العدالة – ​​ملخص النتائج – الجزء الثاني : السحاب

في الدراسات المقارنة، تم العثور على تشابه كبير بين بعض التيارات المحيطية على الأرض والنطاقات التي تميز الكواكب الغازية الكبيرة مثل كوكب المشتري

أَجواء

وفي تقرير تم تسليمه في مارس 1996، ورد أن المعلومات التي أرسلتها الكبسولة التي اخترقت الغلاف الجوي إلى إسرائيل تشير إلى أن النسبة بين المكونات الرئيسية - 71% هيدروجين و24% هيليوم - قريبة من نسبة الشمس. ووفقا لهذه البيانات، فإن الكتلة الرئيسية لكوكب المشتري لم تتغير منذ تكوينه. ووفقا لتحليل النتائج، فإن كميات العناصر الأثقل مثل الكربون والنيتروجين والكبريت أعلى منها في الشمس. وهذا يعني أن تدفق النيازك والأجرام الصغيرة المضيئة التي ضربت المشتري لعب دورا أكثر أهمية في تكوين المشتري(11). وبفحص الدياتريوم (أحد نظائر الهيدروجين) اتضح أن تركيزه مشابه للتركيز الموجود في الشمس ويختلف جذريا عن تركيزه في المذنبات والمحيطات على الأرض. ووفقا لهذه النتيجة، لم يكن للمذنبات أي تأثير كبير على تكوين الغلاف الجوي (12). ووفقا للنتائج، لا بد من وجود آلية ما تبقي الهيليوم بعيدا عن المشتري، لأن الطبقات الخارجية للشمس فقدت هذا العنصر. بدأت هذه العملية في تطور كوكب المشتري في وقت متأخر عما كان يعتقد (12). كما تم العثور على كميات ضئيلة من المواد العضوية، مما يدل على أن المركبات المعقدة من الكربون والهيدروجين نادرة وبالتالي فإن فرص العثور على نشاط بيولوجي مماثل لما هو معروف على الأرض ضئيلة (11).

وكشفت متابعة استمرت 4 سنوات عن كميات أكبر مما كان يعتقد سابقًا من الأرجون والكريبتون والزينون، أي 3 أضعاف ما هو موجود في الشمس. تجبر هذه النتائج الباحثين على تكوين مفاهيم جديدة حول تكوين الكوكب وربما أيضًا حول النظام الشمسي. هذه العناصر لا تتصل بعناصر أخرى. وهي نادرة أو غير موجودة على الإطلاق في الأجسام الموجودة داخل مدار نبتون، وهي منطقة تكون درجات الحرارة فيها مرتفعة نسبيا مقارنة بما هو خارج مدار هذا الكوكب. والسؤال الواضح هو ما هو أصل هذه الانفجارات العالية. وقد تم طرح 3 احتمالات لتفسير الظاهرة. أحد الاحتمالات هو أن السديم الذي تشكل منه النظام الشمسي كان أكثر برودة مما هو مقبول في النماذج المختلفة التي تتناول تكوين النظام الشمسي. والاحتمال الثاني هو أن كوكب المشتري تشكل في مكان أبعد من موقعه الحالي وهاجر إلى الداخل. والاحتمال الثالث هو أن الكواكب المصغرة بدأت في التشكل في مرحلة مبكرة وبسرعة أعلى قبل أن يبدأ قرص النظام الشمسي في التسخين (13).

يمكن أن يتكثف فوسفين الأمونيا وبخار الماء ويخلقان مناخًا معقدًا. أظهرت المعلومات التي جاءت من غاليليو أن الماء على وجه الخصوص يمكن أن يتغير. يمكن أن يشير هذا الرقم إلى انخفاض انفجارها عندما دخلت كبسولة غاليليو الغلاف الجوي (3).

ويظهر البرق بشكل رئيسي في الأحزمة ويصاحبه سحب عالية ومشرقة تظهر فجأة وتنمو خلال أيام إلى أبعاد يصل قطرها إلى 1000 كيلومتر. ويبلغ الضغط الجوي في أعلى السحب مئات المليبار، وهو مكان يمكن أن يتكثف فيه بخار الماء والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين. وبجانب هذه السحب توجد سحب يزيد ضغطها على 3 أجواء، والشيء الوحيد الذي يتكاثف فيها هو الماء. واستنادا إلى انفجار المياه في أعماق الغلاف الجوي، يقدر أن الضغط الجوي عند قاعدة السحابة المائية يبلغ 6 بار. الماء هو العامل الرئيسي للكهرباء. أما نسبة تكثيف المواد الأخرى فهي أكثر محدودية لأن انفجارها أقل من انفجار الماء (14).

