بلفور ستيوارت

كان بلفور ستيوارت (1 نوفمبر 1828 - 19 ديسمبر 1887) فيزيائيًا وعالم أرصاد جوية اسكتلنديًا . 

أدت دراساته في مجال الحرارة الإشعاعية إلى حصوله على ميدالية رومفورد من الجمعية الملكية عام 1868. وفي عام 1859، عُيّن مديرًا لمرصد كيو . وانتُخب أستاذًا للفيزياء في كلية أوينز بمانشستر ، وكان أول من شغل كرسي لانغورثي المرموق الذي احتفظ به حتى وفاته في 19 ديسمبر 1887. ألّف العديد من الكتب المدرسية العلمية الناجحة، بالإضافة إلى مقال بعنوان "المغناطيسية الأرضية" في الطبعة التاسعة من الموسوعة البريطانية .

وُلد ستيوارت في الأول من نوفمبر عام 1828 في 1 لندن رو في ليث (شمال إدنبرة )، وهو ابن ويليام ستيوارت تاجر الشاي، وزوجته جين كلوستون. ^{[ 2 ]} كان والده يعمل في مجال التجارة في بريطانيا العظمى وأستراليا.

تلقى تعليمه في دندي ، ثم درس الفيزياء في جامعة سانت أندروز وجامعة إدنبرة . بعد دراسته للفيزياء في إدنبرة، أصبح مساعدًا لجيمس ديفيد فوربس عام 1856. كان فوربس مهتمًا بشكل خاص بمسائل الحرارة والأرصاد الجوية والمغناطيسية الأرضية ، وهي المجالات التي كرّس ستيوارت نفسه لها أيضًا.

استحوذت الحرارة الإشعاعية على اهتمامه أولاً، وبحلول عام 1858 كان قد أنجز أولى دراساته في هذا الموضوع. وقد أسفرت هذه الدراسات عن توسيع ملحوظ لقانون التبادلات لبيير بريفو ، ومكنته من إثبات أن الإشعاع ليس ظاهرة سطحية، بل يحدث في جميع أنحاء باطن الجسم المشع، وأن قدرات الإشعاع والامتصاص للمادة يجب أن تكون متساوية، ليس فقط بالنسبة للإشعاع ككل، ولكن أيضًا لكل مكون من مكوناته.

تقديراً لهذا العمل، حصل عام 1868 على ميدالية رومفورد من الجمعية الملكية ، التي انتُخب لعضويتها قبل ست سنوات. ومن بين الأبحاث الأخرى التي تناول فيها هذا الفرع من الفيزياء وفروعاً مشابهة، نذكر: "الملاحظات باستخدام مطياف صلب"، و"تسخين قرص بفعل الحركة السريعة في الفراغ"، و"التوازن الحراري في حاوية تحتوي على مادة متحركة مرئية"، و"الإشعاع الداخلي في البلورات أحادية المحور".

في عام ١٨٥٩، عُيّن مديرًا لمرصد كيو ، وهناك انصبّ اهتمامه بطبيعة الحال على مسائل الأرصاد الجوية والمغناطيسية الأرضية. وفي عام ١٨٧٠، وهو العام الذي أُصيب فيه إصابة بالغة في حادث قطار، انتُخب أستاذًا للفيزياء في كلية أوينز بمانشستر . وانتُخب عضوًا في الجمعية الأدبية والفلسفية لمانشستر في الأول من نوفمبر ١٨٧٠ ^{[ ٣ ]} ، وشغل منصب رئيس الجمعية بين عامي ١٨٨٧ و١٨٨٨. وظلّ يشغل كرسي الفيزياء حتى وفاته بالقرب من دروغيدا في أيرلندا، في ١٩ ديسمبر ١٨٨٧.

