الهيليوغراف

الهيليوغراف ( من اليونانية القديمة ἥλιος ( هيليوس ) بمعنى " الشمس " و γράφειν ( غرافين ) بمعنى " الكتابة " ) هو نظام تلغراف شمسي ^{[ 1 ]} يُرسل إشارات عبر ومضات من ضوء الشمس (عادةً باستخدام شفرة مورس منذ أربعينيات القرن التاسع عشر) تنعكس بواسطة مرآة . تُنتج هذه الومضات بتحريك المرآة لحظيًا، أو بقطع الشعاع بواسطة مصراع. ^{[ 2 ]}  

كان الهيليوغراف أداةً بسيطةً لكنها فعّالة للاتصال البصري الفوري عبر مسافات طويلة خلال أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. ^{[ 2 ]} وكانت استخداماته الرئيسية في الأعمال العسكرية، والمسح ، وحماية الغابات . وكان الهيليوغراف من المعدات القياسية في الجيشين البريطاني والأسترالي الملكي حتى ستينيات القرن العشرين، واستخدمه الجيش الباكستاني حتى عام 1975. ^{[ 3 ]} وبينما أصبحت هذه التلغرافات الشمسية الآن قديمة، فإن مرايا الإشارة النهارية المطلوبة عالميًا في قوارب النجاة البحرية تُسمى غالبًا " هيليوغراف " في دول الكومنولث .

كانت هناك أنواع عديدة من أجهزة الهيليوغراف. معظمها كانت نسخًا معدلة من جهاز مانس مارك الخامس التابع للجيش البريطاني (الشكل 1). يستخدم هذا الجهاز مرآة دائرية مسطحة ^{[ 4 ]} تحتوي على بقعة صغيرة غير مطلية بالفضة في مركزها. يقوم المرسل بمحاذاة الهيليوغراف مع الهدف من خلال النظر إلى انعكاس الهدف في المرآة وتحريك رأسه حتى يختفي الهدف خلف البقعة غير المطلية بالفضة. مع تثبيت رأسه، يقوم بعد ذلك بضبط قضيب التصويب بحيث تقسم أسلاكه المتقاطعة الهدف إلى نصفين. ^{[ 5 ]}

ثم قاموا برفع ريشة التوجيه، التي غطت الأسلاك المتقاطعة برسم تخطيطي للصليب، وضبطوا المرآة باستخدام براغي المماس والارتفاع، بحيث كان الظل الصغير الناتج عن انعكاس فتحة البقعة غير المطلية بالفضة على هدف الصليب. ^{[ 5 ]} دلّ هذا على أن شعاع الشمس كان موجهاً نحو الهدف. أُنتجت الومضات بواسطة آلية مفتاحية تُميل المرآة لأعلى بضع درجات بضغطة ذراع في الجزء الخلفي من الجهاز. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

إذا كانت الشمس أمام جهاز الإرسال، تنعكس أشعتها مباشرةً من هذه المرآة إلى محطة الاستقبال. أما إذا كانت الشمس خلف جهاز الإرسال، فيُستبدل قضيب التوجيه بمرآة ثانية لالتقاط ضوء الشمس من المرآة الرئيسية وعكسه إلى محطة الاستقبال. ^{[ 6 ] [ 7 ]} استخدم جهاز الهيليوغراف التابع لسلاح الإشارة في الجيش الأمريكي مرآة مربعة مسطحة غير قابلة للإمالة. ^{[ 8 ]} ينتج هذا النوع ومضات ضوئية بواسطة مصراع مثبت على حامل ثلاثي القوائم ثانٍ (الشكل 4). ^{[ 6 ]}

كان لجهاز الهيليوغراف مزايا عديدة. فقد أتاح الاتصال لمسافات طويلة دون بنية تحتية ثابتة، مع إمكانية ربطه بشبكة ثابتة تمتد لمئات الأميال، كما في شبكة الحصون المستخدمة في حملة جيرونيمو العسكرية. وكان سهل الحمل، ولا يحتاج إلى مصدر طاقة، ويتمتع بأمان نسبي لأنه غير مرئي لمن هم بعيدون عن محور التشغيل، كما أن شعاعه ضيق جدًا، إذ لا يتجاوز 15 مترًا لكل 1.6 كيلومتر من المدى . مع ذلك، كان بإمكان أي شخص داخل نطاق الشعاع، ممن يمتلك المعرفة اللازمة ، اعتراض الإشارات دون أن يُكتشف. ^{[ 3 ] [ 9 ]}    

في حرب البوير الثانية (1899-1902) في جنوب إفريقيا، حيث استخدم كلا الجانبين أجهزة الهيليوغراف، استُخدمت الأنابيب أحيانًا لتقليل تشتت الشعاع. ^{[ 3 ]} ولكن في بعض الحالات الأخرى، صعّب الشعاع الضيق الحفاظ على المحاذاة مع هدف متحرك، كما هو الحال عند التواصل من الشاطئ إلى سفينة متحركة، لذا أصدر البريطانيون عدسة تشتيت لتوسيع شعاع الهيليوغراف من قطره الطبيعي البالغ 0.5 درجة إلى 15 درجة. ^{[ 10 ]}

يعتمد مدى جهاز الهيليوغراف على كثافة الهواء ومساحة التجميع الفعالة للمرايا. تراوحت أقطار مرايا الهيليوغراف بين 38 و305 ملم أو أكثر. تستفيد المحطات الواقعة على ارتفاعات أعلى من هواء أقل كثافة وأكثر صفاءً، وهي ضرورية على أي حال للمدى البعيد، لتجاوز انحناء الأرض . ويمكن تقدير مدى يتراوح بين 32 و80 كيلومترًا تقريبًا بأن وميض المرآة الدائرية يكون مرئيًا بالعين المجردة على مسافة 16 كيلومترًا لكل بوصة من قطر المرآة، [ ^{11 ] ويمكن} رؤيته من مسافات أبعد باستخدام التلسكوب .      

تم تسجيل الرقم القياسي العالمي للمسافة بواسطة مفرزة من رقيب الإشارة بالجيش الأمريكي من خلال التشغيل المشترك لمحطات في أمريكا الشمالية على جبل إيلين ( يوتا ) وجبل أنكومباغري ( كولورادو )، على بعد 183 ميلاً (295 كم) في 17 سبتمبر 1894، باستخدام أجهزة الهيليوغراف التابعة لفيلق الإشارة بالجيش والتي تحمل مرايا لا يتجاوز طول ضلعها 8 بوصات (20 سم). ^{[ 12 ]}  

قام البروفيسور الألماني كارل فريدريش غاوس (1777-1855)، من جامعة غوتنغن، بتطوير واستخدام جهازٍ سابقٍ للهليوغراف ( الهليوتروب ) عام 1821. ^{[ 2 ] [ 13 ]} كان جهازه يوجه شعاعًا مضبوطًا من ضوء الشمس إلى محطة بعيدة لاستخدامه كعلامة في أعمال المسح الجيوديسي ، واقتُرح كوسيلة للاتصالات التلغرافية. ^{[ 14 ]} يُعد هذا أول جهاز هيليوغرافي موثق بشكل موثوق، ^{[ 15 ]} على الرغم من التكهنات الكثيرة حول احتمالية وجود إشارات ضوئية قديمة، ووجود أشكال أخرى موثقة من التلغراف البصري القديم .

فعلى سبيل المثال، اختار أحد المؤلفين في عام 1919 "التشكيك في النظرية" ^{[ 16 ]} القائلة بأن الإشارات التي كانت تُرسل من العاصمة روما إلى البر الإيطالي، والتي كان الإمبراطور الروماني القديم تيبيريوس (42 ق.م. - 37 م، حكم من 14 إلى 37 م)، يراقبها من معتكفه الإمبراطوري في جزيرة كابري ^{[ 17 ]} ، كانت عبارة عن ومضات مرايا، لكنه أقر بأنه "لا توجد إشارات في الكتابات القديمة إلى استخدام المرايا في الإشارات"، وأن الوسائل الموثقة للاتصالات البصرية بعيدة المدى في العصور القديمة كانت عن طريق نيران المنارات ودخانها، وليس المرايا.

