طوفان مغناطیسی اسرار قطب‌های مشتری را فاش کرد!

کشف نقاط تاریک در قطب‌های مشتری

در حالی که لکه بزرگ قرمز مشتری برای قرن‌ها ویژگی ثابتی از این سیاره بوده است، ستاره‌شناسان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، نقاط بزرگی را در قطب‌های شمال و جنوب این سیاره کشف کرده‌اند که به طور تصادفی ظاهر و ناپدید می‌شوند. این بیضی‌ها که به اندازه زمین هستند و تنها در طول موج‌های فرابنفش قابل مشاهده‌اند، در لایه‌های مه استراتوسفری که بر فراز قطب‌های سیاره قرار دارد، واقع شده‌اند. این بیضی‌های تیره، زمانی که دیده می‌شوند، تقریباً همیشه درست زیر نواحی روشن اورالی در هر قطب قرار دارند که مشابه نورهای شمالی و جنوبی زمین هستند.

این نقاط بیشتر از نواحی اطراف خود UV را جذب می‌کنند و به همین دلیل در تصاویر تلسکوپ فضایی هابل ناسا تیره به نظر می‌رسند. در تصاویر سالانه‌ای که هابل بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۲ از سیاره گرفته است، یک بیضی UV تیره در ۷۵ درصد مواقع در قطب جنوب ظاهر می‌شود، در حالی که بیضی‌های تیره تنها در یکی از هر هشت تصویر گرفته‌شده از قطب شمال دیده می‌شوند. این بیضی‌های تیره UV به فرآیندهای غیرمعمولی اشاره دارند که در میدان مغناطیسی قوی مشتری در حال وقوع هستند و به سمت قطب‌ها و عمق جو سیاره گسترش می‌یابند. این فرایندها بسیار عمیق‌تر از فرآیندهای مغناطیسی هستند که نورهای اورالی را در زمین تولید می‌کنند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و همکارانشان امروز (۲۶ نوامبر) این پدیده‌ها را در نشریه Nature Astronomy گزارش کردند. بیضی‌های تیره UV برای اولین بار در اواخر دهه ۱۹۹۰ توسط هابل در قطب‌های شمال و جنوب شناسایی شدند و سپس توسط فضاپیمای کاسینی که در سال ۲۰۰۰ از کنار مشتری گذشت، در قطب شمال مشاهده شدند، اما توجه چندانی را جلب نکردند. با این حال، وقتی تروی تسوبوتا، دانشجوی کارشناسی دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، یک مطالعه سیستماتیک از تصاویر اخیر به‌دست‌آمده توسط هابل انجام داد، متوجه شد که این نقاط ویژگی رایجی در قطب جنوب هستند – او بین سال‌های ۱۹۹۴ تا ۲۰۲۲ هشت بیضی UV تیره جنوبی (SUDO) را شمارش کرد.

در تمام ۲۵ نقشه جهانی هابل که قطب شمال مشتری را نشان می‌دهند، تسوبوتا و نویسنده ارشد، مایکل وونگ، ستاره‌شناس پژوهشی وابسته به آزمایشگاه علوم فضایی دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، تنها دو بیضی UV تیره شمالی (NUDO) پیدا کردند. بیشتر تصاویر هابل به عنوان بخشی از پروژه Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) که توسط امی سایمون، دانشمند سیاره‌ای در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا و یکی از نویسندگان این مقاله هدایت می‌شود، ثبت شده‌اند. با استفاده از هابل، ستاره‌شناسان OPAL هر ساله مشاهداتی از مشتری، زحل، اورانوس و نپتون انجام می‌دهند تا دینامیک جوی و تکامل آن‌ها را در طول زمان درک کنند.

کشفیات جدید در جو سیارات غول‌پیکر

تسوبوتا، که در سال آخر تحصیل خود در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی به‌عنوان دانشجوی سه‌گانه در رشته‌های فیزیک، ریاضی و علوم کامپیوتر مشغول به تحصیل است، گفت: “در دو ماه اول، متوجه شدیم که این تصاویر OPAL مانند یک معدن طلا هستند و من به سرعت توانستم این خط تحلیل را بسازم و همه تصاویر را بررسی کنم تا ببینیم چه به دست می‌آوریم.” او ادامه داد: “در آن زمان بود که متوجه شدیم می‌توانیم واقعاً علم مفیدی انجام دهیم، تحلیل داده‌های واقعی داشته باشیم و با همکاران درباره اینکه چرا این پدیده‌ها ظاهر می‌شوند، صحبت کنیم.”

وونگ و تسوبوتا با دو کارشناس در زمینه جو سیارات مشورت کردند: تام استالارد از دانشگاه نورثامبریا در نیوکاسل و شی ژانگ از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، تا مشخص کنند چه عواملی می‌توانند باعث ایجاد این نواحی غلیظ مه شوند. استالارد نظریه‌پردازی کرد که بیضی‌های تیره احتمالاً در اثر یک گردابه که زمانی که خطوط میدان مغناطیسی سیاره در دو مکان بسیار دور دچار اصطکاک می‌شوند، به هم می‌خورد، ایجاد می‌شوند. این گردابه در یونوسفر، جایی که استالارد و دیگر ستاره‌شناسان پیش‌تر با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی حرکت چرخشی را شناسایی کرده بودند، سریع‌ترین چرخش را دارد و به تدریج با رسیدن به هر لایه عمیق‌تر ضعیف‌تر می‌شود. مانند یک گردباد که بر روی زمین خاکی فرود می‌آید، عمیق‌ترین بخش گردابه جو غلیظ را به هم می‌زند و نقاط غلیظی را که وونگ و تسوبوتا مشاهده کردند، ایجاد می‌کند. مشخص نیست که آیا این اختلاط، مه بیشتری را از زیر به سطح می‌آورد یا مه اضافی تولید می‌کند.

بر اساس مشاهدات، تیم مشکوک است که بیضی‌ها در طول حدود یک ماه شکل می‌گیرند و در عرض چند هفته از بین می‌روند. ژانگ گفت: “مه در بیضی‌های تیره ۵۰ برابر غلیظ‌تر از غلظت معمولی است، که نشان می‌دهد احتمالاً به دلیل دینامیک‌های گردابه‌ای ایجاد می‌شود نه واکنش‌های شیمیایی ناشی از ذرات پرانرژی از جو بالایی. مشاهدات ما نشان داد که زمان و مکان این ذرات پرانرژی با ظهور بیضی‌های تیره همبستگی ندارد.”

یافته‌ها همان چیزی است که پروژه OPAL برای کشف آن طراحی شده بود: اینکه دینامیک‌های جوی در سیارات غول‌پیکر منظومه شمسی چگونه با آنچه ما در زمین می‌دانیم متفاوت است. وونگ گفت: “مطالعه ارتباطات بین لایه‌های مختلف جوی برای همه سیارات، چه سیارات فراخورشیدی، چه مشتری یا زمین، بسیار مهم است. ما شواهدی برای یک فرایند متصل‌کننده در کل سیستم مشتری می‌بینیم، از دیناموی داخلی تا ماه‌ها و توری‌های پلاسما تا یونوسفر و مه‌های استراتوسفری. یافتن این نمونه‌ها به ما کمک می‌کند تا سیاره را به‌طور کلی درک کنیم.”

این تحقیق با حمایت سازمان ملی هوانوردی و فضایی ایالات متحده (NASA) انجام شده است.