زندگینامه ادوارد ویکتوراپلتون

زندگی شخصی

 

ادوارد ویکتور متولد ۶ سپتامبر ۱۸۹۲، یورکشایر فیزیک‌دان انگلیسی بود. او در سال ۱۹۴۷ به خاطر پژوهش‌هایش در مورد فیزیک جو بالایی، به خصوص به خاطر کشف لایه معروف به اپلتون، موفق به دریافت جایزه فیزیک نوبل گردید. اپلتون در گورستان مورنینگسد در ادینبورگ با همسرش هلن لنی (۱۹۸۳) درگذشته است. این قبر به سمت طرف غربی فراگیر در نزدیکی مسکن جدید به سمت شمال غرب قرار دارد.

تحصیلات

اپلتون پسر پیتر اپلتون، در دانشکده زبان هانسون تحصیل کرد . در سن ۱۸ سالگی، او تحصیلی را به کالج سنت جان، کمبریج برد . او با مدرک درجه اول در علوم طبیعی فارغ التحصیل شد.در طول جنگ جهانی اول او به هنگ غربی غواصی پیوست و بعد به مهندسین سلطنتی منتقل شد . پس از بازگشت از خدمت در جنگ جهانی اول ، اپلتون دستیار تظاهرکننده در فیزیک تجربی در تبدیل شد آزمایشگاه کاوندیش در سال ۱۹۲۰٫ او استاد فیزیک در بود کینگز کالج لندن (۱۹۲۴-۱۹۳۶) و استاد فلسفه طبیعی در دانشگاه کمبریج ( ۱۹۳۶-۳۹) از سال ۱۹۳۹ تا ۱۹۴۹ منشی بخش تحقیقات علمی و صنعتی بود .

او در سال ۱۹۴۱ تحت تعقیب بود و در سال ۱۹۴۷ جایزه نوبل فیزیک را برای کمک به دانش خود دریافت کردیونوسفر ،که منجر به توسعه رادار می شود .از سال ۱۹۴۹ تا زمان مرگش در سال ۱۹۶۵، او مدير و معاون دانشگاه ادينبورگ بود در سال ۱۹۵۶، بی بی سی از او دعوت کرد تا سخنرانیهای رith سالانه را ارائه دهد . اپلتون در طول یک سری از شش برنامه رادیویی با عنوان Science and Nation ، جنبه های فعالیت علمی در بریتانیا را در آن زمان مورد بررسی قرار داد.
هنگامی که سیگنال های رادیویی در آغاز قرن بیستم در سراسر اقیانوس اطلس فرستاده شد، مشخص شد که امواج رادیویی منحنی زمین را دنبال می کنند. فیزیکدانان تصور می کردند که امواج رادیویی از یک لایه در اتمسفر که در آن نور ماوراء بنفش خورشید الکترون ها را از اتم ها آزاد کرده بود، منعکس می شد. ادوارد اپلتون با مطالعه ابراز یا تداخل امواج رادیویی که راههای مختلفی را گرفته بودند، وجود این لایه – یونوسفر را در سال ۱۹۲۴ نشان داد. در سال ۱۹۲۷ وی ادعا کرد که یک لایه اضافی در خارج از آنچه قبلا کشف شده بود نشان داد. روشهای ادوارد اپلتون همچنین به دنبال توسعه رادار بودند.
آثار ادوارد
اپلتون مشاهده کرد که قدرت سیگنال رادیویی از یک فرستنده بر روی فرکانس مانند گروه موج موج و در طول یک صد مایل یا بیشتر در طول روز ثابت بود اما در طول شب تغییر کرد. این به او اعتقاد داشت که ممکن است دو سیگنال رادیویی دریافت شود. یکی در حال حرکت در امتداد زمین بود، و دیگری توسط لایه ای در اتمسفر بالا منعکس شد. محو شدن یا تغییر در قدرت کلی سیگنال رادیویی به دست آمده از الگوی تداخل دو سیگنال حاصل شد.

