تلسكوب ويب الفضائي يكشف عن ميزة جديدة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري – “لقد فاجأتنا تمامًا”

يحتوي التيار النفاث الضيق بالقرب من خط استواء المشتري على رياح تصل سرعتها إلى 320 ميلاً في الساعة.

يوم الخميس يتمتع نظامنا الشمسي بالميزات الجوية الأكثر وضوحًا. تُعرف البقعة الحمراء العظيمة على الكوكب، وهي كبيرة بما يكفي لتشمل الأرض، بأنها بعض الأنهار والجبال المختلفة على الكوكب التي نسميها وطننا.

ومع ذلك، مثل الأرض، فإن كوكب المشتري يتغير دائمًا، ولا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن الكوكب. ناساس تلسكوب جيمس ويب الفضائي إنه يفتح بعضًا من تلك الألغاز، ويكشف عن ميزات جديدة لم نرها من قبل، بما في ذلك طائرة نفاثة عالية السرعة تندفع فوق خط استواء المشتري. على الرغم من أن التيار النفاث ليس واضحًا بصريًا أو مذهلًا مثل بعض الميزات الأخرى لكوكب المشتري، إلا أنه يوفر للباحثين رؤية مذهلة حول كيفية تفاعل طبقات الغلاف الجوي للكوكب مع بعضها البعض وكيف يمكن للويب أن يساعد هذه الدراسات في المستقبل.

اكتشف الباحثون الذين يستخدمون كاميرا NIRCam (كاميرات الأشعة تحت الحمراء القريبة) التابعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، تيارًا نفاثًا عالي السرعة يقع فوق خط استواء كوكب المشتري، فوق طبقات السحابة الرئيسية. عند أطوال موجية تبلغ 2.12 ميكرون بين حوالي 12-21 ميلًا (20-35 كيلومترًا) فوق قمم سحب كوكب المشتري، وجد الباحثون العديد من مقصات الرياح، أو المناطق التي تتغير فيها سرعة الرياح مع الارتفاع أو المسافة. تتبع الطائرة. تسلط هذه الصورة الضوء على العديد من المعالم حول المنطقة الاستوائية لكوكب المشتري، والتي، بين دورة واحدة للكوكب (10 ساعات)، تكون مضطربة بشكل واضح بسبب حركة التيار النفاث. حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، ريكاردو هويسو (UPV)، إيمكي دي باتر (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، تييري فوشيه (مرصد باريس)، لي فليتشر (جامعة ليستر)، مايكل إتش وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، جوزيف ديباسكويل (STScI)

اكتشف تلسكوب ويب الفضائي ميزة جديدة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري

اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ميزة جديدة لم يسبق لها مثيل في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. يقع التيار النفاث عالي السرعة، الذي يبلغ عرضه 3000 ميل (4800 كيلومتر)، فوق خط استواء المشتري فوق طبقات السحابة الرئيسية. يوفر اكتشاف هذه الطائرة نظرة ثاقبة حول كيفية تفاعل طبقات الغلاف الجوي المضطرب لكوكب المشتري، وكيف أن الويب قادر بشكل فريد على تتبع تلك الميزات.

وقال ريكاردو هويسو من جامعة إقليم الباسك في بلباو بإسبانيا، المؤلف الرئيسي للورقة التي تصف النتائج: “لقد كان شيئًا فاجأنا تمامًا”. “ما رأيناه دائمًا على أنه ضباب خافت في الغلاف الجوي لكوكب المشتري يظهر الآن كميزات ناعمة يمكن تتبعها جنبًا إلى جنب مع الدوران السريع للكوكب.”

قدرات التصوير الفريدة التي يتمتع بها ويب

وقام فريق البحث بتحليل بيانات كاميرا Webb NIRCam (القريبة من الأشعة تحت الحمراء) التي تم التقاطها في يوليو 2022. مشروع العلوم للإصدار المبكر – بقيادة إيمكي دي باتر. جامعة كاليفورنيا، بيركلي وتيري فوسيت من مرصد باريس – المصمم لالتقاط صور للمشتري على فترات كل 10 ساعات، أو يوم واحد من أيام المشتري، باستخدام أربعة مرشحات مختلفة، كل منها قادر على اكتشاف التغيرات في المعالم الصغيرة على ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري.

