هفت کشف شگفت‌انگیز درباره سیاره مشتری

در میان سیاره‌های منظومه‌ شمسی، مشتری بزرگ‌ترین و قدیمی‌ترین سیاره است و اغلب اوقات به‌عنوان دومین جرم درخشان پس از زهره در آسمان شب دیده می‌شود. دانشمندان از زمان ساخته‌شدن اولین تلسکوپ‌ها در حال ردیابی این غول گازی بوده‌اند. گالیلئو گالیله در سال ۱۶۱۰ میلادی، علاوه بر رصد سیاره‌ مشتری چهار قمر بزرگ آن را کشف کرد. این یافته باعث شد گالیله این ادعا را مطرح کند که زمین هم مانند چهار قمر گالیله به دور جرم نجومی بزرگ‌تری در حال چرخش است.

مهم‌ترین ویژگی سیاره مشتری، سنگینی شدید آن است. سیاره‌ی مشتری به لطف قدرت گرانشی‌اش، نقش برادر بزرگ‌تر را در منظومه‌ی شمسی ایفا می‌کند، چرا که در بسیاری از رویدادهای تاریخی نقش داشته است. چهار میلیارد سال پیش قدرت گرانشی مشتری به همراه زحل به پرتاب دنباله‌دارها و سیارک‌ها در منظومه‌ی شمسی انجامید. چنین رویدادی به دوره‌ای از تحولات عظیم موسوم به بمباران سنگین پسین منجر شد. در این دوره خرده‌سیاره‌ها بخش داخلی منظومه‌ شمسی را بمباران کردند و دهانه‌های برخوردی زیادی را که امروز روی سطح ماه می‌بینیم، به‌وجود آوردند.

در ۵۰ سال گذشته، مأموریت‌های فضایی و ساخت تلسکوپ‌های قدرتمند به دانشمندان این امکان را داده است که از ابرهای مشتری فراتر بروند و این سیاره‌ را با وضوحی بی‌سابقه کالبد‌شکافی کنند. دانشمندان همچنین متوجه شدند که محیط سیاره مشتری بسیار خشن است. طوفان‌های دیرپا به دور این سیاره می‌چرخند و سطح آن را با نوارهای چندرنگ می‌پوشانند. سطوح مرگبار پرتوها می‌تواند هر جسم نزدیک‌شده به سیاره را برشته کند. قمرهای گالیله نیز مانند سیاره‌ی میزبان خود جهان‌هایی پرتلاطم هستند.

سیاره‌ی مشتری با پوششی چرخان و ماهیتی پرآشوب، از سال‌ها پیش الهام‌بخش تخیلات مردم و همچنین پژوهش‌های دانشمندان بوده است. پژوهش‌های سال‌های اخیر باعث شدند پژوهشگرها بیش از گذشته به بررسی ماهیت این دنیای دوردست علاقه‌مند شوند. در این مقاله به برخی از جذاب‌ترین اکتشافاتی که در پنجاه سال گذشته از سیاره مشتری و قمرهایش به دست آمده‌اند، می‌پردازیم.

مشتری به‌عنوان سیاره‌ای گازی، از نوع سنگی نیست و ماهیت هسته‌ی آن نامشخص است. هسته‌ی مرکزی این سیاره‌ ترکیبی رقیق از جامدهای عنصر سنگین و گازهایی است که بر اثر گرانش فشرده شده‌اند. درواقع سیاره مشتری قوامی مشابه نوشیدنی بابل‌تی دارد؛ بدین صورت که از بیرون همچنان نرم است، اما در وسط تا حدی سفت شده است و درنهایت به هسته‌ای متراکم ختم می‌شود.

کاوشگر جونو در سال ۲۰۱۷ از طریق اندازه‌گیری‌های میدان گرانشی جزئیاتی از فضای داخلی عجیب مشتری را آشکار کرد. در این تکنیک تغییرات اندک در کشش گرانشی واردشده بر کاوشگر ثبت می‌شوند. داده‌های گرانشی در این مورد شباهتی به سیاره‌هایی با مرزهای جامد و مایع دقیق نداشتند و به‌این‌ترتیب دانشمندان به این نتیجه رسیدند که مشتری دارای هسته‌ای مبهم است. هیدی بکر، دانشمند سیاره‌ای ناسا و یکی از سرپرست‌های بررسی جونو در این باره می‌گوید: «هنوز دقیق نمی‌دانیم چه اتفاقی درون مشتری در حال رخ دادن است.»

