الفائز بجائزة المصطفى 2019 من الدول الإسلامية

رئيس جامعة كوتش، تركيا

سنة الميلاد: 1950

الجنسية: تركيا

الإنجاز: فهم تفاعلات موجة وذرة حالة ويسلر في الفضاء القريب من الأرض والاتصال الكهروديناميكي بين تفريغ البرق وغلاف اتمسفر الجوي العلوي

مجال الجائزة: الفيزياء الأيونية والجوية

همس الصواعق

نظرة مقربة على حياة عمران سافاش اينان

بعد منتصف الليل في 15 سبتمبر 2015، قام عمران إينان أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد، وزملاؤه بالتقاط صورة لحدوث صاعقة مذهلة فوق خلايا عاصفة رعدية على بعد 200 كيلومتر من موقعهم. تم تسجيل مثل هذا الحدث للمرة الأولى بواسطة كاميرات الفيديو قبل حوالي عقد من الزمن. ولهذا كانوا يتوقعون بالفعل نوعاً عجيباً من التفريغ الكهربائي، لكن ما رأوه فاق توقعاتهم. على ما يبدو كان الحدث عبارة عن صاعقة للأعلى تسمى "النافورة الزرقاء"، لكن هذه المرة ارتفعت نافورة الصاعقة إلى حوالي 70 كيلومتراً في السماء، أي ما يقرب من ضعف ارتفاع نافورة زرقاء تقليدية قد شوهدت من قبل.

في تلك الليلة، اكتشف اينان مع زملائه نوعاً جديداً من التفريغ الكهربائي، المعروف الآن باسم "النوافير العملاقة". لقد كتبوا في التقرير الذي نشر حول هذا الحدث في مجلة الطبيعة، "نظراً لمشاهدة هذه الظاهرة فوق خلية عاصفة رعدية صغيرة نسبياً، فقد افترضنا أنها أمر شائع". ولكن تبين فيما بعد خلاف ذلك حيث أن  النوافير العملاقة حالات نادرة لدرجة أنها لم تشاهد سوى 12 مرة فقط منذ ذلك الحين وحتى الآن.

أبعد عن مهندس

ولد عمران سافاش إينان في أرزنجان في تركيا (1950)، وهو أستاذ متقاعد في الهندسة الكهربائية بجامعة ستانفورد، يتمتع بشهرة عالمية كباحث رائد في دراسة ظواهر طبقات الغلاف الجوي العلوية. على الرغم من خلفيته الدراسية في الهندسة الكهربائية في المرحلة الجامعية (1972) والماجستير (1973) في جامعة الشرق الأوسط التقنية في أنقرة، فإن العديد من مقالاته كثيرة الاقتباس هي في مجال فيزياء الجو المجاور للأرض. عندما ذهب إلى ستانفورد للحصول على درجة الدكتوراه في الهندسة الكهربائية، وجد أن فريقه البحثي كان يعمل على موضوعات أكثر ارتباطاً بالفيزياء الفضائية والفيزيائية الجوية أكثر من الهندسة. يقول اينان: "في البداية، كنت قلقاً من أن مجال البحث كان تخصصياً للغاية، لا سيما عندما أعود إلى تركيا".

فيما بعد أصبح مهتماً بفيزياء وكيمياء طبقات الغلاف الجوي العلوي، وبينما كان بإمكانه الانضمام إلى أي مجموعة بحثية أخرى في كلية الهندسة الكهربائية، فقد فضل متابعة ذلك المجال، وقد كان مجالاً جديداً جداً وصعباً بالنسبة له. ووفقاً لكلامه: "بسبب قاعدتي التعليمية القوية في تركيا ورغبتي الشخصية في هذا الموضوع، وبالطبع، لأنني أفضل دائماً أن أخوض غمار التحديات بدلاً من سلوك الطريق السهل، فقررت المتابعة في هذا الموضوع".

