استخدم أحد علماء الفلك الهواة تقنية قديمة لدراسة كوكب المشتري، ووجد شيئًا غريبًا

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

تعاون العلماء وعلماء الفلك الهواة لقلب الافتراض السائد منذ فترة طويلة بأن السحب الدوامة الشهيرة لكوكب المشتري مصنوعة من الأمونيا المجمدة – وهو اكتشاف أساسي جدًا حول عملاق الغاز الذي اعتقدنا أننا نعرفه جيدًا.

باستخدام التلسكوبات والمرشحات الطيفية المتاحة تجاريًا، قام عالم فلك هاوٍ يُدعى ستيف هيل بجمع بيانات لرسم خريطة لمدى وفرة الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري، لكن هيل وجد في النهاية شيئًا يتناقض مع النماذج السابقة لتكوين الغلاف الجوي لعملاق الغاز.

“لقد كنت مفتونًا!” قال باتريك إيروين من جامعة أكسفورد لموقع Space.com. “في البداية، كنت متشككا في أن طريقة ستيف يمكن أن تنتج مثل هذه الخرائط التفصيلية للأمونيا.” ولكن مع ظهور التحليل، حل الشك محل الإثارة، وكان من الواضح أن هيل كان على حق.

يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، مع كميات صغيرة من الأمونيا والميثان وبخار الماء وغازات أخرى. تتكثف هذه المكونات الأخيرة على مستويات مختلفة لتشكل السحب التي تعكس ضوء الشمس لتخلق المظهر المذهل للكوكب. نظرًا لوجود الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ومن المتوقع أن تتكثف (أو تشكل سحبًا) عند أدنى ضغط لجميع الغازات المعروفة، فقد افترض العلماء على نطاق واسع أن السحب العليا الرئيسية التي يمكن ملاحظتها على الكوكب كانت مكونة من جليد الأمونيا.

وقال إيروين: “سوف يفترض علماء الفلك دائمًا نموذجًا بسيطًا ما لم يكن هناك دليل دامغ على أن هذا النموذج البسيط معيب”. “بما أننا نستطيع رؤية غاز الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري […]كان من المفترض أن السحب الرئيسية التي يمكن ملاحظتها كانت على الأرجح مكونة من جليد الأمونيا.”

تواصل إيروين مع هيل لأول مرة في عام 2023 من خلال اتصال متبادل في الجمعية الفلكية البريطانية بعد أن قدم هيل ملاحظاته المثيرة للاهتمام. “[Steve] وقال إيروين: “كان مهتمًا بالتعاون مع عالم فلك محترف لتحليل منهجه والتحقق من صحته”.[He applied] وهي تقنية استخدمت لأول مرة في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي باستخدام نطاقات امتصاص مرئية من الأمونيا والميثان بأطوال موجية حمراء. وعلى الرغم من شهرة هذه التقنية، إلا أنها لم تستخدم كثيرًا منذ ذلك الحين.”

تُسمى هذه التقنية بتحليل عمق النطاق، وتُستخدم لتقدير تركيز غاز معين بناءً على مقدار الضوء الممتص عند أطوال موجية خاصة بذلك الغاز – في هذه الحالة الميثان والأمونيا.

استخدم هيل نطاقات امتصاص الميثان (619 نانومتر) والأمونيا (647 نانومتر)، وكلاهما من السمات المعروفة في الطيف المرئي لكوكب المشتري، لحساب وفرة هذه الغازات فوق قمم سحب المشتري. يعد امتصاص الميثان عند 619 نانومتر بمثابة نقطة مرجعية موثوقة لأن وفرة الميثان معروفة جيدًا ويمكن استخدام امتصاصه لتحديد مستويات الضغط. ومن خلال مقارنة ذلك بامتصاص الأمونيا عند 647 نانومتر، تمكن هيل من حساب ورسم خريطة لتوزيع الأمونيا عبر سحب المشتري بدقة عالية بشكل مدهش.

وأوضح إيروين: “نعلم أن غاز الميثان يختلط جيدًا في الغلاف الجوي ولدينا تقدير جيد لوفرة الميثان”. “وبالتالي يمكننا استخدام الفرق في الانعكاس بين [images] تمت ملاحظتها في نطاقي الامتصاص هذين لتحديد كل من الضغط العلوي للسحابة والوفرة النسبية للأمونيا.”

ما وجده الفريق هو أن الضوء المنعكس كان قادمًا من طبقات السحب حيث يكون الضغط الجوي مرتفعًا جدًا ودرجات الحرارة دافئة جدًا بحيث لا تتكثف الأمونيا. “[The observations] تظهر بوضوح شديد أن الطبقة الرئيسية للانعكاس […] وقال إيروين: “إن هذا أعمق بكثير من مستوى التكثيف المتوقع للأمونيا عند 0.7 بار، ويحدث في الواقع على عمق أكبر عند 2-3 بار”.