درک هسته‌ی مشتری می‌تواند سرنخ‌هایی از شکل‌گیری این سیاره را آشکار کند. اغلب پیش‌سیاره‌ها با تجمع مواد جامد شکل می‌گیرند تا جایی که به اندازه‌ی کافی سنگین شوند و سپس گازها را در اطراف خود جمع کنند. دانشمندان برای توصیف داده‌های مشتری این فرضیه را مطرح کردند که شاید مشتری در حین رشد هرگز از تجمع مواد جامد دست نکشید؛ درنتیجه سیاره ممکن است مخلوطی نابرابر از جامدات و گازها از مرکز تا سطح باشد.

بر اساس فرضیه‌ای دیگر، یک جرم برخوردی عظیم که از نظر ابعاد و سنگینی شبیه سیاره مشتری بود، به داخل آن سقوط کرد، فضای داخلی آن را برهم زد و مرز بین گوشته و هسته را محو کرد.

میدان مغناطیسی زمین از آهن مذاب و چرخان داخل هسته سرچشمه می‌گیرد که باعث ایجاد نوعی نیروی محرکه می‌شود. در مشتری نوع کمیابی از ماده موسوم به هیدروژن فلزی، میدان مغناطیسی را تقویت می‌کند.

سنگینی مشتری به معنی فشار شدید آن بر هسته‌ است و باعث شکل‌گیری ماده‌ی عجیبی می‌شود که نمونه‌ی آن در دیگر نقاط منظومه‌ی شمسی وجود ندارد. هیدروژن که سبک‌ترین عنصر جدول تناوبی است و معمولا به شکل گازی دیده می‌شود، در مشتری فشرده می‌شود تا جایی که الکترون‌هایش از اتم‌های آن جدا شده و به‌صورت آزادانه حرکت کنند.

دریای الکترون‌های آزاد باعث ایجاد نوعی نیروی محرکه و یک میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌شود. کره‌ی نفوذ مغناطیسی مشتری، حتی عریض‌تر از خورشید است. این مغناطیس‌کره به قدر کافی بزرگ است تا از این سیاره در برابر بادهای خورشیدی محافظت کند و ذرات خورشیدی را تا مدار زحل از خود دور کند. در واقع حتی ممکن است مشتری هدفی دست‌نیافتنی برای بادهای خورشیدی باشد، اما این سیاره و قمرهایش ذرات پرانرژی خود را منتشر می‌کنند. این ذرات توسط میدان مغناطیسی که از مشتری در برابر بمباران یونی محافظت می‌کند، به دام افتاده و شتاب می‌گیرند.

ذرات باردار از آیو، قمر مشتری سرچشمه می‌گیرند که مواد آتشفشانی آن به دلیل فرار الکترون‌ها از مولکول‌هایشان، برانگیخته می‌شود. الکترون‌های آزاد با سرعت نزدیک به نور به دور مشتری حرکت می‌کنند و امواج رادیویی را منتشر می‌کنند. این امواج رادیویی از دیدگاه علمی دردسرساز هستند، زیرا مانع از سیگنال‌های رادار می‌شوند که دانشمندان برای بررسی فضای داخلی مشتری از زمین ارسال می‌کنند.

پوشش الکترونی همچنین باعث ایجاد کمربندی از پرتوها می‌شود که به فضاپیماهای بازدیدکننده کوبیده می‌شوند. با توجه به تمام این موانع، دانشمندان کاوشگر جونو را مانند یک تانک زره‌پوش ساختند، به‌طوری‌که تمام قطعات الکترونیکی حساس آن در یک گنبد تیتانیومی محافظ الکترونی قرار دارد که وزن تقریبی آن به ۱۸۱ کیلوگرم می‌رسد.

گفتنی است که مغناطیس‌کره‌ی قوی سیاره مشتری باعث ایجاد شفق‌های قطبی چشمگیری می‌شود. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌هایی که در مسیرهای مختلف حرکت می‌کنند به اتم‌های موجود در جو برخورد و انفجارهای نوری را ایجاد کنند. با توجه به این مسئله که میدان مغناطیسی با پوشاندن قمرها به اندازه‌ی کافی بزرگ است، گدازه‌های منتشر شده از آیو را به نقطه‌ی دیگری هدایت می‌کند. دانشمندان همچنین این آلاینده‌ها را روی اروپا هم دیده‌اند که دیگر قمر مشتری در فاصله‌ی صدها کیلومتری از آیو است.

سیاره‌ی مشتری از روزهای آغازین خود سرد نشده است و از میلیاردها سال پیش تاکنون از خود گرما منتشر می‌کند. به باور دانشمندان این گرما به تقویت طوفان‌های شدیدی که جو مشتری را دربرگرفته‌اند، کمک می‌کند.