 

شروع به کاربا امواج

وجود یک لایه جوی بازتابنده به خودی خود یک ایده کاملا جدید نبود. بالفور استوارت در اواخر قرن نوزدهم این ایده را برای توضیح تغییرات ریتمیک در میدان مغناطیسی زمین پیشنهاد کرد. اخیرا، در سال ۱۹۰۲، الیور هوییزید و ای. ای. کندلی چنین فرضیه ای پیشنهاد کرده اند که ممکن است مارکونی را در انتقال سیگنال هایش در سراسر اقیانوس اطلس توضیح دهد. محاسبات نشان داده است که خم شدن طبیعی امواج رادیویی برای جلوگیری از آنها به سادگی “خنثی کردن” به فضای خالی قبل از رسیدن به گیرنده کافی نیست.اپلتون فکر کرد بهترین مکان برای دیدن شواهدی از یونوسفر در تغییراتی بود که او معتقد بود که در هنگام دریافت غربالگری رادیویی در اطراف غروب خورشید قرار دارد. این معقول بود که این تغییرات به دلیل دخالت دو موج انجام شود، اما یک گام اضافی برای نشان دادن آن بود که موج دوم باعث ایجاد تداخل (اولین موج زمین) از یونوسفر شد. آزمایش او طراحی شده بود دو روش برای نشان دادن نفوذ یونوسفر و هر دو اجازه می دهد ارتفاع مرز پایین تر از انعکاس (در نتیجه مرز پایین تر از لایه بازتابنده) تعیین می شود. اولین روش مدولاسیون فركانسی نامیده شد و دوم، محاسبه زاویه ورود سیگنال منعكس شده در آنتن دریافتی بود.روش مدولاسیون فرکانس از این واقعیت بهره برداری می کند که فاصله مسیر بین موج زمین و موج بازتاب شده وجود دارد، به این معنی که آنها فاصله های مختلفی را از فرستنده به گیرنده می گیرند.
همانطور که ما می دانیم λ و λ ‘، ما می توانیم D. محاسبه. با استفاده از تقریب است که ABC یک مثلث تقسیم است، ما می توانیم از ارزش ما D برای محاسبه ارتفاع لایه بازتاب استفاده کنید. این روش یک نسخه ساده از روش استفاده شده توسط اپلتون و همکارانش برای ایجاد اولین ارزش برای ارتفاع یونوسفر در سال ۱۹۲۴ است. در آزمایش خود، آنها از ایستگاه بی بی سی در بورنموث برای تغییر طول موج های انتشار آن استفاده کردند بعد از برنامه های شبانه به پایان رسید. آنها ایستگاه دریافتی را در آکسفورد برای نظارت بر اثرات تداخل نصب کردند. ایستگاه دریافت باید در آکسفورد بود زیرا هیچ امیتر مناسب در آن دوران در حدود ۶۲ مایل (۱۰۰ کیلومتر) از کمبریج وجود نداشت .این روش مدولاسیون فرکانس نشان داد که نقطه ای که انعکاس امواج آن تقریبا ۵۶ مایل (۹۰ کیلومتر) بود. با این حال، آن را ثابت نمی کند که امواج از بالا منعکس شده است، در واقع آنها ممکن است از تپه ها در جایی بین آکسفورد و بورنموث آمده است. روش دوم، که شامل یافتن زاویه یابی موج های منعکس شده در گیرنده بود، نشان داد که آنها از بالا آمده اند. مثلثی از این زاویه نتایج را برای ارتفاع بازتاب سازگار با روش مدولاسیون فرکانس ارائه داد. ما به این روش در جزئیات نمی رویم، زیرا محاسبات نسبتا پیچیده را با استفاده از نظریه الکترومغناطیسی ماکسول انجام می دهد.

