حل لغز شفق الأشعة السينية لكوكب المشتري ، بعد 40 عامًا

الشفق القطبي للأشعة السينية لكوكب المشتري: كرة رخامية بنية وبرتقالية مع دوامة متوهجة زرقاء لامعة في الأعلى.

التقط تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا هذه الصورة للشفق القطبي الساطع لكوكب المشتري في عام 2016. الصورة عبرناسا/ ESA / J. Nichols.

حل لغز الشفق القطبي بالأشعة السينية على المشتري

لذلك تعتقد أن الأرضالاضواء الشماليةهي كبيرة ومهيبه؟ في يوليو 2021 ،راندي جلادستونمن معهد الأبحاث الجنوبي الغربي في سان أنطونيو ، تكساس ، قال في أبيان ناسا:

هذا لا شيء ... يمتلك المشتري شفقًا قطبيًا أكبر من كوكبنا بأكمله.

في ذلك البيان ، أعلن علماء الفلك الكوكبي أنهم قد حلوا للتو لغزًا عمره 40 عامًا حول أصول الشفق القطبي غير العادي للأشعة السينية لكوكب المشتري. لقد فعلوا ذلك من خلال الجمع بين قياسات من وكالة ناساجونومركبة فضائية - الآن في مدار حول كوكب المشتري - ببيانات من وكالة الفضاء الأوروبية التي تدور حول الأرضXMM- نيوتنبعثة. قال هؤلاء العلماء ، للمرة الأولى ، إنهم رأوا آلية صنع الشفق القطبي بالكامل تعمل. لقد رأوا أن الذرات المشحونة كهربائيًا ، أوالأيونات، المسؤولة عن الأشعة السينيةتصفحالموجات الكهرومغناطيسية في المجال المغناطيسي للمشتري وصولاً إلى الغلاف الجوي للغاز العملاق.

المراجعة الأقرانمجلةتقدم العلم نشرتهذا العمل الجديد في وقت سابق من هذا الشهر.

ما الذي يجعل الشفق؟

ربما تكون معتادًا على الأمور الدنيويةالشفق. إنها عروض ملونة للضوء في السماء يمكن رؤيتها من خطوط العرض العالية. الالشفق القطبييضيء داخلدائرة القطب الشمالينصف الكرة الأرضية الشمالي. الالشفق القطبيوميض فوقدائرة القطب الجنوبيأسفل الجنوب. يسافر الناس على مسافات بعيدة لرؤية هذه الأضواء الرائعة ، وللتعجب منها.

على الأرض ، الشفق القطبي هو نتاج عملية طبيعية يتم بواسطتها الجسيمات المشحونة كهربائيًا ، أوالأيونات، مقذوفة من الشمس تصطدمالأكسجينونتروجينذرات في الغلاف الجوي للأرض.



يمكن العثور على الشفق القطبي والعمليات التي تخلقها في جميع أنحاء نظامنا الشمسي. يعرف العلماء الشفق القطبي على سبعة من كواكب شمسنا. بعضها مرئي للعين البشرية. يحتاج البعض الآخر إلى تلسكوبات متخصصة ليتم رؤيتها. كوكب المشتري لديه أقوى الشفق في المجموعة الشمسية. وهذا ليس مفاجئًا ، لأنه أكبر كوكب في نظامنا الشمسي.

لكن كوكب المشتري هو الوحيد من بين الكواكب الأربعة العملاقة ذات الشفق القطبي الذي تم اكتشافه لإصدار الأشعة السينية.

ستائر متعددة مموجة خضراء زاهية في الهواء مع بقعة حمراء واحدة.

عرض في صور مجتمع ForVM. | التقط صديق ForVM David Kakuktinniq في رانكين إنليت ، نونافوت ، كندا ، كوكب المريخ الأحمر المتلألئ عبر الشفق القطبي في 12 سبتمبر 2020. وكتب: 'الأضواء الشمالية فوق خليج هدسون ، مع وجود المريخ بالقرب من مركز الصورة'.

لماذا هو غامض

الشفق القطبي لكوكب المشتري غير معتاد. لقد كان لديهم علماء في حيرة من أمرهم منذ وكالة ناساالسفر 1اكتشفها مسبار فضائي لأول مرة في عام 1979. وقد درس العلماء وفحصوا الشفق القطبي لكوكب المشتري منذ ذلك الحين. ناساشرحلماذا:

... لم يتضح على الفور كيف يتم توليد الطاقة اللازمة لإنتاج [شفق الأشعة السينية للمشتري]. كانوا يعلمون أن الأضواء الشمالية والجنوبية لجوفيان المفاجئة ناتجة عن تصادم الأيونات في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. ولكن حتى الآن لم يكن لدى العلماء أي فكرة عن كيفية وصول الأيونات المسؤولة عن عرض ضوء الأشعة السينية إلى الغلاف الجوي في المقام الأول.

على الأرض ، تظهر الشفق القطبي عادةً فقط في الحزام المحيط بالأقطاب المغناطيسية بينهماخط عرض 65 و 80 درجة. بعد 80 درجة ، يختفي الانبعاث الشفقي لأن خطوط المجال المغناطيسي تترك الأرض وتتصل بالمجال المغناطيسي فيالرياح الشمسية… الشفق القطبي للأشعة السينية لكوكب المشتري مختلف. توجد في القطب الشمالي للحزام الشفقي الرئيسي ونبض ...

تحول العلماء الذين درسوا هذه الظاهرة إلى محاكاة حاسوبية ووجدوا أن الشفق القطبي النابض بالأشعة السينية يمكن أن يكون مرتبطًا بـالمجالات المغناطيسية المغلقةولدت داخل كوكب المشتري. تمتد تلك الحقول إلى ملايين الأميال في الفضاء قبل أن تعود إلى الوراء. ولكن كيف يمكن إثبات أن النموذج قابل للتطبيق؟

حل بعد 40 عاما

كلا ESAXMM- نيوتنتلسكوب ووكالة ناساجونولعب المسبار أدوارًا في الكشف عن هذا اللغز. يعمل XMM-Newton في مدار الأرض ، ويراقب المشتري عن بعد بأطوال موجات الأشعة السينية. في يوليو / تموز 2017 ، رصدت كوكب المشتري لمدة 26 ساعة وتوصلت إلى أن الشفق القطبي للأشعة السينية ينبض كل 27 دقيقة.

جونو في مدار حول المشتري ، يأخذ قراءات من داخل المجال المغناطيسي للكوكب العملاق. لقد بحثت عن أي أدلة حول العمليات المغناطيسية التي تحدث بنفس المعدل. ما وجده جونو هو أن التقلبات في المجال المغناطيسي للمشتري تسبب نبضات الشفق القطبي للأشعة السينية.

مثل الأرض ، يدور كوكب المشتري ويسحب مجاله المغناطيسي معه في نفس الوقت. تضرب الأيونات الشمسية المجال المغناطيسي مباشرة. يؤدي ضغط الجسيمات الساخنة المحبوسة داخل الحقل إلى ظهور ظاهرة تسمى موجات السيكلوترون الأيونية الكهرومغناطيسية (EMIC). تتبع هذه الجسيمات على طول خطوط المجال المشوه. تسترشد الأيونات بالمجال ، وتتصفح موجة EMIC ثم تصطدم في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى حدوث الشفق القطبي.

لأول مرة ، تمكن علماء الفلك من رؤية الآلية بأكملها وهي تعمل. أيوناتتصفحالموجات المضغوطة في المجال المغناطيسي لكوكب المشتري ، تصطدم بالغلاف الجوي ، وتطلق ظاهرة أثيرية ذات جمال غير عادي: الشفق القطبي.

وليام دن، من جامعة كوليكت لندن ، الذي شارك في قيادة البحث ، قال:

ما نراه في بيانات جونو هو سلسلة الأحداث الجميلة هذه. نرى الضغط يحدث. نرى انطلاق موجة EMIC. نرى الأيونات ، ثم نرى نبضة من الأيونات تنتقل على طول خط المجال. وبعد ذلك ببضع دقائق ، رأى XMM دفقة من الأشعة السينية.

إلى باقي النظام الشمسي

الآن وقد تم حل العملية الكامنة وراء الشفق القطبي للمشتري ، فإنه يثير السؤال: أين يمكن للعلماء دراستها بعد ذلك؟

آيو ، أعمق الأربعةأقمار الجليلمن كوكب المشتري ، يقذفكبريتوالأكسجين في مجالها المغناطيسي. قمر كوكب زحل إنسيلادوس ينفث الماء في الفضاء ويمتلئإنهالمجال المغناطيسي مع أيونات الماء. بعبارة أخرى ، فإن تكوين العملية ليس موحدًا عبر النظام الشمسي. ياو يقول:

هذه عملية أساسية تنطبق على زحل وأورانوس ونبتون وربما الكواكب الخارجية أيضًا.

وأضاف دان:

يمكن أن تلعب موجات EMIC دورًا مهمًا في نقل الطاقة من مكان إلى آخر عبر الكون.

دراسة الشفق القطبي لكوكب المشتري لم تنته بعد. مستكشف أقمار JUpiter ICy من ESA ، المعروف أيضًا باسمعصير، قيد التطوير حاليًا ومن المقرر أن تصل إلى الكوكب بحلول عام 2029. ستدرس المركبة الفضائية بين الكواكب الغلاف الجوي والغلاف المغناطيسي وتأثيرات أكبر أربعة أقمار للمشتري على الشفق القطبي.

خلاصة القول: لأول مرة ، رأى علماء الفلك الآلية الكاملة لما يسبب الشفق القطبي للأشعة السينية لكوكب المشتري. ويمكن أن تكون عملية تحدث في أجزاء أخرى كثيرة من الكون أيضًا.

المصدر: الكشف عن مصدر التوهجات الشفقية للأشعة السينية لكوكب المشتري

عبر وكالة ناسا