على وجه كوكب المشتري ترى أشرطة أفقية من القطب إلى القطب، والشرائط داكنة وخفيفة بالتناوب. تسمى النطاقات الداكنة بالأحزمة وتسمى النطاقات الفاتحة بالمناطق. تتمتع الأحزمة بمظهر فوضوي وتتميز المناطق ببنية أكثر اتساقًا. وتقع التيارات النفاثة للمناطق على الخط الحدودي بين الأحزمة والمناطق. تتحرك التيارات النفاثة للمناطق الواقعة على الخط الحدودي المواجه لقطبي الأحزمة غربًا. أولئك الموجودون على خط الحدود المواجه لقطبي المناطق يتحركون شرقًا. لذلك فإن الأحزمة عبارة عن أعاصير والمناطق عبارة عن أعاصير مضادة. تظهر النتائج التي توصل إليها جاليليو أن البرق يحدث بشكل رئيسي في الأحزمة ويرتبط بتجمعات السحب الخفيفة والسميكة (14). وكان التقييم المقبول هو أن المناطق هي الأماكن التي يرتفع فيها الغلاف الجوي لأن السحب على الأرض تتشكل نتيجة لارتفاع الهواء. وعلى أساس أن ما يرتفع لا بد أن ينزل، فقد عولجت الأحزمة على أنها أماكن ينزل فيها الهواء. وبناءً على النتائج التي توصلت إليها كاسيني، أصبح من الواضح أنها تحتوي أيضًا على عواصف ترتفع. تم العثور على 43 عاصفة. الصورة الناشئة هي أن الأحزمة هي المكان الذي يرتفع فيه الهواء إلى الأعلى، وفي المناطق تكون الحركة إلى الأسفل. هذه الملاحظات تقلب التقييم الذي تم قبوله لمدة 50 عامًا (15).

لقد وجدت الدراسات المقارنة تشابهًا كبيرًا بين بعض التيارات المحيطية على الأرض والنطاقات التي تميز الكواكب الغازية الكبيرة مثل كوكب المشتري. تتشكل العصابات المرئية لكوكب المشتري من خلال السحب التي تتحرك على طول مجموعة من التيارات الثابتة والمتناوبة. اتضح أن المحيطات الموجودة على الأرض تحتوي على تيارات مستقرة تتناوب فيما بينها. من المحتمل أن يحتوي هذا التشابه على أكثر مما يظهر في عمليات رصد التيارات المناطقية في الكواكب الخارجية. يتصرف طيف الطاقة للتيارات المحيطية وفقًا لقانون يتوافق مع طيف تيارات المناطق الخارجية. تثير هذه الملاحظة التساؤل حول ما إذا كان هذا التشابه ينشأ من قوانين فيزيائية مماثلة. للإجابة على هذا السؤال، من الضروري تحديد ما هي العمليات الفيزيائية التي تعمل في ديناميكيات هائلة في كلا النظامين. وبحسب التقييم فإن أصل هاتين الظاهرتين هو في تيار دوامي أقل من الظاهرة المرصودة (16).

قام نيو هورايزون بتصوير موجات جاذبية متوسطة الحجم في المنطقة الاستوائية من الغلاف الجوي. توجد أيضًا مثل هذه الموجات الطفوية على الأرض. يمكن أن تحدث في حالة مرور تيار هوائي فوق جبل وتتطور سحابة متحركة نحو الأسفل. لا يوجد في كوكب المشتري جبال، ولكن إذا كانت الظروف الجوية على كوكب المشتري مناسبة، فمن الممكن أن تتشكل سلسلة طويلة من هذه الموجات الصغيرة. ومن المحتمل أن يكون مصدر هذه الموجات في أعماق الغلاف الجوي أسفل السحب المرئية، حيث يسود ضغط جوي قدره 10 أجواء. وتبلغ سرعة هذه الموجات 360 كم/ساعة، وهي أسرع من السحب المحيطة بها، أي ما يعادل 25% من سرعة الصوت على الأرض. سرعة أعلى من النماذج المتوقعة لهذا النوع من الموجات (17).

