سپر نامرئی مشتری پیچیده‌تر از زمین است!

به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از ساینس دیلی، فضاپیمای جونو ناسا کشف کرده است که مشتری از یک سیستم شگفت‌آور پیچیده از امواج پلاسمای قدرتمند و چندین ناحیه شوک برای دفاع در برابر باد خورشیدی استفاده می‌کند. این یافته‌ها تفاوت‌های عمده‌ای بین مشتری و زمین را آشکار می‌کند و می‌تواند به دانشمندان در درک امواج شوک عظیم تولید شده توسط ستارگان در حال انفجار کمک کند.

این فضاپیما جزئیات جدید و قابل توجهی در مورد چگونگی مقاومت مشتری در برابر جریان مداوم ذرات پرانرژی که از خورشید سرچشمه می‌گیرند، منتشر کرده است که نشان می‌دهد که بزرگترین سیاره منظومه شمسی به سیستم بسیار پیچیده‌تری از امواج پلاسما و مناطق شوک نسبت به زمین متکی است.

این تحقیق که توسط دانشمندان دانشگاه آیووا سرپرستی می‌شود، دقیق‌ترین مشاهدات تاکنون از شوک کمانی مشتری را ارائه می‌دهد؛ مرزی نامرئی که در آن ذرات خورشید با محیط مغناطیسی سیاره برخورد می‌کنند. این کشف تفاوت‌های مهمی را در نحوه واکنش مشتری و زمین به این ذرات ورودی آشکار می‌کند.

فراتر از مشتری، نتایج همچنین می‌تواند به دانشمندان در درک برخی از قدرتمندترین رویدادهای جهان، از جمله امواج شوک شدید مرتبط با انفجار ستارگان، کمک کند.

چگونه مشتری از خود در برابر باد خورشیدی محافظت می‌کند

خورشید به طور مداوم جریانی از ذرات باردار الکتریکی به نام باد خورشیدی را آزاد می‌کند. این ذرات با سرعت‌های فوق‌العاده‌ای در فضا حرکت می‌کنند؛ اغلب سریع‌تر از سرعتی که امواج صوتی از پلاسمای اطراف عبور می‌کنند. هنگامی که باد خورشیدی به سیاره‌ای با میدان مغناطیسی نزدیک می‌شود، با مرزی به نام شوک کمانی مواجه می‌شود.

در زمین، این مرز نقش محافظتی مهمی ایفا می‌کند. این مرز، ذرات ورودی را کند و گرم می‌کند و به تغییر مسیر بخش زیادی از باد خورشیدی در اطراف سیاره کمک می‌کند. بدون این فرآیند، ذرات مضر بیشتری می‌توانند به جو زمین برسند و به طور بالقوه شرایط را برای حیات نامطلوب‌تر کنند.

مشتری نیز دارای یک شوک کمانی است اما اندازه عظیم، میدان مغناطیسی قدرتمند و ترکیب گازی، آن را به مکانی بسیار جالب برای مطالعه نحوه رفتار این مرزها تبدیل می‌کند. دانشمندان مدت‌هاست که می‌خواهند بفهمند آیا مشتری باد خورشیدی را متفاوت از زمین مدیریت می‌کند یا خیر و این تفاوت‌ها چه چیزی را در مورد سایر اجرام در سراسر کیهان آشکار می‌کنند.

دانشمندان یک سیستم دفاعی پیچیده‌تر را کشف می‌کنند

محققان با استفاده از اندازه‌گیری‌های جونو، کشف کردند که مشتری برای کند کردن و گرم کردن ذرات خورشیدی ورودی، به امواج پلاسما با فرکانس‌های متعدد متکی است. این فرکانس‌های مختلف، که به عنوان "هارمونیک" شناخته می‌شوند، الگوی موج پیچیده‌تری نسبت به الگویی که معمولاً در زمین مشاهده می‌شود، ایجاد می‌کنند.

این فرآیند را می‌توان با موسیقی مقایسه کرد. همانطور که چندین نت با هم نواخته می‌شوند، صدای غنی‌تری نسبت به یک نت واحد تولید می‌کنند، امواج پلاسما حاوی فرکانس‌های متعدد می‌توانند با ذرات ورودی به روش‌های پیچیده‌تری تعامل داشته باشند. این امر به شوک کمانی مشتری اجازه می‌دهد تا انرژی را به ذرات بیشتری منتقل کند، آنها را گرم کند و سرعت آنها را کاهش دهد.

در مقایسه، شوک کمانی زمین در درجه اول از امواج پلاسما متمرکز در اطراف یک فرکانس واحد استفاده می‌کند. این چیدمان ساده‌تر معمولاً برای شرایطی کافی است که در نزدیکی سیاره ما با آن مواجه هستیم.