كان مؤلفًا للعديد من الكتب الدراسية الناجحة في العلوم، بالإضافة إلى مقال "المغناطيسية الأرضية" في الطبعة التاسعة من موسوعة بريتانيكا . وبالتعاون مع البروفيسور بي جي تايت ، كتب كتاب "الكون الخفي "، الذي نُشر في البداية دون ذكر اسم المؤلف، وكان يهدف إلى دحض الفكرة الشائعة عن عدم توافق العلم والدين. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

كان ستيوارت ، وهو رجل دين متدين، ^{[ 5 ]} معروفًا بانتمائه البارز إلى جمعية الأبحاث النفسية . وفي مراجعته لكتاب "الكون الخفي" عام 1875 ، طرح ويليام جيمس لأول مرة مذهبه "إرادة الإيمان" .

سجل بلفور ستيوارت اضطرابات مغناطيسية أرضية ملحوظة مساء يوم 28 أغسطس 1859 وصباح يوم 2 سبتمبر 1859، في مرصد كيو ، وقدم نتائجه في ورقة بحثية قُدمت إلى الجمعية الملكية في 21 نوفمبر 1861. ^{[ 6 ] [ 7 ]} وأشار إلى أنه في حين تم تسجيل "اضطرابات مغناطيسية ذات عنف غير عادي ونطاق واسع للغاية" في أماكن مختلفة حول العالم، فقد استفاد مرصد كيو من وجود أجهزة تسجيل مغناطيسية ذاتية التسجيل ، ^{[ 8 ]} مما أتاح "وسيلة الحصول على سجل فوتوغرافي مستمر لحالة العناصر الثلاثة للقوة المغناطيسية للأرض - وهي الانحراف، والشدة الأفقية والرأسية".

ثم أدلى ستيوارت بالملاحظة التالية.

والآن أشرع في ملاحظة بعض خصائص هذه العاصفة المغناطيسية.

يبدو أن لدينا اضطرابين متميزين وواضحين، بدأ كل منهما فجأة وانتهى تدريجياً، الأول بدأ مساء يوم  28 أغسطس والثاني في الصباح الباكر من يوم  2 سبتمبر. ويتوافق هذان الاضطرابان الكبيران من حيث التوقيت مع العرضين الشفقيين الكبيرين اللذين سبق ذكرهما.

نتج الاضطراب الثاني عما يُعرف الآن بحدث كارينغتون ، وهو عبارة عن توهج شمسي كبير رصده ريتشارد كارينغتون وريتشارد هودجسون بالتلسكوب صباح الأول من سبتمبر عام 1859. أما الاضطراب الأول، فلم يُرصد له أي نشاط شمسي قبل حدوثه. قد يعود ذلك إما إلى أن الانفجار الشمسي المصاحب له لم يُرصد بواسطة التلسكوبات البصرية وقت حدوثه، أو لأن الانفجار نفسه لم يُنتج توهجًا ضوئيًا، أو ما يُعرف بـ"الضوء الأبيض"، مثل توهج كارينغتون، وبالتالي كان غير مرئي للتلسكوبات البصرية المستخدمة آنذاك.

في اجتماع الجمعية الفلكية الملكية المنعقد في 11 نوفمبر 1859 ، قدّم ريتشارد كارينغتون ورقة بحثية ^{[ 9 ]} يصف فيها ملاحظاته عن التوهج الشمسي الهائل الذي حدث في 1 سبتمبر، الساعة 11:18 بتوقيت غرينتش، والذي سُمّي لاحقًا تكريمًا له. وفيما يبدو أنه إضافة تحريرية بعد الاجتماع، أُضيفت الملاحظة التالية بين قوسين.

( عرض السيد كارينغتون في اجتماع الجمعية في نوفمبر/تشرين الثاني مخططًا كاملاً لقرص الشمس في ذلك الوقت، ونسخًا من السجلات الفوتوغرافية لتغيرات العناصر المغناطيسية الثلاثة، التي تم الحصول عليها في كيو ، وأشار إلى حدوث اضطراب معتدل ولكنه ملحوظ للغاية في حوالي ^الساعة 11:20 ^{صباحًا من} يوم 1 سبتمبر/أيلول،  وكان قصير الأمد؛ وأنه بعد حوالي أربع ساعات من منتصف الليل بدأت عاصفة مغناطيسية كبيرة، والتي أثبتت التقارير اللاحقة أنها كانت كبيرة في نصف الكرة الجنوبي كما في نصف الكرة الشمالي. وبينما قد يكون الحدث المعاصر جديرًا بالملاحظة، إلا أنه لا يريد أن يُظن أنه يميل حتى إلى الربط بينهما على عجل. "لا يُستدل على فصل الصيف من حدث واحد.")

