از زیبایی تا اسرار: شگفتیهای شفقهای قطبی مشتری از منظر تلسکوپهای هابل و جیمز وب
سیاره مشتری دارای یک میدان مغناطیسی شگفتانگیز و بسیار قوی است؛ بهگونهای که میدان مغناطیسی زمین در مقایسه با آن، مانند آهنربای یخچال بهنظر میآید. قدرت این میدان، ۲۰ هزار برابر میدان مغناطیسی زمین است و مسئول ایجاد نمایشهای خیرهکننده شفقهای قطبی است که در گستره وسیعی از پرتو ایکس تا فروسرخ میدرخشند. در حال حاضر، در طیف فروسرخ، رازهای جدید و شگفتانگیزی نمایان شدهاند.
محققان با بهرهگیری از تلسکوپهای فضایی جیمز وب (JWST) و «هابل» به بررسی پدیدههای شفقی در سیاره مشتری پرداختهاند. تلسکوپ هابل قابلیت دیدن در نور مرئی و فرابنفش را داراست و به رویدادهای پرانرژیتری نگاه میکند. در عوض، تلسکوپ جیمز وب که در باند فروسرخ فعالیت میکند، حساسیت فوقالعادهای دارد و امکان رصدهایی را فراهم میآورد که هیچ یک از ابزارهای دیگر پیش از این قادر به انجام آن نبودند.
تیم تحقیق بر روی تابش خاصی از یون تریهیدروژن (H₃⁺) تمرکز کرده است. این یون که از ترکیب سه اتم هیدروژن پیوندی و با از دست دادن یک الکترون به وجود آمده، به عنوان یکی از فراوانترین یونها در جهان شناخته میشود. شواهد اخیر نشان دادهاند که این یون در فضا بیش از آنچه که قبلاً تصور میشد، وجود دارد.
تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا توانسته است نمای نوری فوقالعادهای از شفقها در سیاره مشتری ثبت کند که مشابهی در زمین ندارد.
این یون تریهیدروژن در کشف دیگری نیز نقش اساسی ایفا کرده است: شفقهای قطبی مرموز نپتون که بعد از ۳۶ سال دوباره شناسایی شدند. در مشتری، این یون بهعنوان یکی از نشانههای احتمالی «ماده تاریک» نیز مطرح شده، اما در این تحقیق، بهعنوان معیاری برای بررسی تغییرات شفقهای قطبی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حیرتانگیز بود و نشان داد که این شفقها با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیش از این تصور میشد، در حال تغییر هستند. دادههای بهدستآمده در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۳ نقش بسیار مهمی در این کشف ایفا کردند.
بیشتر بخوانید
«جاناتان نیکولز»، نویسنده اصلی این مقاله از دانشگاه لستر، در بیانیهای با اشاره به جمعآوری دادهها در ۲۳ دسامبر ۲۰۲۳، اظهار داشت: «این واقعاً یک هدیه فوقالعاده برای کریسمس بود و من را به شدت شگفتزده کرد! ما انتظار داشتیم تغییرات شفقها بهصورت آرام و تدریجی انجام شوند، مثلاً در بازهای حدود یک ربع ساعت. اما آنچه دیدیم، ناحیهای کامل از شفق بود که با نور درخشانی میدرخشید و بعضی اوقات حتی در هر ثانیه دچار تغییر میشد.»
کشف اخیر بهتنهایی برای فهم دینامیک شفقهای مشتری بسیار حائز اهمیت است، اما این تغییرات غیرمنتظره تنها مورد گیجکننده در این مشاهدات نبودند. پژوهشگران همچنین به یک ناسازگاری بین سیگنالهای ثبتشده توسط تلسکوپ جیمز وب و تلسکوپ هابل برخوردند: درخشانترین شفق فروسرخ هیچ معادل روشنی در نور فرابنفش ندارد.
درخشانترین نوری که توسط وب به ثبت رسید، در تصاویر هابل هیچ معادل واقعی نداشت
یکی از دلایل احتمالی که پژوهشگران مطرح کردهاند این است که بهعلاوه ذرات پرانرژی که به جو مشتری برخورد کرده و شفقهای بسیار درخشان را ایجاد میکنند، ذرات کمانرژی نیز به سطح مشتری فرود میآیند. این مسئله میتواند دلیلی برای تفاوتهای مشاهدهشده بین دادههای دو تلسکوپ باشد و همچنین نشاندهنده یک سیل وسیع از ذرات کمانرژی است که در گذشته تصور نمیشد که وجود داشته باشد.
با این حال، هنوز بهطور دقیق روشن نیست که چه رخدادهایی در حال وقوع است. مگنتوسفر (میدان مغناطیسی فضایی) مشتری ساختاری بسیار پیچیده و وسیع دارد. این میدان تا طول ۷ میلیون کیلومتر به سمت خورشید امتداد مییابد و در طرف مقابل، تقریباً هم به مدار زحل میرسد. پژوهشهای اخیر نشان دادهاند که طوفانهای خورشیدی توانایی فشردهسازی این میدان را دارند و میتوانند موجب افزایش شدید دما در نواحی وسیعی از سیاره شوند.
مطالعه جدید در نشریه «نیچر کامیونیکیشنز» منتشر شده است.
