تظهر درجات اللون الأرجواني في هذه الصورة انبعاثات الأشعة السينية من الشفق القطبي لكوكب المشتري ، والتي تم اكتشافها بواسطة تلسكوب تشاندرا الفضائي التابع لناسا في عام 2007. وهي متراكبة على صورة كوكب المشتري التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا. كوكب المشتري هو الكوكب الغازي العملاق الوحيد حيث اكتشف العلماء الشفق القطبي للأشعة السينية. الائتمان: (X-ray) NASA / CXC / SwRI / R.Gladstone et al. ؛ (بصري) NASA / ESA / Hubble Heritage (AURA / STScI)
تم حل لغز اللغز حول الأضواء الشمالية والجنوبية العملاقة العملاقة للغاز.
قام علماء الفلك الكوكبي بدمج القياسات التي اتخذتها مركبة الفضاء جونو التابعة لناسا والتي تدور حول كوكب المشتري ، مع بيانات من بعثة ESA (وكالة الفضاء الأوروبية) التي تدور حول الأرض XMM-Newton ، لحل لغز عمره 40 عامًا حول أصول الشفق غير العادي للأشعة السينية لكوكب المشتري. لأول مرة ، رأوا الآلية بأكملها تعمل: الذرات المشحونة كهربائيًا ، أو الأيونات ، المسؤولة عن الأشعة السينية هي "تصفح" الموجات الكهرومغناطيسية في المجال المغناطيسي للمشتري وصولاً إلى الغلاف الجوي للغاز العملاق.
نُشرت ورقة عن الدراسة في 9 يوليو 2021 في المجلة علم السلف.
تم اكتشاف الشفق القطبي على سبعة كواكب في نظامنا الشمسي. بعض هذه العروض الضوئية مرئية للعين البشرية ؛ يولد البعض الآخر أطوال موجية من الضوء لا يمكننا رؤيتها إلا بالتلسكوبات المتخصصة. تتطلب الأطوال الموجية الأقصر مزيدًا من الطاقة لإنتاجها. يمتلك المشتري أقوى الشفق القطبي في المجموعة الشمسية وهو الوحيد من طراز t
انبهر علماء الفلك الكوكبي بالانبعاثات الشفقية للأشعة السينية لكوكب المشتري منذ اكتشافه قبل أربعة عقود لأنه لم يتضح على الفور كيف يتم توليد الطاقة اللازمة لإنتاجها. كانوا يعلمون أن هذه الأضواء الشمالية والجنوبية لجوفيان المفاجئة ناتجة عن تصادم الأيونات في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. ولكن حتى الآن لم يكن لدى العلماء أي فكرة عن كيفية وصول الأيونات المسؤولة عن عرض ضوء الأشعة السينية إلى الغلاف الجوي في المقام الأول.
في كوكب الأرض ، تظهر الشفق القطبي عادةً فقط في حزام يحيط بالأقطاب المغناطيسية ، بين خطي عرض 65 و 80 درجة. بعد 80 درجة ، يختفي الانبعاث الشفقي لأن خطوط المجال المغناطيسي تترك الأرض وتتصل بالمجال المغناطيسي في الرياح الشمسية ، وهو التدفق المستمر للجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تقذفها الشمس. وتسمى هذه بخطوط المجال المفتوح ، وفي الصورة التقليدية ، لا يُتوقع أن تصدر مناطق خطوط العرض العليا لكوكب المشتري وزحل شفقًا قطبيًا كبيرًا أيضًا.
ومع ذلك ، فإن الشفق القطبي للأشعة السينية لكوكب المشتري مختلف. توجد في اتجاه القطب من الحزام الشفقي الرئيسي والنبض ، وغالبًا ما تختلف تلك الموجودة في القطب الشمالي عن تلك الموجودة في القطب الجنوبي. هذه هي السمات النموذجية لمجال مغناطيسي مغلق ، حيث يخرج خط المجال المغناطيسي من الكوكب في أحد القطبين ويعيد الاتصال مع الكوكب في الآخر. تحتوي جميع الكواكب ذات الحقول المغناطيسية على مكونات مجال مفتوح ومغلق.
تحول العلماء الذين يدرسون هذه الظاهرة إلى عمليات محاكاة حاسوبية ووجدوا أن الشفق القطبي للأشعة السينية النابض يمكن ربطه بمجالات مغناطيسية مغلقة تتولد داخل كوكب المشتري ثم تمتد ملايين الأميال في الفضاء قبل أن تعود إلى الوراء. ولكن كيف يمكن إثبات أن النموذج قابل للتطبيق؟
تحول مؤلفو الدراسة إلى البيانات التي حصل عليها كل من Juno و XMM-Newton في الفترة من 16 إلى 17 يوليو 2017. خلال فترة اليومين ، لاحظ XMM-Newton كوكب المشتري بشكل مستمر لمدة 26 ساعة وشاهد شفق الأشعة السينية ينبض كل 27 دقيقة.
