أول قياس على الإطلاق لسرعة رياح القزم البني

كرة متعددة الألوان كستنائي وبني وأسود مع نجوم في الخلفية.

مفهوم الفنان للقزم البني. لأول مرة ، قاس العلماء سرعة الرياح على أحد هذه الأجسام الغامضة التي تقع في منتصف المسافة بين الكواكب والنجوم. الصورة عبر وكالة ناسا /مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

الأقزام البنيةهي عوالم غريبة ، أكبر من أن تعتبر كواكب ، لكنها أصغر من أن تكون نجوما. ومع ذلك ، مثل العديد من الكواكب الكبيرة ، تتمتع الأقزام البنية بأغلفة جوية عميقة وسميكة ورياح قوية ، والآن يمتلك العلماءتقاس مباشرةسرعة الرياح على قزم بني لأول مرة.

كانت النتائجنشرتفيمراجعة الأقرانورقة في المجلةعلمفي 10 أبريل 2020.

أجرى الباحثون القياسات باستخدامالأشعة تحت الحمراءالبيانات من ناسا المتقاعد الآنتلسكوب سبيتزر الفضائيوبيانات الراديو من مصفوفة Karl G. Jansky Very Large Array التابعة لمؤسسة العلوم الوطنية (VLA) التلسكوبات الأرضية.

يسمى القزم البني المستخدم في الدراسة2 ماس J10475385 + 2124234هو 32سنوات ضوئيةبعيدًا عن الأرض. إنه بنفس حجم كوكب المشتري تقريبًا ، لكنه أكبر بحوالي 40 مرة. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها الجمع بين ملاحظات الأشعة تحت الحمراء والراديو لقياس الرياح على قزم بني.كاتلين أليرزمن جامعة باكنيل ، الذي قاد الدراسة ، قال في أبيان:

عندما أدركنا ذلك ، فوجئنا بأنه لم يقم أحد بذلك بالفعل.

شكل كروي مشرق مع خطوط بيضاء عمودية منحنية تمتد من قطب إلى آخر ، مع وجود نجوم في الخلفية.

مفهوم الفنان للمجال المغناطيسي للقزم البني. المجال المغناطيسي ، المتجذر في عمق باطنه ، يدور بمعدل مختلف عن الجزء العلوي من الغلاف الجوي. يسمح هذا الاختلاف للعلماء بتحديد سرعة الرياح. الصورة عبر بيل ساكستون /NRAO/ AUI / NSF.



كرة أرضية مخططة مع حلقات رأسية بيضاء حولها وكرة أرضية أخرى بجانبها ، مع نجوم في الخلفية وشروح نصية.

مقارنة قزم بني بكوكب المشتري. يتم تحديد سرعة الرياح من خلال مقارنة فترة دوران الغلاف الجوي مع الفترة الداخلية للقزم البني. الصورة عبر بيل ساكستون /NRAO/ AUI / NSF.

اتضح أن هذه الرياح قوية ، حيث تصل سرعتها إلى 1425 ميلاً في الساعة (2،293 كم / ساعة). هذا أسرع من أي رياح معروفة في نظامنا الشمسي. وبالمقارنة ، فإن رياح نبتون ، الأسرع المعروفة في النظام الشمسي ، تبلغ حوالي 1200 ميل في الساعة (2000 كيلومتر في الساعة).

جاءت فكرة استخدام الأشعة تحت الحمراء والراديو لدراسة القزم البني من ملاحظات كوكب المشتري ، حيث لاحظ العلماء أن سرعة الدوران المحسوبة لكوكب المشتري تختلف بين طريقتين مختلفتين. قال Allers:

لاحظنا أن فترة دوران كوكب المشتري كما تحددها الملاحظات الراديوية تختلف عن فترة الدوران التي تحددها الملاحظات في الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء.

لكن لماذا الاختلاف؟ تنتج الانبعاثات الراديوية عن تفاعل الإلكترونات مع المجال المغناطيسي للمشتري ، المتجذر في أعماق الكوكب. ومع ذلك ، فإن انبعاثات الأشعة تحت الحمراء تأتي من أعلى الغلاف الجوي. نظرًا لأن الغلاف الجوي لكوكب المشتري يدور بشكل أسرع من الجزء الداخلي من الكوكب نفسه ، فهناك عدم تطابق في نوعي الملاحظات المختلفين. هل يمكن أن تساعد مراقبة القزم البني بطريقة مماثلة في تحديد سرعة رياحه؟ وفقجوانا فوسفي المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي:

نظرًا لأننا نتوقع أن تعمل الآليات نفسها في القزم البني ، فقد قررنا قياس سرعات دورانه باستخدام التلسكوبات الراديوية والأشعة تحت الحمراء.

كرات ملونة تتراوح من الأصغر إلى الأكبر على خلفية سوداء مع تعليقات توضيحية نصية.