ومع ذلك، يمكن أن يكون للقرار جذوراً في طفولته. كان والده رئيساً لإدارة التنبؤ في المؤسسة التركية للأرصاد الجوية، ومن الواضح أن علاقة وصلة اينان بشؤون الغلاف الجوي بما في ذلك الصاعقة ربما كانت لديه منذ الطفولة أكبر من أي طفل آخر. كما أثرت أيضاً وظيفة والده كموظف حكومي على مستقبله المهني بطريقة أخرى. لم يكن اينان من الأطفال الذين يحبون البقاء في المنزل وكان يخرج مع أخويه للعب كرة القدم والكرة الطائرة مع أطفال الجيران. لكن في كل مرة كانت الحكومة تتغير فيها، كان والده قلقاً بشأن تعيينه للعمل في مدينة جديدة. بسبب هذه الانتقالات غير السارة، لم يرغب اينان منذ طفولته في العمل لصالح الحكومة أو حتى لصالح الصناعة والقطاع الخاص. ووفقاً لكلامه: "في بداية المرحلة الثانوية، قررت أن أصبح أكاديمياً وكانت برأيي مهنة يمكن فيها أن أكون رئيس نفسي".

قرار اينان أن يصبح أكاديمياً لم يكن مجرد مسألة اختيار مهنة، بل أراد منذ أن كان يافعاً متابعة العلوم. لقد كان عطشه للمطالعة كبيراً لدرجة أنه لم يستطع حتى التغاضي عن مطالعة العلب أو العبوات المصنوعة من الصحف منتهية الصلاحية. ونشأ اهتمامه بالعلوم من خلال حماسه وفضوله للقراءة. كان زبوناً منتظماً للمكتبات الأمريكية والإنجليزية في أنقرة، وعندما كان يجوب هذه المكتبات تعرف بالصدفة على كتب عن الكيمياء والفيزياء، وأولع بها لدرجة أنه قرر فتح مختبر خاص به. يستذكر اينان: "اعتدت أن أنفق كل ما لدي مال على المعدات الكيميائية، وأحياناً كنت أقوم بتجارب كانت خطيرة حقاً في المختبر الذي أنشأته على شرفة منزلنا".

أصدقاء جيدون

بعد حصوله على إجازة الدكتوراه في الهندسة الكهربائية من جامعة ستانفورد عام 1977، أصبح باحثاً في الهيئة التدريسية في الكلية ثم أصبح أستاذاً مساعداً في الهندسة الكهربائية في عام 1982. حصل على درجة الأستاذ المشارك عام 1985 وحصل على درجة أستاذ بروفيسور في جامعة ستانفورد عام 1992. بين عامي 1997 و 2010، ترأس مختبر "الفضاء والاتصالات عند بعد وعلوم الراديو".

خلال حياته المهنية، كتب أو شارك في كتابة أكثر من 360 مقالة علمية. كُتبت بعض من أكثر مقالاته اقتباساً بالتعاون مع تيموثي بيل أستاذه الاستشاري في جامعة ستانفورد، والذي كان له إلى جانب روبرت هيلفيل (1920 إلى 2011) ، أستاذه المشرف في مرحلة الدكتوراه، التأثير الأكبر على مساره المهني العلمي. ويقول اينان: "لقد تعلمت الكثير منهما. عندما أصبحت عضواً في الهيئة التدريسية وأصبحت رئيساً لمجموعتنا البحثية، جاء دوري لدعمهم وخلق بيئة أكاديمية مثمرة وممتعة لهم ولطلابنا الكثيرين".

بعد سنوات عديدة من التميز في جامعة ستانفورد، خاض اينان تجربة مهنية أخرى منذ عام 2009 كرئيس لجامعة كوتش في تركيا. يقول أن هنالك أسئلة بقيت في أبحاثه ذات صلة بقياس الكواكب، منها: "إذا لم يكن هناك نشاط صواعق في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، فهل سيكون هناك فرق كبير في الأحزمة الإشعاعية للأرض؟". لكن لم يعد لديه أي خطط جديدة للبحث في هذا المجال. ومع ذلك، فهو ليس قلقاً بشأن إرثه العلمي: "إنه لشرف لي أن أقول إن 15 من طلاب الدكتوراه الذين تخرجوا تحت اشرافي هم الآن أعضاء في الهيئة التدريسية في جامعات مختلفة ويبحثون عن إجابات لهذه الأسئلة وغيرها من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حتى الآن".

