تم حل أزمة طاقة المشتري: الشفق القطبي يشوي الغلاف الجوي العلوي

كوكب المشتري يبعد عن الشمس بخمس مرات عن الأرض. فلماذا يكون الغلاف الجوي العلوي أكثر سخونة من غلافنا الجوي؟ هذا هو السؤالأزمة طاقة المشتريالتي يحاول العلماء الإجابة عنها منذ أكثر من 50 عامًا. في 4 أغسطس 2021 ، قام فريق من العلماء بقيادةجيمس أودونوغمنجاكساأعلنوا أنهم حلوا اللغز. قال أودونوغو:

وجدنا أن الشفق القطبي للمشتري ، الأقوى في النظام الشمسي ، مسؤول عن تسخين الغلاف الجوي العلوي للكوكب بأكمله إلى درجات حرارة عالية بشكل مدهش.

المراجعة الأقرانمجلةطبيعة سجية نشرتدراسة الفريق الجديدة في 4 أغسطس.

أزمة طاقة المشتري: الأصول

على مدار 50 عامًا ، تساءل العلماء عن سبب ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي العلوي للمشتري على الرغم من أنه بعيد جدًا عن الشمس. تمت الإشارة إلى هذا اللغز الأساسي باسمأزمة طاقة المشتري. الكواكب العملاقة الأخرى - زحل وأورانوس ونبتون - أكثر سخونة مما كان متوقعا. لذلك يطلق العلماء أحيانًا على هذه المشكلةأزمة طاقة الكوكب العملاق.

الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري ليس فقط أكثر سخونة مما كان متوقعًا. إنها أكثر سخونة. بناءً على مسافة المشتري من الشمس فقط ، يجب أن يكون غلافه الجوي العلوي حوالي -100 فهرنهايت (-73 درجة مئوية). لكن الملاحظات تظهر أن الغلاف الجوي العلوي للمشتري يرتفع بدلاً من ذلك إلى درجات حرارة 800 فهرنهايت (426 درجة مئوية).

في حين أن الشفق كان المشتبه به الرئيسي في حالة الغلاف الجوي العلوي الحار على كوكب المشتري العملاق ، لم يكن العلماء متأكدين من كيفية عمل تأثير الشفق في ضوء رياح المشتري القوية ودورانه السريع. كوكب المشتري له رياح سريعة بشكل لا يصدق تهب من الشرق إلى الغرب بالقرب من خط الاستواء ، بالإضافة إلى أنه يدور بشكل أسرع من أي كوكب آخر في نظامنا الشمسي. أظهرت النمذجة الحاسوبية أن الرياح الاستوائية الشرقية والغربية التي يقودها الدوران السريع للمشتري ستطغى على الرياح الشفقية الساخنة المتجهة نحو خط الاستواء وتعيد توجيهها غربًا. في الأساس ، اعتقدوا أن الدوران السريع للكوكب والرياح السريعة سوف تتحد لمنع الحرارة الشفقية من الانتشار في جميع أنحاء العالم.



لكن هذا ليس ما وجده العلماء.

أزمة طاقة كوكب المشتري: كرة ذات لون أبيض في الأعلى وشرائط حمراء برتقالية وملامح دائرية باهتة.

يظهر أيضًا مفهوم الفنان عن المشتري ، مع ميزات الضوء المرئي الموضحة للسياق وميزات الأشعة تحت الحمراء للغلاف الجوي العلوي. يتوافق سطوع هذا الغلاف الجوي العلوي مع درجات الحرارة ، من الأكثر سخونة (الأبيض) إلى الأقل حرارة (الأحمر الداكن). الشفق القطبي هي المناطق الأكثر سخونة. الصورة عبر J.O’Donoghue (JAXA) / Hubble /ناسا/ ESA / A. Simon / J. Schmidt.

الشفق القطبي يشوي الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري

استخدم العلماء بيانات من ثلاثة مراصد: ناساجونومركبة فضائية في مدار حول كوكب المشتري ، JAXAهيساكيالقمر الصناعي ومرصد كيكفي هاواي.

جمعت هذه المراصد بيانات عن كوكب المشتري ، والشفق القطبي والمجال المغناطيسي (الزناد الذي ينتج الشفق القطبي) ، ثم حللها العلماء بعد ذلك. سمحت ملاحظات Keck ، التي تم التقاطها في ليلتين في أبريل 2016 ويناير 2017 ، للعلماء بتتبع الجسيمات المشحونة كهربائيًا من القطبين إلى خط الاستواء. رسم العلماء خريطة لدرجات الحرارة في الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري تتضمن 10000 نقطة بيانات فردية. أظهرت هذه الخرائط عالية الدقة للغلاف الجوي العلوي توزيع الحرارة على نطاق واسع ، مع انخفاض درجات الحرارة ببطء فقط من القطبين باتجاه خط الاستواء. قال توم ستالارد من جامعة ليستر:

وكشفنا أيضًا عن منطقة تسخين محلية غريبة بعيدًا عن الشفق القطبي. إنه شريط طويل من التدفئة على عكس أي شيء رأيناه من قبل. على الرغم من أننا لا نستطيع التأكد من ماهية هذه الميزة ، إلا أنني مقتنع بأنها موجة متدرجة من الحرارة تتدفق باتجاه خط الاستواء من الشفق القطبي.

بشكل حاسم ، أظهرت ملاحظات الفريق من كانون الثاني (يناير) 2017 موجة حرارية صادرة من إحدى الحلقات الشفقية ، والتي تزامنت مع جيب عالي الضغط من الرياح الشمسية اصطدم بالمشتري. أضاف O’Donoghue:

لقد كان من حسن الحظ أننا اكتشفنا هذا الحدث المحتمل لتساقط الحرارة. إذا كنا قد شاهدنا كوكب المشتري في ليلة مختلفة ، عندما لم يكن ضغط الرياح الشمسية مرتفعًا مؤخرًا ، فسنفتقده!

كان القمر الصناعي Hisaki في مدار الأرض يراقب المجال المغناطيسي لكوكب المشتري وتأثيراته من الشمس منذ عام 2013. وأشار هيساكي إلى أنه خلال ملاحظات Keck ، كانت الرياح الشمسية عالية وتخلق شفقًا قطبيًا محسنًا. أخيرًا ، كان دور جونو هو المساعدة في تحديد مكان الشفق القطبي. كما وصفها أودونوغو:

تخيل هذا مثل الشاطئ: إذا كان الجو الحار عبارة عن ماء ، فإن المجال المغناطيسي الذي رسمه جونو هو الخط الساحلي ، والشفق القطبي هو المحيط ، وجدنا أن المياه تركت المحيط وغمرت الأرض ، وكشف جونو أين كان هذا الخط الساحلي لمساعدتنا فهم درجة الفيضان.

نشر الخبر على تويتر

انتقل O’Donoghue إلى Twitter لمشاركة الإثارة لاكتشافهم وتوضيح النتائج التي توصلوا إليها.

خلاصة القول: الشفق القطبي يشوي الغلاف الجوي العلوي للمشتري ، مما يؤدي إلى درجات حرارة أعلى بكثير مما كان متوقعًا على الكوكب البعيد.

اقرأ المزيد عن الشفق القطبي غير العادي لكوكب المشتري: حل لغز كوكب المشتري X-Ray Aurora ، بعد 40 عامًا

المصدر: تسخين الغلاف الجوي العلوي العالمي على كوكب المشتري بواسطة الشفق القطبي

عبر وكالة ناسا