آبوهوای سیارهی مشتری چگونه است؟
آبوهوای سیارهی مشتری چگونه است؟
مجله علمی ایلیاد - نتایج جدید ماموریت جونو ناسا در مشتری، نشان میدهد که بزرگترین سیارهی منظومهیشمسی، منزلگاه چیزی است که «آذرخش کمعمق» نامیده میشود. آذرخش کمعمق یک شکل غیرمنتظره از تخلیهی الکتریکی است که از ابرهای حاوی محلول آب آمونیاک ناشی میشود، در حالی که آذرخش روی زمین از ابرهای آبی سرچشمه میگیرد.
یافتههای جدید دیگر، حاکی از وجود آذرخشهای شدید طوفانی است که سیارهی مشتری به آنها معروف است و ممکن است تگرگهای غنی از آمونیاک کثیف را تشکیل دهند که تیم علمی کاوشگر جونو، آنها را «توپهای خمیری» یا «تگرگهای آمونیاک-آب» نامیده است. آنها این نظریه را تصور میکنند که توپهای خمیری در واقع آمونیاک و آب را در جو فوقانی ربوده و آنها را به اعماق اتمسفر مشتری میرسانند. یافتههای مربوط به آذرخش کمعمق در مجلهی Nature منتشر شده، در حالی که تحقیقات مربوط به توپهای خمیری در حال حاضر بهصورت آنلاین در مجلهی Geophysical Research: Planets موجود است.
از آنجا که ماموریت ویجر ناسا، برای اولینبار در سال ۱۹۷۹ شاهد رعدوبرق در مشتری بود، تصور میشد که آذرخش این سیاره شبیه به زمین باشد و فقط در هنگام رگبارها اتفاق بیافتد که در تمام فازهای آن، یعنی یخ، مایع و گاز، آب وجود دارد. در مشتری این طوفانها در حدود ۴۵ تا ۶۵ کیلومتر زیر ابرهای مرئی قرار میگیرند و دمای هوا در حدود صفر درجهی سانتیگراد، دمایی که در آن یخ میزند، است. ویجر و سایر ماموریتهای دیگر در مورد مشتری، قبل از جونو، آذرخش را بهصورت نقاط روشنی در بالای ابرهای مشتری مشاهده کردند که این امر نشان میدهد این فلشها در ابرهای عمیق آن ایجاد شدهاند؛ اما فلشهای آذرخش که توسط واحد مرجع ستارهای جونو در قسمت تاریک مشتری مشاهده شدهاند، داستان دیگری را روایت میکنند.
«هایدی بکر» مدیر نظارت بر تحقیقات پرتونگاری جونو در آزمایشهای پیشرانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا و نویسنده ارشد مقاله، میگوید: «پروازهای جونو نزدیک به بالای ابرهای جونو به ما این امکان را میدهد که شاهد چیزی شگفتآور که در ارتفاعات بسیار بالاتر از اتمسفر مشتری وجود دارد، باشیم.»
بکر و تیمش بیان میکنند که رعدوبرقهای قدرتمند مشتری بلورهای یخی آب را در ارتفاع بیش از ۲۵ کیلومتری بالای ابرهای مشتری در اتمسفر سیاره پرتاب میکنند و در آنجا این بلورها با بخار آمونیاک جوی برخورد میکنند که باعث ذوب شدن یخ میشوند و محلول جدید آب-آمونیاک را تشکیل میدهند. در چنین ارتفاع بلندی، درجه حرارت منفی ۸۸ درجهی سانتیگراد است که برای وجود آب مایع خالص بیشازحد سرد است.
بکر گفت: «در این ارتفاعات، آمونیاک مانند ضد یخ عمل میکند، نقطه ذوب یخ آب را پایین میآورد و امکان تشکیل ابر با مایع آب-آمونیاک را فراهم میکند. در این حالت جدید، ریزش قطرات مایع آب-آمونیاک میتواند با کریستالهای آب یخزده برخورد کرده و در ابرها الکتریسیته ایجاد کند. این یک شگفتی بزرگ بود، زیرا ابرهای آب-آمونیاک بر روی زمین وجود ندارند.»
