إنها قوية، إنها بحجم أستراليا ولم يتخيلها أحد إلا قبل سنوات قليلة – ما سر العواصف في قطبي أكبر كوكب في المجموعة الشمسية؟
حتى سنوات قليلة مضت، لم تكن قد وصلت بعد مسبار جونو بالنسبة لمداره حول كوكب المشتري، لم يكن أحد يعلم أن أعاصير قوية بحجم أستراليا تتواجد في قطبيه. هذه الأعاصير، على عكس العواصف التي نعرفها على الأرض، لا تمر، ولا تكاد تتغير - وربما لا تظهر أيضًا مع الأشجار الطائرة والتقارير الإخبارية الرطبة. الآن، في مقال نشر اليوم في المجلة العلمية طبيعة علوم الأرضتمكن علماء معهد وايزمان للعلوم من تفسير سر أعاصير المشتري: ما هي القوى التي تسبب عواصف هائلة بهذه الأبعاد حول القطبين، ولماذا يبقى عددها وموقعها ثابتا إلى حد ما مع مرور الوقت.
يقول البروفيسور: "يمكنك التفكير في تسيدك كمختبر مناخي مثالي". يوهاي كاسبيمن قسم علوم الأرض والكواكب في المعهد. الأرض نظام معقد ومتفرع: لدينا محيطات وغلاف جوي، وقارات، وعلم الأحياء، وبالطبع تأثيرات البشر. ومن ناحية أخرى، فإن كوكب المشتري، وهو أكبر كوكب في النظام الشمسي، يتكون من الغاز، لذا فهو نظام أبسط بكثير - حيث يمكن اختبار التوقعات وتأكيد الفرضيات. يتم جمع البيانات التي تجعل كل هذا ممكنًا بواسطة جونو - وهي مركبة فضائية بحثية أطلقتها وكالة الفضاء الأمريكية ناسا إلى الفضاء في عام 2011 وتدور حول كوكب المشتري منذ عام 2016. والبروفيسور كاسبي هو باحث مشارك في مهمة جونو، أحد ومن اكتشافاته المثيرة وجود الأعاصير القطبية.
يقول البروفيسور كاسبي: "إذا نظرت إلى صور المشتري حتى عام 2016، فقد كان من الشائع تمثيل قطبي المشتري باللون الرمادي - لأنه لم يكن أحد يعرف كيف يبدوان". السبب في ذلك يكمن في حقيقة أن النظام الشمسي بأكمله يقع على نفس المستوى، وهو قريب من مستوى خط استواء المشتري، لذلك في الملاحظات التي تم إجراؤها من الأرض أو المركبات الفضائية السابقة، يمكننا أن نرى بشكل أساسي خطوط العرض المنخفضة لكوكب المشتري. ومن ثم، فإن أحد الابتكارات المهمة لمهمة جونو هو مدارها القطبي، الذي جعل من الممكن مشاهدة ما يحدث في القطبين لأول مرة. هذه هي الطريقة التي تم بها اكتشاف الأعاصير الهائلة، المرتبة بشكل جميل وعلى شكل كعكة الورد، حول خط عرض 84 درجة. أبعد من ذلك، أظهرت مدارات جونو المتكررة حول كوكب المشتري أن عددها ظل ثابتًا - ثمانية أعاصير حول القطب الشمالي، وخمسة حول القطب الجنوبي. يقول البروفيسور كاسبي: "كان هذا الاكتشاف مفاجئًا بشكل خاص في ذلك الوقت، لأننا توقعنا أن يكون القطبان متماثلين إلى حد ما". في مقال سابق ربط البروفيسور كاسبي بين عدم التماثل المكتشف في مجال جاذبية المشتري وعمق التيارات النفاثة القوية التي تسود في الغلاف الجوي للكوكب.
