راز شفق قطبی در سیاره مشتری کشف شد

 

پدیده‌ای مشابه در زمین نیز رخ می‌دهد که در جریان آن، «شفق شمالی» ایجاد می‌شود - نور‌هایی مشهور به نام نور‌های شمالی- که طی ماه‌های سردتر سال، در شمالی‌ترین کشور‌های جهان دیده می‌شوند؛ اما شفق‌های ایجاد شده در مشتری از این لحاظ که صد‌ها گیگاوات انرژی آزاد می‌کنند، به‌مراتب از شفق‌های زمین قدرتمندترند.

 

انرژی آزاد شده از قطب‌های شمال و جنوب مشتری به قدری زیاد است که میزان آن به طور خلاصه، جهت تأمین برق همه انسان‌ها کافی است.

 

یک گروه تحقیقاتی با همکاری دانشگاه کالج لندن (UCL) و آکادمی علوم چین در پکن، بالاخره بعد از چهل سال کشف کرد که این شفق‌ها چگونه ایجاد می‌شوند.

 

دانشمندان دریافتند که ارتعاشات مداوم در خطوط میدان مغناطیسی مشتری (به بیان دیگر خطوط میدان مغناطیسی که این سیاره را با حلقه‌های عمودی از قطب شمال به جنوب احاطه کرده‌اند)، عامل ایجاد پرتو‌های ایکس‌اند.

 

این ارتعاشات، امواجی از پلاسما -‌گاز‌های یونیزه شده- ایجاد می‌کنند که ذرات سنگین یونی را به خطوط میدان مغناطیسی می‌فرستد که به اتمسفر این سیاره برخورد می‌کنند و مقادیر عظیم انرژی را به شکل پرتو ایکس آزاد می‌کنند. طی مشاهدات دانشمندان، فوران‌های پرتو ایکس هر ۲۷ دقیقه یکبار ایجاد شده‌اند.

 

ذرات باردار یون که به اتمسفر مشتری برخورد می‌کنند از گاز‌های آتشفشانی ناشی می‌شوند که از آتشفشان‌های عظیم روی قمر «آیو»، یکی از ۷۹ قمر مشتری به فضا وارد می‌شوند. این گاز یونیزه می‌شود - اتم‌های آن به علت برخورد با محیط مجاور آن در مشتری، از الکترون خالی می‌شوند - و حلقه‌ای از پلاسما به شکل دونات پیرامون مشتری ایجاد می‌کند که با عنوان «توروس پلاسمای آیو» شناخته می‌شود. 

 

دکتر ویلیام دون از آزمایشگاه علوم فضایی مالارد در دانشگاه کالج لندن (UCL) می‌گوید: «ما دهه‌ها سیاره مشتری را در حال تولید شفق پرتو ایکس مشاهده کرده‌ایم، اما نمی‌دانستیم این مسأله چطور رخ می‌دهد. ما فقط می‌دانستیم که این پدیده زمانی رخ می‌دهد که یون‌ها با اتمسفر این سیاره برخورد می‌کنند.»

 

«اینک ما می‌دانیم که این یون‌ها با امواج پلاسما جابجا می‌شوند - با وجود آن که فرایند مشابهی در شفق‌های قطبی سیاره خودمان زمین نیز رخ می‌دهد، این توضیحی است که تاکنون مطرح نشده بود. از این‌رو، این می‌تواند یک پدیده فراگیر باشد که در بسیاری از نواحی دیگر فضا نیز وجود دارد.»

 

محققان، مشاهدات نمای نزدیک از محیط مشتری را با اندازه‌گیری‌های پرتو ایکس تلفیق کردند. این مشاهدات را فضاپیمای «جونو» ناسا (که از سال ۲۰۱۶ تاکنون به دور مشتری، این بزرگ‌ترین سیاره منظومه شمسی در حال گردش است) انجام داده و اندازه‌گیری‌های پرتو ایکس را نیز رصدخانه فضایی اشعه ایکس چند آیینه‌ای XMM نیوتن سازمان فضایی اروپا در مدار زمین ثبت کرده است. 

 

این مشاهدات بی‌وقفه در یک بازه زمانی ۲۶ ساعته انجام شدند. دانشمندان متوجه وجود یک همبستگی میان دو چیز شدند. میان امواج در پلاسمایی که «کاوشگر جونو» شناسایی کرده بود، از یک سو و شراره‌های شفق قطبی پرتو ایکس در قطب شمال مشتری از سوی دیگر (که رصدخانه فضایی اشعه ایکس چند آیینه‌ای XMM نیوتن پیدا کرده بود.)

 

پژوهشگران سپس از مدل‌سازی رایانه‌ای استفاده کردند تا تأیید کنند این امواج، ذرات یون سنگین را به سمت اتمسفر سیاره مشتری می‌فرستند. پروفسور گراتسیلا براندواردی-رایمونت، می‌گوید: «پرتو‌های ایکس را معمولاً پدیده‌های بسیار قدرتمند و شدید از جمله سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی ایجاد می‌کنند. از این‌رو، این مسأله عجیب به نظر می‌رسد که سیارات نیز چنین چیزی تولید کنند.» 

 

او افزود: «ما هرگز نمی‌توانیم سیاهچاله‌ها را مشاهده کنیم، زیرا آن‌ها دورتر از حد سفر‌های فضایی‌اند؛ اما مشتری در نزدیکی ما است. اینک ستاره‌شناسان با رسیدن کاوشگر جونو به مدار مشتری، یک فرصت بی‌نظیر در اختیار دارند که از نزدیک، محیطی را مورد مطالعه قرار دهند که پرتو ایکس تولید می‌کند.»

 

دلیل این که چرا خطوط میدان مغناطیسی مشتری به طور دائم مرتعش می‌شود، روشن نیست، اما نظریه‌هایی وجود دارند که بر اساس آن‌ها این ارتعاشات ممکن است با باد‌های خورشیدی یا عبور جریان پلاسمای با سرعت بالا از مگنتوسفر (مغناطیس‌سپهر) این سیاره شکل گرفته باشند.

 

مگنتوسفر، ناحیه‌ای است که تحت سیطره این میدان مغناطیسی قرار دارد. مگنتوسفر سیاره مشتری، چیزی حدود بیست هزار مرتبه از مگنتوسفر زمین، قدرتمندتر است. دکتر ژونگوا یائو می‌گوید: این فرایند‌های مشابه احتمالاً در زحل، اورانوس، نپتون و «احتمالاً همچنین در سیارات فراخورشیدی» نیز رخ می‌دهند.

 

این بررسی جدید در مجله ساینس ادونسز، منتشر شده است.