فضاپیمای جونو ناسا جزئیات قابل توجه جدیدی را در مورد چگونگی مقاومت مشتری در برابر جریان دائمی ذرات پرانرژی که از خورشید می‌ریزد، فاش کرده است. یافته ها نشان می دهد که بزرگترین سیاره منظومه شمسی به سیستم بسیار پیچیده تری از امواج پلاسما و نواحی شوک نسبت به زمین متکی است.
این مطالعه که توسط دانشمندان دانشگاه آیووا هدایت می‌شود، دقیق‌ترین مشاهدات را از برخورد مشتری ارائه می‌کند، مرزی نامرئی که در آن ذرات خورشید با محیط مغناطیسی سیاره برخورد می‌کنند. این کشف تفاوت های مهمی را در نحوه واکنش مشتری و زمین به این ذرات ورودی نشان می دهد.
فراتر از مشتری، نتایج همچنین می تواند به دانشمندان کمک کند تا برخی از قوی ترین رویدادهای جهان، از جمله امواج شوک شدید مرتبط با ستارگان در حال انفجار را درک کنند.
چگونه مشتری از خود در برابر باد خورشیدی محافظت می کند
خورشید به طور مداوم جریانی از ذرات باردار الکتریکی به نام باد خورشیدی را آزاد می کند. این ذرات با سرعت بسیار زیادی در فضا حرکت می کنند، اغلب سریعتر از سرعتی که امواج صوتی در پلاسمای اطراف حرکت می کنند. هنگامی که باد خورشیدی به سیاره ای با میدان مغناطیسی نزدیک می شود، با مرزی به نام شوک کمانی مواجه می شود.
در زمین، این مرز نقش محافظتی مهمی دارد. این ذرات ورودی را کند می کند و گرم می کند و به تغییر مسیر بیشتر باد خورشیدی در اطراف سیاره کمک می کند. بدون این فرآیند، ذرات مضر بیشتری می توانند به جو زمین برسند و به طور بالقوه شرایط را برای زندگی کمتر مساعد کنند.
مشتری همچنین دارای یک شوک کمانی است، اما اندازه عظیم، میدان مغناطیسی قوی و ترکیب گاز آن را به مکانی جالب برای مطالعه رفتار این مرزها تبدیل کرده است. دانشمندان مدت‌هاست که می‌خواستند بدانند آیا مشتری با باد خورشیدی متفاوت از زمین برخورد می‌کند یا خیر، و این تفاوت‌ها چه چیزی را در مورد دیگر اجرام در کیهان نشان می‌دهد.
دانشمندان سیستم دفاعی پیچیده تری را کشف کردند
با استفاده از اندازه‌گیری‌های جونو، محققان دریافتند که مشتری به امواج پلاسمایی با فرکانس‌های چندگانه برای کاهش سرعت و گرم کردن ذرات خورشیدی ورودی متکی است. این فرکانس‌های مختلف که به «هارمونیک» معروف هستند، الگوی موجی پیچیده‌تری نسبت به آنچه که معمولاً روی زمین دیده می‌شود، ایجاد می‌کنند.
این روند را می توان با موسیقی مقایسه کرد. همانطور که چندین نت با هم نواخته می شوند صدای غنی تری نسبت به یک نت واحد تولید می کنند، امواج پلاسمایی حاوی فرکانس های متعدد می توانند با ذرات ورودی به روش های پیچیده تری تعامل داشته باشند. این به شوک قوس مشتری اجازه می دهد تا انرژی را به ذرات بیشتری منتقل کند، آنها را گرم کرده و سرعت آنها را کاهش دهد.
در مقایسه، شوک کمانی زمین عمدتاً از امواج پلاسمایی متمرکز در اطراف یک فرکانس استفاده می کند. این ترتیب ساده تر معمولاً برای شرایطی که در نزدیکی سیاره ما با آن مواجه می شویم کافی است.
جایسری جوزف، محقق فوق دکتری در دپارتمان فیزیک و نجوم آیووا و نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: مشتری راه خود را برای مقابله با باد خورشیدی از طریق امواج پلاسمایی پیدا کرده است که قوی‌تر هستند و ساختارهای هارمونیک غنی‌تری از خود نشان می‌دهند. این مهم است زیرا اگر فرکانس های متعددی داشته باشید، می توانید ذرات بیشتری را در باد خورشیدی گرم کرده و سرعت آنها را کاهش دهید.
مشتری یک خط دفاع اضافی دارد
محققان تفاوت چشمگیر دیگری را در نحوه تعامل این دو سیاره با باد خورشیدی شناسایی کردند.
قبل از اینکه ذرات ورودی به شوک اصلی مشتری برسند، ممکن است با ساختارهای شوک کوچکتری به نام شوک مواجه شوند. این مناطق اضافی به کاهش سرعت باد خورشیدی قبل از رسیدن به مرز شوک اولیه کمک می کنند.
