تلسكوب ويب الفضائي يكشف عن ميزة جديدة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري – “لقد فوجئنا تمامًا”

التيار النفاث الضيق بالقرب من خط استواء المشتري له رياح تسير بسرعة 320 ميلاً في الساعة.

كوكب المشتري يحتوي على بعض من أبرز الميزات الجوية في نظامنا الشمسي. البقعة الحمراء العظيمة على الكوكب، كبيرة بما يكفي لتغطي الأرض، وهي معروفة تقريبًا مثل بعض الأنهار والجبال المختلفة على الكوكب الذي نعيش عليه.

ومع ذلك، تمامًا مثل الأرض، يتغير كوكب المشتري باستمرار ولا يزال هناك الكثير مما نحتاج إلى تعلمه عن الكوكب. ناساإنها تلسكوب جيمس ويب الفضائي يكشف عن بعض هذه الألغاز، ويكشف عن ميزات جديدة لكوكب المشتري لم نرها من قبل، بما في ذلك طائرة نفاثة عالية السرعة تحلق فوق خط استواء الكوكب. على الرغم من أن التيار النفاث ليس مرئيًا أو لالتقاط الأنفاس مثل بعض الميزات الأخرى لكوكب المشتري، إلا أنه يمنح الباحثين فكرة مذهلة عن كيفية تفاعل طبقات الغلاف الجوي للكوكب مع بعضها البعض وكيف سيساهم ويب في هذا البحث في المستقبل.

اكتشف الباحثون الذين يستخدمون كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) الموجودة على تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، تيارًا نفاثًا عالي السرعة يقع فوق خط استواء المشتري، فوق الجسور السحابية الرئيسية. عند طول موجي يبلغ 2.12 ميكرون، تم رصده بين ارتفاعات حوالي 20 إلى 35 كيلومترًا فوق قمم سحب كوكب المشتري، رصد الباحثون عدة مقصات رياح، أو مناطق تتغير فيها سرعة الرياح مع الارتفاع أو مع المسافة، مما سمح لهم بمتابعة النفاثة. تسلط هذه الصورة الضوء على العديد من المعالم حول المنطقة الاستوائية لكوكب المشتري والتي، بين دورة واحدة للكوكب (10 ساعات)، تتعطل بشكل واضح بسبب حركة التيار النفاث. الاعتمادات: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، ريكاردو هويسو (UPV)، إيمكي دي باتر (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، تييري فوشيت (مرصد باريس)، لي فليتشر (جامعة ليستر)، مايكل إتش وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، جوزيف ديباسكال (ستسي)

يكتشف تلسكوب ويب الفضائي ميزة جديدة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري

اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ميزة جديدة لم يسبق لها مثيل في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. ويقع التيار النفاث عالي السرعة، الذي يمتد عرضه أكثر من 4800 كيلومتر، فوق خط استواء المشتري، فوق الجسور السحابية الرئيسية. يوفر اكتشاف هذه النفاثة نظرة ثاقبة لكيفية تفاعل طبقات الغلاف الجوي المضطرب الشهير لكوكب المشتري مع بعضها البعض وكيف يكون ويب فريدًا في تتبع هذه الميزات.

وقال ريكاردو هويسو من جامعة إقليم الباسك في بلباو بإسبانيا، المؤلف الرئيسي للدراسة التي تصف النتائج: “هذا شيء فاجأنا تمامًا”. “ما رأيناه دائمًا على أنه ضباب غامض في الغلاف الجوي لكوكب المشتري يظهر الآن كميزات حادة يمكننا تتبعها جنبًا إلى جنب مع الدوران السريع للكوكب.”

قدرات التصوير الفريدة التي يتمتع بها ويب

وقام فريق البحث بتحليل البيانات من كاميرا Webb NIRCam (كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء) تم التقاطها في يوليو 2022. برنامج الإصدار المبكر للعلوم – بقيادة مشتركة من Imke de Pater من جامعة كاليفورنيا، بيركلي وتيري فوشيه من مرصد باريس – تم تصميمه لالتقاط صور للمشتري بفارق 10 ساعات، أو يوم المشتري، في أربعة مرشحات مختلفة، كل منها قادر على اكتشاف التغيرات في الخصائص الصغيرة بشكل فريد على ارتفاعات مختلفة من الغلاف الجوي لكوكب المشتري.

