إن قلة من الأدوات العلمية قد شكلت فهم الإنسان للعالم الطبيعي بقدر ما هو البارومتر، فمن تصورها في مختبرات القرن السابع عشر لإيطاليا إلى إدماجها في الشبكات العالمية لمراكز الطقس الرقمية اليوم، تحولت هذه الأداة الضغط الجوي من قوة غير مرئية إلى بيانات قابلة للقياس ويمكن التنبؤ بها، وأصبحت أداة صامتة وراء كل تحذير من العواصف، وركيزة من الرواسب البحرية، وأداة عملية لا تتشاور فيها الملايين يوميا.

"الفيلسوفية" "و "وييت الهواء"

ومن أجل تقدير اختراع البارومتر، يجب أولاً أن يفهم المناخ الفكري للمرحلة الأولى من القرن السادس عشر، وقد أعلن الفقه الأرستولي السائد أن الطبيعة تثبط فراغاً - " مهبل الهجر " ، وهو ما يحظر أي مكان خال من الحيز الموجود فعلاً، وقد تحدى هذا الاعتقاد فكرة غاليليو غاليلي وزملاءه الذين لاحظوا أن المضخات المشددة لا يمكن أن ترفع الماء إلى ما بعد عشر مترات.

وقد خضع البصيرة التي وضعها غاليليو لمزيد من الاختبارات غاسبارو بيرتي، الذي قام في عام 1640 ببناء جهاز كبير ملئ بالماء لإظهار فراغ، بينما كانت تجربة بيرتي ذات طابع عظمي وغير حاسم، وقد وضعت المرحلة لحل أكثر انصافاً، وقد حد َّت توريكلي إلى أن الغلاف الجوي نفسه قد مارس عموداً للضغط، واستبدلت عموداً من السائل المسيلي.

Torricelli’s Mercury Revelation

وفي عام 1643 أو 1644 (تختلف الحسابات التاريخية اختلافا طفيفا)، قام إيفانغيليتا توركيلي، بمساعدة ممكنة من فينسينزو فيفياني، بإغلاق أنبوب زجاجي طويل في طرف واحد، وملأه بالزئبق، وحوله إلى حوض من نفس المعدن، ولم يسقط الزئبق في الأنبوب إلا جزئيا، مما ترك حيزا فارغا في أعالي ما كان يُعرف به توريكيلي على أنه فراغ.

وتكشف رسائل توريكيلي إلى صديقه ميشيلانغيلو ريتشي في عام 1644 عن فهم عميق كان قبل وقته بكثير، وكتب " إننا نعيش في قاع محيط من الهواء، وهو ما يعرف أن لديه وزناً من جراء التجارب غير المشكوك فيها " .

Pascal and the Proof of Atmospheric Pressure

وفي حين أن توريكيلي بنى الصك، فقد كان بليز باسكال في فرنسا هو الذي قدم الدليل النهائي على أن الضغط الجوي انخفض بارتفاعه، وفي عام 1648، رتب باسكال تجربة شهيرة على جبل بوي دي كامي، وكان لديه بارومتر يُحمل في القمة بينما بقي آخر في القاعدة، حيث أن عمود التسلق قد انخفض بشكل ملحوظ.

2 - تنقيحات صك الزئبق

وخلال أواخر القرنين 17 و18، عمل العلماء وصانعو الأجهزة في جميع أنحاء أوروبا على تحسين دقة وقابلية نقل مقياس الزئبق، حيث قام روبرت هوك، الفيلسوف الطبيعي الإنكليزي، باختراع مقياس مبسط للعجلات نحو 1665، واستخدمت تعويم على سطح الزئبق متصلاً بمقياس للقراءة يخترق نطاق دائري، مما جعل من السهل تعديله في وقت مبكر من القرن التاسع عشر.

وهذه الصكوك، التي كثيرا ما تكون مزودة بحمص صدرية محمصة وبقضايا ماهوجني، تنعم بقاعات المجتمعات المتعلمة والمنازل الثرية، وهي هشة جدا وغير راغبة في الاستخدام الميداني الواسع النطاق، ولكنها تُثبت أن البارومتر هو مجموعة من المراقبة العلمية، وأن البارومترات البحرية التي تُعلق في كابلات السفن أصبحت أساسية للملاحة الآمنة، وإن كانت حساسية الزئبق للحركة ستطرح فيما بعد تحديات بديلة.