مقارنة الكواكب في نظامنا الشمسي والكواكب الخارجية والأقزام البنية والنجوم. الصورة عبر وكالة ناسا /مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

تم العثور على سطوع الأشعة تحت الحمراء للقزم البني متباينًا قليلاً ، بناءً على ملاحظات سبيتزر في عامي 2017 و 2018. تم استخدام الملاحظات الراديوية اللاحقة بواسطة VLA في عام 2018 لقياس دوران الجزء الداخلي للقزم البني. تمامًا كما هو الحال مع كوكب المشتري ، كان هناك فرق كبير. وجد الباحثون أن الغلاف الجوي للقزم البني يدور بشكل أسرع من باطنه ، عند حوالي 1425 ميل في الساعة. وبالمقارنة ، تبلغ سرعة رياح المشتري حوالي 230 ميلاً في الساعة (547 كم / ساعة). قال Allers:

يتفق هذا مع النظرية والمحاكاة التي تتنبأ بسرعات أعلى للرياح في الأقزام البنية.

على الأرض ، تُقاس سرعات الرياح أيضًا من خلال مقارنة حركة الغلاف الجوي بالسطح الصلب للكوكب. الأمر مختلف بعض الشيء بالنسبة للأقزام البنية ، والتي تتكون بشكل شبه كامل من الغاز. في أعماق القزم البني ، تتسبب الضغوط الشديدة في أن تتصرف الغازات مثل كرة صلبة. ومع ذلك ، لا يزال بإمكان غازات الغلاف الجوي الخارجية التحرك بشكل مستقل.

كان 2MASS J10475385 + 2124234 مناسبًا تمامًا لهذه الدراسة نظرًا لأن درجة حرارة الغلاف الجوي تزيد عن 1100 درجة فهرنهايت (600 درجة مئوية). هذا يعني أنه يشع الكثير من ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يستطيع سبيتزر قياسه. مثل الأقزام البنية الأخرى ، لديها أيضًا مجال مغناطيسي قوي ، مثالي للتحليل بواسطة VLA.

الأقزام البنية ليست هي الأشياء الوحيدة التي يمكن تطبيق هذه التقنية عليها. يمكن استخدامه أيضًا من أجلالكواكب الخارجية- كواكب تدور حول نجوم أخرى - لها غلاف جوي.بيتر ويليامز، من مركز الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد وسميثسونيان ، قال:

نظرًا لأن الحقول المغناطيسية للكواكب الخارجية العملاقة أضعف من تلك الموجودة في الأقزام البنية ، يجب إجراء القياسات الراديوية بترددات أقل من تلك المستخدمة في 2MASS J10475385 + 2124234.

وأضاف Allers:

نحن متحمسون لأن طريقتنا يمكن استخدامها الآن لمساعدتنا على فهم ديناميكيات الغلاف الجوي للأقزام البنية والكواكب خارج المجموعة الشمسية بشكل أفضل.

امرأة مبتسمة ترتدي نظارة ولها تلسكوبات خلفها.

Katelyn Allers في جامعة Bucknell ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. صورة عبرجامعة باكنيل.

كان سبيتزر في السابقاستنتج وجود الرياحعلى بعض الكواكب الخارجية والأقزام البنية عن طريق قياس الاختلافات في سطوع غلافها الجوي في ضوء الأشعة تحت الحمراء. في عام 2015 ، تلسكوب لا سيلا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) في تشيليتقاسسرعة الرياح على أكوكب المشتري الساخنكوكب خارج المجموعة الشمسية. كانت تلك الرياح لا تصدق 5400 ميل في الساعة (8690 كم / ساعة) ،20 مرة أسرعأكثر من أي وقت مضى تم تسجيله على الأرض. لكن هذا البحث الجديد يمكن أن يساعد العلماء الآن في قياس الرياح على العديد من الكواكب الخارجية أيضًا. قال Allers:

نعتقد أن هذه التقنية يمكن أن تكون مفيدة حقًا في توفير نظرة ثاقبة لديناميكيات الغلاف الجوي للكواكب الخارجية. الأمر المثير حقًا هو القدرة على التعرف على كيفية ترابط الكيمياء وديناميكيات الغلاف الجوي والبيئة المحيطة بجسم ما ، واحتمال الحصول على رؤية شاملة حقًا لهذه العوالم.

ستتيح التقنية الجديدة المستخدمة لقياس الرياح على هذا القزم البني الأول الآن معرفة مدى سرعة هبوب الرياح على العديد من الآخرين أيضًا. وربما يكون الأمر الأكثر إثارة هو مساعدة العلماء على تعلم المزيد عن الرياح والطقس في عوالم الكواكب التي تدور حول النجوم البعيدة.

خلاصة القول: لأول مرة ، تمكن العلماء من قياس سرعة الرياح على قزم بني.

المصدر: قياس سرعة الرياح على قزم بني

عبر JPL

عبر NRAO