موفقیت آمیز آزمایش آکسفورد-بورنموث به مراتب غیر قابل انکار بود و زمینه جدیدی را برای بررسی کشف کرد. این نشان داد که در واقع یک لایه بازتابنده بالای زمین بود، اما همچنین بسیاری از سوالات جدید را مطرح کرد. قانون اساسی این لایه، چگونه این موج ها را منعکس می کرد، همانطور که در سرتاسر زمین بود، چرا اثرات آن به طور چشمگیری بین روز و شب تغییر کرد، آیا در طول سال تغییر کرد؟ اپلتون بقیه عمر خود را به این سوالات پاسخ می دهد. او بر اساس کار قبلی لورنتز و ماکسول تئوری مغناطیسی-یونی را برای مدل سازی کارهای این قسمت جو طراحی کرد. با استفاده از این تئوری و آزمایش های بیشتر، او نشان داد که به اصطلاح Kennelly-Heaviside لایهبه شدت یونیزه شده و در نتیجه انجام شد. این به اصطلاح ionosphere منجر شد. او الکترون های آزاد را عامل های یونیزه کرد. او کشف کرد که لایه می تواند توسط امواج بیش از یک فرکانس مشخص نفوذ کند و این فرکانس انتقادی می تواند برای محاسبه تراکم الکترون در لایه استفاده شود. با این حال این امواج نفوذ نیز منعکس می شوند، اما از یک لایه بسیار بالاتر. این نشان داد که یونوسفر ساختاری بسیار پیچیده تر از آنچه پیش بینی شده بود. سطح پایین E-Layer نشان داده شده است، منعکس شده به طول موج های بیشتر و در حدود ۷۸ مایل (۱۲۵ کیلومتر) یافت می شود. سطح بالایی که دارای چگالی بیشتری الکترونی بود، F-Layer نامگذاری شد و می تواند طول موج های کوتاه تر را که به لایه پایین نفوذ می کرد، منعکس کند. این مسافت ۱۸۶ تا ۲۴۸ مایل (۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلومتر) بالاتر از سطح زمین است.

نظریه ی مغناطیس یونی نیز به اپلتون اجازه داد که منشاء محو شدن مرموزی که در رادیو در اطراف غروب خورشید شنیده می شد توضیح دهد. در طول روز، نور از خورشید باعث می شود که مولکول ها در هوا حتی در ارتفاعات نسبتا کم یونیزه شوند. در این ارتفاعات کم، تراکم هوا بسیار عالی است و بنابراین تراکم الکترون یونیزه شده بسیار بزرگ است. با توجه به این یونیزاسیون سنگین، جذب قوی امواج الکترومغناطیسی ناشی از “اصطکاک الکترون” وجود دارد. بنابراین در انتقال بیش از هر فاصله، هیچ انعکاسی نخواهد داشت به این دلیل که هر امواج جدا از سطح زمین در سطح زمین جذب خواهد شد و نه انعکاس آن. با این حال، هنگامی که خورشید را تنظیم می کند، مولکول ها به آرامی با الکترون ها مجددا ترکیب می کنند و سطح چگالی الکترون آزاد کاهش می یابد. این بدان معنی است که میزان جذب کاهش می یابد و امواج می توانند با توجه به توانایی های کافی مورد توجه قرار گیرند، که منجر به پدیده تداخل ذکر شده ما می شود. برای این الگوهای تداخل، هرچند رخ می دهد، نباید حضور یک موج منعکس شده بلکه تغییر در موج بازتاب شده باشد. در غیر اینصورت تداخل ثابت است و تیرگی شنیده نمی شود. سیگنال دریافت شده به سادگی بیشتر یا بلندتر از روز است. این نشان می دهد که ارتفاع که در آن انعکاس رخ می دهد باید به آرامی با تغییر تنظیمات خورشید تغییر کند. اپلتون در حقیقت متوجه شد که با افزایش خورشید افزایش پیدا می کند و پس از آنکه خورشید افزایش یافت تا زمانی که موج بازتابی برای ضبط ضعیف نباشد، کاهش یافت. این تنوع با تئوری سازگار است که یونیزاسیون به دلیل نفوذ خورشید است. هنگام غروب، شدت تابش خورشید در سطح زمین بسیار کمتر از آن است که در جو زمین بالا باشد. این به این معنی است که نوترکیب یونی به آرامی از ارتفاع به پایین بالا می رود و به همین ترتیب ارتفاع که در آن امواج منعکس می شوند به آرامی با افزایش خورشید افزایش می یابد.

