إدوارد فيكتور أبلتون: الرجل الذي سمّى مرآة السماء الخفية

في ليلة شتوية من عام 1924، جلس فيزيائي ولد في برادفورد داخل كوخ استقبال خارج أكسفورد، وهو يدير ببطء قرص جهاز إرسال تابع لهيئة الإذاعة البريطانية (BBC) على بعد ستين ميلاً، ويراقب إشارة تتقوى وتضعف في إيقاع لا علاقة له بالموجة الأرضية. كان إدوارد أبلتون (Edward Appleton) قد أثبت للتو أن السماء نفسها تتكون من طبقات عاكسة من الجسيمات المشحونة - وبذلك، منح الراديو والرادار، وفي نهاية المطاف معركة بريطانيا، فرصة حقيقية للنجاح.

طفولة في برادفورد

كان أبلتون ابن عامل مستودع في برادفورد، يوركشاير، وقد شق طريقه خارج الحياة العادية من خلال المنح الدراسية: أولاً إلى مدرسة هانسون لقواعد اللغة للبنين (Hanson Boys' Grammar School)، ثم في سن الثامنة عشرة، حملته منحة إسحاق هولدن (Isaac Holden Scholarship) إلى كلية سانت جون، كامبريدج (St John's College, Cambridge). حصل على شهادته في العلوم الطبيعية في عام 1913 وبقي للحصول على درجة الماجستير في الفيزياء، منجذباً إلى مدار اثنين من كبار التجريبيين في ذلك العصر، جيه جيه تومسون (J. J. Thomson) وإرنست رذرفورد (Ernest Rutherford)، في مختبر كافنديش (Cavendish Laboratory). قاطعت الحرب العالمية الأولى دراسته: حيث كُلف بالعمل في سلاح المهندسين الملكي في يناير 1915، وقضى فترة الحرب في تدريب مشغلي اللاسلكي التابعين للجيش في مستودع الإشارات في فيني ستراتفورد (Fenny Stratford)، وهو موقع غير براق ولكنه حوله إلى خبير عملي في تقنيات الراديو.

مطاردة الإشارة المتلاشية

بعد عودته إلى كامبريدج بعد الحرب، انضم أبلتون إلى زملاء رذرفورد البحثيين وبدأ في التفكير في مشكلة كان يعرفها كل مهندس بث ولم يستطع أحد تفسيرها: لماذا تصبح إشارات الراديو أقوى وأضعف بعد حلول الظلام، وتختفي أحياناً تماماً. في عام 1924، وأصبح الآن أستاذاً للفيزياء في كلية كينجز لندن (King's College London)، أجرى هو وطالب، مايلز بارنيت (Miles Barnett)، التجربة التي جعلته مشهوراً. باستخدام محطة إرسال تابعة لـ BBC وتغيير طولها الموجي أثناء مراقبته للاستقبال في أكسفورد، اكتشف أبلتون نمط تداخل بين الموجة الأرضية المباشرة وإشارة ثانية قادمة من الأعلى - مما يثبت أن موجات الراديو كانت ترتد عن طبقة متأينة من الغلاف الجوي العلوي. لقد حدد ارتفاعها باستخدام تقنية تعديل التردد التي ابتكرها بنفسه، ثم ذهب إلى أبعد من ذلك: في عام 1926 اكتشف طبقة ثانية أعلى، سُميت لاحقاً باسم طبقة أبلتون (Appleton layer) تكريماً له، وتقع على ارتفاع 300 إلى 400 كيلومتر وقادرة على عكس الأطوال الموجية الأقصر التي تجعل البث الموجي القصير بعيد المدى ممكناً. أبلتون هو من أعطى هذه المنطقة بأكملها من الغلاف الجوي اسمها المعياري الآن: الغلاف المتأين (ionosphere).

من الفيزياء إلى العمل الحربي

أصبحت المخاطر العملية لهذا الاكتشاف لا مفر منها في الثلاثينيات. سمحت نظرية أبلتون المغناطيسية الأيونية، المبنية على الكهرومغناطيسية للورنتز (Lorentz) وماكسويل (Maxwell)، للمهندسين بالتنبؤ بكيفية تصرف موجات الراديو في السماء المتأينة - وهي معرفة غذت بشكل مباشر تطوير روبرت واتسون-وات (Robert Watson-Watt) للرادار. عندما لخصت لجنة نوبل لاحقاً المخاطر، كانت صريحة بشأن ذلك: بدون عمل أبلتون، فإن الرادار "كان سيأتي متأخراً جداً ليكون له استخدام حاسم في معركة بريطانيا". لم يتوقف أبلتون عند البحث البحت. في عام 1936 أصبح مديراً بالإنابة لمختبر كافنديش بعد وفاة رذرفورد المفاجئة، وفي عام 1938 تم تعيينه سكرتيراً لوزارة البحث العلمي والصناعي (Department of Scientific and Industrial Research)، مما وضعه فعلياً في المسؤولية عن حشد العلوم البريطانية للحرب القادمة. من عام 1941 أدار مشروع 'تيوب ألويز' (Tube Alloys)، وهو مشروع بريطانيا للأسلحة الذرية، وعين جيمس تشادويك (James Chadwick) لقيادة البعثة البريطانية المدمجة في مشروع مانهاتن (Manhattan Project) الأمريكي، وأوصى لاحقاً بجون كوكروفت (John Cockcroft) لتأسيس مؤسسة أبحاث الطاقة الذرية البريطانية بعد الحرب. على طول الطريق، وجدت إدارته أيضاً وقتاً لمعدات الإنزال، والقنبلة المرتدة، ومواد لصق الطائرات، وتحلية مياه البحر - وهي الآلات غير البراقة للحرب الشاملة.