کاوشگر وویجر در سال ۱۹۷۹ هنگام عبور از کنار سیاره مشتری به اندازه‌گیری میزان گرمای منتشرشده از این غول گازی پرداخت. دانشمندان متوجه شدند که سیاره‌ی مشتری بیش از آنچه مدل‌ها پیش‌بینی‌ می‌کردند، از خود گرما منتشر می‌کند: برخی بخش‌های این سیاره با دمای ۴۲۶ درجه‌ی سانتی‌گراد بیش از آنچه پژوهشگرها انتظار داشتند، می‌سوختند.

راز گرمای مخفی سیاره مشتری چهار دهه بعد یعنی زمانی که دانشمندان در رصدخانه‌ی کک به نقشه‌برداری از دماهای مشتری پرداختند، حل شد. این سیاره در نزدیکی استوا دارای سردترین دما و در نزدیکی قطب‌های مغناطیسی دارای داغ‌ترین دما بود که در این قسمت‌ها شفق‌های قطبی با شدت زیادی می‌درخشند. این یافته نشان می‌داد که شفق‌های قطبی منبع گرمای اضافی هستند. پلاسمای آیو با جو مشتری برخورد می‌کند تا شفق‌های چشمگیر تولید کند. این پلاسما در جهت مخالف بادهای سریع مشتری حرکت می‌کند تا اصطکاک کافی را برای افزایش دمای سراسری فراهم کند.

رابطه سیاره مشتری با قمرهایش فراتر از تبادل مواد شیمیایی است. این سیاره همچنین می‌تواند از طریق میدان گرانشی خود، قمرهای خود را گرم کند. این گرمایش دوربرد در میان چهار قمر گالیله‌ای به چشم می‌خورد. میدان گرانشی مشتری این قمرها را به دنیاهای جذاب کنونی تبدیل کرده است.

به گفته‌ی مایکل اچ وونگ، دانشمند سیاره‌ای دانشگاه کالیفرنیا، قمرهای گالیله تنها جرم‌های سنگین ایستا در فضا نیستند که در معرض بمباران قرار گرفته‌اند. بلکه این قمرها از طریق مکانیزمی موسوم به گرمایش کشندی دارای فعالیت‌های داخلی هستند. با رقص قمرها در فاصله‌های دور و نزدیک از مشتری روی مدارهای بیضی‌شکل، نبرد کششی گرانشی بین قمرها و مشتری، اصطکاک کافی را برای پختن آن‌ها فراهم می‌کند.

در نتیجه، قمرهای گالیله‌ای مانند ماه زمین به دنیاهای مرده شباهتی ندارند. از میان قمرهای چهارگانه، آیو خشم کامل گرانش مشتری را تجربه می‌کند. آیو در مقایسه با سیاره‌ی والدش، فعال‌ترین قمر آتشفشانی در کل منظومه شمسی به شمار می‌رود. خواهر یخی آن اروپا نه‌تنها هیچ شباهتی به این دنیای آتشفشانی ندارد، بلکه دارای یک اقیانوس وسیع از آب مایع زیر پوسته‌ای منجمد است. اروپا یکی از اهداف اصلی جستجوی سکونت‌پذیری سیاره‌ای به شمار می‌رود، چرا که به لطف فرآیندهای گرمایش کشندی مشتری، به اندازه‌ی کافی معتدل است تا بالقوه بتواند حیات را در خود جای دهد.

گرچه ۹۰ درصد از جو سیاره‌ی مشتری از هیدروژن تشکیل شده است، هوای آن مملو از عنصرهای دیگری است که باعث به وجود آمدن رنگ‌های زیبای سفید و نارنجی روی سطح این غول گازی شده‌اند. در سطح مشتری، مولکول‌های استیلن، هیدروژن سولفید و فسفین، چهره‌ی سیاره را با جریان‌های چرخشی می‌پوشانند.

کاوشگر گالیله در سال ۱۹۹۵ در بدنه‌ی گازی مشتری فرود آمد و به چشم‌اندازی مختصر از آن رسید. بر اساس یافته‌های این کاوشگر، سیاره‌ی مشتری دارای سه نوع ابر است: ابرهای تشکیل‌شده از آمونیاک، ابرهای آمونیوم هیدروسولفید و ابرهای یخ آب. در نتیجه انواع متفاوتی از باران‌ بر اساس ارتفاع در آسمان مشتری می‌بارند.