يتمتع كوكب المشتري بغلاف جوي متعدد الطبقات، ويظهر هذا الرسم التوضيحي كيف أن ويب قادر بشكل خاص على جمع معلومات حول الطبقات العليا من الغلاف الجوي أكثر من ذي قبل. وتمكن العلماء من استخدام ويب لتحديد سرعات الرياح في طبقات مختلفة من الغلاف الجوي لكوكب المشتري لعزل الطائرة عالية السرعة. تم إجراء عمليات رصد كوكب المشتري بفارق 10 ساعات، أو يوم واحد من أيام المشتري، في ثلاثة مرشحات مختلفة، مذكورة هنا، كل منها قادر بشكل فريد على اكتشاف التغيرات في المعالم الصغيرة على ارتفاعات مختلفة من الغلاف الجوي لكوكب المشتري. الاعتمادات: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، ريكاردو هويسو (UPV)، إيمكي دي باتر (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، تييري فوشيت (مرصد باريس)، لي فليتشر (جامعة ليستر)، مايكل إتش وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، آندي جيمس (ستسي)

“على الرغم من وجود العديد من التلسكوبات الأرضية، إلا أن المركبات الفضائية مثل جونو و كاسينيوتلك الخاصة بوكالة ناسا تلسكوب هابل الفضائي وأشار دي باتر إلى أنه بعد ملاحظة التغيرات المناخية في نظام المشتري، قدم ويب بالفعل اكتشافات جديدة حول حلقات المشتري وأقماره وغلافه الجوي.

طبقات الغلاف الجوي المتناقضة

على الرغم من أن كوكب المشتري يختلف عن الأرض في نواحٍ عديدة – المشتري عملاق غازي، والأرض عالم صخري معتدل – إلا أن الكوكبين لهما غلاف جوي متداخل. تكتشف الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء والمرئية والراديو والأشعة فوق البنفسجية التي رصدتها هذه البعثات الأخرى الطبقات السفلية والأعمق من الغلاف الجوي للكوكب، حيث العواصف العملاقة والسحب الجليدية الأمونيا المقيمة.

من ناحية أخرى، فإن نظرة ويب إلى مسافة أبعد من الأشعة تحت الحمراء القريبة من ذي قبل حساسة لطبقات الغلاف الجوي على ارتفاعات أعلى، حوالي 15 إلى 30 ميلاً (25 إلى 50 كيلومترًا) فوق قمم سحب كوكب المشتري. في التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة، يظهر الضباب على الارتفاعات العالية بشكل عام ضبابيًا، مع زيادة السطوع فوق المنطقة الاستوائية. مع ويب، يتم حل أدق التفاصيل في الشريط المشرق والضبابي.

يستند هذا الرسم التوضيحي للبرق وأبراج الحمل الحراري (العواصف الرعدية) وسحب المياه العميقة والخلوص في الغلاف الجوي لكوكب المشتري إلى البيانات التي تم جمعها بواسطة مسبار الفضاء جونو وتلسكوب هابل الفضائي ومرصد جيميني. يكتشف جونو إشارات الراديو الناتجة عن تفريغ البرق. نظرًا لأن موجات الراديو يمكنها المرور عبر جميع طبقات السحب على كوكب المشتري، فإن جونو قادر على اكتشاف البرق في السحب العميقة وكذلك البرق على الجانب النهاري من الكوكب. يكتشف هابل ضوء الشمس المنعكس من السحب الموجودة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. تخترق أطوال موجية مختلفة أعماقًا مختلفة في السحب، مما يسمح للباحثين بتحديد الارتفاعات النسبية لقمم السحب. يرسم الجوزاء سمك السحب الباردة التي تحجب ضوء الأشعة تحت الحمراء الحراري من طبقات الغلاف الجوي الأكثر دفئًا أسفل السحب. تظهر السحب الكثيفة داكنة على خرائط الأشعة تحت الحمراء، بينما تظهر الخلاءات مشرقة. يمكن استخدام مجموعة الملاحظات لرسم خريطة لبنية السحابة في ثلاثة أبعاد واستنتاج تفاصيل حول دوران الغلاف الجوي. تتشكل السحب السميكة الشاهقة حيث يرتفع الهواء الرطب (تقلبات المياه المتصاعدة والحمل الحراري النشط). تتشكل عمليات التطهير حيث يغرق الهواء الأكثر جفافاً (القاع). ترتفع السحب الموضحة أعلى بخمس مرات من أبراج الحمل الحراري المماثلة في الغلاف الجوي الضحل نسبيًا للأرض. تغطي المنطقة الموضحة نطاقًا أفقيًا أكبر بمقدار الثلث من مساحة الولايات المتحدة القارية. مصدر الصورة: NASA، ESA، MH Wong (UC Berkeley)، A. James and MW Carruthers (STScI)