جائزة نوبل والسنوات اللاحقة

في عام 1947 حصل أبلتون على جائزة نوبل في الفيزياء "لأبحاثه في فيزياء الغلاف الجوي العلوي، خاصة لاكتشافه ما يسمى بطبقة أبلتون". بحلول ذلك الوقت كان قد حصل بالفعل على لقب فارس في عام 1941، وكرمته حكومات من النرويج إلى أيسلندا إلى الولايات المتحدة لقيادته العلمية في زمن الحرب. في عام 1948 ترك الإدارة البحثية ليصبح مديراً ونائباً لرئيس جامعة إدنبرة (University of Edinburgh)، وهو منصب شغله حتى وفاته. أشرف على نمو الجامعة من أقل من 4,000 طالب إلى أكثر من 7,000، ودفع بإعادة التطوير المثيرة للجدل لميدان جورج (George Square) إلى منطقة جامعية حديثة، وأبقى العلم حياً من خلال تأسيس وتحرير مجلة الفيزياء الغلافية والأرضية (Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics). استمر في النشر حتى الستينيات من عمره، وحدد في عام 1954 أن سلوك الغلاف المتأين يختلف باختلاف خط العرض المغناطيسي، مقارناً بيانات من دلهي وباتون روج. توفي بسبب نوبة قلبية في إدنبرة في أبريل 1965، بعد أسابيع فقط من زواجه من زوجته الثانية، هيلين أليسون (Helen Allison)، سكرتيرته الخاصة السابقة.

لماذا يُسمى إدوارد عبقرياً

تستند الحجة لوصف أبلتون بالعبقري إلى نوع محدد وقابل للتحقق من البصيرة: فقد أخذ إزعاجاً - التلاشي المزعج لإشارات الراديو الليلية الذي كان يتحمله كل مهندس لاسلكي في عصره ببساطة - وتعرف فيه على توقيع هيكل مادي لم يقم أحد بقياسه بشكل مباشر. كان ابتكار طريقة تعديل التردد لتوقيت وقياس ارتفاع الانعكاس عملاً من أعمال البراعة الكمية الدقيقة، وليس تخميناً محظوظاً، وكان الهيكل المكون من طبقتين الذي رسمه بعد ذلك (والنظرية المغناطيسية الأيونية التي بناها لشرحه) صامداً كمعرفة هندسية قابلة للاستخدام، والأكثر أهمية في الرادار. إن لغة لجنة نوبل نفسها - التي نسبت لعمله الفضل في المساعدة في الفوز بمعركة بريطانيا في الوقت المناسب - هي تأييد خارجي قوي للنتيجة بقدر ما تحصل عليه تكريمات الفيزياء. الحجة المضادة الصادقة هي أن أبلتون لم يكن صاحب رؤية نظرية وحيداً على غرار أينشتاين أو ديراك: كان اختراقه انتصاراً لمجرب، مبنياً على الكهرومغناطيسية الموجودة لماكسويل-لورنتز ونفذ بمساعدة طالب باستخدام جهاز إرسال بث عادي. مسيرته المهنية اللاحقة، بقدر ما كانت هائلة، انتمت أكثر إلى الإدارة ورجل الدولة العلمي - تنظيم مشروع 'تيوب ألويز'، إدارة جامعة - منها إلى اكتشاف أصلي إضافي. العبقرية، كما هي، تكمن بشكل ضيق ودقيق في الفترة من 1924 إلى 1926: التعرف، والطريقة، وتسمية طبقة من السماء لم يكن أحد يعرف أنها موجودة.

الإرث

يحمل اسم أبلتون الآن فوهة بركان على القمر، وبرج في إدنبرة، ومختبر رذرفورد أبلتون (Rutherford Appleton Laboratory)، الذي تشكل في عام 1979 من خلال دمج محطة أبحاث الراديو (Radio Research Station) المعاد تسميتها مع المختبر الذي يحمل اسم رذرفورد - وهو ربط مناسب بين المعلم والطالب. لا يزال الغلاف المتأين الذي رسم خرائطه يمثل الأساس العملي لراديو الموجة القصيرة وطبقة تأسيسية، حرفياً، لفيزياء الغلاف الجوي الحديثة.