کاوشگر گالیله همچنین سطحی غنی از گازهای سنگین را کشف کرد که بسیار فراتر از انتظار دانشمندان بود. این سرنخ شیمیایی به گذشته‌ای پرجنب و جوش اشاره دارد. احتمالا سیاره مشتری در فاصله‌ی دورتری از خورشید شکل گرفته است که در آنجا برای جذب یخ و گازهای منجمد به اندازه‌ی کافی سرد بوده است. بر اساس نظریه‌ها، غول گازی به‌تدریج به سمت خورشید حرکت کرد تا اینکه زحل مانع از پیشروی بیشتر آن به سمت خورشید شد. در غیر این صورت مشتری احتمالا توسط خورشید بلعیده می‌شد.

سیاره‌ی مشتری میزبان چشمگیر‌ترین طوفان‌ها است که لکه‌ی سرخ بزرگ یکی از شناخته‌شده‌ترین آن‌ها به شمار می‌رود. این طوفان گردبادی با سرعت ۶۴۳ کیلومتر بر ساعت و عمق ۴۸۲ کیلومتر است. گرچه طوفان سرخ بزرگ بیش از دو دهه دوام آورده، امروز در حال کوچک شدن است. ابعاد چشم طوفان در گذشته سه برابر زمین بود و امروزه اندازه‌ی آن به یک زمین رسیده است؛ اما با وجود کاهش اندازه هنوز هم بزرگ‌ترین طوفان زنده منظومه شمسی به شمار می‌رود.

جو فوقانی مشتری میزبان رعد و برق‌ها است. در سال ۲۰۲۰ زمانی که جونو دوربین خود را به سمت تاریک این سیاره قرار داد، جرقه‌های ضعیفی از نور را کشف کرد که همان صاعقه‌ها بودند. روی زمین صاعقه زمانی رخ می‌دهد که ذرات یخ و قطره‌های آب درون ابرها با یکدیگر برخورد می‌کنند و به جداسازی بارهای مثبت و منفی از هم منجر می‌شوند.

دانشمندان در ابتدا تصور می‌کردند شکل‌گیری صاعقه روی سطح مشتری غیر ممکن است و گمان می‌کردند دما در این ارتفاع برای وجود آب مایع بسیار سرد است؛ اما سیاره‌ی مشتری به لطف گاز آمونیاکی که به عنوان ضدانجماد عمل می‌کند، در جو فوقانی خود دارای مقدار کافی آب مایع است.

طوفان‌ها هم می‌توانند ذرات یخ را از اعماق پرتاب کنند و یخ هنگام برخورد به آمونیاک نوعی توپ تشکیل‌شده از آب و آمونیاک ایجاد می‌کند که نوعی تگرگ دربردارنده‌ی یخ جامد و آب مایع است. وقتی باران می‌بارد این توپ‌ها، باقی‌مانده‌ی گازهای آمونیاک را سر راه خود جذب می‌کند و این پدیده می‌تواند نبود آمونیاک در جو را توجیه کند.

حلقه‌های مشتری برای رصد با تلسکوپ بسیار نازک هستند به همین دلیل تا مدت‌ها آشکار نشده بودند. این حلقه‌ها در سال ۱۹۷۹ در طول مانور پرواز از ارتفاع کم فضاپیمای وویجر کشف شدند و از آن زمان با تلسکوپ‌های قدرتمند زمینی و فضاپیماهای دیگر هم رصد شده‌اند.

سیاره‌ی مشتری هم مانند دیگر سیاره‌های حلقه‌دار دارای یک میدان حلقه‌ای تشکیل‌شده از سنگ‌ریزه است. این حلقه از ذرات شهاب‌سنگ‌های متلاشی‌شده تشکیل شده است که در اطراف مشتری جمع شده‌اند. این ترکیب سست و بی‌نظم از سنگ، یخ و غبار، فاصله‌ی ۵۱٬۵۰۰ کیلومتر تا ۲۰۹٬۲۱۴ کیلومتر از سطح سیاره را دربرمی‌گیرد.

وقتی اجرام دیگر از داخل حلقه عبور می‌کنند ممکن است ردپاهایی را در جریان غباری ایجاد کنند. یکی از این برخوردها، سقوط دنباله‌داری شومیکر لوی ۹ روی مشتری در سال ۱۹۹۴ بود. سال‌ها بعد، کاوشگرهای گالیله و نیوهورایزنز نوسان‌هایی را در حلقه‌ی مشتری پیدا کردند که توسط قطعاتی از دنباله‌دار به وجود آمده بود.