يتضح من هذا الملحق أن ريتشارد كارينغتون لم يكن مستعدًا للالتزام مهنيًا بربط الاضطراب المغناطيسي بالحدث الذي رصده على سطح الشمس، على الرغم من حدوثهما في أوقات متطابقة تقريبًا. وقد عرض بالفعل مخططات المغناطيسية في اجتماع الجمعية الفلكية الملكية . يتوافق توقيت الساعة 11:20 بتوقيت غرينتش بشكل جيد مع التقارير الأخرى، لكن توقيت الساعة 4:00 بتوقيت غرينتش في 2 سبتمبر 1859 لبدء العاصفة المغناطيسية يسبق بساعة ما ذكره ستيوارت.

كما أبلغ ستيوارت ^{[ 7 ]} عن اضطراب مغناطيسي أصغر حدث في نفس الوقت الذي رصد فيه ريتشارد كارينجتون التوهج الشمسي ذو الضوء الأبيض :

لكن، إلى جانب هذين الاضطرابين الملحوظين اللذين انقسمت إليهما، تشمل هذه العاصفة العظيمة اضطرابًا ثانويًا، لا يقترب من هذين الاضطرابين في المدى، ولكنه مع ذلك يمتلك أهمية خاصة به، مما يجعله جديرًا بالذكر.

في  الأول من سبتمبر، قبل الظهر بقليل، كان السيد آر سي كارينجتون يراقب، بواسطة تلسكوب، بقعة كبيرة يمكن رؤيتها على سطح نجمنا، عندما ظهر مظهر رائع، وصفه في مراسلاته مع الجمعية الفلكية الملكية .

(ثم ​​يتم الاستشهاد بورقته البحثية بالتفصيل.)

بعد يوم أو يومين من زيارته لمرصد كيو ، علم السيد كارينغتون أنه في اللحظة التي رصد فيها هذه الظاهرة، كانت العناصر المغناطيسية الثلاثة في كيو مضطربة في آن واحد. لو لم يكن معروفًا وجود صلة بين هاتين الظاهرتين، لكان من الخطأ، ربما، اعتبار هذا الأمر إلا مصادفة عابرة؛ ولكن بما أن الجنرال سابين قد أثبت وجود علاقة بين الاضطرابات المغناطيسية والبقع الشمسية ، فليس من المستحيل افتراض أن نجمنا قد تم رصده في هذه الحالة "متلبسًا بالجرم".

حدث هذا الاضطراب في أقرب وقت ممكن في الساعة 11:15 صباحًا بتوقيت غرينتش ^{، في} 1 سبتمبر 1859، مما أثر على جميع العناصر في وقت واحد، وبدأ بشكل مفاجئ تمامًا. 

يُفهم الآن أن هذا الاضطراب الصغير قصير الأمد، الذي وصفه ستيوارت، ناتج عن زيادة سريعة في التأين وما يترتب عليها من تيارات كهربائية في طبقة الأيونوسفير بسبب الإشعاع السيني المكثف المنبعث من التوهج الشمسي. وتستغرق أشعة التوهج الشمسي السينية، التي تنتقل بسرعة الضوء، ثماني دقائق للوصول من الشمس إلى الأرض، وتصل في الوقت نفسه مع فوتونات التوهج الضوئي الأبيض التي رصدها كارينغتون. ويحدث الاضطراب المغناطيسي الأرضي الناتج عن تيارات الأيونوسفير بالتزامن تقريبًا مع وصول الفوتونات، ولا يستمر إلا طالما استمر تدفق أشعة التوهج السينية في تأيين الغلاف الجوي العلوي. أما العاصفة المغناطيسية الأكبر التي بدأت بعد 17.5 ساعة من التوهج، فيُفهم الآن أنها ناجمة عن قذف كتلي إكليلي (CME) مرتبط بالانفجار الذي تسبب في التوهج الشمسي.

بالاستناد إلى بحث إدوارد سابين السابق ، الذي أثبت وجود علاقة بين البقع الشمسية والعواصف المغناطيسية ، طرح ستيوارت نظرية مفادها أن الحدث الذي رصده ريتشارد كارينغتون والاضطراب المغناطيسي الذي سُجّل في الوقت نفسه كانا مرتبطين بالفعل. تُعرف الظواهر المغناطيسية التي حدثت حوالي الساعة 11:18 بتوقيت غرينتش في 1 سبتمبر 1859 باسم تأثير التوهج الشمسي (SFE) أو ما يُعرف أيضًا باسم " التشابك المغناطيسي"، ولكن لم يتم إثبات هذه العلاقة إلا بعد 80 عامًا. ^{[ 10 ]} يُعد تأثير التوهج الشمسي اضطرابًا مفاجئًا في طبقة الأيونوسفير ناتجًا عن تعزيز دوامات تيار الأيونوسفير بفعل الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية الشديدة ، وهي المسؤولة عن التغير اليومي المنتظم الذي يُلاحظ في بيانات مقياس المغناطيسية. تُلاحظ تأثيرات التوهج الشمسي في الغالب في مواقع قريبة من النقطة تحت الشمسية (أي النقطة على الأرض عندما تكون الشمس فوق الرأس مباشرةً)، ولا يمكن رصدها إلا من محطات تقع في نصف الكرة الأرضية المُضاء بنور الشمس وقت حدوث التوهج الشمسي. باستخدام أوقات ستيوارت، استغرقت الكتلة الإكليلية المرتبطة بحدث كارينجتون 17 ساعة و45 دقيقة للوصول إلى الأرض.

أفاد ستيوارت بأن العاصفة المغناطيسية الأرضية الأولى بدأت في تمام الساعة 22:30 بتوقيت غرينتش مساء يوم 28 أغسطس 1859، وفقًا لما سجلته أجهزة قياس المغناطيسية ذاتية التسجيل في مرصد كيو. وبافتراض أن العاصفة المغناطيسية الأرضية الكبيرة الأولى نتجت عن ثوران شمسي مماثل في حجمه لحدث كارينغتون الذي يُعرف أنه تسبب في العاصفة الثانية، فمن المثير للاهتمام التساؤل عما إذا كان هناك دليل على حدوث انبعاث شمسي كبير (SFE) في سجلات أجهزة قياس المغناطيسية في كيو قبل بدء العاصفة الثانية. وبالنظر إلى أن سرعات الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CME) يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا بين الانفجارات الشمسية، حتى تلك التي تتشابه في حجمها، فقد لا تظهر إشارة الانبعاث الشمسي الكبير قبل 17 ساعة من بدء العاصفة الأولى، بل قد تظهر قبل 24 إلى 48 ساعة من وقت بدء العاصفة.

• رسالة تمهيدية في الحرارة (1866؛ الطبعة السادسة، منقحة، 1895)
• دروس في الفيزياء الابتدائية (1871، 1886)
• الفيزياء (1872، 1884)
• الكون الخفي (1875)
• الفلسفة المتناقضة: تتمة لكتاب الكون غير المرئي (1878)
• قانون حفظ الطاقة (1875؛ الطبعة التاسعة، 1900)
• دروس في الفيزياء العملية مع دبليو إتش جي، (المجلد الأول، 1885؛ المجلد الثاني، 1887)
• رسالة تمهيدية في الحرارة (1888)

• "ستيوارت، بلفور"  . قاموس السير الوطنية . لندن: سميث، إلدر وشركاه . 1885-1900.
• أعمال من تأليف أو عن بلفور ستيوارت في أرشيف الإنترنت
• أعمال بلفور ستيوارت في مشروع غوتنبرغ
• أعمال بلفور ستيوارت على كتب جوجل
• أوراق بحثية لبالفور ستيوارت على جوجل سكولار