ستحقق المركبة الفضائية جونو التي ستصل إلى كوكب المشتري هذا الصباح، من بين أمور أخرى، فيما إذا كان الكوكب العملاق لديه نواة

سيكون مداره المخطط له بيضاوي الشكل للغاية وسيجعله قريبًا من القطبين - على ارتفاع حوالي 4,300 كيلومتر ويصل إلى مدار كاليستو، وهو أبعد قمر كبير لكوكب المشتري - أي على ارتفاع 1.9 مليون كيلومتر.

تصل المركبة الفضائية جونو اليوم (5 يوليو في حوالي الساعة 05:15 صباحًا) إلى كوكب المشتري، وسيكون مدارها المخطط له بيضاويًا للغاية وسيجعلها قريبة من القطبين - على ارتفاع حوالي 4,300 كيلومتر ويصل إلى مدار كاليستو، أبعد قمر كبير لكوكب المشتري - أي على ارتفاع 1.9 مليون كيلومتر.

تم تصميم المدار بحيث تتجنب المركبة الفضائية الاتصال لفترة طويلة جدًا بالحزام الإشعاعي لكوكب المشتري، لكنه سيسمح لها بإجراء دراسات قريبة عن الغلاف الجوي القطبي والغلاف المغناطيسي ومجال الجاذبية. ستقضي المركبة الفضائية أكثر من عام ونصف (حتى فبراير 2018، إذا لم يتم اتخاذ قرار بتمديد عملها). وقد دار حول كوكب المشتري 37 مرة، وكانت مدة كل دورة 14 يومًا.

في الواقع، بدأت جونو بالفعل في استكشاف المجال المغناطيسي لكوكب المشتري بعد أن مرت في 24 يونيو عبر موجة الصدمة عند مدخل الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري، ثم عبرت منطقة منخفضة الكثافة من الغلاف المغناطيسي. وبذلك، انتقل من البيئة التي تتميز بالرياح الشمسية إلى البيئة التي يهيمن عليها الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري. قد توفر أدوات جونو معلومات مثيرة للاهتمام حول التغير المفاجئ في كثافة الجسيمات.

منذ حوالي عام ألقى البروفيسور رويات خالد من جامعة تل أبيب محاضرة عن الكواكب الغازية الكبيرة - المشتري وزحل ومهمة المركبة الفضائية جونو إلى المشتري لأعضاء الجمعية الفلكية الإسرائيلية. المقتطفات التالية مأخوذة من محاضرتها في تعديل الضوء. كما يمكنكم مشاهدة فيديو المحاضرة.

خالد هو أحد أعضاء الفريق العلمي لمسبار جونو التابع لناسا والذي سيستكشف كوكب المشتري. وهي أيضًا واحدة من كبار العلماء في الفريق البحثي لمسبار Jupiter Icy Moon Explorer التابع لوكالة الفضاء الأوروبية وأيضًا عضو فريق البحث في تلسكوب PLATO الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي من المفترض أن يتم إطلاقه في عام 2024.

"الكواكب العملاقة مهمة بسبب كتلتها وبسبب تأثيرها على الأجسام الصغيرة في النظام الشمسي."

كوكب المشتري هو أكبر كوكب في المجموعة الشمسية، كتلته تعادل 318 كتلة الأرض ونصف قطره 71,492 كتلة الأرض. من حيث التركيب الكيميائي فهو أشبه بنجم مثل الشمس لأنه يتكون بشكل أساسي من الهيدروجين والهيليوم، ولكنه يحتوي أيضًا على مواد ثقيلة (في الفيزياء الفلكية، تُعرف المواد الثقيلة بأنها تلك التي هي أثقل من الهيليوم، أي تقريبًا جميع العناصر ومركباتها). المواد الثقيلة يمكن أن تكون الماء والصخور وغيرها.

السؤال الذي نطرحه يوميًا هو كم عدد المواد الثقيلة الموجودة لدينا؟ والسؤال الآخر هو هل للكوكب نواة، وإذا كان الأمر كذلك فما هو تكوينه؟ الصخور، وربما الماء؟ إن مسألة النواة مهمة لأن النماذج المختلفة تعطي تنبؤات مختلفة وبالتالي فإن وجود النواة في حد ذاته أمر مهم.

ووفقا للنظرية القياسية، يتشكل الكوكب الغازي حول نواة مثل أي كوكب آخر، ولكن عندما تكون كتلة النواة كبيرة بما فيه الكفاية فإنها تمتص المزيد من المواد وتنمو لتصبح عملاقة. ووفقا لهذا النموذج نتوقع أن يكون هناك نواة في المركز. النموذج الثاني يسمى استقرار الجاذبية وبحسب هذه النظرية كانت هناك منطقة مستقرة في قرص ما قبل الكوكب، والتي كانت تحمل الهيدروجين والهيليوم حولها. ووفقا لهذا النموذج، من غير المتوقع أن تتشكل أي نواة.

لذا، إذا تمكنا من تقدير الكتلة الأساسية لكوكب المشتري، فقد نتمكن من تحديد كيفية تشكل المشتري وربما كيف تتشكل الكواكب العملاقة في جميع أنحاء المجرة والكون.

ميزة أخرى لكوكب المشتري هي دورانه السريع جدًا (تسع ساعات و55 دقيقة ونصف). لدينا ديناميكيات جوية غنية جدًا - نظرًا لحقيقة أنها مصنوعة من الغاز وتدور بسرعة كبيرة. لديها رياح قوية ومجال مغناطيسي قوي. نحن نقدر أن كوكب المشتري هو أول كوكب يتشكل في النظام الشمسي، وبسبب كتلته فإنه يؤثر على تكوين جميع الأجسام الأخرى في النظام الشمسي.

سؤال آخر نطرحه على أنفسنا - هل يحتوي كوكب المشتري على ماء (وبالتالي أكسجين أيضًا). لم تجد المركبة الفضائية غاليليو أي علامات على وجود الماء في الغلاف الجوي السفلي. هل كوكب المشتري كوكب جاف أم أن هناك ماء ولكنه يتركز في مركز الكوكب.

نريد أيضًا أن نعرف مقدار المادة الثقيلة الموجودة في كوكب المشتري، حتى لو كان معظم تركيبه من الهيدروجين والهيليوم. ربما تصل الأم إلى 10 أو 20 أو ربما 50 كتلة أرضية. في الغلاف الجوي العلوي يكون الهيدروجين جزيئيًا. وعندما تتجه نحو الأسفل، تحصل على الهيدروجين المعدني - الهيدروجين الذي يتصرف مثل المعدن، وهذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء المجال المغناطيسي لكوكب المشتري.

الألوان الجميلة التي نراها في الغلاف الجوي لكوكب المشتري تنشأ بشكل رئيسي من غاز الأمونيا. عندما نعتقد أنه تحت هذا الوشاح توجد أيضًا سحب من الماء. ينشأ الاضطراب في الغلاف الجوي من الدوران السريع لكوكب المشتري.

البقعة الحمراء الكبرى هي عاصفة تستمر لأكثر من 300 عام، كما تسبب العواصف الضخمة برقًا أقوى بكثير من البرق الموجود على الأرض. هم أكثر إشراقا 100 مرة من بلدنا. ترى هذه الخطوط تتحرك في اتجاهين متعاكسين وفي المنتصف بينهما يوجد اضطراب. من حيث الكتلة، هذه الطبقة لا معنى لها، ولكن من حيث ديناميكيات الغلاف الجوي فهي جميلة وغنية جدًا.

يعد الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري هو أيضًا الأكثر إثارة للإعجاب في النظام الشمسي. ويصل إلى مدار زحل. أما بالنسبة لمصدر المجال المغناطيسي، فنظريات الدينامو ليست ثابتة تمامًا، ولكن نظرًا لأن لدينا هيدروجين معدني يدور بسرعة نتوقع أن يكون هناك مجال مغناطيسي قوي جدًا. إذا كان هناك مجال مغناطيسي قوي جدًا، فسيتم إنشاء ظواهر الشفق التحذيري هناك.

ومن المستحيل الهبوط عليه لأنه كوكب غازي، لكن من الممكن إجراء قياسات للمجال المغناطيسي ومجال الجاذبية من الفضاء. كما أنها لا تحتوي على معلومات زلزالية على عكس الأرض، لذلك علينا أن نفكر في طرق أخرى للحصول على هذه المعلومات.

