الشفق القطبي تأتي في العديد من الأشكال والأحجام. كوكب المشتري تشتهر بتكملة مذهلة من الأضواء القطبية الساطعة ، والتي تتميز أيضًا بالظهور في نطاق الأشعة السينية. هذه الشفق هي أيضًا مصادر طاقة قصوى ، حيث تنبعث منها ما يقرب من جيجاوات من الطاقة في بضع دقائق. لكن ما الذي يسببها بالضبط ظل لغزًا على مدار الأربعين عامًا الماضية. الآن ، استخدم فريق البيانات من مجموعة من الأقمار الصناعية لتحديد سبب هذه الانبعاثات القوية. يبدو أن الإجابة هي أيونات مشحونة تتصفح نوعًا من الموجة.
أيونات تم اعتبارهم سبب الشفق القطبي لفترة طويلة ، لكن لم يكن من الواضح كيف وصلوا بالضبط إلى الغلاف الجوي. لمعرفة ذلك ، كان على الباحثين أولاً معرفة مصدر الأيونات. تم العثور على تلميح في موضع الشفق القطبي نفسه.
صورة للشفق القطبي على كوكب المشتري ، كما شوهد في الأشعة السينية بواسطة Chandra ، أحد تلسكوبات الأشعة السينية التابعة لناسا ، في عام 2007.
الائتمان - الأشعة السينية - NASA / CXC / SwRI / R. جلادستون وآخرون ؛ بصري - NASA / ESA / Hubble Heritage (AURA / STScI)
يحدث الشفق القطبي عادةً بين خط عرض 65 و 80 درجة ، ولكن لا يتعدى 80 درجة. عند هذه النقطة ، ينضم المجال المغناطيسي للأرض ، الذي يوجه الأيونات إلى الغلاف الجوي لإنشاء الشفق القطبي ، مع المجال المغناطيسي الناتج عن الرياح الشمسية ، وينقل الأيونات إلى الخارج للانضمام إلى البحر الهائج للجسيمات الأخرى المارة.
من ناحية أخرى ، يحتوي كوكب المشتري بانتظام على شفق يظهر وراء خط 80 درجة ، ويمكن أن تظهر الشفقان بشكل مختلف في القطبين الشمالي والجنوبي ، بينما سيكونان متشابهين على الأرض. يشير كل هذا إلى فكرة المجال المغناطيسي 'المغلق' ، مما يعني أن المجال المغناطيسي لكوكب ما ينطلق من نقطة ما ويعود إلى الكوكب في مكان آخر ، دون أن يتم ربطه بالمجال المغناطيسي الذي تسببه الرياح الشمسية.
يشرح الدكتور بيكي لغز الشفق الذي تم حله الآن على كوكب المشتري.
الائتمان - قناة دكتور بيكي على YouTube
لاختبار هذه النظرية الجديدة حول كيفية ترتيب المجال المغناطيسي لكوكب المشتري ، قام الدكتور Zhonghua Yao من شركة The الأكاديمية الصينية للعلوم ، بكين ، نمذجة جوانب مختلفة من المجال المغناطيسي لكوكب المشتري. كانت النتيجة الأكثر اتساقًا مع الشفق القطبي النابض المتغير الذي شوهد في الملاحظات نظامًا مغناطيسيًا مغلقًا حيث بدأ المجال المغناطيسي للعملاق الغازي من قطب ، وامتد ملايين الأميال في الفضاء الفارغ ، ثم عاد مرة أخرى إلى الكوكب.
مع هذا الفهم المحسن لنظرية المجال المغناطيسي للمشتري ، فقد حان الوقت لأخذ بعض القياسات. لحسن الحظ ، كانت هناك أداتان في متناول اليد - وهما XMM- نيوتن ، وهو مرصد الأشعة السينية القريب من الأرض ، و جونو ، أي صدر مؤخرا مقطع فيديو مذهل يعرض تفاصيل إحدى رحلات الطيران الخاصة بنظام المشتري.