وبالمثل، فإن قصة استخدام درع كجهاز إرسال ضوئي في معركة ماراثون الشهيرة بين الإغريق والفرس عام 490 قبل الميلاد هي أسطورة حديثة، ^{[ 18 ]} تعود أصولها إلى القرن التاسع عشر. لم يذكر المؤرخ القديم هيرودوت أي وميض. ^{[ 19 ]} ما كتبه هيرودوت هو أن أحدهم اتُهم بالتخطيط "لرفع درع كإشارة". ^{[ 20 ]} ازداد الشك في أواخر القرن العشرين بأن نظرية الوميض غير معقولة. ^{[ 21 ]} وكان الاستنتاج بعد اختبار النظرية هو "لم يقم أحد برفع درع في معركة ماراثون". ^{[ 22 ]}

في رسالة مؤرخة في 3 يونيو 1778، أشار جون نوريس ، رئيس شرطة مقاطعة باكينغهامشير بإنجلترا، إلى ما يلي: "هل تم اليوم إرسال معلومات استخباراتية عبر تقنية الهيليوغراف من الدكتور [بنيامين] فرانكلين في باريس إلى ويكومب؟" ^{[ 23 ]} ومع ذلك، لا يوجد دليل يُذكر على أن كلمة "heliograph" هنا ليست سوى خطأ إملائي لكلمة " holograph ". لم يدخل مصطلح "heliograph" للإشارة إلى التلغراف الشمسي إلى اللغة الإنجليزية إلا في سبعينيات القرن التاسع عشر، بل إن كلمة " telegraphy " نفسها لم تُصاغ إلا في تسعينيات القرن الثامن عشر.

قام هنري كريستوفر مانس (1840-1926)، من قسم التلغراف التابع للحكومة البريطانية في الخليج العربي، بتطوير أول جهاز هيليوغراف مقبول على نطاق واسع حوالي عام 1869، ^{[ 2 ] [ 24 ] [ 25 ]} أثناء خدمته في كراتشي (التي تقع الآن في باكستان الحديثة ) في رئاسة بومباي آنذاك في الهند البريطانية . كان مانس على دراية بالهيليوتروب من خلال استخدامه سابقًا في مشروع رسم الخرائط للمسح المثلثي الكبير للهند (الذي أُنجز بين عامي 1802 و1871). ^{[ 12 ]} كان تشغيل جهاز مانس هيليوغراف سهلًا بواسطة رجل واحد، ونظرًا لوزنه الخفيف الذي يبلغ حوالي 3.2 كيلوغرام ، كان بإمكان المشغل حمل الجهاز وحامله الثلاثي بسهولة. اختبر الجيش البريطاني جهاز الهيليوغراف في الهند على مدى 56 كيلومترًا وحقق نتائج إيجابية. ^{[ 26 ]} خلال بعثة جواكي أفريدي التي أرسلتها الحكومة البريطانية الهندية عام 1877، تم اختبار جهاز الهيليوغراف لأول مرة في الحرب. ^{[ 27 ] [ 28 ]}    

كان الجهاز البسيط والفعال الذي اخترعه مانس جزءًا مهمًا من الاتصالات العسكرية لأكثر من 60 عامًا. اقتصرت فائدة الهيليوغراف على أوقات النهار ذات ضوء الشمس القوي، لكنه كان أقوى أنواع أجهزة الإشارة المرئية المعروفة. في عصر ما قبل الراديو، كان الهيليوغراف غالبًا الوسيلة الوحيدة للاتصال التي يمكنها تغطية مسافات تصل إلى 160 كيلومترًا (100 ميل) باستخدام جهاز محمول خفيف الوزن. ^{[ 12 ]}  

في الجيش الأمريكي ، بحلول منتصف عام 1878، أنشأ العقيد الشاب نيلسون أ. مايلز خطًا من أجهزة الإرسال الضوئية يربط بين المواقع العسكرية المتباعدة في فورت كيو وفورت كاستر ، في شمال إقليم مونتانا ، على مسافة 230 كيلومترًا (140 ميلًا) . ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} وفي عام 1886، أنشأ الجنرال نيلسون أ. مايلز (1839-1925)، قائد جيش الولايات المتحدة آنذاك ، شبكة من 27 محطة إرسال ضوئية في أراضي أريزونا ونيو مكسيكو في الجنوب الغربي القديم، خلال حملة البحث عن زعيم قبيلة الأباتشي المتمرد/قائد حرب العصابات جيرونيمو (1829-1909). ^{[ 32 ]}  

في عام 1890، قام الرائد دبليو جيه فولكمار، من الجيش الأمريكي، والذي لم يعد معروفًا على نطاق واسع، بإثبات إمكانية التواصل عبر شبكة الهيليوغراف في أراضي أريزونا ونيو مكسيكو ، وذلك باستخدام شبكة يبلغ طولها الإجمالي 3200 كيلومتر (2000 ميل) . ^{[ 33 ]} وقد تم تطوير شبكة الاتصالات التي بدأها الجنرال مايلز عام 1886، وواصلها الملازم دبليو إيه غلاسفورد، الذي لم يحظَ بالتقدير الكافي آنذاك، عام 1889، لتصل إلى مسافات 137 و 142 و 153 و201 كيلومتر (85 و88 و95 و125 ميلًا ) فوق منطقة وعرة ووعرة، كانت معقلًا لقبائل الأباتشي والكومانشي وغيرها من القبائل الهندية الأصلية المعادية . ^{[ 12 ]}        

بحلول عام ١٨٨٧، شملت أجهزة التصوير الشمسي المستخدمة أجهزة مانس وبيغبي البريطانية، وأجهزة غروغان وغارنر وبورسيل الأمريكية. استخدمت أجهزة غروغان وبورسيل مصاريع، بينما استخدمت الأجهزة الأخرى مرايا متحركة يتم تشغيلها بواسطة مفتاح إصبع. استخدمت أجهزة مانس وغروغان وبورسيل حاملين ثلاثيين، بينما استخدمت الأجهزة الأخرى حاملًا واحدًا. يمكن أن تكون الإشارات إما ومضات لحظية أو حجبًا لحظيًا. ^{[ ٣٤ ]}

في عام 1888، راجع سلاح الإشارة بالجيش الأمريكي جميع هذه الأجهزة، بالإضافة إلى جهاز فينلي هيليو-تيليغراف، ^{[ 34 ]} ولما لم يجد أيًا منها مناسبًا تمامًا، طور جهازه الخاص، وهو جهاز هيليوغراف تابع لسلاح الإشارة بالجيش الأمريكي، عبارة عن آلة ثنائية الحامل ثلاثية الأرجل، تعتمد على مصراع، ويبلغ وزنها الإجمالي 6.3 كجم ( 13 + 7/8 رطل) ، وطلب 100 جهاز، بتكلفة إجمالية قدرها 4205 دولارًا. ^{[ 35 ]} وبحلول عام 1893، بلغ عدد أجهزة الهيليوغراف المصنعة لسلاح الإشارة بالجيش الأمريكي 133 جهازًا . ^{[ 36 ]}  

ربما كانت ذروة استخدام التصوير الشمسي خلال حرب البوير الثانية في تسعينيات القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين في جنوب إفريقيا، حيث استخدمه البريطانيون والمهاجرون البوير على نطاق واسع . ^{[ 2 ] [ 3 ]} وقد جعلت طبيعة التضاريس والمناخ، بالإضافة إلى طبيعة الحملة، التصوير الشمسي خيارًا منطقيًا. وللاتصالات الليلية، استخدم البريطانيون مصابيح إشارة كبيرة ، نُقلت إلى الداخل على عربات السكك الحديدية، ومجهزة بمصاريع ورقية الشكل لتوجيه شعاع الضوء إلى نقاط وخطوط. خلال المراحل الأولى من الحرب، حوصرت حاميات الجيش البريطاني في كيمبرلي ، إلى جانب حصار ليديسميث ومافيكينج . ومع قطع خطوط التلغراف السلكية الأرضية ، كان الاتصال الوحيد بالعالم الخارجي عبر أشعة الضوء، التصوير الشمسي نهارًا، ومصابيح الإشارة ليلًا. ^{[ 12 ]}

