شفق های قطبی مشتری از دید چشم تلسکوپ جیمز وب؛ رازهایی که در نور فروسرخ پنهان مانده اند - کلوب فارسی

شفق های قطبی مشتری نه تنها به لحاظ علمی بلکه از منظر زیبایی شناسی کیهانی، همیشه یکی از رمزآلودترین جلوه های منظومه شمسی بوده اند. پژوهش تازه با تکیه بر یون تری هیدروژن (H₃⁺) توانسته تصویری دینامیک از انرژی، تعامل و رفتار شگفت انگیز این شفق ها ثبت کند. اما هنوز سؤالات بی پاسخ زیادی باقی ست و شاید این شروع مسیری پر پیچ و خم برای کشف لایه های پنهان مشتری باشد.

تاجی از نور: شفق هایی همیشگی و بی همتا در منظومه شمسی

سیاره مشتری، با لقب پادشاه سیارات، به طرزی شگفت انگیز به این نام وفادار مانده است؛ چراکه شفق های قطبی اش، دائم و نیرومند، مانند تاجی نامرئی در پرتوهای فرابنفش، فروسرخ و حتی در طیف پرتو ایکس درخشان هستند. این شفق ها مانند نقشی کیهانی، همیشه در حال تابیدن اند و در عکس های فروسرخ جیمز وب، به صورت پالس هایی فیزیکی و زنده به چشم می خورند.

در پژوهش تازه، این پدیده نه تنها در سطحی پایدار، بلکه به صورت جهش های نوری در هر ثانیه ثبت شده است. این پویایی بالا، دانشمندان را شگفت زده نموده؛ چراکه پیش تر گمان می رفت این شفق ها روندی کند و آهسته دارند، مانند شعله ای ثابت. به جای آن، با چشم انداز ای روبه رو شدند که نورها می جوشیدند، فوران می کردند و در یک بازی پیوسته از درخشش، دگرگون می شدند. آنچه این شفق ها را از دیگر اجرام کیهانی متمایز می نماید، منشأ متفاوت آن هاست: نه خورشید، بلکه فعالیت های بی وقفه آتشفشانی قمر آیٔو. این قمر با آزادسازی دی اکسید گوگرد، گازهایی را به میدان مغناطیسی مشتری تزریق می نماید که پیوسته انرژی این شفق ها را تغذیه می نماید.

رفتار یون تری هیدروژن؛ کلید درک انرژی مشتری

یکی از رازهای اصلی این پژوهش، آنالیز رفتار یون تری هیدروژن (H₃⁺) در جو مشتری بود. این یون باردار، از سه اتم هیدروژن تشکیل شده و در حضور میدان های مغناطیسی قوی و انرژی بالا، درخشش فروسرخ ایجاد می نماید. اخترفیزیک دان ها از این ویژگی بهره گرفتند تا نه فقط شکل و شدت شفق ها را آنالیز نمایند، بلکه مقدار انرژی کل در منطقهٔ قطبی را نیز تخمین بزنند. داده های فروسرخ جیمز وب با داده های فرابنفش تلسکوپ هابل ترکیب شد تا نمایی جامع از شرایط انرژی شفق ها به دست آید. شگفت انگیز آن جا بود که بعضی نواحی روشن در تصویر فروسرخ، اصلاً در تصویر فرابنفش دیده نمی شدند.

این عدم تطابق باعث شد گروه تحقیقاتی با این پرسش روبه رو شوند: چه چیزی می تواند ذرات کم انرژی را با چنین شدت نوری به جو وارد کند؟ همان طور که جاناتان نیکولز می گوید، مثل طوفانی از باران ریز بوده که برخلاف قوانین فیزیک شناخته شده، روشنایی بالایی ایجاد نموده است.

فیزیک غیرقابل پیش بینی: مشتری و رازهای تمام نشدنی اش

این یافته ها، بار دیگر بر ویژگی های منحصربه فرد مشتری تأکید دارند؛ سیاره ای که مدام قوانین فیزیک را به چالش می کشد. نه فقط در ساختار جو، بلکه در تعامل با قمرهایش، مغناطوسفر (Magnetosphere)، و تابش های قطبی. این سیاره، پر از داده های پیجیده علمی و رازهایی است که هنوز رمزگشایی نشده اند. با وجود دهه ها پژوهش، هنوز مدل دقیقی برای شرح کامل رفتار شفق های مشتری وجود ندارد. از این رو، یافته های تازه، قطعه ای از پازلی اند که ممکن است با افزودن قطعه های دیگر به آن - شاید از مأموریت های آینده یا مدل های رایانه ای پیچیده - به فهمی تازه منتهی شوند. این دستاورد نشان می دهد که حتی با پیشرفته ترین ابزارهای بشری، هنوز در برابر طبیعت مشتری، نادان ایم.