"إفطار "الآليك

وقد أحدث القرن التاسع عشر ابتكاراً تحوّلاً حرّر البارومتر من قيود الزئبق، وفي عام 1844، قام المهندس الفرنسي لوسيان فيدي باختراع البارومتر الكويكباتي، وهو ما يستمد الاسم من النيروس اليوناني، وهو " بدون سائل " ، وبدلاً من عمود من الزئبق، استخدم الكويكب كبسولة معدنية مرنة صغيرة تسمى " خلية ربيعية " ، وهي غالبة مأفة جزئياً من معظم الهواء.

The aneroid barometer was compact, rugged, and immune to the spillage that plagued marine mercury instruments. It became immediatelyly popular with explorers, mountaineers, and surveyors. It also made the barometer accessible to a broader public; wall-mounted aneroid barometers with ornate faces became common in Victorian homes, often coupleed with storm glass or thermometers as a domestic weather station.

الباروميتر وولادة التنبؤ العلمي

وقد تطلبت القفزة من الضغط على المراقبة للتنبؤ بالطقس وجود نظام، وكان هذا الرقم هو الأميرال روبرت فيتزروي، المعروف بقائد شركة HMS Beagle على رحلة تشارلز داروين، وقد أصبح فيتزروي رئيسا لما سيصبح لاحقا مكتب الأرصاد الجوية في عام 1854، وقد صمم رجل يطارده ذكرى السفن على تسخير التلغرافات ومقياس الاقدام.

وقد أنشأ فيتز روي شبكة من المحطات الساحلية التي تبلغ عن الضغط البارومتري، والاتجاه الريحي، وحالة البحر، وببيانات الوقت الحقيقي هذه، يمكن أن يحدد مناطق نظم الضغط المنخفض التي تهدد النقل البحري، وفي عام 1861، أصدر أول إنذار بالعواصف، ومواقد الإشارة المتحركة في الموانئ، واستخدم مصطلح " توقعات الطقس " وبدأ في نشر التنبؤات اليومية في [الضغط على الموجة الأمامية].

Decoding the Pressure Signals

وقد تعلم أخصائيو الأرصاد الجوية قراءة الاتجاهات الشائكة كوصف للغلاف الجوي، فالهبوط المستمر من ٢ إلى ٣ هيكتوسكالات في الساعة مؤشر على وجود نظام متدني الضغط، يقترن في كثير من الأحيان بسحب سميكة وبهرات تصاعدية، وعلى العكس من ذلك، فإن الارتفاع السريع بعد أن يرتفع مستوى التركيز إلى أعلى، بل أيضاً، يعمق معدل الضغط المطلق على الغلاف الجوي)٢٠(.

كما أن البارومتر قد ولد مفهوم الرسوم البيانية للضغط، إذ أن المحللين قد يرسمون في نفس الوقت قراءات من محطات متعددة، خطوطاً إيزابرية من الضغط المتساوي، مما يخفف من وطأة الكم الهائل من المصابين بالهضوع والأعاصير، وهذه الخرائط المتحركة، التي جرت أول محاولة لها في الستينات، ما زالت تشكل أساس تحليل الأحوال الجوية، وحتى في شكلها الأقرب، فإن الغلاف الجوي البارومتر غير مرئي.

الباروميرات في البحر وفي الأرض

وقد أصبح البارومتر البحري من النادرات، وقد قام فيتزروي " دليل المسافات " بتعليم القبطانين على قطع الضغط ثلاث مرات في اليوم ومعالجة الانخفاض المفاجئ في أكثر من 0.1 بوصة من الزئبق في ساعة كتحذير شديد، وقد أدى هذا البروتوكول، الذي نقح على مدى عقود، إلى انخفاض الخسائر في البحر بدرجة كبيرة، وفي الأرض، أدى التوسع في الخدمات الجوية الوطنية في مواقع أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين من الولايات المتحدة.

البارومترات الرقمية الحديثة والاستشعارات البغيضة

اليوم، إن البارومتر الكلاسيكي للزئبق هو قطعة متحف، بل وحتى أدوات الكويكب تتلاشى من الاستخدام المنتظم، وفي مكانها، أصبحت أجهزة الاستشعار ذات المقياس المغناطيسي المصغر (MEMS) ذات مقياس قياسي للضغط على أجهزة التبريد ذات المقياس المقياس المغناطيسي الحديثة، تُفسر الضغط على أجهزة التبريد الحراري التي تُشغّل تحت ضغط الهواء، وتُحوّل الضباب إلى إشارة كهربائية.