في عام ١٩٠٩، أدخلت دائرة الغابات الأمريكية استخدام التصوير الشمسي لحماية الغابات في الولايات الغربية. وبحلول عام ١٩٢٠، انتشر هذا الاستخدام على نطاق واسع في الولايات المتحدة، وبدأ في كندا المجاورة شمالًا، واعتُبر التصوير الشمسي "بعد الهاتف، أكثر أجهزة الاتصال فائدةً المتاحة حاليًا لخدمات حماية الغابات". ^{[ ٦ ]} اخترع دي بي جودوين من دائرة الغابات الأمريكية جهاز تصوير شمسي محمولًا جدًا ( ٢ كيلوغرام ) من نوع الحامل الثلاثي الأحادي، مزودًا بمصراع ومرآة، لاستخدامه في مجال الغابات. ^{[ ٦ ]}   

قبيل اندلاع الحرب العالمية الأولى (1914-1918) مباشرةً، كانت أفواج سلاح الفرسان التابعة للجيش الإمبراطوري الروسي في الإمبراطورية الروسية لا تزال تتدرب على الاتصالات عبر تقنية الهيليوغراف لتعزيز كفاءة مهامها الاستطلاعية والإبلاغية. ^{[ 37 ]} في أعقاب الثورتين الروسيتين عام 1917 ، استخدمت الوحدات الثورية البلشفية / الشيوعية التابعة للجيش الأحمر، خلال الحرب الأهلية الروسية اللاحقة (1918-1922)، سلسلة من محطات الهيليوغراف لنشر المعلومات الاستخباراتية بكفاءة. واستمر هذا الأمر حتى بعد عقد من الزمن، حيث تم رصد حركات الباسماشي المتمردة في منطقة تركستان بآسيا الوسطى عام 1926. ^{[ 38 ]}

خلال الحرب العالمية الثانية (1939-1945)، استخدمت قوات الاتحاد الجنوب أفريقي والقوات العسكرية الملكية الأسترالية جهاز الهيليوغراف أثناء قتالها لقوات العدو النازية الألمانية والفاشية الإيطالية على طول الساحل الجنوبي للبحر الأبيض المتوسط ​​في ليبيا وغرب مصر مع القوات البريطانية المدافعة في حملة شمال أفريقيا الصحراوية في أعوام 1940 و1941 و1942. ^{[ 2 ]}

ظل جهاز الهيليوغراف من المعدات القياسية لضباط الإشارة في الجيشين الملكي الأسترالي والبريطاني حتى أربعينيات القرن العشرين، حيث كان يُعتبر وسيلة اتصال ذات احتمالية اعتراض منخفضة. وكان الجيش الكندي آخر قوة عسكرية رئيسية تستخدم الهيليوغراف كجزء من معداتها الرسمية. وبحلول وقت إيقاف استخدام أجهزة المرايا، كان استخدامها في الإشارة نادرًا. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، في ثمانينيات القرن العشرين، استخدمت قوات المجاهدين الأفغانية أجهزة الهيليوغراف خلال الغزو السوفيتي لأفغانستان في الفترة 1978-1979. ^{[ 2 ]} ولا تزال مرايا الإشارة تُدرج في مجموعات النجاة لإرسال إشارات الطوارئ إلى طائرات البحث والإنقاذ . ^{[ 2 ]}

كانت معظم أجهزة التصوير الشمسي في القرنين التاسع عشر والعشرين يدوية بالكامل. ^{[ 6 ]} وشملت خطوات محاذاة جهاز التصوير الشمسي مع الهدف، ومحاذاة شعاع الشمس المنعكس مع جهاز التصوير، والحفاظ على محاذاة شعاع الشمس مع حركة الشمس، وتحويل الرسالة إلى ومضات، وتعديل شعاع الشمس ليتوافق مع تلك الومضات، واستقبال الومضات في الطرف المستقبل، وتحويل الومضات إلى الرسالة، كل ذلك يتم يدويًا. ^{[ 6 ]}