در مقابل، شوک کمانی زمین معمولاً به عنوان منطقه اولیه ای عمل می کند که در آن باد خورشیدی ورودی کند شده و هدایت می شود. ساختارهای ضربه ای اضافی مشتری فرآیند پیچیده تری را برای کنترل انرژی حمل شده توسط ذرات خورشیدی نشان می دهد.
بیل کرت، محقق دپارتمان فیزیک و نجوم آیووا و یکی از نویسندگان این مطالعه، می گوید: «زمین برای مقابله با باد خورشیدی نیازی به انجام این اقدامات اضافی ندارد، زیرا ضربه آنقدر قوی نیست.
کورث از زمان پرتاب این فضاپیما در سال 2011 با ماموریت جونو ناسا درگیر بوده است.
آنچه مشتری می تواند در مورد ستارگان در حال انفجار به ما بیاموزد
اگرچه این مشاهدات روی مشتری متمرکز هستند، اما اهمیت آنها ممکن است فراتر از منظومه شمسی ما باشد.
امواج شوک در سراسر جهان به ویژه در محیط هایی که مقادیر زیادی انرژی آزاد می شود، رخ می دهد. برخی از افراطی‌ترین نمونه‌ها در بقایای ابرنواخترها یافت می‌شوند، ابرهای در حال انبساط مواد که در اثر انفجار ستارگان در حال مرگ باقی مانده‌اند.
این امواج ضربه ای کیهانی بسیار قوی تر از امواجی هستند که در نزدیکی مشتری با آن مواجه می شوند. با این حال، فرآیندهای فیزیکی که نحوه حرکت انرژی در پلاسما را کنترل می‌کنند شباهت‌های مهمی دارند. با مطالعه کمان مشتری با جزئیات بی سابقه، دانشمندان می توانند مکانیسم هایی را کاوش کنند که اندازه گیری مستقیم آنها در اطراف ستاره های دور بسیار دشوارتر است.
جوزف می‌گوید: «از آنجایی که شوک‌های قوی‌تری در اطراف اجرام اخترفیزیکی، مانند بقایای ابرنواخترها اتفاق می‌افتد، شوک مشتری یک آزمایشگاه طبیعی نزدیک برای مطالعه و درک اینکه چگونه طبیعت مقادیر زیادی از انرژی شار را به گرما و ذرات پرانرژی تبدیل می‌کند، ارائه می‌دهد.
درک این فرآیندها می‌تواند مدل‌های علمی را در مورد چگونگی انتقال انرژی، ذرات گرما و شکل‌دهی محیط در کیهان توسط امواج شوک بهبود بخشد.
جونو ناسا اندازه گیری های بی سابقه ای انجام می دهد
این پیشرفت با مشاهدات جمع آوری شده توسط جونو در دسامبر 2024 امکان پذیر شد. فضاپیمای ناسا از جولای 2016 به دور مشتری در حال چرخش است و فرصتی منحصر به فرد برای مطالعه این سیاره غول پیکر و اطراف آن به محققان داده است.
بخش مهمی از این کشف از ابزار امواج جونو که توسط فیزیکدانان دانشگاه آیووا طراحی و ساخته شد، به دست آمد. این ابزار فعالیت امواج الکتریکی و مغناطیسی را اندازه گیری می کند و به دانشمندان امکان می دهد رفتار پلاسما را در اطراف مشتری مطالعه کنند.
فضاپیمای قبلی وجود شوک های کمانی را در سیارات بیرونی تشخیص داده بود، اما فاقد اندازه گیری های لازم برای آشکار ساختن جزئیات ساختار امواج پلاسمایی درگیر بود. مشاهدات جونو اکنون تصویر بسیار واضح تری از نحوه رفتار این امواج در مشتری ارائه کرده است.
یافته‌ها در 31 ژوئیه به صورت آنلاین منتشر شد ارتباطات طبیعت در مطالعه ای با عنوان “مشاهدات امواج پلاسما توسط فضاپیمای جونو در برخورد جوین”.
تیم تحقیقاتی ناسا و پشتیبانی
همکاران دیگری از دانشگاه آیووا شامل آلیسون جینز، دانشیار دپارتمان فیزیک و نجوم، به همراه جرمی فایدن و کریس پیکر بودند که در همان دپارتمان پشتیبانی تحقیقاتی انجام می‌دهند.
تیم تحقیقاتی بین المللی همچنین شامل لین ویلسون سوم از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا است. جان کانرنی از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا و شرکت تحقیقات فضایی؛ فردریک آلگرینی از موسسه تحقیقات جنوب غربی و دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو؛ راب ویلسون از دانشگاه کلرادو-بولدر؛ علی سلیمان از دانشگاه مینه سوتا؛ اسکات بولتون و رابرت ایبرت از موسسه تحقیقاتی جنوب غربی. و بری ماوک از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جان هاپکینز.
ناسا بودجه ای برای این تحقیق فراهم کرد.
