شش ضلعی دو هزار ساله

در خیل تلسکوپ هایی که تا کنون در زندگیمان دیده ایم ، با کمتر تلسکوپی روبرو شده ایم که شکل آینه اش شش ضلعی باشد . یکی از این معدود تلسکوپ ها ، جیمز وب است . تلسکوپی غول پیکر با ویژگی های منحصر به فرد که در آستانه راه اندازی است . اما چرا شش ضلعی ؟

در این مقاله بر آنیم که پاسخ این سوال دو هزار ساله را بیابیم .

تلسکوپ فضایی جیمز وب ( james webb space telescop ) بزرگترین تلسکوپ فضایی است که تا به حال ساخته شده و ابعاد آن به بزرگی یک زمین تنیس است . جیمز وب میراث هابل ، پیشرو و مکمل قابلیت های آن است و قرار است در اکتبر 2021 از آمریکای جنوبی ( مکانی در نزدیکی استوای زمین ) پرتاب شود تا سرانجام پس از قرار گیری در نقطه لاگرانژی زمین ( نقطه تعادلی زمین و خورشید ) تحقیقات خود را در چهار زمینه اصلی آغاز کند . این تحقیقات شامل موارد زیر است :

1 –نخستین کهکشان ها و دوران آغازین کیهان

2 – شکل گیری کهکشان ها

3 – تولد ستاره ها و منظومه های پیش ستاره ای

4 –سیاره ها و منشا حیات

یک مقایسه کوتاه

در قبل گفتیم که که تلسکوپ فضایی جیمز وب میراث هابل است پس بد نیست که مقایسه ای بین این دو تلسکوپ داشته باشیم تا بتوانیم ویژگی های این سازه عظیم را درک کنیم .

قطر آینه تلسکوپ جیمز وب 2.7 برابر قطر آینه تلسکوپ هابل است اما وزن اینه تلسکوپ جیمز وب کمتر از وزن تلسکوپ هابل است ! چه چیزی باعث می شود که قطر آینه افزایش پیدا کند اما وزن کاهش پیدا کند در حالی که میدانیم هر چه قطر آینه تلسکوپ زیاد شود ضخامت آینه و به دنبال آن وزن تلسکوپ هم زیاد می شود که این اتفاق خوبی برای تلسکوپ ها مخصوصا تلسکوپ های فضایی نیست چون با افزایش وزن کنترل دقیق آن هم مشکل می شود . راه حل چیست ؟

راه حل ، تقسیم کردن آینه به تکه های کوچک تر اما با تعداد بیشتر است . همانند آینه های تلسکوپ جیمز وب که از 18 آینه شش ضلعی تشکیل شده است و در کنار هم قطر آینه را به 6.5 متر می رساند . با این راهکار سیستم سخت و پیچیده نمی شود ، وزن کاهش پیدا می کند، امکان تاشو بودن پیدا می کند تا بتواند در موشک پرتاب جا گیرد ، احتمال استهلاک و نیاز به تعمیر کاهش پیدا می کند و اگر یکی از آینه آسیب دید فعالیت تلسکوپ به طور کامل مختل نمی شود و تنها توان جمع آوری نور کاهش پیدا می کند .

شکل آینه ها

این سوال که چرا شش ضلعی و نه سه ضلعی یا چهار ضلعی و یا حتی هشت ضلعی قدمتی 2000 ساله دارد اما اشتباه نکنید 2000 سال قبل تلسکوپ فضایی وجود نداشت ! این سوال ، 2000 سال پیش ، از زنبور ها توسط یک سرباز رومی به نام مارکوس پرسیده شد .

چرا خانه زنبور های عسل شش ضلعی است ؟!

بدیهی است که زنبور ها شکلی را برای خانه هایشان انتخاب می کنند که یکسان باشد و به دنبال آن فضای پرت هم نداشته باشد بنابراین شکلی مثل دایره از لیست انتخاب ها کنار می رود . فیثاغورث اولین کسی بود که فهمید برای پوشاندن یک سطح بدون فاصله و شکاف و با کمک شکل های منتظم ، تنها چند ضلعی های مناسب برای این کار ، سه ضلعی ، چهار ضلعی و شش ضلعی هستند .

مارکوس در آن زمان نتوانست جواب این سوال را با هندسه و ریاضیات پیدا کند تا اینکه در سال 1999 یک ریاضیدان در دانشگاه میشیگان نشان داد که از بین سه شکل انتخابی فیثاغورث با مساحت یکسان ، شش وجهی دارای کمترین محیط است !

یعنی زنبور ها با ساخت خانه های شش ضلعی در کندو ، برای محصور کردن مساحت و فضای معینی که دارند از موم کمتری استفاده می کنند و کار کمتری هم نسبت به زمانی که قرار باشد خانه هایی با قاعده مربع یا مثلث بسازند ، انجام می دهند . از زاویه دیگری نیز میتوانیم به آن نگاه کنیم . یک شانه عسل با ابعاد حدودی 20×40 سانتی متر می تواند بیش از 1800 گرم عسل را در خود جای دهد در حالی که برای ساختن این شانه عسل فقط از 40 گرم موم استفاده شده است . دم زنبورا گرم !!!

طبیعت از پر بازده ترین هندسه استفاده می کند ، اشکالی که به کمترین هزینه و انرژی و مصالح نیاز دارند پس بهتر است برای طراحی سازه های موثر تر با دقت بیشتری به دنیای اطرافمان نگاه کنیم .

منابع :

وبلاگ پاد پرس

گفته های دکتر آیرین شیوایی دانشجوی پسا دکتری و عضو تیم جیمز وب

باقی بقایتان