استخدمت العديد من أجهزة الهيليوغراف الفرنسية مرايا عاكسة تعمل بآلية الساعة لتوجيه حركة الشمس تلقائيًا. وبحلول عام 1884، كانت جميع الوحدات العاملة من "جهاز مانجان"، وهو جهاز تلغراف بصري ميداني عسكري فرنسي ثنائي الوضع ، قادر على استخدام الفانوس أو ضوء الشمس، مُجهزة بمرايا عاكسة تعمل بآلية الساعة. ^{[ 39 ]} وظل جهاز مانجان المزود بالمرايا العاكسة قيد الخدمة حتى عام 1917. ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}

تعود المقترحات لأتمتة كل من تعديل شعاع الشمس بواسطة الساعة، والكشف عنه بواسطة كاشفات ضوئية كهربائية من السيلينيوم، أو الوسائل الفوتوغرافية، إلى عام 1882 على الأقل. ^{[ 43 ]} في عام 1961، كان سلاح الجو الأمريكي يعمل على جهاز هيليوغراف فضائي للإشارة بين الأقمار الصناعية ^{[ 44 ].}

في مايو 2012، تم تركيب مرايا "سولار بيكون" الروبوتية، المصممة في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، على البرجين التوأمين لجسر البوابة الذهبية عند مدخل خليج سان فرانسيسكو ، وتم إنشاء موقع إلكتروني ^{[ 45 ]} يتيح للجمهور تحديد أوقات إرسال المرايا إشارات ضوئية، وذلك بإدخال الوقت وخطوط الطول والعرض والارتفاع. ^{[ 46 ]} نُقلت منارات الطاقة الشمسية لاحقًا إلى برج ساثر في حرم جامعة كاليفورنيا في بيركلي. ^{[ 47 ] [ 48 ]} وبحلول يونيو 2012، أصبح بإمكان الجمهور تحديد "عرض مخصص" يصل إلى 32 فترة "تشغيل" أو "إيقاف" مدة كل منها 4 ثوانٍ، مما يسمح بإرسال بضعة أحرف من شفرة مورس. ^{[ 49 ]} وصف المصمم منارة الطاقة الشمسية بأنها "هيليوستات"، وليست "هيليوغراف". ^{[ 46 ]}

تم تصميم وبناء أول جهاز تصوير شمسي يتم التحكم فيه رقميًا في عام 2015. ^{[ 50 ] [ 51 ]} وقد وصل إلى الدور نصف النهائي في مسابقة Broadcom MASTERS. ^{[ 52 ]}

• التصوير الشمسي ، عملية تصوير فوتوغرافي مبكرة اخترعها جوزيف نيسيفور نيبس حوالي عام 1822
• الهليوتروب (آلة موسيقية)
• عملية الهدف ، برنامج كشفي
• مصباح إشارة
• مرآة إشارة، مرآة يدوية تُستخدم كإشارة استغاثة

• لويس كو، الأيام العظيمة للهيليوغراف ، كراون بوينت، 1987 ، OCLC 16902284 

• التصوير الشمسي: التواصل مع المرايا - صور فوتوغرافية لأجهزة التصوير الشمسي البريطانية والأمريكية والبرتغالية.
• الهيليوغراف: وصف للهيليوغراف البريطاني مانس وبيغبي والفرنسي لوسور مع الرسوم التوضيحية (1899).
• صور ملونة مفصلة لجهاز الهليوغراف البريطاني مانس (الإيطالي) من الحرب العالمية الثانية.
• صور "الهيليوغراف" في المكتبة الوطنية الأسترالية: تروف ؛ وأكثر من 100 صورة تاريخية بتقنية الهيليوغراف في النصب التذكاري الأسترالي للحرب وأماكن أخرى
• ورقة بيانات الإشارات الملكية رقم 2. الهيليوغراف (مراجعة أبريل 2003). مؤرشفة في 5 سبتمبر 2012 على موقع Wayback Machine.
• الفصل الرابع: الهيليوغراف (الصفحة 48 من دليل الإشارات لعام 1905)
• صور تفصيلية لجهاز الهيليوغراف البريطاني مارك 5 ومجموعة أدواته، وروابط لبراءات الاختراع. النقر على الصور الظاهرة يكشف عن صور عالية الدقة.
• الهيليوغراف في حروب الأباتشي
• الاتصالات الإشارية في حرب جنوب أفريقيا 1899-1902
• صور الهيليوغراف في متحف التكنولوجيا القديمة