الأشعة السينية ليست النوع الوحيد من الشفق القطبي على كوكب المشتري. فيما يلي بعض الصور الشفقية للأشعة فوق البنفسجية لكوكب المشتري من أداة Juno Ultraviolet Spectrograph. تحتوي الصور على شدة من ثلاثة نطاقات طيفية ، حمراء وخضراء وزرقاء ذات ألوان زائفة ، مما يوفر معلومات نوعية عن طاقات الإلكترون المعجلة (عالية ومتوسطة ومنخفضة ، على التوالي).
الائتمان: ناسا / SwRI / راندي جلادستون
في عام 2017 ، حولت XMM-Newton بصرياتها إلى كوكب المشتري لمدة 26 ساعة كاملة ، حيث شاهدت نبضات الشفق القطبي بالأشعة السينية كل 27 دقيقة. في الوقت نفسه ، كان جونو يمر فوق سطح الكوكب مباشرة لجمع بيانات مقياس المغناطيسية. عند مقارنة مجموعتي البيانات ، أصبح من الواضح أن الشفق القطبي كان ناتجًا عن تغيرات في الحقول المغناطيسية للمشتري.
يبدو أن هذه التقلبات تأتي من نوع من 'الموجة' الموجودة في المجال نفسه. من الناحية الفنية يسمى سيكلوترون الأيونات الكهرومغناطيسية (EMIC) ، يتم إنشاؤها عندما يتم ضغط المجال المغناطيسي نفسه بواسطة الرياح الشمسية التي تصطدم به. ثم تُدفع الجسيمات الساخنة التي يتم ضغطها داخل المجال المغناطيسي إلى نمط الموجة ، حيث تتبع خطوط المجال المغناطيسي باتجاه القطبين ، حيث تنضم مجددًا إلى الغلاف الجوي ، ثم تخلق الشفق القطبي.
فيديو يوتا يناقش المهمات القادمة إلى المشتري.
الباحثون بقيادة دكتور ويليام دن من جامعة كلية لندن ، تمكنوا من تتبع تكوين الموجة إلى عملية الشفق القطبي باستخدام مجموعتي البيانات. ويعتقدون أن نفس النظام قد يكون موجودًا أيضًا على عمالقة الغاز الآخرين. قد يكون نوع الأيونات مختلفًا (زحل يحتوي على أيونات مائية من إنسيلادوس مقارنة بكوكب المشتري ، الذي ينبعث منه الكبريت من آيو) ، لكن العملية ستكون هي نفسها تقريبًا. قد يحدث أيضًا على الكواكب الخارجية.
لن تكون هذه البيانات التي يبلغ عمرها 4 سنوات هي الأخيرة في هذا الموضوع أيضًا. لدى وكالة الفضاء الأوروبية مهمة تسمى Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) والتي ستصل إلى أكبر كوكب في النظام الشمسي في عام 2029. مع الحظ ، سنحصل على بعض الصور الأكثر روعة والمزيد من المعلومات حول هذه الشفق المذهل من عالم آخر.
يتعلم أكثر:
هذه - تم حل لغز أسباب الشفق القطبي للأشعة السينية لكوكب المشتري |
تقدم العلوم - الكشف عن مصدر التوهجات الشفقية للأشعة السينية لكوكب المشتري
عالم الفيزياء - الاهتزازات تؤدي إلى توهجات الأشعة السينية في الشفق القطبي لكوكب المشتري
سي بي اس - اكتشف علماء الفلك أخيرًا لغز توهجات الشفق القطبي للأشعة السينية الملحمية على مدار 40 عامًا لكوكب المشتري
مختبر الدفع النفاث - حل لغز 40 عامًا: تم الكشف عن مصدر مشاعل الأشعة السينية لكوكب المشتري
الصورة الرئيسية:
صورة تُظهر تصوير أيونات كوكب المشتري وهي تتحرك في حلقة مجال مغناطيسي مغلق ، وهو ما يخلق الشفق القطبي للأشعة السينية على الكوكب.
الائتمان - ياو / دن / وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا
