كمية

العمق البصري

A measure of how opaque a medium is to radiation, indicating how much light is absorbed or scattered.
15 مقالات ذات صلة · 2 صيغ

الوصف

Optical depth is a dimensionless number that quantifies how transparent or opaque a medium is to electromagnetic radiation. It measures the cumulative effect of absorption and scattering along a line of sight. An optical depth of zero means the medium is perfectly transparent; an optical depth of 1 means that about 63% of the photons are removed (the intensity drops by a factor of e). Values much greater than 1 indicate an opaque medium, while values much less than 1 indicate a nearly transparent one.

التاريخ

The concept was formalized in the early 20th century, particularly through the work of Karl Schwarzschild and Arthur Schuster on radiative transfer, building on earlier work by Stokes and others.

كيف يعمل

When light passes through a medium, each interaction (absorption or scattering) removes a photon from the beam. The optical depth τ is the integral of the extinction coefficient (absorption plus scattering) along the path. The transmitted intensity is I = I₀ e^(-τ). If τ is large, the medium is effectively opaque, and we only see radiation from its surface. If τ is small, we can see deep into the medium. In astrophysics, optical depth is used to define the 'surface' of a star (where τ ≈ 2/3) and to describe how radiation escapes from nebulae, accretion disks, and the early universe.

في التطبيق

Optical depth is used in atmospheric science to measure air pollution and cloud thickness, in medical imaging for X-ray and optical tomography, and in astrophysics to model stellar atmospheres and interstellar dust.

حقيقة طريفة

The cosmic microwave background radiation we observe today was emitted when the optical depth of the universe dropped below 1, about 380,000 years after the Big Bang.

Concept graph →

صيغ

$$\tau = n \sigma l$$
Optical depth equals column density times cross-section.
ما في الصيغة
τمتغيرoptical depth — العمق البصري
nمتغيرnumber density of absorbers — number density per cubic metre
σمتغيرcross-section per absorber — مقطع عرضي square metre
lمتغيرpath length through the medium — طول metre
$$\tau_d \propto \frac{M_d}{\rho_d v_{\text{ej}}^2 t^2}$$
Optical depth scales with dust mass, grain density, ejection speed, and time.
ما في الصيغة
\tau_dمتغيرoptical depth due to dust — العمق البصري
M_dمتغيرtotal dust mass — كتلة kilogram
\rho_dمتغيرmass density of individual dust grains — كثافة الكتلة kilogram per cubic metre
v_{\text{ej}}متغيرejection speed of the dust — سرعة metre per second
tمتغيرtime since ejection — زمن second