«جایاسری جوزف»، محقق فوق دکترا در گروه فیزیک و نجوم در آیووا و نویسنده مسئول این مطالعه، می‌گوید: "مشتری راه خود را برای مقابله با باد خورشیدی پیدا کرده است، از طریق امواج پلاسما که قوی‌تر هستند و ساختارهای هارمونیک غنی‌تری را نشان می‌دهند. این مهم است زیرا اگر چندین فرکانس داشته باشید، می‌توانید ذرات بیشتری را در باد خورشیدی گرم کنید و آنها را کند کنید."

مشتری یک خط دفاعی اضافی دارد

محققان تفاوت قابل توجه دیگری را در نحوه تعامل دو سیاره با باد خورشیدی شناسایی کردند. قبل از اینکه ذرات ورودی به شوک کمانی اصلی مشتری برسند، می‌توانند با ساختارهای شوک کوچکتری به نام «شوکلت» مواجه شوند. این مناطق اضافی به کند شدن باد خورشیدی قبل از رسیدن به مرز شوک اولیه کمک می‌کنند.

در مقابل، شوک کمانی زمین عموماً به عنوان منطقه اصلی عمل می‌کند که در آن باد خورشیدی ورودی کند و تغییر مسیر می‌دهد. ساختارهای شوک اضافی مشتری، فرآیند پیچیده‌تری را برای مدیریت انرژی حمل شده توسط ذرات خورشیدی نشان می‌دهند.

«بیل کورت»، دانشمند محقق در دانشکده فیزیک و نجوم آیووا و یکی از محققان این مطالعه، می‌گوید: «زمین نیازی به انجام این اقدامات اضافی برای مدیریت باد خورشیدی ندارد زیرا این ضربه به اندازه کافی قدرتمند نیست.»

کورث از زمان پرتاب فضاپیمای جونو در سال ۲۰۱۱ در ماموریت جونو ناسا شرکت داشته است.

آنچه مشتری می‌تواند در مورد انفجار ستارگان به ما بیاموزد

اگرچه این مشاهدات بر مشتری متمرکز است، اما اهمیت آنها می‌تواند بسیار فراتر از منظومه شمسی ما باشد.

امواج ضربه‌ای در سراسر کیهان، به ویژه در محیط‌هایی که مقادیر عظیمی از انرژی آزاد می‌شود، رخ می‌دهند. برخی از شدیدترین نمونه‌ها در بقایای ابرنواختر یافت می‌شوند؛ ابرهای در حال گسترش موادی که هنگام انفجار برخی از ستارگان در حال مرگ باقی می‌مانند.

این امواج ضربه‌ای کیهانی بسیار قدرتمندتر از امواجی هستند که در نزدیکی مشتری دیده می‌شوند. با این حال، فرآیندهای فیزیکی که نحوه حرکت انرژی از طریق پلاسما را کنترل می‌کنند، شباهت‌های مهمی دارند. دانشمندان با بررسی شوک کمانی مشتری با جزئیات بی‌سابقه، می‌توانند مکانیسم‌هایی را بررسی کنند که اندازه‌گیری مستقیم آنها در اطراف ستارگان دوردست بسیار دشوارتر است.

جوزف می‌گوید: "از آنجا که شوک‌های حتی قوی‌تری در اطراف اجرام اخترفیزیکی مانند بقایای ابرنواختر رخ می‌دهند، شوک کمانی مشتری یک آزمایشگاه طبیعی نزدیک برای کاوش و درک چگونگی تبدیل مقادیر عظیم انرژی جریان توسط طبیعت به گرما و ذرات پرانرژی ارائه می‌دهد."

درک این فرآیندها می‌تواند مدل‌های علمی در مورد چگونگی انتقال انرژی، ذرات گرما و شکل‌دهی محیط‌ها در سراسر کیهان توسط امواج ضربه‌ای را بهبود بخشد.

جونو ناسا اندازه‌گیری‌های بی‌سابقه‌ای انجام می‌دهد

این موفقیت با مشاهداتی که جونو در دسامبر ۲۰۲۴ جمع‌آوری کرد، امکان‌پذیر شد. این فضاپیمای ناسا از ژوئیه ۲۰۱۶ در حال چرخش به دور مشتری است و فرصتی فوق‌العاده برای محققان فراهم می‌کند تا این سیاره غول‌پیکر و محیط اطراف آن را بررسی کنند.

بخش کلیدی این کشف از ابزار امواج جونو حاصل شد که توسط فیزیکدانان دانشگاه آیووا طراحی و ساخته شده است. این ابزار فعالیت امواج الکتریکی و مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا رفتار پلاسما در اطراف مشتری را مطالعه کنند.

فضاپیمای‌های قبلی وجود شوک‌های کمانی را در سیارات بیرونی شناسایی کرده بودند، اما فاقد اندازه‌گیری‌های لازم برای آشکار کردن ساختار دقیق امواج پلاسمای مربوطه بودند. مشاهدات جونو اکنون تصویر بسیار واضح‌تری از نحوه رفتار این امواج در مشتری ارائه داده است.

این یافته‌ها در مجله Nature Communications منتشر شد.