بالإضافة إلى كونه أكبر وأكبر كوكب في نظامنا الشمسي ، يعد المشتري أيضًا أحد أجسامه الأكثر غموضاً. هذا واضح بالتأكيد عندما يتعلق الأمر بالشفق القطبي القوي للمشتري ، والتي تشبه في بعض النواحي تلك الموجودة على الأرض. في السنوات الأخيرة ، سعى الفلكيون لدراسة الأنماط في الغلاف الجوي للمشتري والغلاف المغناطيسي لشرح كيفية عمل نشاط الشفق على هذا الكوكب ..
على سبيل المثال ، قام فريق دولي بقيادة باحثين من جامعة كوليدج لندن مؤخرًا بجمع بيانات من جونو استقصي بملاحظات الأشعة السينية لتمييز شيء مثير للاهتمام حول الشفق القطبي الشمالي والجنوبي للمشتري. وبحسب دراستهم التي نُشرت في العدد الحالي من المجلة العلمية طبيعة - تم العثور على شفق المشتري بالأشعة السينية المكثفة للمنبض ينبض بشكل مستقل عن بعضها البعض.
وقادت الدراسة التي تحمل عنوان "النبضات المستقلة للشفق القطبي الشمالي والجنوبي للأشعة السينية للمشتري" ويليام ريتشارد دان - الفيزيائي بمختبر علوم الفضاء مولارد ومركز علوم الكواكب في جامعة كاليفورنيا. تألف الفريق أيضًا من باحثين من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، ومعهد الجنوب الغربي للأبحاث (SwRI) ، ومركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، ومختبر الدفع النفاث ، والعديد من مؤسسات البحث.
كما ذكرنا سابقًا ، تشبه الشفق القطبي لكوكب المشتري إلى حد ما تشبه الأرض ، حيث إنها أيضًا ناتجة عن تفاعل الجسيمات المشحونة من الشمس (المعروفة أيضًا باسم "الرياح الشمسية") مع المجال المغناطيسي للمشتري. نظرًا للطريقة التي يتم بها هيكلة المجالات المغناطيسية للمشتري والأرض ، يتم توجيه هذه الجسيمات إلى المناطق القطبية الشمالية والجنوبية ، حيث تتأين في الغلاف الجوي. ينتج عن ذلك شاشة عرض جميلة يمكن رؤيتها من الفضاء.
في الماضي ، تم رصد الشفق حول أقطاب المشتري بواسطة مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا ومن تلسكوب هابل الفضائي. التحقيق في هذه الظواهر والآليات الكامنة وراءها كان أيضا أحد أهداف جونو المهمة ، وهي حاليًا في وضع مثالي لدراسة أقطاب المشتري. مع كل مدار يصنعه المسبار ، يمر من أحد أقطاب المشتري إلى أخرى - وهي مناورة تعرف باسم perijove.
من أجل دراستهم ، اضطر الدكتور دن وفريقه إلى استشارة البيانات من مراصد XMM-Newton التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ومراصد شاندرا للأشعة السينية التابعة لوكالة ناسا. هذا يرجع إلى حقيقة أنه في حين أنه قد حصل بالفعل على صور وبيانات رائعة عن الغلاف الجوي للمشتري ، فإن جونو المسبار ليس لديه أداة الأشعة السينية على متن. بمجرد فحص بيانات الأشعة السينية ، لاحظ الدكتور دن وفريقه وجود فرق بين الشفق القطبي الشمالي والجنوبي للمشتري.
في حين أن انبعاثات الأشعة السينية في القطب الشمالي كانت غير منتظمة ، وتزداد وتتناقص في السطوع ، فإن تلك الموجودة في القطب الجنوبي تنبض باستمرار مرة واحدة كل 11 دقيقة. في الأساس ، حدثت الشفق القطبي بشكل مستقل عن بعضها البعض ، والذي يختلف عن سلوك الشفق على الأرض - أي عكس بعضها البعض من حيث نشاطها. كما أوضح الدكتور دن في بيان صحفي صدر مؤخراً عن جامعة كاليفورنيا:
"لم نكن نتوقع رؤية النقاط الساخنة للأشعة السينية للمشتري تنبض بشكل مستقل حيث اعتقدنا أن نشاطها سيتم تنسيقه من خلال المجال المغناطيسي للكوكب. نحن بحاجة إلى مزيد من الدراسة لتطوير أفكار حول كيفية إنتاج كوكب المشتري للأشعة السينية ، ومهمة جونو من وكالة ناسا مهمة جدًا لهذا الغرض. "
وأجريت ملاحظات الأشعة السينية بين مايو ويونيو من عام 2016 ومارس من عام 2017. باستخدام هذه ، أنتج الفريق خرائط لانبعاثات الأشعة السينية للمشتري وتحديد النقاط الساخنة في كل قطب. تغطي النقاط الساخنة مساحة أكبر من مساحة سطح الأرض. من خلال دراستها ، تمكن الدكتور دن وزملاؤه من تحديد أنماط السلوك التي أشارت إلى أنهم يتصرفون بشكل مختلف عن بعضهم البعض.