مناخ

إن الجمع بين الهواء البارد والجاف والهواء الدافئ الرطب يجعل الجو مكانًا مثاليًا لأنماط الطقس البرية. في عدة أماكن يرتفع الهواء إلى أعلى، ويتكثف ويشكل سحبًا ذات أبعاد ضخمة وشرائط ذات ألوان زاهية. وفي أماكن أخرى يهبط الهواء ويشكل خطوطًا داكنة ونقاطًا ساخنة داكنة أيضًا (18). استنادا إلى الملاحظات من تلسكوب هابل ومرصد كيك، أثيرت احتمالية في عام 2004 أن كوكب المشتري في خضم تغير المناخ العالمي. وفقا لتقرير صدر في عام 2008، يصبح كوكب المشتري أكثر سخونة بالقرب من خط الاستواء وأكثر برودة بالقرب من القطب الجنوبي (19). في الفترة 2000-1998، اندمجت 3 عواصف كبرى وربما كان لها تأثير على مناخ الكوكب بأكمله. القطب الجنوبي يبرد وخط الاستواء يسخن. من المحتمل أن يكون ارتفاع مياه القاع إلى السطح مؤخرًا هو طريقة كوكب المشتري للتكيف مع تغير المناخ (20).

غيوم
البنية السحابية لكوكب المشتري معقدة. الطريقة الأكثر فعالية للإشارة إلى ذلك هي من خلال 5 جوانب تسمح برؤية شاملة.
1. طبيعة الضباب بالقرب من طبقة التروبوبوز (الحد الفاصل بين التروبوبوز والستراتوسفير) وما فوقها والذي يشكل الطبقة أو الطبقات العليا.
2. الطبقة السحابية الرئيسية والتي تقع في نطاق الضغط 0.7-1.5 ضغط جوي. من المحتمل أنه يحتوي على الأمونيا وNH4SH وهما السببان الرئيسيان للعتامة - المظاهر المتغيرة لكوكب المشتري في المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء.
3. طبقة السحب العميقة، القريبة من الحد الأقصى لقدرة الاستشعار عن بعد، وهي طبقة مائية بشكل بارز.
4. التغيرات الأفقية في الطبقات المحددة في الجوانب الثلاثة السابقة وخاصة في الجانب الثالث.
5. بنية السحب في تكوينات متراصة مثل الدوامات ذات الأبعاد الهائلة، وخاصة البقعة الحمراء الكبرى.

تحتوي السحب البيضاء التي تشكل العديد من التكوينات المرئية في الغلاف الجوي على جليد الأمونيا. تم التوصل إلى هذه المعلومات بناءً على القياسات والنماذج المخبرية. وتتكثف الأمونيا إلى جليد عند ضغوط 0.7-1 ضغط جوي وعند درجات حرارة مناسبة للتكثيف والخواص الطيفية لهذه السحب مناسبة للأمونيا. تكون سحب الأمونيا سميكة بصريًا في المناطق الغائمة في الأشعة المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء، ولكنها تكون شبه شفافة عند أطوال موجية تبلغ 5 ميكرون وأطول. هذه السحب هي المسؤولة عن التكوينات التي تظهر على كوكب المشتري في عمليات الرصد من الأرض وفي عمليات الرصد الفضائية.

من المحتمل أن معظم الإشعاع الذي تم قياسه طيفيًا قد تم توليده أسفل سحب الأمونيا وتناثر عبرها، ومن المحتمل أن يكون الانبعاث في الأحزمة مخففًا بواسطة سحب جليد الأمونيا. تُظهر الرسوم البيانية للسطوع عند 5 ميكرون على الجانب الليلي ذروة ضيقة عند -108 درجة مئوية (1 جو) وقمة أوسع عند -33 درجة مئوية (3.5 جو) للمناطق والأحزمة على التوالي. تظهر الاختلافات بين النهار والليل البالغة 5 ميكرون أن انعكاس الشمس وانبعاث الإشعاع الحراري يساهمان في انبعاث الجانب النهاري. يُظهر الطيف المقابل للتدفق الليلي عند 5 ميكرون أنه ينشأ من الانبعاثات الحرارية المخففة بسحابة الأمونيا.