مقالات ذات صلة · 15

مطاردة غير المرئي: الحد الأساسي لحساسية كاشفات المادة المظلمة
يضع الصياد أفخاخه في الغابة. إنه يعرف طباع الوحش، لكنه لا يعرف ما إذا كان سيقع في الفخ من الأساس. وبالمثل، ينصب الفيزيائيون كاشفاتهم في محاولة لاصطياد جسيمات المادة المظلمة — المادة غير المرئية التي يُعتقد أنها تشكل معظم كتلة الكون. يقدم العمل الجديد للصيادين أداة غير عادية: ليس فخًا، بل شريط قياس.
علم الكون2026-08-032 دarXiv:2608.01919سريع
توهج خافت للثقوب السوداء لا ينقذ الكون
يواجه علماء الكونيات موقفًا طريفًا: أداتان موثوقتان ترسمان خرائط مختلفة قليلاً لنفس الكون. إحداهما هي خريطة الضوء القديم (إشعاع الخلفية الكونية)، والأخرى هي خريطة توزيع المجرات. بشكل عام، هما متفقان، لكنهما يختلفان في التفاصيل. تُظهر المجرات أن كمية المادة حولنا أقل قليلاً مما يتنبأ به الضوء القديم.
همس الجليد: O-PTIR يلتقط الأحماض الأمينية وراء حدود الحيود
لطالما كانت المطيافية وسيلة لسماع ما لا يُسمع. في القرن التاسع عشر، فك يوهان بالمر شيفرة خطوط الهيدروجين المتناغمة - تناغم عددي بسيط مهّد لنظرية الكم.
رسم كوني بلا عيوب: JWST يؤكد المادة المظلمة الباردة
في ثلاثينيات القرن العشرين، كان فريتز زويكي أول من لاحظ أن المجرات في العناقيد تتحرك بسرعة كبيرة جداً – شيء غير مرئي كان يمسك بها. لاحقاً، قاست فيرا روبين دوران المجرات الحلزونية، مؤكدةً أن الكون يعج بـ المادة المظلمة. نعلم اليوم أنها ترسم الشبكة الكونية، لكن طبيعة جسيماتها لا تزال لغزاً.
علم الكون2026-05-211 دarXiv:2605.22934سريع
صدى راديوي من العصور المظلمة للكون
الإشعاع الأثري (Cosmic Microwave Background) هو وهج ما بعد الانفجار العظيم الذي نراه على موجات مليمترية. لكن له ذيل طويل الموجة يمتد إلى نطاق الراديو. على أطوال موجية أطول من 21 سنتيمترًا، يبدأ هذا الضوء في الامتصاص بواسطة الهيدروجين المحايد المنتشر في الفضاء البعيد.
لماذا يتوهج نفس المادة بشكل مختلف
صف من الجنود يسير في ساحة العرض. ما دام الجميع يحافظون على الخطوة، تبقى الحركة واضحة ومنسجمة. ولكن بمجرد أن يخطئ أحدهم، يفقد الصف انسجامه. في العالم المجهري، تلعب الإلكترونات دور هذا الصف: عندما تكون اهتزازاتها متزامنة، تصدر المادة خطًا ضيقًا وحادًا. وما أن يختفي التزامن حتى يتلاشى الخط. حتى الآن، كان يُعتقد أن هذا التلاشي هو خاصية للمادة نفسها، مثل الوقت الذي يستغرقه الصف ليتفكك.
خدعة كمومية ترفع دقة المجاهر 5 أضعاف
كل قياس للضوء يواجه قيدًا أساسيًا: تصل الفوتونات إلى مستشعر الكاميرا بشكل غير متساوٍ. هذا التموج الطبيعي (الضجيج الطلقي) يطمس التفاصيل الدقيقة — كما لو كنت تحاول سماع آلة هادئة في أوركسترا وسط ضجيج القاعة. تغير طريقة FDD الجديدة التكتيك: بدلاً من الاستماع إلى الأوركسترا بأكملها دفعة واحدة، فإنها 'تسجل' مجموعات مختلفة من الآلات بشكل منفصل.
بصريات2026-03-181 دarXiv:2603.17977سريع
ضوء لا يسخّن الماء
قطرة ماء على ورقة تحت الشمس تختفي أسرع مما تتوقعه حسابات الحرارة. قبل بضع سنوات ظهرت فرضية: الضوء بحد ذاته، دون تسخين، قد يقتلع جزيئات الماء من السطح. سُمّي هذا التأثير الضوئي الجزيئي. إذا كان موجودًا، فقد تعمل الغيوم والمناخ وحتى تجفيف الملابس في المنزل بشكل مختلف. قرر مؤلفو العمل الجديد اختبار الفكرة بقياس دقيق.
المجرات2026-02-251 دarXiv:2602.22161سريع
الأكسجين يخفي ضوء النجوم المولودة
مجرة بعيدة تولد فيها مئات النجوم يجب أن تتوهج بالأكسجين. هكذا اعتقد علماء الفلك: النجوم الشابة الساخنة تسخّن الغاز، فيصدر توهجًا مميزًا في الأشعة تحت الحمراء بطول موجة 63 ميكرون. هذا مثل البخار فوق قدر يغلي — علامة أكيدة على عملية عنيفة. لكن عندما وجّه تلسكوب ALMA هوائياته نحو اثنتي عشرة مجرة تبعد عنا 12–13 مليار سنة ضوئية، كانت الصورة معكوسة.
التقاط الصدمات الضعيفة: خدعة كمومية بمصيدة قافزة
حبة غبار زجاجية تطفو في شعاع ليزر. تدفعها جزيئات الهواء والفوتونات وحتى جاذبية الأرض، ومن اهتزازها يمكن معرفة ما الذي دفعها بالضبط. لكن لأي قياس حد: فالضوضاء الذاتية للجسيم تمنع رؤية إشارة ضعيفة. القياس الكمومي يضع هذا الحد، لكن يمكن التحايل عليه. يقترح المؤلفون ضغط اهتزاز الجسيم، مثل ضغط بالون: في اتجاه يصبح أضيق، وفي اتجاه آخر يصبح أعرض.
نافذة من السيليكون إلى السماء
في صحراء أتاكاما التشيلية، على ارتفاع يقارب خمسة كيلومترات، يقف تلسكوب راديوي يلتقط الموجات المليمترية القادمة من أعماق الفضاء. تحمل هذه الموجات حرارة المجرات البعيدة، لكن يجب أن تمر أولاً عبر نافذة — وهي صفيحة رقيقة من السيليكون تفصل المستقبل البارد عن العالم الخارجي الدافئ.
بصريات2026-01-221 دarXiv:2601.15925سريع
اللون تحت المجهر يتحول إلى خريطة في العمق
الضوء، عند مروره عبر خلية ملونة، يفقد جزءًا من قوته، مثل شعاع مصباح يدوي يخترق كوبًا من الشاي. كلما كان اللون أكثر كثافة، زاد امتصاص الضوء. لكن حتى الآن، كان المجهر يُظهر فقط ظلًا مسطحًا لهذه العملية، وليس حجمها.
بصريات2026-01-201 دarXiv:2601.13961سريع
الضوء في البلورة الطبقية: كيف تغيّر المواد ثنائية الأبعاد علم البصريات
عندما يمر الضوء عبر زجاج النافذة، فإنه ينكسر بنفس الطريقة في جميع الاتجاهات. لكن في البلورات الطبقية الرقيقة، الأمر مختلف: فالضوء الذي يسير على طول الطبقات يرى المادة بشكل مختلف عن الضوء الذي يسير عبرها. الأمر أشبه بورقة شفافة تسمح بمرور الضوء بشكل مختلف إذا كان موجهاً على طول الألياف أو عبرها.
المادة المظلمة تغيّر صورة الثقوب السوداء
المادة المظلمة هي مادة غير مرئية لا تظهر إلا من خلال تأثيرها الجاذبي على حركة النجوم والمجرات. أول من طرح فرضية وجودها كان فريتز زفيكي في ثلاثينيات القرن العشرين، بينما أكدت فيرا روبين لاحقًا حقيقتها بقياس سرعات دوران المجرات.
أربعة فوتونات في نقطة واحدة
يمكن جعل الضوء الصادر من مصدر واحد "يلتقي" بنفسه، فتظهر على الشاشة أهداب — مثل تموجات حجرين أُلقيا في الماء. لطالما أتقن الفيزيائيون فعل ذلك مع فوتونين، لكن جعل أربعة جسيمات ضوئية تندمج في آن واحد كان صعبًا: فقد كانت مصادر الفوتونات المفردة تفقد الكثير من الجسيمات في الطريق.