يتمتع كوكب المشتري بغلاف جوي طبقي، ويوضح هذا المثال كيف يتمتع ويب بقدرة فريدة على جمع المعلومات من طبقات الغلاف الجوي العليا أكثر من أي وقت مضى. وتمكن العلماء من استخدام الويب لتحديد سرعات الرياح في طبقات مختلفة من الغلاف الجوي لكوكب المشتري من أجل عزل الطائرة عالية السرعة. تم إجراء عمليات رصد كوكب المشتري على فترات مدتها 10 ساعات، أو يوم واحد من أيام المشتري، باستخدام ثلاثة مرشحات مختلفة، كما هو محدد هنا، كل منها قادر على اكتشاف التغيرات في المعالم الصغيرة على ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، ريكاردو هويسو (UPV)، إيمكي دي باتر (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، تييري فوشيه (مرصد باريس)، لي فليتشر (جامعة ليستر)، مايكل إتش وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي)، أندي جيمس (STScI)

“على الرغم من وجود العديد من التلسكوبات الأرضية المختلفة، إلا أن المركبات الفضائية مثل جونو التابعة لناسا و كاسينيو ناسا تلسكوب هابل الفضائي وأشار دي باتر إلى أنه من خلال مراقبة أنماط الطقس المتغيرة لنظام المشتري، قدم ويب بالفعل اكتشافات جديدة لحلقات المشتري وأقماره الصناعية وغلافه الجوي.

طبقات الغلاف الجوي المختلفة

على الرغم من أن كوكب المشتري يختلف عن الأرض في نواحٍ عديدة – المشتري عملاق غازي، في حين أن الأرض عالم صخري معتدل – إلا أن كلا الكوكبين لهما غلاف جوي طبقي. يتم رصد الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء والمرئية والراديو والأشعة فوق البنفسجية من خلال هذه المهام الأخرى، حيث تكتشف الطبقات العميقة والسفلية من الغلاف الجوي للكوكب. عواصف عظيمة وتتواجد سحب ثلجية من الأمونيا.

من ناحية أخرى، فإن ظهور الشبكة في الأشعة تحت الحمراء القريبة أكثر من ذي قبل حساس لطبقات الغلاف الجوي المرتفعة على ارتفاع حوالي 15-30 ميلاً (25-50 كيلومترًا) فوق قمم سحب كوكب المشتري. في التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة، عادةً ما يظهر الضباب على ارتفاعات عالية أكثر خفوتًا، مع تعزيز السطوع في المنطقة الاستوائية. مع Webb، يتم تحويل التفاصيل الدقيقة إلى شريط ساطع وخافت.

يستند هذا الرسم التوضيحي للبرق، وأبراج الحمل الحراري (رؤوس الرعد)، وسحب المياه العميقة، والصفاء في الغلاف الجوي لكوكب المشتري إلى البيانات التي تم جمعها بواسطة مركبة جونو الفضائية، وتلسكوب هابل الفضائي، ومرصد جيميني. يكتشف جونو إشارات الراديو الناتجة عن تفريغ البرق. ونظرًا لأن موجات الراديو يمكنها المرور عبر جميع طبقات السحب على كوكب المشتري، فيمكن لجونو اكتشاف البرق في السحب العميقة والبرق في الجانب النهاري من الكوكب. يكتشف هابل انعكاس ضوء الشمس على السحب في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. تخترق أطوال موجية مختلفة السحب إلى أعماق مختلفة، مما يمنح الباحثين القدرة على تحديد الارتفاعات النسبية لقمم السحب. يرسم الجوزاء سمك السحب الباردة التي تحجب ضوء الأشعة تحت الحمراء الحراري من طبقات الغلاف الجوي الأكثر دفئًا أسفل السحب. تظهر السحب الكثيفة أكثر قتامة على خرائط الأشعة تحت الحمراء، بينما تظهر السحب الواضحة أكثر سطوعًا. يمكن استخدام مجموعة من الملاحظات لرسم خريطة لبنية السحابة في ثلاثة أبعاد واستنتاج تفاصيل دوران الغلاف الجوي. تتشكل السحب الكثيفة عالية الارتفاع حيث يرتفع الهواء الرطب (تقلبات المياه المتصاعدة والحمل الحراري النشط). ينظف الشكل حيث يغوص الهواء الجاف (في اتجاه مجرى النهر). ترتفع السحب الموضحة أعلى بخمس مرات من أبراج الحمل الحراري المماثلة في الغلاف الجوي الضحل نسبيًا للأرض. تغطي المنطقة الموضحة مسافة أفقية تبلغ حوالي ثلث مساحة الولايات المتحدة القارية. مصدر الصورة: NASA، ESA، MH Wong (UC Berkeley)، وA. James and MW Carruthers (STScI)

