای این مسافت ناگهان به طرف خورشید می‌افتد یا حرکت می‌کند یا شتاب می‌گبرد و مسافتی را طی می‌کند. برآیند این دو مسافت، مسافتی تقریباً واقعی می‌شود که خورشید مماس با مدار واقعیش طی می‌کند. آن‌چه در این مبحث برای ما مهم است همان افتادنِ شتابدارِ زمین در مسافت دوم است که مشابه با وضعیت ستاره‌ی دنباله‌داری با مدار بیضوی کشیده‌ی خود است که می‌توانیم بگوییم تقریباً به سمت خورشید در حال افتادن است. سیالِ دور از خورشید زمین در این مسیر دومِ شتابدار زمین به طرف خورشید، از خشکی زمین جا می‌ماند و آن برآمدگیِ مربوط به این قسمت از زمین را شکل می‌دهد، درست همان‌گونه که اگر تصور کنیم که هسته‌ی یخی ستاره‌ی دنباله‌داری در حال شتاب به طرف خورشید است و در عین حال بر اثر گرمای خورشید بخارات سیالی اطراف خود تشکیل داده است، در این شتاب به طرف خورشید، بخاراتِ سیالِ عقبِ هسته‌ی دنباله‌دار نسبت به این هسته جا می‌ماند زیرا از خورشید دورتر است و نیروی جاذبه بر آن کمتر.
در پرانتز سه نکته را تذکر می‌دهیم:
1- بین مد سیالِ دور به خورشید و مد سیال نزدیک به خورشید (در قیاس با مرکز ثقل قسمت جامد زمین)، یک تفاوت اساسی وجود دارد. در مد نخست که ناشی از جاذبه‌ی بیشترِ وارد به زمینِ جامد در قیاس با جاذبه‌ی وارد بر سیالِ دور است لازم است حتماً این نیروها باعث شتاب شوند تا شتاب رو به خورشید زمینِ جامد بیش از شتاب رو به خورشید این سیالِ دور شود و سیال به اصطلاح جا بماند. به عبارت دیگر اگر به نحوی حرکت زمین به دور خورشید با میخ‌کوب شدن مرکز ثقل خشکی زمین در سر جایش ناگهان متوقف می‌شد، یعنی شتاب مرکز ثقل خشکی زمین صفر می‌شد، شتاب رو به خورشید این قسمت از سیال باعث می‌شد که این سیال بر اطراف زمین به طرف خورشید جاری شود و در واقع شتاب گیرد تا هنگامی که تقریباً قسمت دور از خورشید زمین خالی از آب شود و همه در طرفِ رو به خورشید زمین جمع شود در حالی که همان‌طور که الآن گفته شد این میخ‌کوبی زمین تغییری در مد قسمت رو به خورشید زمین ایجاد نمی‌کند و نیروی بیشترِ وارد بر این سیال آن را هم‌چنان بیشتر به سوی خورشید می‌کشد و برآمده‌اش می‌کند (غیر از این که اکنون آب‌های طرف دیگر نیز به این برآمدگی اضافه شده و آن را بلندتر (شاید دوبرابر) می‌کنند).
2- بحثی که در مورد مد مربوط به کشش خورشید انجام شد قابل تعمیم به موضوع مربوط به مد کشش ماه بر زمین می‌باشد، به این صورت که درواقع زمین و ماه به دور مرکز جرم مشترکشان که نقطه‌ای در فاصله‌ی بین مراکز زمین و ماه اما (خیلی) نزدیک به زمین است می‌گردند و بنابر این درواقع زمین در حال گردش ماهانه در مداری تقریباً دایره‌ای حول این نقطه است و عیناً همان مطلبی که در مورد مد مربوط به کشش خورشید به خاطر گردش زمین به دور خورشید مطرح شد در مورد مد مربوط به کشش ماه به خاطر گردش زمین حول این نقطه (یعنی مرکز جرم ماه و زمین) صادق است و آن این که آب‌های روی زمین که دور از ماهند در این گردش از خشکی زمین جا می‌مانند. درواقع وضعیت مربوط به این مدِ دور را می‌توان به طور ساده این‌گونه تصور کرد که گویا دمبلی که یکی از وزنه‌های آن زمین است و وزنه‌ی دیگر ماه، حول مرکز جرم زمین و ماه در صفحه‌ی مداری چرخانده می‌شود. طبیعی است که در این حالت به خاطر آن‌چه به نیروی گریز از مرکز معروف است آب‌های دور گویا به بیرون پرت می‌شوند و برآمده می‌شوند که همان مد دور است.
3- بحث فوق نشان می‌دهد که ایجاد مد دوگانه بر روی زمین مربوط به سیال روی زمین است اعم از این که این سیال آب باشد یا هوا. و حتماً یکی از علل بادهای روی زمین همین مد هواست.
از بحث فوق نتیجه می‌گیریم که دنباله‌ی ستاره‌ی دنباله‌دار نه نتیجه‌ی فشار تابش که بیشتر نتیجه‌ی مد ناشی از جاذبه‌ی خورشید است و قاعدتاً باید انتظار وجود مدی در قسمت نزدیک‌تر به خورشید آن را نیز داشته باشیم. البته وجود ذرات یا پلاسمای ساطع شده از خورشید، و نه آن‌چه با عنوان فشار تابش منظور می‌شود، بادی خورشیدی را ایجاد می‌کند (که غیر از باد ناشی از به اصطلاح فشار تابش است) که احتمالاً همین باد باعث می‌شود مد دور از خورشیدِ دنباله‌دار کشیده‌تر از مد جلوی آن باشد. پس قاعدتاً فقط باید امیدوار باشیم این باد بر سطح براق بادبان‌های خورشیدی برای جلو راندنشان مؤثر باشد، که البته چنین تأثیری بسیار کمتر از میزانی خواهد بود که برای آن‌چه فشار تابش الکترومغناطیسیِ خورشید انگاشته و محاسبه می‌شود انتظار می‌رود.