ويعتمد الأرصاد الجوية المهنية الآن على تسلسل هرمي لقياسات الضغط، إذ إن محطات التجميل السطحية، والأجهزة اللاسلكية التي ترتفع في البالونات الجوية، والمواصفات اللاسلكية التي تُنتج في الغلاف الجوي عن ملامح درجة الحرارة العالمية، تنبع جميعها من مبدأ توريكيلي: أن الهواء له وزناً يمكن قياسه كمياً، والوحدة المعيارية لأجهزة قياس الأشعة فوقية (أي ما يعادل ضغطاً على مطحاً).

البارومتر في الطيران والتوقيت

وتتوقف سلامة الطيران اعتمادا شديدا على القراءة الدقيقة للثباتات الحرارية، حيث أن أجهزة التأجير تعمل أساسا على قياس الارتفاع بالآليات استنادا إلى معدل الانهيار القياسي للضغط الجوي، وتكيف مع نظام التأجيرات في المنطقة المحلية (الضغط المخفض إلى مستوى البحر) لضمان إزالة التضاريس، ويمكن أن يؤدي أي جهاز للزيتون غير المستقر إلى تيار مكثف في الأرض.

The Barometer and Climate Monitoring

(أ) سجلات الضغط الجوي الطويلة الأجل، التي تحتفظ بها المراصد بدقة منذ القرن الثامن عشر، تخدم الآن غرضاً جديداً: البحث المناخي: سلسلة درجات الحرارة في إنكلترا الوسطى وبيانات الضغط المرتبطة بها توفر نافذة في التقلب الطبيعي والتغير البشري، وتكشف الوصلات في الموقع المتوسط لأعلى المناطق أو قوة شمال الأطلسي، التي يمكن اكتشافها من خلال الاختلافات في البصمة بين أيسلندا والبرتغال.

وحتى اليوم، فإن الشوارب بعيدة عن العتيقة، وكثيرا ما تحتفظ المجتمعات الساحلية في المناطق المعرضة للأعاصير بأجهزة للخريط أو الرقمي كنسخ احتياطي عندما تفشل شبكات الكهرباء، ويظل العمل البسيط المتمثل في تذوق اللوحة الزجاجية ومشاهدتها طقوسا لمحبط الطقس في جميع أنحاء العالم، كما أن الرابط المباشر غير الموسّط للهواء حولنا يحمل نداءً مُعدلاً لا يمكن تكراره.

كل يوم: الآثار والإرث الثقافي

ويمتد تأثير البارومتر إلى ما وراء المختبرات ومكاتب التنبؤات، وقد دخل إلى المناظير: " البارومتر يسقط " وأصبح مجازا لبناء التوتر أو الأزمات الوشيكة، وثوابت المنازل، التي كثيرا ما تكون مسموقة بأساطير الطقس مثل " العاصفة " و " الراين " و " القار والدراية " ، التي تخلق أجيالالغة حول الصلة بين الضغط والطقس.

وفي التعليم، يظل العمود التقليدي للزئبق أو المظاهرة التي تستخدم الكويكبات تجربة فريدة من نوعها، حيث يُعلّم أساسيات الضغط، وممتلكات السوائل، والطريقة العلمية نفسها التي تراقب وتفرض وتتحقق من أداة لا تتطلب مصدرا للطاقة خارج الغلاف الجوي نفسه، وفي عصر من الاختراق الرقمي، فإن البارومتر يُعتبر تذكيراً ملموساً بأننا نعيش في قاع المحيط.

أبحث عن المستقبل

إن رحلة البارومتر من حلقة عمل توريكلي إلى شبكة الاستشعار العالمية هي شهادة على قوة الابتكار التدريجي، وقد تشهد التطورات المقبلة على أجهزة استشعار للضغط المدمجة في كل زاوية من أركان المدينة، وتغذي نماذج الطقس الحضرية ذات الاستبانة العالية، ونظرا لأن الطقس الشديد يكثف مع تغير المناخ، فإن الحاجة إلى رصد ضغط سطحي دقيق ومباشر لا تزال معادية.

وفي عصر الصور الساتلية والاستخبارات الاصطناعية، من المتواضع الإشارة إلى أن أول توقعات جوية منهجية قام بها الرجال الذين يشاهدون مجموعة من الزئبق ويسقطون داخل أنبوب، ولم يقيس البارومتر الضغط فحسب، بل قيّم إمكانية التنبؤ بنفسه، وحوّل الغلاف الجوي من عالم من الفوضى إلى نظام من الأنماط، وبذلك أنقذ حياة غير مسودة وأعاد تشكيل علاقتنا مع السماء.