تخرج 60 طالباً تحت إشراف اينان خلال فترة عمله كاستشاري أول في رسالات الدكتوراه في جامعة ستانفورد منذ عام 1990. يقول: "كان لطلاب الدكتوراه الستين هؤلاء الذين كنت استاذهم الاستشاري دوراً كبيراً في مسيرتي المهنية". إن التخرج الناجح لجميع هؤلاء الطلاب الرائعين والأصدقاء الجيدين هو" أهم إنجاز" في مسيرته، "أهم من أي مقالة كتبتها وأي محاضرات علمية ألقيتها".

وهو يعتقد أن الشرف في أي عمل يقوم به الشخص والصدق في التعامل مع الآخرين، هما أهم جوانب الحياة. "الصداقة الشريفة والتعاون الصادق والودي بين الناس هي أهم الأشياء في الحياة، ولذلك ففي نهاية الحياة المهنية، إن الأشياء الوحيدة التي تهم هي الصداقات وذكريات الأعمال الجيدة التي قمت بها مع الناس ومن أجل الناس".

ما القصة هناك في الأعلى؟

إن اكتشاف الصاعقة بين الأرض والفضاء أجبر العلماء على إعادة النظر في طبيعة هذه الظاهرة المذهلة.

هذا الوميض الضوئي الهابط نحو الأسفل في السماء ودوي مهيب يسمع بعد بضع ثوانٍ. بالنسبة لمعظمنا، فإن هذا تعريف كامل للصواعق وخالي من النواقص، وهي ظاهرة مألوفة تحدث في جميع أنحاء العالم 50 مرة كل ثانية أو 4 ملايين مرة في اليوم. لكن إذا سألت الخبراء، فسيخبرونك أنه على الرغم من مضي قرون من الفحص العلمي ووفرة من المعلومات، إلا أن الصواعق ما تزال لغزاً عجيباً.

على مر التاريخ، كانت عظمة وقوة الصواعق أرضية خصبة لخيال الناس وخوفهم. على سبيل المثال، نسبها اليونانيون القدماء إلى زيوس إلههم الأقوى. ومع ذلك، كشفت التجارب العلمية المبكرة التي أجريت في منتصف القرن الثامن عشر بما في ذلك تجربة بنيامين فرانكلين الشهيرة مع كيت، النقاب عن طبيعة الصواعق الكهربائية. لكن حتى بعد الوصول إلى هذا الفهم الحديث للصواعق، تستمر الظاهرة في كونها أساساً لذهول مراقبيها المحظوظين.

منذ أكثر من قرن، خاصة منذ ظهور الطيران، كانت هناك العديد من التقارير التي تصف عروضاً ضوئية غير عادية في الطبقات العليا من السماء. على الرغم من أن الكثير من هذه الأوصاف كان يمكن تفسيرها بالشفق القطبي أو نوع من السحب المشرقة الاستثنائية، لكن بعضها كان مربكاً بشكل خاص، خاصة تلك التي كان يشاهدها الطيارون أحياناً أثناء التحليق فوق العواصف الرعدية في سماء الليل. وفقاً لهذه التقارير، يمكن أن تحدث الصواعق بأشكال وألوان غريبة وكذلك في مواقع واتجاهات غير عادية.

لن تصدق حتى ترى

حتى نهاية القرن العشرين، اعتبر المجتمع العلمي هذه التقارير مزيفة إلى حد كبير. لكن في عام 1989، عندما التقط جون وينكلر وزملاؤه في جامعة مينيسوتا لأول مرة صورة أحد هذه الأشباح الغامضة باستخدام كاميرا فيديو، اتضح أن هنالك أنواعاً مختلفة من الصواعق بميزات وصفات مختلفة تماماً. أدى نجاح وينكلر إلى ازدهار نشاط جديد بالكامل لتسجيل وتوثيق هذه الظواهر الكهربائية التي تحدث على ارتفاعات عالية. منذ ذلك الحين، تم اكتشاف العديد من الأنواع العجيبة من الأعمدة الزرقاء الطويلة وصولاً إلى الصواعق على شكل حورية حمراء عملاقة.