ایده اولیه کار اپلتون بسیار ساده است و ابتدا برای اینکه او تقریبا تمام کارهای علمی خود را به مطالعه خود اختصاص داده است، دشوار است. با این حال، در آخرین پاراگراف برخی از پیچیدگی های موضوع معرفی شده است. همانند بسیاری از زمینه های دیگر، این یکی است که در پیچیدگی بیشتر در حال مطالعه است.

سالهای پایان زندگی

در پایان زندگی خود، رصدخانه های یونوسفر در سراسر جهان برای ارائه یک نقشه جهانی از لایه های منعکس شده بود. پیوندها به چرخه ۱۱ ساله لانه خورشید و Aurora Borealis ، طوفان های مغناطیسی که در عرض های بالا رخ می دهد، یافت شد. این در طول جنگ جهانی دوم به ویژه مربوط بودزمانی که طوفان منجر به قطع برق رادیویی شود. با تشکر از تحقیق اپلتون، دوره هایی که این اتفاق می افتد می تواند پیش بینی شود و ارتباطات می تواند به طول موج هایی که حداقل تحت تأثیر قرار می گیرند تغییر کند. رادار ، یکی دیگر از نوآوری های مهم زمان جنگ، یکی بود که به لطف کار اپلتون به وجود آمد. در یک سطح بسیار عمومی، تحقیق او در تعیین فاصله ابعاد بازتاب دهنده از فرستنده های سیگنال رادیویی بود. این دقیقا ایده رادار و نقاط چشمک زدن است که روی صفحه نمایش (یک لوله رادیویی کادو) که توسط نوار جستجوگر پخش می شود ظاهر می شود. این سیستم تا حدی توسط اپلتون به عنوان یک روش جدید، به نام روش پالس، برای اندازه گیری های یونوسفر توسعه داده شد. بعدها توسط رابرت واتسون وات اقتباس شدبرای شناسایی هواپیما امروزه داده های یونوسفر در هنگام ارتباط با ماهواره ها اهمیت دارد. فرکانس های صحیح برای این سیگنال ها باید انتخاب شوند به طوری که آنها در واقع به ماهواره ها می رسند بدون اینکه منعکس یا منحرف شوند.

افتخارات و جوایز

در سال ۱۹۷۴، ایستگاه تحقیقاتی رادیو و فضایی به افتخار مردی که تا به حال برای ایجاد انگلیس به عنوان یک نیروی پیشرو در تحقیقات یونوسفر فعالیت کرده بود، به آزمایشگاه اپلتون تغییر نام داد و در ابتدا به عنوان یک پژوهشگر و سپس به عنوان دبیر از پدر و مادر خود، گروه تحقیقات علمی و صنعتی.

همکار انجمن سلطنتی (۱۹۲۷)
عضو افتخاری خارجی آکادمی هنر و علوم آمریکایی (۱۹۳۶)
جایزه نوبل فیزیک (۱۹۴۷)
فارادی مدال
مدال هیوز
مدال سلطنتی
مدال کری
علاوه بر این در زیر افتخار او نامگذاری شده است:

آزمایشگاه رادرفورد اپلتون
مدال اپلتون و جایزه
Appleton Suite در دفاتر ثبت نام برادفورد
برج اپلتون در دانشگاه ادینبورگ
ساختمان علم اپلتون در کالج برادفورد
اپلتون آکادمی ، مدرسه ای در منطقه ویک شهر برادفورد
دهانه اپلتون در ماه به افتخار او نامگذاری شده است.
اپلتون لایه، که لایه یونیزه بالاتر از لایه ی E است
اپلل سالانه سخنرانی در موسسه مهندسی و فن آوری

نوشته زندگینامه ادوارد ویکتوراپلتون اولین بار در فیزیکدان. پدیدار شد.