أخيرًا تم حل لغز الشفق القطبي الثابت للمشتري بعد 40 عامًا

تظهر بيانات الأشعة السينية والبصرية الانفجارات الشفقية الغريبة. (ناسا شاندرا / جونو وولك / دن)

الأرض ليست العالم الوحيد المزين بظاهرة الغلاف الجوي المتوهجة وهي الشفق القطبي. في الواقع ، في مسابقة الشفق القطبي للنظام الشمسي ، سيكون الفائز الواضح هو الفائز كوكب المشتري . يتوج ما يسمى بملك الكواكب بأقوى شفق قطبي في النظام الشمسي ، يدور بشكل دائم حول قطبيه.

نظرًا لأنها تتوهج فقط في الأطوال الموجية غير المرئية ، لا يمكننا رؤيتها بالعين المجردة ، لذلك لم يتم اكتشافها إلا قبل 40 عامًا فقط. منذ ذلك الحين ، تساءل العلماء عن كيفية إنتاج هذه الشفق القطبي دفعات دورية من الأشعة السينية.

الآن ، يعتقدون أنهم قاموا بحلها. باستخدام الملاحظات المتزامنة من مسبار المشتري جونو والمرصد الفضائي للأشعة السينية XMM-Newton ، قام فريق بقيادة عالم الكواكب Zhonghua Yao من الأكاديمية الصينية للعلوم في الصين بربط انفجارات الأشعة السينية بالاهتزازات في خطوط المجال المغناطيسي لعملاق الغاز.

تولد هذه الاهتزازات موجات في البلازما تنتشر على طول خطوط المجال المغناطيسي ، مما يتسبب بشكل دوري في تساقط الأيونات الثقيلة وتصطدم بجو المشتري ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة على شكل أشعة سينية.

لقد رأينا كوكب المشتري ينتج الشفق القطبي للأشعة السينية لمدة أربعة عقود ، لكننا لم نكن نعرف كيف حدث هذا. عرفنا فقط أنه تم إنتاجها عندما اصطدمت الأيونات بالغلاف الجوي للكوكب ، أوضح عالم الفيزياء الفلكية وليام دن من جامعة كوليدج لندن في المملكة المتحدة.

نحن نعلم الآن أن هذه الأيونات يتم نقلها بواسطة موجات البلازما - وهو تفسير لم يتم اقتراحه من قبل ، على الرغم من أن عملية مماثلة تنتج الشفق القطبي الخاص بالأرض. لذلك ، يمكن أن تكون ظاهرة عالمية ، موجودة في العديد من البيئات المختلفة في الفضاء.

هنا على الأرض ، تتولد الشفق القطبي عن طريق جزيئات تهب من الشمس. تتصادم مع المجال المغناطيسي للأرض ، الذي يرسل جسيمات مشحونة مثل البروتونات والإلكترونات التي تتأرجح على طول خطوط المجال المغناطيسي نحو القطبين ، حيث تمطر على الغلاف الجوي العلوي للأرض وتصطدم بجزيئات الغلاف الجوي. يولد التأين الناتج لهذه الجزيئات أضواء الرقص المذهلة.

على كوكب المشتري ، هناك بعض الاختلافات. الشفق القطبي ثابت ودائم ، كما لوحظ سابقًا ؛ ذلك لأن الجسيمات ليست شمسية ، ولكن من قمر جوفيان آيو ، أكثر عالم بركاني في النظام الشمسي. إنهتجشؤ ثاني أكسيد الكبريت باستمرار، والتي يتم تجريدها على الفور من خلال تفاعل جاذبية معقد مع الكوكب ، وتتأين وتشكل حلقة بلازما حول كوكب المشتري.

ثم هناك نبضات الأشعة السينية. لمعرفة كيفية تولدها ، درس فريق البحث الكوكب ، باستخدام ملاحظات متزامنة من Juno و XMM-Newton ، تم التقاطها في 16-17 يوليو 2017 ، لمدة 26 ساعة. خلال هذا الوقت ، كان المشتري يطلق أشعة سينية كل 27 دقيقة تقريبًا.

بناءً على هذه الملاحظات ، ربط الفريق ملاحظات جونو للبلازما بأرصاد XMM-Newton للانفجارات الشفقية للأشعة السينية. بنمذجة الكمبيوتر ، حددوا كيف يمكن ربط الظاهرتين.

خلص الفريق إلى أن الانضغاطات في المجال المغناطيسي للمشتري تخلق موجات من الأكسجين وأيونات الكبريت تدور على طول خطوط المجال المغناطيسي باتجاه قطبي المشتري ، حيث تتساقط وتتصادم مع الغلاف الجوي وتولد دفعات من ضوء الأشعة السينية.

تسمى هذه الموجات موجات أيون كهرومغناطيسي سيكلوترون (أو إميك) ، ولديها كما تم ربط الشفق القطبي الخفقان هنا على الأرض.

في هذه المرحلة ، ليس من الواضح ما الذي يدفع الضغطات في المجال المغناطيسي للمشتري. يمكن أن يكون تأثير الرياح الشمسية ، تداول المواد الثقيلة داخل الغلاف المغناطيسي لجوفيان ، أو الموجات السطحية عند الإيقاف المغناطيسي ، الحد الخارجي بين الغلاف المغناطيسي والبلازما المحيطة.

ومع ذلك ، يتم إنشاء الضغط ، فإن حقيقة أن نفس الآلية - موجات EMIC - قد تم ربطها بالانبعاثات الشفقية في عالمين مختلفين جدًا تشير إلى أنه قد يكون شائعًا جدًا في النظام الشمسي ، وكذلك في المجرة التي خلفها.

'الآن حددنا هذه العملية الأساسية ، هناك ثروة من الاحتمالات حيث يمكن دراستها بعد ذلك ،' قال ياو .

من المحتمل أن تحدث عمليات مماثلة حول زحل وأورانوس ونبتون وربما الكواكب الخارجية أيضًا ، مع أنواع مختلفة من الجسيمات المشحونة 'التي تتصفح' الأمواج.

أظهرت النتائج أن موجات EMIC يمكن أن تلعب دورًا مهمًا لم يلاحظه أحد حتى الآن في ديناميات أيون الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، ويمكن أن تساعدنا في فهم عمليات البلازما عبر المجرة بشكل أفضل.

تم نشر البحث في تقدم العلم .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.