من هو مكتشف الضغط الجوي

عندما نتحدث عن الغلاف الجوي، نشير إلى غلاف الغازات والجسيمات الجوية التي تحيط بالأرض وتمتد من المحيطات والأرض والأماكن المغطاة بالجليد إلى الفضاء الخارجي، وتنخفض كثافة الجسيمات المعلقة في الغلاف الجوي كلما ازداد ارتفاعها عن سطح الأرض، وذلك لأن جاذبية الأرض تجذب هذه الجسيمات والغازات نحو الداخل، وتتسبب الجسيمات الدقيقة الملوثة للغلاف الجوي مثل الغبار والسخام والدخان والمواد الكيميائية في تلويث الغلاف الجوي، والتي يمكن أن تسبب آثارا خطيرة على الصحة والبيئة، وتكون هذه الآثار أكبر عند السطح، ويختلف الغلاف الجوي من كوكب لآخر، فمثلا الغلاف الجوي لعطارد يكاد يكون غير موجود، في حين يحتوي كواكب أخرى مثل الزهرة والأرض والمريخ والكواكب الخارجية العملاقة للنظام الشمسي على غلاف جوي، ويعمل الغلاف الجوي للأرض على الحفاظ على الماء في جميع حالاته الثلاثة (الصلبة والسائلة والغازية)، والتي تعتبر أساسية لتطور الحياة على الأرض .

اكتشاف الغلاف الجوي

تبسط بعض جوانب دراسة كوكبنا بشكل أكبر من غيرها. إذا كنت ترغب في دراسة الغابة، يجب أن تذهب إلى الغابة. وإذا كنت ترغب في دراسة النهر، فعليك أن تذهب إلى النهر. ولكن ماذا لو كنت ترغب في معرفة ما يوجد في الجزء العلوي من طبقات الغلاف الجوي؟ كيف يمكنك الوصول إلى هناك، خاصة في ظل عدم اختراع الطائرات والصواريخ؟ وإذا كنت تعيش قبل القرن العشرين، فربما كنت تنظر إلى السماء كل يوم، ولكن لن تتمكن من الذهاب إلى هناك .

عند القيام ببحث حول الغلاف الجوي، كان استكشاف الغلاف الجوي تحديا قبل تطوير التقنيات التي وصلنا إليها الآن، مثل البالونات الهوائية الساخنة وبالونات الطقس والمظلات والمضخات، وفي النهاية الطائرات، وتحسنت تقنية أخذ القياسات في الغلاف الجوي مع مرور الوقت .

من هو إيفانجليستا توريشيلي

إيفانجيليستا توريشيلي ولد في 15 أكتوبر 1608 في فاينزا، رومانيا، وتوفي في 25 أكتوبر 1647 في فلورنسا. كان عالم فيزياء ورياضيات إيطاليا ومخترع المقياس الذي ساعد في تطوير الهندسة وحساب التفاضل والتكامل. كان مستوحى من كتابات غاليليو وقدم أطروحة بعنوان `الحركة المعنية` في الميكانيكا، والتي لفتت انتباه جاليليو. في عام 1641، دعي توريشيلي إلى فلورنسا حيث عمل كسكرتير ومساعد لعالم الفلك المسن جاليليو خلال آخر ثلاثة أشهر من حياته. ثم تم تعيينه ليحل محله كأستاذ للرياضيات في أكاديمية فلورنتي .

بعد مرور عامين، وبناء على اقتراح من جاليليو، قام توريشيلي بملء أنبوب زجاجي بطول 4 أقدام (1.2 متر) بالزئبق وقلب الأنبوب إلى أسفل، ولاحظ أن بعض الزئبق لم يتدفق وأن الفراغ الذي تشكل فوق الزئبق في الأنبوب كان فراغا. وبهذا أصبح توريشيلي أول شخص ينشئ فراغا مستداما. وبعد الكثير من المراقبة، استنتج أن التغير في ارتفاع الزئبق من يوم لآخر يعود إلى التغيرات في الضغط الجوي. وعلى الرغم من ذلك، لم يقم بنشر نتائجه أبدا، لأنه كان مشغولا بشكل كبير في دراسة الرياضيات النظرية، بما في ذلك حسابات المنحنى الهندسي الموصوف بنقطة على حافة عجلة الدوران. وفي كتابه الهندسي المعروف باسم “أوبرا جيومتريكا”، قدم توريشيلي نتائجه حول حركة السوائل وحركة القذيفة .

ما هو البارومتر

البارومتر هو أداة تستخدم لقياس الضغط الجوي، ويوجد نوعان من البارومترات: اللاسائل والزئبقي، وقد اخترع توريشيلي أول مقياس ضغط معروف باسم أنبوب توريشيلي .

جاليليو هو من اقترح استخدام إيفانجليستا توريشيلي الزئبق في تجاربه في الفراغ، حيث قام توريشيلي بملء أنبوب زجاجي طوله أربعة أقدام بالزئبق وقام بقلب الأنبوب حتى يصل الزئبق إلى الطبقة العليا، ولم يتسرب الزئبق من الأنبوب، ولاحظ توريشيلي تشكل الفراغ داخل الأنبوب، وأصبح توريشيلي أول عالم يصنع فراغا مستداما ويكتشف مبدأ البارومتر، وأدرك توريشيلي أن تغير ارتفاع الزئبق من يوم لآخر يعود إلى تغيرات في الضغط الجوي، وقام ببناء أول مقياس للزئبق حوالي عام 164 .