بحلول نهاية التسعينيات، أصبح من الواضح أن ظواهر شبيهة بالصواعق لم تكن محصورة في الارتفاعات المنخفضة بين العواصف الرعدية والأرض. في الحقيقة، يمكن أن يحدث التفريغ الكهربائي على نطاق واسع من الارتفاعات، من الطبقات السفلى من الغلاف الجوي إلى 100 كم فوق العواصف الرعدية.

من المثير للدهشة أن هذه الظواهر الضوئية والتي يمكن رؤية الكثير منها بالعين المجردة، ظلت غير مكتشفة لأمد طويل جداً. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو معرفة العلماء قبل مشاهدة هذه الظواهر بفترة طويلة بإمكانية حدوث  بعض أشكال الصواعق في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. في الحقيقة، كانوا يعلمون أنه في الطبقات العليا تكون الاضطرابات الجوية أقل بكثير من طبقات الأرض القريبة، وتسبب الأشعة فوق البنفسجية للشمس في فقدان جزيئات غاز الإلكترون. هذه هي العملية التي تنتج الأيونوسفير، وهو غلاف حول الأرض يعتبر من الموصلات من الناحية الكهربائية.

كما هو الحال في السحب والعواصف الأرضية، يمكن أن يكون هناك فرق جهد كبير بين هذه السحب والأيونوسفير. لكن ما يحدث في الطبقات العليا يختلف عما نراه كسقوط صاعقة تقليدية على الأرض. تتناقص الكثافة الجوية مع تزايد الارتفاع، وبالتالي تحتوي الصواعق في الطبقات الأعلى على جزيئات أقل، مما يؤدي إلى نشوء أشكال وألوان مختلفة.

الكشف عن السر

تنقسم صواعق الغلاف الجوي العلوي وباصطلاح أدق "الظاهرة الضوئية العابرة"، إلى أربع فئات: الأشباح الحمراء والجان والنوافير الزرقاء وظاهرة أشعة جاما. على الرغم من أسمائهم الخيالية، حقق العلماء تقدماً ملحوظاً في فهم هذه الأحداث الجوية الشبحية بعد مضي فترة زمنية قصيرة نسبياً على اكتشافها. أحد الباحثين الرائدين في هذا المجال هو عمران اينان أستاذ متقاعد في جامعة ستانفورد والرئيس الحالي لجامعة كوتش في تركيا، الذي لعب دوراً مهماً في الصياغة النظرية لأسس فيزياء "الظواهر الضوئية العابرة".

اينان أحد الفائزين بجائزة المصطفى لعام 2019 من المقيمين في الدول الإسلامية، كان مع زملاؤه في جامعة ستانفورد بشكل خاص في طليعة مكتشفي الأشباح الحمراء والجنية. ويقول اينان: "إن ملاحظة هذه الظواهر الضوئية شائع للغاية لكن التي تحدث في الطيف تحت المرئي والتي تتراوح بين 50 إلى 100 كيلومتر كانت اكتشافاً مذهلاً في منتصف التسعينيات"، لكن معظم الأسس الفيزيائية وخصائص هذه الظواهر تمت دراستها ونمذجتها ووضع نظريات عنها بفضل أعماله العديدة والعديد من طلابه.

وطرحت واحدة من أولى النظريات الرئيسية في شرح الأشباح الحمراء والجنية في مقالة نشرت عام 1995، على يد اينان وفيكتور باسكو طالبه في مرحلة الدكتوراه في ذلك الوقت وكذلك تيموثي بيل من جامعة ستانفورد. وقد طرحوا هذه المسألة أن هذه الظواهر هي في الواقع نتيجة لسقوط نوع من الصواعق على الأرض. لقد أثبتوا في تلك المقالة أنه بعد سقوط صاعقة بشحنة ايجابية على الأرض، سينشأ حقل كهربائي فوق غيوم العاصفة لفترة قصيرة جداً. وفقا لما يقوله اينان: "فإن الإزالة المفاجئة للشحنة خلال تفريغ الصاعقة يؤدي إلى اختلال في الشحنة في المحيط، ثم يتم تقليل هذا الاختلال بشكل كهرومغناطيسي، مما ينتج عنه انزلاقات مضيئة تسمى بالأشباح على ارتفاعات تتراوح بين 50 و 70 كيلومتراً، في علو أكثر ارتفاعاً بكثير من مكان اصابة الصاعقة".