خصائص التيار النفاث الجديد

ويسافر التيار النفاث المكتشف حديثًا بسرعة حوالي 320 ميلًا في الساعة (515 كيلومترًا في الساعة). إعصار من الدرجة الخامسة هنا على الأرض. وهي تقع في طبقة الستراتوسفير السفلية لكوكب المشتري، على ارتفاع حوالي 25 ميلاً (40 كيلومترًا) فوق السحب (انظر الخريطة أعلاه).

ومن خلال مقارنة الرياح التي رصدها ويب على ارتفاعات أعلى مع الرياح التي رصدها هابل في الطبقات الأعمق، يستطيع الفريق قياس مدى سرعة تغير الرياح مع الارتفاع وإنشاء مقصات رياح.

على الرغم من أن دقة ويب الدقيقة وتغطية الطول الموجي سمحت باكتشاف ميزات السحابة الصغيرة المستخدمة لتتبع الدفق، إلا أن ملاحظات هابل التكميلية، التي تم التقاطها بعد يوم واحد من ملاحظات ويب، كانت حاسمة في تحديد الحالة الأساسية للغلاف الجوي الاستوائي لكوكب المشتري وتتبع تطوره. لا ترتبط عواصف الحمل الحراري عند خط استواء المشتري بالطائرة.

وقال مايكل وونغ، عضو الفريق في مركز أبحاث الفضاء: “كنا نعلم أن الأطوال الموجية المختلفة لويب وهابل يمكن أن تكشف عن البنية ثلاثية الأبعاد للسحب العاصفة، لكننا تمكنا أيضًا من استخدام توقيت البيانات لمعرفة مدى سرعة تطور العواصف”. الجامعة. قادت بيركلي، كاليفورنيا، عمليات رصد هابل ذات الصلة.

الملاحظات والتداعيات المستقبلية

ويتطلع الباحثون إلى مزيد من الملاحظات لكوكب المشتري على طول الويب لتحديد ما إذا كانت سرعة وارتفاع الطائرة تتغير بمرور الوقت.

وأوضح عضو الفريق لي فليتشر من جامعة ليستر في المملكة المتحدة: “لدى كوكب المشتري نمط معقد ولكنه متكرر من الرياح ودرجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير الاستوائية، مع قياس الرياح السحابية والضباب عند هذه الأطوال الموجية”. “إذا كانت قوة هذه النفاثة الجديدة مرتبطة بهذا النمط الستراتوسفيري المتذبذب، فيمكننا أن نتوقع أن تتغير النفاثة بشكل كبير خلال السنتين إلى الأربع سنوات القادمة – سيكون من المثير للغاية اختبار هذه النظرية في السنوات القادمة.”

حتى بعد مراقبة سحب كوكب المشتري ورياحه من عدة مراصد، لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن كوكب المشتري، ويدهشني أن هذه الميزات الشبيهة بالنفاثات قد تكون مخفية عن الأنظار حتى يتم التقاط صور NIRCam الجديدة هذه في عام 2022. فليتشر.

وقد تم نشر نتائج الباحثين مؤخرا علم الفلك الطبيعي.

المرجع: ريكاردو هويسو، أوجستين سانشيز-لافيجا، تييري فوسيت، إيمكي دي باتر، أراد أنتونانو، لي إن. فليتشر، مايكل ه. “طائرة استوائية ضيقة ومكثفة في طبقة الستراتوسفير السفلى لكوكب المشتري” تمت مراقبتها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي بواسطة أوفالري، بابلو أوفالري، بابلو أوفالري، بابلو أسكي، ريكاردو هويسو. لورانس أ. سروموفسكي، باتريك م. فراي، جلين س. أورتن، ساندرين جورليت، باتريك جي جي. إيروين، إيمانويل لولوش، جيك هورجت، كاثرين دي كلير، هنريك ميلين، فنسنت هيوي، إيمي أ. سيمون وستاديا لوس كوك وكونيتو ​​إم. ساياناكي، 19 أكتوبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02099-2

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي من أهم مختبرات علوم الفضاء في العالم. يحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما هو أبعد من ذلك إلى عوالم بعيدة حول نجوم أخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. WEB هو مشروع دولي يقوده شركاء ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية.وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.