وبطبيعة الحال ، ترك الفريق يتساءل عما يمكن أن يفسر ذلك. أحد الاحتمالات التي يقترحونها هي أن خطوط المجال المغناطيسي للمشتري تهتز ، وتنتج موجات تحمل جزيئات مشحونة نحو القطبين. قد تخضع سرعة واتجاه هذه الجسيمات للتغيير بمرور الوقت ، مما يتسبب في اصطدامها في النهاية بغلاف جوي المشتري وتوليد نبضات الأشعة السينية.
كما أوضحت الدكتورة Licia Ray ، فيزيائية من جامعة لانكستر ومؤلفة مشاركة في الورقة:
"إن سلوك النقاط الساخنة للأشعة السينية للمشتري يثير أسئلة مهمة حول العمليات التي تنتج هذه الشفق. نحن نعلم أن هناك مزيجًا من أيونات الرياح الشمسية وأيونات الأكسجين والكبريت ، والتي نشأت في الأصل من الانفجارات البركانية من قمر المشتري ، أيو. ومع ذلك ، فإن أهميتها النسبية في إنتاج انبعاثات الأشعة السينية غير واضحة ".
وكما أشارت Graziella Branduardi-Raymont - أستاذة من قسم فيزياء الفضاء والمناخ بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، ومؤلفة مشاركة أخرى في الدراسة - فإن هذا البحث يدين بوجوده إلى مهام متعددة. ومع ذلك ، كانت الطبيعة في الوقت المناسب تماما جونو المهمة ، التي كانت تعمل حول المشتري منذ 5 يوليو 2016 ، جعلت هذه الدراسة ممكنة.
"ما أجده جذابًا بشكل خاص في هذه الملاحظات ، خاصة في الوقت الذي يقوم فيه جونو بإجراء قياسات في الموقع ، هو حقيقة أننا قادرون على رؤية كل من قطبي المشتري في آن واحد ، وهي فرصة نادرة حدثت منذ عشر سنوات مضت". قال. "إن مقارنة السلوكيات في القطبين تتيح لنا معرفة المزيد من التفاعلات المغناطيسية المعقدة التي تحدث في بيئة الكوكب."
واستشرافا للمستقبل ، يأمل الدكتور دان وفريقه في دمج بيانات الأشعة السينية من XMM-Newton و Chandra مع البيانات التي تم جمعها من قبل جونو من أجل الحصول على فهم أفضل لكيفية إنتاج الشفق بالأشعة السينية. يأمل الفريق أيضًا في مواصلة تتبع نشاط أقطاب المشتري للعامين القادمين باستخدام بيانات الأشعة السينية جنبًا إلى جنب مع جونو. في النهاية ، يأملون في معرفة ما إذا كانت هذه الشفقات شائعة أو حدث غير عادي.
قال الدكتور دان: "إذا استطعنا البدء في ربط توقيعات الأشعة السينية بالعمليات الفيزيائية التي تنتجها ، فيمكننا استخدام هذه التوقيعات لفهم الأجسام الأخرى في جميع أنحاء الكون مثل الأقزام البنية أو الكواكب الخارجية أو حتى النجوم النيوترونية". . "إنها خطوة قوية ومهمة جدًا نحو فهم الأشعة السينية في جميع أنحاء الكون ، وهي خطوة لدينا فقط أثناء قيام جونو بإجراء القياسات في وقت واحد مع Chandra و XMM-Newton."
في العقد القادم ، من المتوقع أيضًا أن يقدم مسبار مستكشف الأقمار الصناعية (JUICE) المقترح من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) معلومات قيّمة عن الغلاف الجوي للمشتري والغلاف المغناطيسي. بمجرد وصولها إلى نظام جوفيان في عام 2029 ، ستراقب أيضًا الشفق القطبي للكوكب ، بشكل أساسي حتى تتمكن من دراسة تأثيرها على أقمار الجليل (Io و Europa و Ganymede و Callisto).