لن يبقى أي جهاز داخل الغلاف الجوي لكوكب المشتري. كما أن المسبار الذي أرسله جاليليو لم يصل إلا إلى ارتفاع حيث كان الضغط الجوي منخفضًا ثم تفكك. القدرة على اختراق الغلاف الجوي صفر.

وهنا نأتي إلى مهمة جونو الفضائية، وهي مركبة فضائية تابعة لناسا غادرت الأرض في أغسطس 2011، وستصل في منتصف عام 2016، وستقوم بمهمة مدتها سنة ونصف، وفي نهايتها ستصطدم بالأرض. كوكب المشتري في فبراير 2018. كما تعد جونو أول مهمة إلى النظام الشمسي الخارجي تستخدم الطاقة الشمسية (في جميع البعثات حتى الآن كانت هناك مفاعلات نووية تنتج الكهرباء).

السبب في أن الرحلة إلى كوكب المشتري تستغرق خمس سنوات ليس لأنه من المستحيل الوصول إلى هناك بشكل أسرع، فإذا أردنا أن تعلق المركبة الفضائية بجاذبية المشتري وتدخل في مدار حوله، فإنها تحتاج إلى الوصول إليه بسرعة بطيئة، وإلا فإنها ستفعل ذلك. اكمل في.

تمت زيارة كوكب المشتري من قبل العديد من المركبات الفضائية - في السبعينيات مرت بايونير 10 و11، وفي الثمانينيات كانت فوييجر 1 و2. وفي التسعينيات قامت المركبة الفضائية جاليليو باستكشافه من مدار حوله والآن يصل إليه جونو، بينما من المتوقع أن ترسل وكالة الفضاء الأوروبية في العشرينيات المركبة الفضائية JUICE إلى كوكب المشتري.

لماذا نحتاج إلى مركبة فضائية أخرى إذا قضى جاليليو سنوات عديدة على كوكب المشتري؟

على الرغم من أن غاليليو درس كوكب المشتري لسنوات عديدة، إلا أن الفرق بين غاليليو وجونو يكمن في الهندسة المدارية. جاليليو كان يدور حول خط الاستواء. ولهذا السبب، لم يكن من الممكن قياس مجال الجاذبية، وبالتالي لا يمكن قول أي شيء عن بنيته الداخلية. لقياس مجال الجاذبية، نحتاج إلى مدار قطبي - من القطب إلى القطب.

المهمة الأوروبية المنتظرة في العقد المقبل ستبحث بشكل رئيسي في الأقمار التي لديها عمليات مثيرة للاهتمام للغاية، وقد تجيب على سؤال ما إذا كان هناك ماء وربما حياة على قمر أوروبا.

تتكون المركبة الفضائية من عدة أجهزة قياس مغناطيسية وظيفتها قياس المجال المغناطيسي لكوكب المشتري. يمكنك أيضًا أن ترى أن مجمعات الطاقة الشمسية كبيرة جدًا. ومع انتقالنا إلى مسافة 5 وحدات فلكية، نحتاج إلى مساحة كبيرة للحصول على ما يكفي من الإشعاع.

أهداف المهمة.

وبحسب البروفيسور خالد، يمكن تقسيم أهداف البعثة إلى أربعة محاور رئيسية:

• التكوين - تحديد النسبة بين الهيدروجين والأكسجين (في الواقع تحديد كمية الماء). معلومات جماعية أساسية لفهم كيفية تشكل كوكب المشتري.
• النموذج الداخلي – تحديد تركيبة كوكب المشتري وكيفية تغيره كدالة للعمق. فهم ديناميكيات (الرياح) ورسم خرائط المجال المغناطيسي ومجال الجاذبية.
• الغلاف الجوي - رسم خرائط التغيرات الجوية، والتغيرات في تكوين الغلاف الجوي، وقياسات الحرارة. والسؤال هو هل الرياح ظاهرة جوية أم أنها تصل إلى عمق أكبر، وما نراه هو مجرد توقيع لظاهرة أوسع.
• الغلاف المغناطيسي - دراسة بنية المجال المغناطيسي لكوكب المشتري.

ويقدر البروفيسور خالد أنه بعد العملية سوف يتغير فهمنا لبنية الكواكب الغازية العملاقة.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

يأتي جونو إلى كوكب المشتري هذا الأسبوع

رقم قياسي جديد لناسا: كيفية استخلاص الطاقة من الشمس على بعد 800 مليون كيلومتر