في الوقت نفسه ، كان جونو يسافر بين 62 و 68 نصف قطر كوكب المشتري (حوالي 2.8 إلى 3 ملايين ميل ، أو 4.4 إلى 4.8 مليون كيلومتر) فوق منطقة ما قبل الفجر على كوكب الأرض. كانت هذه بالضبط المنطقة التي اقترحت عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق أنها مهمة لإطلاق النبضات ، لذلك بحثوا في بيانات جونو عن أي عمليات مغناطيسية تحدث بالمعدل نفسه.
ووجدوا أن تقلبات المجال المغناطيسي للمشتري تسببت في نبضات الشفق القطبي للأشعة السينية. تضرب جسيمات الرياح الشمسية الحدود الخارجية للحقل المغناطيسي مباشرة وتضغط. تعمل هذه الانضغاطات على تسخين الأيونات المحتجزة في المجال المغناطيسي الواسع للمشتري ، والذي يبعد ملايين الأميال عن الغلاف الجوي للكوكب.
يؤدي هذا إلى ظهور ظاهرة تسمى موجات السيكلوترون الأيونية الكهرومغناطيسية (EMIC) ، حيث يتم توجيه الجسيمات على طول خطوط المجال. تسترشد الأيونات بالمجال ، وركوب الموجة EMIC عبر ملايين الأميال من الفضاء ، وفي النهاية تصطدم بالغلاف الجوي للكوكب وتطلق الشفق القطبي للأشعة السينية.
"ما نراه في بيانات جونو هو سلسلة الأحداث الجميلة هذه. قال ويليام دن من مختبر مولارد لعلوم الفضاء ، كلية لندن الجامعية ، وزملاؤه: "نرى الانضغاط يحدث ، ونرى موجة EMIC تنطلق ، ونرى الأيونات ، ثم نرى نبضًا من الأيونات ينتقل على طول خط الحقل". -مؤلف الصحيفة. "ثم ، بعد بضع دقائق ، يرى XMM اندفاعا من الأشعة السينية."
الآن وقد تم تحديد الجزء المفقود من العملية لأول مرة ، فإنه يفتح ثروة من الاحتمالات حيث يمكن دراسته بعد ذلك. على سبيل المثال ، في كوكب المشتري ، الحقل المغناطيسي مليء بأيونات الكبريت والأكسجين المنبعثة من البراكين على القمر آيو. في زحل ، ينفث القمر إنسيلادوس الماء في الفضاء ، ويملأ المجال المغناطيسي لزحل بأيونات المجموعة المائية.
لمزيد من المعلومات حول هذا الاكتشاف ، راجع العلماء يحلون لغزًا استمر 40 عامًا حول كوكب المشتري القوي بشكل مذهل الشفق القطبي.
المرجع: "الكشف عن مصدر التوهجات الشفقية للأشعة السينية للمشتري" بقلم Zhonghua Yao و William R. Dunn و Emma E. Woodfield و George Clark و Barry H. Mauk و Robert W. Ebert و Denis Grodent و Bertrand Bonfond و Dongxiao Pan ، جوناثان راي ، بينبين ني ، رويلونج جو ، جراتزيلا براندواردي-ريمونت ، أفيليا دي ويبيسونو ، بيدرو رودريغيز ، ستافروس كوتسياروس ، جان أووي نيس ، فريدريك أليجريني ، ويليام إس. سليمان ، هاري مانرز ، رافيندرا تي ديساي وسكوت جيه بولتون ، 9 يوليو 2021 ، علم السلف.
DOI: 10.1126 / sciadv.abf0851
المزيد عن البعثة
يدير مختبر الدفع النفاث ، وهو قسم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا ، مهمة جونو للباحث الرئيسي ، سكوت جيه بولتون ، من معهد ساوث ويست للأبحاث في سان أنطونيو. جونو هو جزء من برنامج الحدود الجديدة التابع لوكالة ناسا ، والذي تتم إدارته في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هنتسفيل ، ألاباما ، لمديرية المهام العلمية بالوكالة في واشنطن. قامت شركة Lockheed Martin Space في دنفر ببناء وتشغيل المركبة الفضائية.