ناقش الباحثون الثلاثة في هذه المقالة، التي هي أيضاً واحدة من أكثر مؤلفات اينان اقتباساً، أن الإلكترونات الموجودة في الغلاف الجوي المنبعثة من سقوط الصواعق على الأرض تصطدم في الطبقات العليا من الغلاف الجوي مع جزيئات النيتروجين. يقول اينان: "الإشعاع الكهرومغناطيسي المكثف الذي ينتج عن الصاعقة، يقوم بتأيين جزيئات النيتروجين أثناء مروره من الأيونوسفير، ويخلق أقراصاً لامعة من الضوء على ارتفاع 100 كم، والمشهورة باسم الجان".

العالم المجهول

يقول باسكو أن وينكلر كان "محظوظاً تماماً" في التقاطه لصور عروض ضوئية هائلة فوق عاصفة بعيدة في عام 1989، لكنه يعتقد أنه "كان بداية لحقل علمي جديد". الحقل الجديد الذي صنع جسراً بين السماوات وقام بتوحيد علماء فرعين منفصلة في الفيزياء معاً. الغلاف الجوي السفلي المحايد كهربائياً هو إقليم علماء الأرصاد الجوية، لكن فيزيائيو الفضاء يتعاملون مع الجزيئات المشحونة في الغلاف الجوي العلوي. المنطقة بين هذين الإقليمين طويلة جداً بالنسبة للطائرات وقصيرة جداً بالنسبة للأقمار الصناعية. يقول اينان أن الأشباح والجان سلطت الضوء على هذه المنطقة، حيث كان سابقاً من الممكن أن تسمى في أحسن الأحوال باسم "الغلاف المجهول".

ووفقاً لكلامه: "من المهم أن نفهم كيفية الايونوسفير والغلاف المغناطيسي والأحزمة الإشعاعية للأرض من أجل الحصول على فهم أفضل لكوكبنا ومحيطه"، ولكن من حيث استعمالات الحياة اليومية، يمكن أن تتداخل الأشباح ومصادر التغيير والتذبذب الأخرى مع إشارات الجي بي اس والأقمار الصناعية. يعتقد بعض العلماء أن صواعق طبقات الجو العلوية يمكن أن يكون لها تأثيرات أخرى أيضاً، بما في ذلك على طبقة الأوزون أو الاحتباس الحراري. حتى أن ناسا كانت تشعر بالقلق من أن هذه الظواهر يمكن أن تلحق الضرر بمركباتها الفضائية باهظة الثمن أثناء الإطلاق أو العودة إلى الغلاف الجوي للأرض.

بغض النظر عن هذه الآثار الافتراضية، فإن ما يمكن اعتباره التأثير الأكيد لهذه الظواهر الكهربائية هو إحياء الفضول العلمي حول الصواعق بعد مضي 250 عاماً على تجربة فرانكلين التاريخية. الآن، على الرغم من العديد من النتائج الحاصلة بفضل رواد مثل اينان، إلا أننا ما زلنا لا نعرف بالضبط كيف يمكن لعاصفة رعدية أن تحصل على الشرارة المطلوبة لبدء الصاعقة. في الحقيقة، أظهرت سنوات من القياسات أن المجال الكهربائي داخل العواصف الرعدية أقل بحوالي عشرة مرات من الكمية اللازمة لبدء الصواعق. حتى يتم الكشف عن هذا اللغز والآلية الفيزيائية للعروض المضيئة المذهلة الأخرى التي تحدث في الفضاء الخيالي بين الأرض والفضاء، ليس أمامنا خيار آخر سوى قبول الإحساس القديم بالخوف والدهشة من الصواعق.