آذرخش کمعمق یک معمای دیگر دربارهی عملکرد داخلی اتمسفر مشتری ایجاد میکند؛ دستگاه رادیومتر ماکروویو جونو کشف کرد که آمونیاک از بیشترین بخش جو مشتری تخلیه شده است و بهتر است بگوییم گم شده است. حتی این مساله تعجبآورتر بود که هرچه بیشتر وارد جو مشتری میشویم، میزان آمونیاک تغییر میکند.
«اسکات بولتون» محقق اصلی جونو در پژوهشگاه جنوب غربی در سانآنتونیو، میگوید: «پیش از این دانشمندان متوجه شدند که بستههای کوچکی از آمونیاک مفقود شده است، اما هیچکس نفهمید که این بستهها به چه عمقی رفتند یا اینکه بیشتر مشتری را پوشاندهاند. ما در تلاش بودیم که تخلیهی آمونیاک را تنها با بارش آب-آمونیاک توضیح دهیم، اما بارش نمیتواند به اندازهی کافی عمیق باشد تا با مشاهدات مطابقت داشته باشد. متوجه شدم که یک مادهی جامد همانند تگرگ میتواند به عمق بیشتری نفوذ کند و آمونیاک بیشتری بردارد. وقتی هایدی آذرخش کمعمق را کشف کرد، فهمیدیم شواهدی داریم که نشان میدهد در جو فوقانی، آمونیاک با آب مخلوط میشود و بنابراین رعدوبرق یک تکهی کلیدی از پازل ما است.»
اما مقالهی دوم در مجلهی Geophysical Research: Planets منتشر شد؛ اختلاط عجیبوغریب ۲.۳ آب و ۱.۳ گاز آمونیاک که به دانهی سنگهای تگرگ مشتری معروف به توپهای خمیری تبدیل میشود. این توپهای خمیری که از لایههای آب-آمونیاک و یخِ پوشیده شده با پوستهی ضخیمی از آب یخزده تشکیل میشوند، مشابه با تگرگ بر روی زمین تولید میشوند و وقتی در طول جو بالا و پایین میروند، بزرگتر میشوند.
«تریستان گیوت» یکی از محققان جونو از دانشگاه کوت دازور در نیس فرانسه و نویسندهی اصلی مقالهی دوم، میگوید: «سرانجام توپهای خمیری بسیار بزرگ میشوند و به اعماق بیشتری از جو میروند و حتی با دماهای گرمتری نیز روبهرو میشوند؛ در نهایت آنها کاملاً تبخیر میشوند. عملیات آنها آمونیاک و آب را به سطوح عمیق جو سیاره میکشاند. این مساله توضیح میدهد که چرا ما با رادیومتر ماکروویو جونو قسمت اعظم آنرا در این مناطق نمیبینیم. ترکیب این دو نتیجه برای حل اسرار آمونیاک مفقودشدهی مشتری بسیار مهم بود. همانطور که معلوم شد، آمونیاک در واقع گم نمیشود، بلکه فقط با مخلوط شدن با آب لباس مبدل به تَن کرده و به پایین منتقل میشود. با در نظر گرفتن این نظریه، این محلول بسیار ساده و ظریف است؛ وقتی آب و آمونیاک در حالت مایع قرار دارند، برای ما نامرئی هستند تا جایی که به عمقی که تبخیر شدهاند میرسند.»
شناخت هواشناسی مشتری ما را قادر میسازد تا نظریاتی در مورد پویایی جوی برای تمام سیارات موجود در منظومهی شمسی و همچنین سیارات فراخورشیدی که در خارج از منظومهی شمسی ما کشف میشوند، مطرح کنیم. مقایسهی چگونگی عملکرد طوفانهای شدید و فیزیک جوی در منظومهی شمسی به دانشمندان سیارهای اجازه میدهد تا نظریات را در شرایط مختلف آزمایش کنند.