بحث جديد يكشف سر نشاط الشفق القطبي الغريب لكوكب المشتري

تستمر عروض Auroral في إثارة اهتمام العلماء ، سواء كانت الأضواء الساطعة تسطع فوق الأرض أو فوق كوكب آخر. تحمل الأضواء أدلة على تكوين المجال المغناطيسي للكوكب وكيف يعمل هذا المجال.

يثبت بحث جديد حول كوكب المشتري هذه النقطة – ويضيف إلى المؤامرة.

بيتر ديلامير ، أستاذ فيزياء الفضاء في معهد فيربانكس للجيوفيزياء بجامعة ألاسكا ، هو من بين فريق دولي مكون من 13 باحثًا قاموا باكتشاف رئيسي يتعلق بالشفق القطبي لأكبر كوكب في نظامنا الشمسي.

نُشر عمل الفريق في المجلة في 9 أبريل 2021 تقدم العلم. الورقة البحثية التي تحمل عنوان “كيف تشكل طوبولوجيا الغلاف المغناطيسي غير العادية لكوكب المشتري الشفق القطبي” ، كتبها Binzheng Zhang من قسم علوم الأرض في جامعة هونغ كونغ. ديلامير هو المؤلف المشارك الأساسي.

يوفر البحث الذي تم إجراؤه باستخدام نموذج مغناطيسي هيدروديناميكي عالمي تم تطويره حديثًا للغلاف المغناطيسي للمشتري دليلًا يدعم الفكرة المثيرة للجدل والمنتقدة سابقًا والتي طرحها ديلامير والباحث فران باغنال من جامعة كولورادو في بولدر في ورقة بحثية عام 2010 – مفادها أن الغطاء القطبي لكوكب المشتري متشابك في جزء مغلق حقل مغناطيسي بدلاً من خطوط المجال المغناطيسي المفتوحة بالكامل ، كما هو الحال مع معظم الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي.

قال ديلامير ، الذي كان يدرس كوكب المشتري منذ عام 2000: “نحن كمجتمع نميل إلى الاستقطاب – إما مفتوحًا أو مغلقًا – ولا يمكننا تخيل حل يكون فيه قليلًا من الاثنين”. كان الشفق يكشف لنا “.

الخطوط المفتوحة هي تلك التي تنبثق من كوكب ولكنها تتجه إلى الفضاء بعيدًا عن الشمس بدلاً من إعادة الاتصال بموقع مماثل في نصف الكرة المعاكس.

على الأرض ، على سبيل المثال ، يظهر الشفق القطبي على خطوط الحقل المغلقة حول منطقة يشار إليها باسم البيضاوي الشفقي. إنها حلقة خط العرض المرتفع بالقرب من – ولكن ليس عند – كل طرف من طرفي المحور المغناطيسي للأرض.

داخل تلك الحلقة على الأرض ، ومع ذلك ، كما هو الحال مع بعض الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي ، توجد بقعة فارغة يشار إليها باسم الغطاء القطبي. إنه مكان تتدفق فيه خطوط المجال المغناطيسي غير متصلة – ونادرًا ما تظهر الشفق بسببه. فكر في الأمر على أنه دائرة كهربائية غير مكتملة في منزلك: لا توجد دائرة كاملة ، ولا أضواء.

لكن كوكب المشتري له غطاء قطبي يتألق فيه الشفق القطبي. هذا حير العلماء.

قال ديلامير إن المشكلة تكمن في أن الباحثين كانوا متمركزين حول الأرض في تفكيرهم حول كوكب المشتري بسبب ما تعلموه عن الحقول المغناطيسية للأرض.

قدم وصول مركبة الفضاء جونو التابعة لناسا إلى كوكب المشتري في يوليو 2016 صورًا للغطاء القطبي والشفق القطبي. لكن هذه الصور ، إلى جانب بعض الصور التي تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، لم تستطع حل الخلاف بين العلماء حول الخطوط المفتوحة مقابل الخطوط المغلقة.

لذلك استخدم Delamere وبقية فريق البحث النمذجة الحاسوبية للمساعدة. كشف بحثهم عن منطقة قطبية مغلقة إلى حد كبير مع منطقة صغيرة على شكل هلال من التدفق المفتوح ، تمثل حوالي 9 في المائة فقط من منطقة الغطاء القطبي. كان الباقي نشطًا مع الشفق ، مما يدل على خطوط المجال المغناطيسي المغلقة.

اتضح أن كوكب المشتري يمتلك مزيجًا من الخطوط المفتوحة والمغلقة في أغطيته القطبية.

وقال “لم يكن هناك نموذج أو لا يوجد فهم لشرح كيف يمكن أن يكون لديك هلال من التدفق المفتوح مثل هذه المحاكاة التي تنتجها”. “لم يخطر ببالي أبدًا. لا أعتقد أن أي شخص في المجتمع كان بإمكانه تخيل هذا الحل. ومع ذلك ، فإن هذه المحاكاة أنتجته.”

“بالنسبة لي ، هذا هو نقلة نوعية كبيرة للطريقة التي نفهم بها الغلاف المغناطيسي.”

ماذا يكشف هذا أيضًا؟ المزيد من العمل للباحثين.

قال ديلامير: “إنها تثير العديد من الأسئلة حول كيفية تفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري وتؤثر على الديناميكيات”.

يمكن أن يكون الغطاء القطبي النشط للشفق للمشتري ، على سبيل المثال ، بسبب سرعة دوران الكوكب – مرة كل 10 ساعات مقارنة بالأرض مرة كل 24 ساعة – وضخامة غلافه المغناطيسي. كلاهما يقلل من تأثير الرياح الشمسية ، مما يعني أن خطوط المجال المغناطيسي للغطاء القطبي أقل عرضة للتمزق لتصبح خطوطًا مفتوحة.

وإلى أي مدى يؤثر قمر المشتري Io على الخطوط المغناطيسية داخل الغطاء القطبي للمشتري؟ يرتبط Io ديناميكيًا كهربائيًا بالمشتري ، وهو شيء فريد في نظامنا الشمسي ، وعلى هذا النحو يتم تجريده باستمرار من الأيونات الثقيلة بواسطة كوكبه الأم.

كما تلاحظ الورقة ، “لا تزال هيئة المحلفين خارجة عن التركيب المغناطيسي للغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري وما هو بالضبط الشفق القطبي تخبرنا عن طوبولوجيتها “.