خصائص التيار النفاث الجديد

ويتحرك التيار النفاث المكتشف حديثًا بسرعة حوالي 320 ميلًا في الساعة (515 كيلومترًا في الساعة)، أو ضعف الرياح المستمرة التي تبلغ سرعتها 320 ميلًا في الساعة (515 كيلومترًا في الساعة). إعصار من الدرجة الخامسة هنا على الأرض. يقع على ارتفاع حوالي 40 كيلومترًا فوق السحب، في طبقة الستراتوسفير السفلية لكوكب المشتري (انظر الرسم أعلاه).

ومن خلال مقارنة الرياح التي رصدها ويب على ارتفاعات عالية مع الرياح التي رصدها هابل في الطبقات العميقة، تمكن الفريق من قياس مدى سرعة تغير الرياح مع الارتفاع وتوليد مقصات الرياح.

في حين أن دقة ويب الرائعة وتغطية الطول الموجي مكنت من اكتشاف السحب الصغيرة المستخدمة لتتبع التدفق، فإن ملاحظات هابل التكميلية التي تم التقاطها بعد يوم من ملاحظات ويب كانت أيضًا حاسمة في تحديد الحالة الأساسية للغلاف الجوي الاستوائي لكوكب المشتري ومراقبة تطور عواصف الحمل الحراري في خط استواء المشتري. غير متصل بالطائرة.

وأضاف مايكل وونج، عضو فريق البحث: “كنا نعلم أن الأطوال الموجية المختلفة من ويب وهابل ستكشف عن البنية ثلاثية الأبعاد للسحب العاصفة، لكننا تمكنا أيضًا من استخدام توقيت البيانات لمعرفة مدى سرعة تطور العواصف”. فريق جامعة واشنطن. كاليفورنيا، بيركلي، الذي قاد عمليات رصد هابل المرتبطة بها.

الملاحظات والتداعيات المستقبلية

يتطلع الباحثون إلى ملاحظات إضافية لكوكب المشتري مع ويب لتحديد ما إذا كانت سرعة الطائرة وارتفاعها يتغيران بمرور الوقت.

وأوضح لي فليتشر، عضو الفريق من جامعة ليستر في المملكة المتحدة: “لدى المشتري نمط معقد ولكنه متكرر من الرياح ودرجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير الاستوائية، أعلى بكثير من الرياح في السحب والضباب المقاسة بهذه الأطوال الموجية”. “إذا كانت قوة هذه النفاثة الجديدة مرتبطة بهذا النمط الستراتوسفيري المتذبذب، فيمكننا أن نتوقع أن تختلف النفاثة بشكل كبير خلال السنتين إلى الأربع سنوات القادمة – سيكون من المثير حقًا اختبار هذه النظرية في السنوات القادمة.”

“إنه لأمر مدهش بالنسبة لي أنه بعد سنوات من تتبع سحب كوكب المشتري ورياحه من العديد من المراصد، لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن كوكب المشتري، وقد تظل ميزات مثل هذه الطائرة مخفية حتى “أتوقع أن يتم التقاط صور NIRCam الجديدة هذه في عام 2022، “واصل فليتشر.

وقد نشرت نتائج الباحثين مؤخرا في علم الفلك الطبيعي.

المرجع: “طائرة استوائية ضيقة ومكثفة في طبقة الستراتوسفير السفلية لكوكب المشتري تمت مراقبتها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي” بقلم ريكاردو هويسو، وأجوستين سانشيز-لافيجا، وتييري فوشيه، وإيمكي دي باتر، وأراتي أنتونيانو، ولي إن فليتشر، ومايكل إتش وونج، وبابلو رودريغيز -أوفالي. ، لورانس إيه. سروموفسكي، باتريك إم. فراي، جلين س. أورتن، ساندرين جيرليت، باتريك جي جي إيروين، إيمانويل لولوش، جيك هاركيت، كاثرين دي كلير، هنريك ميلين، فنسنت هيو، إيمي أ. سيمون، ستاتيا لوشكز-كوك وكونيو ساياناجي، 19 أكتوبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02099-2

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أول مرصد لعلوم الفضاء في العالم. يحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما وراء العوالم البعيدة حول نجوم أخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.