تتنبأ النماذج الكيميائية الحرارية بوجود سحابة من هيدروكلوريد الأمونيوم (KA3H2S أو NH4SH) أعمق أسفل سحب الأمونيا والتي سوف تتكثف عند درجة حرارة -93 درجة مئوية وضغط يبلغ 1.5 ضغط جوي. تحتوي سحابة NH4SH على جزيئات كبيرة وهي السبب في تغير عتامة المشتري في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء. يثير هذا الرقم احتمالية تطور سحب الأمونيا NH4SH في نفس المكان.

السحب المائية التي رصدتها النماذج الكيميائية الحرارية المبنية على قياسات كبسولة غاليليو، تقع على مقربة من 5 أجواء. وفي منطقة شفافة أخرى بالقرب من البقعة الحمراء الكبرى تم اكتشاف سحابة عميقة يبلغ طولها 1000 كيلومتر وضغط 4 أجواء، وهو ما يفسر على أنه سحابة مائية حيث لا توجد مادة أخرى على كوكب المشتري تتكثف عند هذا الضغط الجوي. (21).

ترتبط نطاقات السحب بتيارات نفاثة سريعة جدًا. وتتحرك السحب باتجاه الشرق ونحو الغرب ويمكن أن تصل سرعتها إلى مئات الكيلومترات في الساعة. على الأرض تتوقف الرياح الموازية بالقرب من الأرض. لا توجد أرض على كوكب المشتري ويعتمد شكل الرياح على مصدر الطاقة أو أن يكون مصدر الطاقة داخليًا (مثل الانكماش بسبب الجاذبية). ستبقى الرياح قوية أو تزداد قوة مع العمق. والعكس صحيح إذا كان مصدر الطاقة خارجياً (مثل ضوء الشمس). وأظهر تتبع الإشارات الراديوية الصادرة عن كبسولة جاليليو أن سرعة الرياح تزداد كلما توغلت في الغلاف الجوي بشكل أعمق ثم استقرت، مما يشير إلى أن الغلاف الجوي لكوكب المشتري يحركه مصدر حرارة داخلي (12).

بالفعل في المدار الأول حول كوكب المشتري، اكتشفت المركبة الفضائية غاليليو باستخدام مطياف رسم الخرائط بالأشعة تحت الحمراء سحابة شابة تحتوي على جليد الأمونيا النقي. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة سحابة الأمونيا على كوكب المشتري. الاسم الذي يطلق على هذه السحابة هو شذوذ الاستيقاظ المضطرب لأنها تقع أسفل البقعة الحمراء الكبرى. وأظهرت الاختبارات التي أجريت في الفترة ما بين 5/1999-5/2000 أن هذه السحابة تحتوي على نسبة عالية من جزيئات ثلج الأمونيا. حجم السحابة 15 كم وهي في مكان دوامي في الطرف الجنوبي الغربي من البقعة الحمراء الكبرى (22).

في الثمانينيات من القرن العشرين، لوحظت تغيرات في التكوينات المختلفة للغلاف الجوي في عمليات الرصد الأرضية. وكان هذا هو الحال أيضًا مع ملاحظات تلسكوب هابل في التسعينيات. بعد وضعه في مدار حول الأرض. قام تلسكوب هابل بإجراء ملاحظات في الفترة ما بين 80 إلى 20 وتم رصد تغيرات جذرية في الغلاف الجوي لم يتم رؤيتها من قبل باستخدام هذا التلسكوب. ولوحظ تغير سريع في اللون والسحب بالقرب من خط الاستواء مما أعطى الكوكب مظهرا عالميا جديدا. في إحدى الصور، لوحظ وجود شريط رفيع من السحب البيضاء بالقرب من خط الاستواء. أما اللون الأبيض فيدل على وجود السحب على ارتفاعات عديدة في الجو. تحول اللون الأبيض إلى اللون البني، مما سمح بمراقبة السحب بشكل أعمق في الغلاف الجوي. ربما تم دمج الشريط بأكمله مع شريط أسفله. تغيرت الدوامات الصغيرة إلى تشكيلات متموجة كبيرة على الجانب الأيمن من الصورة. ما هو المهيمن في الصورة هو تكوين مظلم يشبه الثعبان. أسفل خط الاستواء، يختفي شكل زعنفة سمكة القرش بحيث يكون جانبها العلوي متجهًا للأسفل، عند الحافة اليمنى من الصورة. وبدلا من ذلك ترى سحبا بنية اللون على شكل اللسان يرافقها تيار من الدوامات أسفلها (90).