على الأرض، تتشكل الأعاصير في الأماكن التي تزيد فيها درجة حرارة الماء عن 26 درجة - عادة، في وسط المحيطين الأطلسي والهادئ - وتتحرك في حركة دائرية نحو القطبين بسبب قوة الجاذبية المستحثة عليهما نتيجة دوران الأرض. ومع ذلك، على كوكب المشتري، لا تسمح التيارات النفاثة القوية لهذه العواصف بالتشكل تحت خط عرض 60 درجة - فقط فوقها، تكون التيارات ضعيفة بما يكفي للسماح بثوران الأعاصير. ما الذي يجعل العواصف في كوكب المشتري تستقر عند خط عرض 84 درجة؟ وبحسب الدراسة فإن العواصف في المشتري تنجذب إلى القطبين أيضا، لكن العاصفة القطبية التي تكون في مركز دائرة الإعصار تدفعها وتمنعها من الوصول إلى القطب نفسه.
يقول طالب البحث نمرود غابرييل، من مجموعة البروفيسور كاسبي، والذي تركز أطروحته للدكتوراه على تفسير الظاهرة: "طالما كانت الأعاصير بعيدة عن القطب - فإنها تنجذب إليه، ولكن عندما تقترب - يحدث تنافر". "السؤال هو ما إذا كان التنافر الناتج قويا بما يكفي لمقاومة سحب القطب. خط العرض 84 درجة هو المكان الذي تتعادل فيه قوى الجذب والتنافر." في المقال، يقترح غابرييل والبروفيسور كاسبي نموذجًا حسابيًا يأخذ في الاعتبار قطر الإعصار القطبي (وهو أكبر في الجنوب عنه في الشمال)، وأقل مسافة ممكنة بين الأعاصير، ومساحة السطح 84 ° خط العرض وحجم الأعاصير وسرعة دورانها، وتبين أنه بالنظر إلى البيانات - حول القطب الشمالي يجب تجميع ثمانية أعاصير. أما بالنسبة للقطب الجنوبي - فتظهر الحسابات أن عدد الأعاصير حوله يجب أن يكون 5.62. يتوافق هذا الرقم مع البيانات التي جمعها جونو: على الرغم من أنه لا يمكن أن يكون هناك مثل هذا العدد من الأعاصير، إلا أن العواصف الخمس في الجنوب تنقسم أحيانًا إلى ستة، كما حدث في التحليق الثامن عشر والرابع والثلاثين للمسبار حول كوكب المشتري. كما أن التفسير الذي قدموه يفسر غياب الظاهرة في الكوكب التوأم للمشتري – زحل.
ويتوقع البروفيسور كاسبي وفريقه البحثي تدفق المزيد من البيانات إليهم من جونو في السنوات المقبلة بعد قرار وكالة ناسا بتمديد المهمة الفضائية حتى عام 2025: "التغيرات الطفيفة في مدار جونو تجعل المسبار أقرب تدريجياً إلى القطب الشمالي. وبهذه الطريقة سنكون قادرين على تلقي البيانات من عدد كبير من الأجهزة التي ستساعدنا على توصيف العمليات التي تجري في هذه المنطقة المثيرة للاهتمام بشكل أفضل."
بين كوكب المشتري والأرض
يقول البروفيسور كاسبي: "نحن نحاول فهم ديناميكيات الغلاف الجوي على نطاق واسع، والقدرة على تفسير الأعاصير في قطبي المشتري توفر لنا الثقة بأننا نفهم حقًا الظروف السائدة هناك". قد تكون هذه الثقة حاسمة بالنسبة لنا على الأرض، حيث أن فهم الأعاصير على أوسع نطاق ممكن، يمكن أن يساعد العلماء على التنبؤ، على سبيل المثال، بكيفية تأثر حركة العواصف إذا ارتفعت درجة حرارة الأرض - وهو التحدي الذي يبدو أن البشرية ستواجهه. يجب ان تواجه. لكن بالنسبة للبروفيسور كاسبي، فإن مسألة القوى التي تسود في كوكب المشتري أبسط بكثير: "لم يعد هناك المزيد من الجزر الجديدة التي يمكن اكتشافها في المحيط الهادئ، ولا يوجد تقريبًا أي مكان في النظام الشمسي لم يتم رسم خرائط له". . ربما يكون قطبا المشتري والكواكب الغازية الأخرى أحد الأماكن الأخيرة في النظام الشمسي التي لم يتم اكتشافها بعد.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