الشيء الوحيد الذي يجب فعله هو استنتاج أن جليد الأمونيا لا يمكن أن يكون المكون الرئيسي لسحب المشتري. بدلًا من ذلك، تتوقع النمذجة أن تكون السحب على الأرجح مكونة من هيدروكبريتيد الأمونيوم وربما الضباب الدخاني الناتج عن التفاعلات الكيميائية الضوئية في الغلاف الجوي، حيث أن تلوين السحب لا يتوافق مع الجليد النقي.

وأضاف إيروين: “ومع ذلك، لا نعرف على وجه اليقين ما هي هذه التركيبة”. “وقد اقترح أيضا أن السحب يمكن أن تكون مزيجا غريبا من الماء والأمونيا.”

وتابع أن ما يظهره هو أن هناك الكثير من الكيمياء الضوئية المعقدة التي تحدث في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. وقال إيروين: “يبدو أنه في معظم المناطق، يتم تحلل الأمونيا ضوئيًا وتدميرها بشكل أسرع من إمكانية رفعها”. “لذا فإن سحب جليد الأمونيا النقية نادرة إلى حد ما وتقتصر على مناطق صغيرة ذات حمل حراري سريع وقوي للغاية.”

تم التحقق من صحة ملاحظات هيل ونظريته بمساعدة إيروين من خلال المقارنة مع التقنيات الأكثر تقدمًا، وتحليل البيانات من أداة MUSE الموجودة على التلسكوب الكبير جدًا (VLT) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، والمصفوفة الكبيرة جدًا (VLA) ومهمة جونو التابعة لناسا. وهذا أمر مهم لأنه لا يؤكد هذه النتائج المثيرة فحسب، بل يجعل أيضًا عمليات رصد كوكب المشتري – والكواكب المماثلة الأخرى، مثل زحل – أكثر سهولة في الوصول إليها وإجرائها.

“إن وجود الأمونيا أو عدم وجودها يوفر تتبعًا قويًا لعمليات الطقس على كوكب المشتري، مما يجعله مهمًا لفهم الكوكب وغيره من الكواكب.” كتب هيل في ورقته الأصلية التي نشرت العام الماضي في مجلة علوم الأرض والفضاء.

وعلى الرغم من التقدم المثير، إلا أن العلماء يعترفون بأنه لا تزال هناك قيود تحتاج إلى التغلب عليها. أولاً، تعتمد النتائج الحالية على صورة “عمودية” مفترضة للأمونيا، والتي يفترض العلماء غالبًا أنها ثابتة.

وقال إيروين: “في الواقع، من المرجح أن يتغير الارتفاع تحت مستوى تكثيف الأمونيا، ولكن ليس من السهل تقييد ذلك بملاحظاتنا”. “نحن بحاجة إلى إجراء مقارنة وثيقة بين نتائج VLT/MUSE، وJuno، وVLA. يجب أن يناسب أحد الحلول جميع الملاحظات، لكننا سنحتاج إلى التكرار قليلاً في هذا الأمر لمعرفة الشكل الرأسي للأمونيا في مواقع مختلفة في جو كوكب المشتري.”

قصص ذات صلة:

– يمكن أن يكون لكواكب المشتري العملاقة ماضٍ فوضوي للغاية

– تم الكشف عن تغييرات جذرية في أورانوس ونبتون وزحل والمشتري خلال 10 سنوات من صور تلسكوب هابل

– عواصف كوكب المشتري وقمره “البطاطا” أمالثيا فاجأت في صور مسبار جونو الجديدة التابعة لناسا

وقد طبق علماء الفلك أيضًا أسلوبهم في عمليات رصد زحل، ووجدوا بالمثل أن الانعكاس من طبقة السحابة الرئيسية يحدث بشكل أعمق مما كان متوقعًا في السابق، وهو أيضًا أقل بكثير من المستوى الذي قد تتكثف فيه الأمونيا في السحب. وأضاف إروين: “يشير هذا إلى وجود عمليات كيميائية ضوئية مماثلة في الغلاف الجوي لكوكب زحل”. “لقد حددنا أيضًا الوفرة العميقة للأمونيا ووجدناها متوافقة مع ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي الأخيرة.”

يسلط هذا العمل الضوء على كيفية قيام مساهمات علماء الفلك المحترفين والهواة بدفع حدود فهمنا. حتى الملاحظات التي تبدو “بسيطة” يمكن أن توفر رؤى قيمة وتوسع معرفتنا بالكون.