لکه سرخ بزرگ سیاره مشتری چگونه به وجود آمد؟

لکه سرخ بزرگ مشتری در میان شگفتی‌های منظومه شمسی می‌درخشد. این بیضی سرخ باشکوه که حتی با تلسکوپ‌های کوچک هم مشاهده‌پذیر است، مانند چشمی شرور از این غول گازی عظیم به ما خیره شده است. لکه سرخ بزرگ یا به اختصار GRS به‌قدری عظیم است که می‌توان کل کره‌ی زمین را در آن جای داد و سیاره‌ ما بدون لمس کناره‌های این لکه در آن فرو خواهد رفت.

لکه‌ی سرخ بزرگ سال‌ها با ما است و رازهای زیادی را با خود دارد؛ اما همچنان و همیشه در حال یادگیری درباره‌ی آن هستیم. پژوهشی جدید که در مجله‌ی Geophysical Research Letters منتشر شده، نشان می‌دهد که این لکه سرخ به اندازه‌ای که تصور می‌شد قدیمی نیست و با اینکه ممکن است سال‌ها دوام بیاورد، روزشمار مرگ آن آغاز شده است.

لکه‌ی سرخ بزرگ، نمادین‌ترین شاخصه‌ی مشتری است. می‌گوییم شاخصه‌ی سطحی، با اینکه مشتری سطحی ندارد؛ در واقع آنچه می‌بینیم ابرهایی در لایه‌ی جو فوقانی مشتری هستند که عمق آن به هزاران کیلومتر می‌رسد. لکه سرخ بزرگ در واقع لکه‌ای بسیار وسیع و پایدار آب و هوایی در ابرهای این سیاره است؛ از دیدگاه تخصصی این لکه نوعی گردباد واچرخندی است؛ یک سیستم پرفشار که برخلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد و سرعت چرخش گازها در مرکز آن به ۴۵۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد. این سرعت به رکورد سریع‌ترین بادهای ثبت‌شده روی زمین می‌رسد.

طوفان سرخ بزرگ مشتری که در منظومه شمسی هم بزرگ‌ترین طوفان از نوع خود به شمار می‌رود، از دو منطقه تشکیل شده است. یک منطقه بیضی شکل از گازهای سرخ رنگ و منطقه‌ی سفید مجاور که از نواری گازی به نام هاله تشکیل شده است. این لکه سرخ بزرگ در کمربند جنوبی استوای مشتری قرار دارد و یکی از نوارهای متعدد سطح این سیاره است. این نوارها الگوهای بادی عرضی هستند که به جریان باد روی زمین شباهت دارند، اما بسیار پیچیده‌تر از بادهای زمین هستند، زیرا سیاره مشتری فاقد سطح است. جریان‌های همرفتی عظیم روی مشتری در جو بالا و پائین می‌روند و نیروهای شدید خم‌کننده‌ی هوا ناشی از چرخش سریع ۹ ساعت و ۵۵ دقیقه‌ای این سیاره به دور خود هستند.

برخلاف تندبادهای روی زمین که می‌توانند مناطق قابل توجهی از سیاره را پوشش دهند، طوفان‌های مشتری معمولا در محدوده‌ی جغرافیایی خود باقی می‌مانند و با جریان‌های تندباد قدرتمند محدود می‌شوند. این محصور شدن باعث شده لکه‌ی سرخ بزرگ تا مدت‌ها دوام بیاورد.

با وجود نظارت پیوسته بر سیاره مشتری، لکه یادشده پس از سال ۱۷۱۳ ناپدید شد. مورد بعدی رصد یک لکه طوفانی در همان ارتفاعات به سال ۱۸۳۱ بازمی‌گردد که تقریبا یک قرن بعد رخ داد. در آن زمان ستاره‌شناس‌ها یک لکه تیره را گزارش دادند؛ درحالی که تا سال ۱۸۷۰ به رنگ سرخ این لکه پی نبرده بودند. این لکه که همان لکه سرخ آشنای دوست‌داشتنی ماست، به صورت پیوسته از آن زمان رصد شد و به این ترتیب طول عمرش تقریبا به ۲۰۰ سال می‌رسد.

جالب است، طرح‌های قدیمی و حتی عکس‌های اولیه، لکه‌ی سرخ را عریض‌تر از امروز نشان می‌دهند. اولین عکس که توسط ستاره‌شناسی ایرلندی به نام اگنس مری کلرک در سال ۱۸۷۹ ثبت شد، لکه سرخ بزرگ را به شکل بیضی مسطحی با عرض تقریبا ۴۰ هزار کیلومتر نشان می‌دهد که بیش از دو برابر عرض طوفان دایره‌ای‌تر کنونی است. البته اندازه و شکل لکه سرخ بزرگ در طی یک و نیم قرن گذشته به شکل چشمگیری تغییر کرده است.