جمع بندی نهایی

در یک نگاه کلی، پژوهش تازه تلسکوپ جیمز وب دربارهٔ شفق های قطبی مشتری، ما را به شناخت تازه ای از سیاره شگفت انگیز رسانده. برخلاف تصورات قبلی که شفق های مشتری را پدیده هایی ایستا و یکنواخت می دانستند، اکنون می دانیم این نورها با سرعتی باورنکردنی پرخشندگی پیدا می نمایند که زیاد و کن می گردد. این پویایی عجیب با یاری یون تری هیدروژن (H₃⁺) و تحلیل انرژی تابشی آن آشکار شد. کشف نورهایی که فقط در طیف فروسرخ قابل رؤیت اند و در تصاویر فرابنفش هیچ اثری ندارند، چالشی بزرگ برای مدل های کنونی فیزیک سیاره ای به شمار می آید. شفق هایی که منشأ اصلی آن ها نه خورشید، بلکه فوران های آیٔو هستند، تصویری بی مانند از تعامل های سیاره ای ارائه می دهند. با وجود پیشرفت ابزارهای مشاهده، هنوز معماهایی کلیدی درباره منشأ این انرژی های عجیب و توزیع آن ها به جای مانده. به طور خلاصه، این پژوهش نه تنها زیبایی ناپیدای منظومه شمسی را نمایش داد، بلکه بُعدی نو از پیچیدگی درون یک سیاره گازی را به تصویر کشید. در نتیجه می توان گفت این یافته ها، شروعگر موجی از مدل سازی های تازه و تفسیرهای نو در اخترفیزیک سیارات خواهند بود.

چرا بعضی نورها فقط برای تلسکوپ ها دیده می شوند، نه برای چشمان ما؟

تلسکوپ جیمز وب با توانایی تماشا در طیف فروسرخ، ما را به دنیایی از پدیده هایی برده که هیچ گاه مستقیماً با چشم غیرمسلح دیده نمی شوند. این ما را به یک پرسش بنیادین می کشاند: چند درصد از دنیا اطراف ما، حتی همین لحظه، در حال وقوع است اما از دید حواس ما پنهان مانده؟ شفق های مشتری تنها نمونه ای از این ناپیداها هستند؛ و شاید لازم باشد درک خود را از آنچه واقعیت می نامیم، بازنگری کنیم.

پرسش های پرتکرار (FAQ)

1. آیا شفق های قطبی مشتری شبیه شفق های زمین هستند؟

تا حدی بله، اما تفاوت هایی کلیدی دارند. منشأ شفق های زمین معمولاً باد خورشیدی است، در حالی که در مشتری، فوران های آیٔو عامل اصلی اند.

2. چرا این شفق ها در نور معمولی دیده نمی شوند؟

زیرا بیشتر در طول موج های فروسرخ، فرابنفش و پرتو ایکس تابش می نمایند، که برای چشم انسان قابل تماشا نیستند.

3. یون H₃⁺ چه نقشی در مطالعه شفق های مشتری دارد؟

این یون، تابش فروسرخ از خود منتشر می نماید و از آن برای تخمین انرژی کل و رفتار شفق ها استفاده می گردد.

4. چرا بعضی نورهای فروسرخ در هابل دیده نمی شوند؟

زیرا تلسکوپ هابل در طیف فرابنفش فعال است و نمی تواند امواج فروسرخ را ثبت کند، بر خلاف جیمز وب.

5. آیا این یافته ها تأثیری بر مأموریت های آینده دارند؟

بله، این داده ها می توانند طراحی مأموریت ها و مدل های شبیه سازی آینده را جهت آنالیز رفتار مغناطیسی مشتری متحول نمایند.

6. آیا شفق های مشتری خطرناک اند؟

برای انسان نه، اما برای فضاپیماهایی که به مشتری نزدیک می شوند، این تابش ها می توانند خطرناک باشند و احتیاج به محافظت ویژه دارند.

منبع: Nature Communications