العروض الضوئية للمشتري أصبحت أكثر تعقيداً
قدم James Webb Space Telescope أول أطياف الأشعة تحت الحمراء للنقاط الساطعة في الشفق القطبي الشمالي للمشتري التي أنشأتها أقمار الكوكب Galilean، وتطعن هذه النتائج في فهم العلماء لكيفية عمل magnetosphere هذا الكوكب العملاق. تكشف الملاحظات أن بصمة الشفق القطبي لـ Io، قمر المشتري البركاني، أكثر تقلباً في درجة الحرارة والكثافة مما توقعه أي شخص.
الشفق القطبي للمشتري هو الأقوى في النظام الشمسي، وينتج عن جزيئات مشحونة تدور على طول خطوط المجال المغناطيسي الضخمة للكوكب وتصطدم بالغلاف الجوي العلوي. على عكس الشفق القطبي الأرضي، الذي يحركه الرياح الشمسية بشكل أساسي، يحركه الشفق القطبي للمشتري في الغالب المادة المقذوفة من أقماره — خاصة Io، الذي يطرد حوالي طن واحد من غاز ثاني أكسيد الكبريت في الثانية من سطحه البركاني.
بصمة Io الشفقية تحت المجهر
ينشئ كل من أقمار Galilean الأربعة للمشتري نقطة ساطعة متميزة في الشفق القطبي للمشتري كلما تحركت عبر magnetosphere وأنتجت اضطرابات كهرومغناطيسية تنتشر على طول خطوط المجال المغناطيسي إلى الغلاف الجوي. بصمة Io هي الأكثر إضاءة والأكثر درساً، وكانت مرئية في الملاحظات فوق البنفسجية منذ أن اكتشفها Hubble Space Telescope لأول مرة في التسعينيات.
لاحظ Near-Infrared Spectrograph التابع لـ JWST هذه البصمات بتفاصيل غير مسبوقة، وقياس خطوط الانبعاث لجزيء الهيدروجين في نطاق الطول الموجي من ثلاثة إلى خمسة ميكرومتر. هذه الخطوط الطيفية حساسة لكل من درجة حرارة وكثافة غاز الغلاف الجوي الذي يتم إثارته بواسطة جزيئات مشحونة واردة، وتوفر معلومات تشخيصية لا يمكن للملاحظات فوق البنفسجية وحدها تقديمها.
أظهرت النتائج أن بصمة الشفق القطبي لـ Io تتقلب بشكل كبير في كل من درجة الحرارة والكثافة على أطوال زمنية من ساعات إلى أيام. نطاق تقلبات درجة الحرارة هو ما لا تستطيع نماذج magnetospheric الحالية تفسيره بسهولة، مما يشير إلى أن التفاعل بين plasma torus الخاص بـ Io والمجال المغناطيسي للمشتري أكثر تعقيداً وديناميكية مما كان مفهوماً سابقاً.
ما الذي قد يؤدي إلى التقلب
يتم النظر في عدة فرضيات لتفسير هذا التقلب الشديد. أحد احتمالات هو أن التغييرات في الانفجارات البركانية لـ Io — المعروفة بأنها تتقلب مع أصبح مراكز بركانية مختلفة أكثر أو أقل نشاطاً — تغير المعدل الذي يتم به حقن plasma في magnetosphere، مما يؤدي إلى تقلبات في الطاقة المودعة في الغلاف الجوي للمشتري.
فرضية أخرى تتعلق بأحداث magnetic reconnection في magnetosphere للمشتري، مشابهة للعواصف التي تسبب إضاءة الشفق القطبي على الأرض. إذا أعادت خطوط المجال المغناطيسي الاتصال بشكل دوري وأطلقت الطاقة المخزنة، فقد تنتج انفجارات من التراجع الجسيمي التي قد تسخن بصمة الشفق القطبي مؤقتاً إلى درجات حرارة شديدة.
الاحتمال الثالث هو أن التقلب يعكس التغييرات في نظام Alfven wave الذي يربط Io بالغلاف الجوي للمشتري. تحمل هذه الموجات الكهرومغناطيسية الطاقة من القمر إلى الكوكب، وقد ينتج عن انتشارها عبر بيئة plasma المعقدة حول المشتري تقلبات في الطاقة المسلمة.
الآثار المترتبة على علم Magnetosphere
magnetosphere للمشتري هي أكبر هيكل في النظام الشمسي، وتمتد عشرات الملايين من الكيلومترات من الكوكب. وهي بمثابة مختبر طبيعي لدراسة عمليات magnetized plasma التي تحدث في جميع أنحاء الكون، من الكواكب الأخرى إلى pulsars والنوى المجرية النشطة.
تشير ملاحظات JWST إلى أن أفضل النماذج الحالية لـ magnetosphere للمشتري تفتقد فيزياء أساسية. يشير التقلب الشديد لبصمة Io الشفقية إلى تغييرات سريعة وواسعة النطاق في ظروف magnetospheric التي لا تستطيع النماذج الثابتة إعادة إنتاجها. هذا الاكتشاف سيحفز على الأرجح أجيالاً جديدة من المحاكاة المعتمدة على الوقت التي تجسد الاقتران الديناميكي بين Io و plasma torus والغلاف الجوي للمشتري.
بصمات Europa و Ganymede
لاحظ JWST أيضاً بصمات الشفق القطبي لـ Europa و Ganymede، على الرغم من أن هذه أضعف بكثير من بصمة Io. يشير التحليل الأولي إلى أن هذه البصمات أكثر استقراراً، مما يتسق مع معدلات إنتاج plasma الأقل من هذه الأقمار مقارنة بـ Io النشط بركانياً. ومع ذلك، تظهر بصمة Ganymede بعض الميزات الفريدة المتعلقة بـ intrinsic magnetic field الخاص بها — الوحيد القمر المعروف في النظام الشمسي الذي يمتلك واحداً.
تمثل الملاحظات بداية فقط لمساهمة JWST في علم المشتري. ستتابع الملاحظات المخطط لها خلال السنوات القادمة بصمات الشفق القطبي على أطوال زمنية أطول، وقد تربط التغييرات بأحداث بركانية محددة على Io أو ديناميكيات magnetospheric التي لاحظتها مهام أخرى. spacecraft JUICE التابع لـ ESA، الذي يتجه حالياً إلى المشتري مع وصول مخطط له في عام 2031، سيوفر قياسات in-situ تكميلية قد تساعد في شرح ما تراه JWST من بعيد.
تستند هذه المقالة إلى التقارير من Universe Today. اقرأ المقالة الأصلية.