يشكل إجمالي السحب المحتوية على الأمونيا التي رصدتها نيو هورايزون 1% فقط من سطح السحابة الذي فحصته هذه المركبة الفضائية. خلال يومين كوكب المشتري (20 ساعة) بتاريخ 26.2.2000/2.5/09340 من مسافة 24 مليون كيلومتر، قامت المركبة الفضائية برصد الجزء الشمالي الغربي من البقعة الحمراء الكبرى في البداية بهدف العثور على سحب الأمونيا. وقد شوهدت لأول مرة بواسطة المركبة الفضائية غاليليو. بينما كان جاليليو يراقب، كانت المنطقة عاصفة للغاية. في الأشهر التي سبقت وأثناء مراقبة نيو هورايزون، كانت المنطقة هادئة. وعلى الرغم من ذلك، لاحظت المركبة الفضائية أماكن أخرى ترتفع فيها سحب الأمونيا. في الصورة PIAXNUMX ترى تطور مثل هذه السحابة. وتنشأ هذه السحب الجديدة من الأمونيا نتيجة لصعود الغازات من أعماق الغلاف الجوي إلى المرتفعات. وفي هذه الحالة يرتفع الماء أيضًا فيتكثف (XNUMX).

ورصدت نيوهورايزنز أيضًا تأثير الحرارة على البرق القطبي، مما يشير إلى أن الحرارة تتحرك عبر السحب المائية عند جميع خطوط العرض لكوكب المشتري. ولأول مرة على الإطلاق، وبفضل هذه المركبة الفضائية، أمكن إجراء قياسات تفصيلية لـ«موجات» تتحرك عبر عرض الكوكب، مما يشير إلى نشاط قوي للعواصف في الأعماق (25).

11. دوغلاس آي. هاتشيسون أ.- "تقرير عالم غاليليو يغير النتائج حول كوكب المشتري" 18.03.1996
12. Torrence VJ - "مهمة جاليليو إلى كوكب المشتري وقمره" مجلة ساينتفيك أمريكان 2.2002 ص 40-49
13. بريت آر آر - "تكوين كوكب المشتري من خلال نظريات تكوين الكواكب في حالة من الفوضى" 17.11.1999/XNUMX/XNUMX
http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/jupiter _991117.html
14. انجرسول م وآخرون. – "الحمل الحراري الرطب كمصدر للطاقة للحركات واسعة النطاق في الغلاف الجوي لكوكب المشتري"
طبيعة المجلد. 403 فبراير 2000 ص. 630-631
15. "العواصف الصاعدة تُراجع قصة خطوط المشتري" 10.3.2003/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/news/jupiter-clouds-03a.html
16. "اكتشاف الرابط بين تيارات المحيطات على الأرض ونطاقات المشتري" 22.1.2004/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/news/jupiter-clouds-04G63.html
17. PIA10097: الموجات الجوية
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA10097
18. وينستوك م. - "مسبار فالان غاليليو يكشف أسرار النقاط الساخنة في كوكب المشتري" 6.9.2000/XNUMX/XNUMX
http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/jupiter-hotspots.html
19. "ظهور بقع حمراء جديدة على كوكب المشتري" 23.5.2008/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/New_Red_Spots_Appears_On_Jupiter_999.html
20. بريت آر آر- "البقعة العظيمة لكوكب المشتري تتقلص" 3.9.2009/XNUMX/XNUMX
http://www.msnbc.msn.com/id/29604064/
21. تايلور إف إيروين بي - "غيوم المشتري" يونيو 1999
علم الفلك والجيوفيزياء المجلد. 40 صفحة 321-325
22. "جاليليو يتجسس على سحب الأمونيا الجليدية" 24.10.2000/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/news/galileo_00o.html
23. "هابل يلتقط كوكب المشتري وهو يغير خطوطه" 29.1.2007/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Hubble_Catches_Jupiter_ Changing_Its_Stripes_999.html
24. PIA09340: فحص نشاط العاصفة على كوكب المشتري
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA09340
25. "آفاق جديدة لبلوتو تشهد تغيرات في نظام المشتري" 10.10.2007/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Pluto_Bound_New_Horizins_ Sees_Changes_In_Jupiter_System_999.html