أهم أعمال إيفانجليستا توريشيلي

كتب توريشيلي عن عدة مواضيع، منها تربيع الحلقات الدائرية والمخروطية، وتصحيحات اللوغاريتم اللولبية، ونظرية المقاييس، وقيمة الجاذبية التي تم اكتشافها من خلال مراقبة حركة وزنين متصلين بواسطة حبل يمر فوق بكرة ثابتة، ونظرية المقذوفات وحركة السوائل .

لوسيان فيدي مخترع مقياس اللاسائلية

في عام 1843 اخترع العالم الفرنسي لوسيان فيدي مقياس اللاسائلية ، ومقياس الضغط اللاسائلي يسجل التغير في شكل خلية معدنية مفرغة لقياس التغيرات في الضغط الجوي ، ويعني عدم وجود سوائل ، ولا يتم استخدام أي سوائل ، وعادة ما تكون الخلية المعدنية مصنوعة من برونز الفوسفور أو نحاس البريليوم ، ومقياس الارتفاع هو مقياس لا سائلي يقيس الارتفاع ، ويستخدم علماء الأرصاد الجوية مقياس الارتفاع الذي يقيس الارتفاع فيما يتعلق بضغط مستوى سطح البحر ، ويعتبر الباروغراف هو مقياس لا سائلي يعطي قراءة مستمرة للضغوط الجوية على ورق الرسم البياني .

الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال

قام العالم الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال بقياس ضغط الهواء أثناء صعوده إلى جبل بوي دي دوم البركاني في فرنسا، باستخدام مقياس ضغط مبكر اخترعه العالم الإيطالي إيفانجليستا توريشيلي في عام 1643. في عام 1648، صعد رجلان إلى بوي دو دوم، وهو بركان صغير منقرض مغطى بالعشب في وسط فرنسا، ويبلغ ارتفاع قمته 1464 مترا. حمل الرجلان معهما عمودا زجاجيا طوله متر مليء بالزئبق، وكان العمود الطويل من الزئبق يغطس في بركة من الزئبق في القاعدة .

الرجلان اللذان قاما بتقليص العمود الزجاجي للزئبق لأول مرة هما بليز باسكال وفلورين بيرييه. قاموا بذلك لإنشاء أول جهاز لقياس ضغط الهواء يعتمد على الزئبق، وهو ما يعرف بالبارومتر. في الوقت الحالي، يمكن حمل البارومتر بسهولة بيد واحدة ووضعه في حقيبة السفر. ومع ذلك، في القرن السابع عشر، كان هذا المقياس الضخم والثقيل الذي اخترعه العالم الإيطالي وعالم الرياضيات إيفانجليستا توريتشيلي يتطلب جهدا كبيرا لحمله، حيث إن الزئبق أثقل بعشر مرات من الماء، وهذا جعل من الصعب نقل هذا الجهاز .

عندما يكون ضغط الهواء أعلى ، فإن الزئبق الموجود في البركة يملأ الفراغ في العمود ، ويرفع المستوى داخل الزجاج ، وعندما يكون ضغط الهواء أقل ينتشر الزئبق الموجود في البركة ، ويستخلص بعض الزئبق من العمود ويخفض المستوى في الزجاج ، وقام باسكال وبيريير بقياس ارتفاع الزئبق في عمود من الزجاج على ثلاثة ارتفاعات على الجبل .

واكتشفوا أنه في المرتفعات العالية، كان مستوى الزئبق في العمود الزجاجي أقل مما كان عليه في المناطق المنخفضة، واستنتجوا أن الاختلافات في ارتفاع الزئبق ناجمة عن اختلافات في وزن الهواء، وكلما ارتفعوا إلى الجبل، كان الغلاف الجوي فوقهم أقل، وبالتالي قل وزن الهواء المؤثر على ضغط الزئبق، وبناء على هذه النتيجة، استنتج باسكال وجود فراغ فوق الغلاف الجوي .

في عام 1787، تسلق هوراس بنديكت دي سوسور قمة مونت بلانك لاستكشاف الغلاف الجوي. قبل عام واحد فقط، تم تحقيق تسلق هذه القمة الوعرة في جبال الألب بنجاح للمرة الأولى. تعتبر هذه القمة الأعلى في أوروبا، حيث يبلغ ارتفاعها 4810 مترا (15781 قدما) فوق سطح البحر. وصل سوسور إلى القمة وكان بحوزته مقياس حرارة وقام بإجراء قياسات على طول الطريق. وفي ذلك الوقت، كانت الأدوات أصغر حجما وأكثر قابلية للحمل مقارنة بالمقياس الثقيل الذي استخدمه باسكال وبيرييه في عام 164 .

كان سوسور عالما للأرض ومتسلقا للجبال، وكانت التسلقة صعبة للغاية. كان يضطر إلى تقليل وقته على الجبل بسبب ضعفه الناجم عن مرض المرتفعات. كانت القياسات التي قام بها سوسور لها قيمة كبيرة؛ حيث أوضحت أن درجة حرارة الهواء تنخفض بمقدار 0.7 درجة مئوية لكل 100 متر في الغلاف الجوي. استنتج هيرمان فون هيلمهولتز وآخرون من هذه المعلومات أن ارتفاع درجة الحرارة في الغلاف الجوي على ارتفاع حوالي 30 كيلومتر ستكون حوالي -273 درجة مئوية (-460 فهرنهايت)، وعندما تصل إلى هذه الدرجة، لا توجد حرارة، ويعرف ذلك بالصفر المطلق .