دانشمندان یک رویداد عظیم هواشناسی را در سیاره‌ی مشتری اندازه‌گیری کردند

دانشمندان با استفاده از آرایه‌ی میلی‌متری بزرگ آتاکاما برای نخستین بار بادهای غول‌آسای استراتوسفری سیاره‌ی مشتری را اندازه‌گیری کردند.

با تجزیه‌وتحلیل پیامدهای برخورد یک دنباله‌دار در دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی، پژوهشگران توانستند بادهای قدرتمندی را در مشتری کشف کنند که سرعت آن‌ها در نزدیکی قطب‌ها تا ۱۴۵۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد و به عنوان یک پدیده‌ی عظیم جوی در منظومه‌ی شمسی شناخته می‌شود.

سیاره‌ی مشتری بیشتر به داشتن نوارهای قرمز و سفید مشهور است. ابرهای گازی در حال چرخش که ستاره‌شناسان به‌طور سنتی از آن‌ها برای ردیابی بادها در جو مشتری استفاده می‌کنند. اما در نزدیکی قطب‌ها درخشش‌های روشن شفق قطبی دیده شده است که به‌نظر می‌رسد با بادهای شدید در جو بالایی سیاره همراه است. هرچند دانشمندان تا کنون نتوانسته بودند الگوهای باد را میان این دو لایه‌ی جوی، در استراتوسفر (Stratosphere) را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کنند.

• هابل عکسی تماشایی و با کیفیت بالا از محیط متلاطم مشتری ثبت کرد

اندازه‌گیری سرعت باد در استراتوسفر مشتری با استفاده از تکنیک‌های ردیابی ابر به دلیل نبود ابر در این بخش از جو غیرممکن است. با این وجود در سال ۱۹۹۴ میلادی ابزاری غیرمنتظره برای ساتره‌شناسان فراهم شد و برخورد شدید دنباله‌دار «شومیکر-لوی ۹» (Shoemaker–Levy 9) به این غول گازی، مولکول‌های تازه‌ای را در استراتوسفر (پوشَن‌سپهر) ایجاد کرد که توسط بادهای پرسرعت این ناحیه به حرکت درآمدند.

تصویری از برخورد دنباله‌دار شومیکر-لوی ۹ به مشتری که توسط تلسکوپ MPG/ESO و ابزار IRAC تهیه شده است.
Credit: ESO

اکنون تیمی از ستاره‌شناسان به سرپرستی «تیبو کاوالیه» (Thibault Cavalié) از «آزمایشگاه اخترفیزیک بوردو» (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux) فرانسه، یکی از انواع این مولکول‌ها، سیانید هیدروژن را برای اندازه‌گیری مستقیم جت‌های استراتوسفری مشتری ردیابی کرده‌اند. بادهایی قدرتمند که به صورت نوارهای باریک مشتری را دور می‌زنند.

به گفته‌ی کاوالیه «شگفت‌اورترین نتیجه وجود بادهایی با سرعت ۴۰۰ متر بر ثانیه را در زیر شفق‌های قطبی مشتری نشان می‌دهد.» سرعتی معادل ۱۴۵۰ کیلومتر بر ساعت که بیش از ۲ برابر حداکثر سرعت طوفان در لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری و بیش از ۳ برابر قوی‌ترین بادهای اندازه‌گیری شده در گردبادهای زمین است.

طرحی گرافیکی از بادهای استراتوسفری در قطب جنوب مشتری
Credit: ESO

«بلال بنماهی» (Bilal Benmahi) دیگر همکار این پژوهش خاطرنشان کرد: «تشخیص ما نشان می‌دهد که این جت‌ها می‌توانند مانند یک گرداب غول‌پیکر با قطری تا ۴ برابر کره‌ی زمین و حدود ۹۰۰ کیلومتر ارتفاع رفتار کنند.» پدیده‌ای که به گفته‌ی کاوالیه یک رویداد عظیم هواشناسی در منظومه‌ی خورشیدی محسوب می‌شود.

پیش از این ستاره‌شناسان از بادهای شدید نزدیک قطب‌های مشتری آگاه بودند اما مقاله‌ی اخیر که در نشریه‌ی Astronomy & Astrophysics منتشر شده صدها کیلومتر عمیق‌تر را بررسی می‌کند. پیش‌بینی‌های قبلی بیان می‌کردند که سرعت بادهای شدید پیش از رسیدن به عمق استراتوسفر کاهش یافته و ناپدید می‌شوند. موضوعی که یافته‌ی اخیر دانشمندان آن را به چالش می‌کشد.

تصویری از برخورد دنباله‌دار شومیکر-لوی ۹ به مشتری توسط رصدخانه‌ی لاسیلا ESO
Credit: ESO

این تیم برای تجزیه‌وتحلیل مولکول‌های سیانید هیدروژن که از زمان برخورد دنباله‌دار شومیکر-لوی ۹ در حالی حرکت بودند، از ۴۲ آنتن مجموعه‌ی ۶۶ آنتن آلما استفاده کردند تا تغییرات فرکانس دریافتی از مولکول‌ها را به روش دوپلر (Doppler) اندازه‌گیری کنند.

«وینسنت هو» (Vincent Hue) دانشمند علوم سیاره‌ای مؤسسه تحقیقات جنوب غربی آمریکا در این باره گفت: «با اندازه‌گیری این تغییر توانستیم سرعت باد را اندازه بگیریم. همان‌طور که با تغییر فرکانس سوت قطار، می‌توان سرعت قطار عبوری را تخمین زد.»

علاوه بر بادهای شگفت‌آور قطبی این تیم همچنین برای نخستین بار با اندازه‌گیری مستقیم سرعت از آلما برای تأیید وجود بادهای استراتوسفری در اطراف استوای مشتری استفاده کرد. جت‌هایی که سرعت آن‌ها به طور متوسط حدود ۶۰۰ کیلومتر بر ساعت است.

مشاهدات آلما برای ردیابی بادهای استراتوسفر در قطب‌ها و خط استوای مشتری کمتر از ۳۰ دقیقه طول کشید به‌طوری که «توماس گریت‌هاوس» (Thomas Greathouse) دیگر دانشمند مؤسسه تحقیقات جنوبی غربی گفت: «جزئیات بالایی که در این زمان کوتاه به‌دست آوردیم، قدرت رصدهای آلما را نشان می‌دهد. برای من واقعا شگفت‌اور است که نخستین اندازه‌گیری مستقیم این بادها را می‌بینم.»

تصویری چندطیفی از مشتری که در سال ۲۰۰۸ با ابزار MAD تلسکوپ VLT تهیه شده است.
Credit: ESO/F. Marchis, M. Wong, E. Marchetti, P. Amico, S. Tordo

همچنین به گفته‌ی کاوالیه این نتایج پنجره‌ی تازه‌ای را برای بررسی نواحی شفق قطبی مشتری می‌گشاید که چند ماه قبل پیش‌بینی نمی‌شد. از جمله مأموریت JUICE آژانس فضایی اروپا که سال ۲۰۲۲ به فضا پرتاب می‌شود و با کمک ابزار بررسی امواج زیرمیلی‌متری اندازه‌گیری‌های بیشتری انجام خواهد داد.

تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی (ELT) هم که از اواخر این دهه راه‌آندازی خواهد شد، مشتری را بیش از گذشته مطالعه می‌کند تا اطلاعات دقیقی از شفق‌های قطبی این سیاره‌ی اسرارآمیز فراهم کند و ویژگی‌های جو آن را آشکارتر سازد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از بادهای استراتوسفری در قطب جنوب مشتری

Credit: ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

منبع: SciTechDaily