معمای تغییر شکل لکه سرخ بزرگ چیست؟ آیا لکه‌ای که کاسینی و دیگران در قرن هفدهم دیده بودند همان لکه سرخ بزرگ امروزی است؟ در غیر این صورت، آیا لکه‌ اصلی از هم پاشیده و یک لکه جدید در همان موقعیت جغرافیایی به وجود آمده است؟ و در این صورت چگونه این اتفاق رخ داده و چرا اندازه و شکل این لکه‌ها به‌صورت پیوسته تغییر می‌کند؟

پرسش‌های فوق نقطه‌ی تمرکز پژوهشی جدید شدند. رصدهای دقیق سیاره مشتری نشان می‌دهند جو این سیاره‌ی عظیم تا چه اندازه پیچیده و متغیر است. طوفان‌های کوچک‌تر شکل می‌گیرند و ناپدید می‌شوند، درحالی‌که سایر طوفان‌ها ادغام می‌شود و رشد می‌کنند. بسیاری از طوفان‌ها به مدت چند سال دوام می‌آورند و می‌توانند شاخصه‌های عظیم‌تری را تولید کنند.

مؤلفان پژوهش از مدل‌های عددی گازهای جوی سیاره مشتری و حل معادله‌های پیچیده‌ی دینامیک سیالات برای شبیه‌سازی حرکت و رفتار آن‌ها استفاده و سپس نتایج را با طیف وسیعی از اندازه‌گیری‌های آرشیوی لکه سرخ بزرگ در طی قرن‌های مختلف مقایسه کردند. آن‌ها با نگاهی به چگونگی تغییر شکل گردبادها به‌مرور زمان به این نتیجه رسیدند که لکه سرخ دیده‌شده توسط کاسینی یکسان با لکه سرخ بزرگ کنونی نیست و سرعت رشد عرضی لکه‌ها مطابقت ندارد.

یک مکانیزم شکل‌گیری دیگر می‌تواند ابرطوفان یا فراچاهش مواد گرم‌تر از اعماق مشتری باشد که به سمت ابرهای فوقانی راه می‌یابد. چنین طوفان شدیدی در سال ۲۰۱۰ روی زحل فوران کرد و سامانه‌ی آب و هوایی چشمگیری را به‌وجود آورد که طی یک یا دو سال ناپدید شد. پژوهشگرها با شبیه‌سازی چنین رویدادی در سیاره مشتری به این نتیجه رسیدند که این طوفان می‌تواند حاصل یک سامانه‌ی واچرخندی (ضدسیکلون) باشد، اما مانند طوفان‌های ادغام‌شونده تنها یک فراچاهش ماده نمی‌تواند به شکل و اندازه‌ی لکه سرخ بزرگ برسد. همچنین هیچ‌کدام از این ابرطوفان‌ها در چنین ارتفاعی روی سطح مشتری دیده نشده‌اند و بنابراین می‌توان عامل دیگری را برای این لکه‌ی عظیم درنظر گرفت.

آن «عامل دیگر» به گفته‌ی پژوهشگرها می‌تواند رویداد موسوم به اختلال حاره‌ای جنوبی باشد. این رویداد معمولا زمانی رخ می‌دهد که جریانی از گازها در یکی از نوارهای مشتری در جهت جنوب یا شمال گسترش پیدا کند و وارد نوار مجاور شود. این اتفاق می‌تواند مانع از جریان نواری مجاور شود و به شکل‌گیری چرخه‌ی طوفانی بینجامد که به ابعاد بسیار بزرگی می‌رسد. دانشمندان این فرآیند را شبیه‌سازی کردند و متوجه شدند که برای محدوده‌ی سرعت کافی در بادهای برهمکنشی، می‌تواند لکه‌ای بزرگ مشابه لکه سرخ بزرگ تولید شود. مهم‌تر از هر چیز، این مکانیزم می‌تواند عامل تغییر شکل و اندازه‌ی لکه‌ی سرخ بزرگ نیز باشد.

پژوهشگرها سپس به این نتیجه رسیدند که لکه سرخ بزرگی که امروز می‌بینیم در سال ۱۸۳۱ به عنوان موجودیتی مستقل از لکه‌ای که پیش‌تر دیده شده بود، تشکیل شده است. به این ترتیب عمر این لکه به ۱۹۳ سال می‌رسد؛ اما دقیقا تا چه زمانی به حیات خود ادامه خواهد داد؟ کاهش ابعاد لکه‌ی سرخ بزرگ از سال ۲۰۱۰ سرعت گرفته است. هنوز مشخص نیست که چه زمانی چشم خشمگین مشتری ناپدید شود، اما ناپدید شدن لکه‌ی کاسینی می‌تواند به این معنی باشد که لکه‌ی سرخ بزرگ هم روزی از بین خواهد رفت. احتمالا ستاره‌شناس‌های آینده شاهد یک مشتری بدون لکه خواهند بود.

با این‌حال یک چیز را به طور قطع درباره‌ی پادشاه سیاره‌ها می‌دانیم: این سیاره ثابت نمی‌ماند. حتی اگر لکه‌ی سرخ بزرگ ناپدید شود، احتمالا لکه‌ی دیگری جای آن را خواهد گرفت.