بلوتو - ملخص النتائج، الجزء الأول

ملخص النتائج التي توصلت إليها مهمة نيو هورايزنز التي مرت العام الماضي بالقرب من الكوكب القزم بلوتو

المقدمة

انطلقت المركبة الفضائية نيوهورايزنز في 19.1.2006 يناير 10 باتجاه كوكب بلوتو. وبعد مرور 14.7.2015 سنوات بتاريخ 12.500/72/1 مرت عليه كما كان مخططا لها. وهي المركبة الفضائية الوحيدة التي استكشفت هذا الكوكب. ولم تكن المركبة الفضائية مصممة للدخول في مدار حولها وعدم الهبوط على سطحها. وكانت رحلة عبور وكانت مسافة العبور 2 كيلومتر. عند هذه النقطة كانت دقة الصور 2015 مترًا/بكسل (1.6). وفي نفس الوقت الذي تم فيه قياس بلوتو بواسطة المركبة الفضائية، كانت التلسكوبات الأرضية تستهدفه (2014). جميع الملاحظات من المركبة الفضائية ومن الأرض تكمل بعضها البعض. وبما أن المركبة الفضائية لم تدخل مدارًا حول بلوتو، فقد تم تصوير نصف سطحها فقط. ومع اقتراب نهاية مهمة المركبة الفضائية في أكتوبر 69، بدأت وكالة ناسا بالتفكير في هدف آخر. ونظرًا لوجود مخزون صغير من الوقود في سفينة الفضاء، كان لا بد من أخذ الهدف الأمثل الذي يلبي هذا القيد في الاعتبار. الهدف المختار هو جسم حزام كويبر الصغير الذي يبعد 1.1.2019 مليار كيلومتر عن بلوتو. الجسم المختار هو 3MU50. وسيكون اللقاء المنتظر معه بتاريخ 40/XNUMX/XNUMX(XNUMX). حجم الجسم XNUMX-XNUMX كم. ومن المقدر أن يقدم هذا الجسم نظرة أولى على المواد الخام التي خلقت النظام الشمسي.

أَجواء

بلوتو، على الرغم من حجمه الصغير، لديه غلاف جوي. على الرغم من أنها متناثرة للغاية. الضغط الجوي 1 مليبار. مثل الأرض، يحتوي هذا الغلاف الجوي أيضًا على طبقة التروبوسفير (4). منذ ثمانينات القرن العشرين، عرفوا أن غلاف بلوتو الجوي يتكون أساسًا من النيتروجين مع آثار من الميثان وربما ثاني أكسيد الكربون أيضًا. سنة بلوتو طويلة جدًا، فهي تعادل 80 سنة أرضية، ولها أيضًا فصول. مع قدوم فصل الشتاء يتجمد الجو تدريجياً ويتراكم على الأرض كالثلج. ومع حلول فصل الصيف كما هو الآن (مع مرور المركبة الفضائية بالقرب منه) يتحول الثلج فوراً إلى غاز. حتى وصول المركبة الفضائية، كان من الممكن فحص الطبقة العليا من الغلاف الجوي فقط بوسائل تلسكوبية. وأظهرت هذه الملاحظات أن درجة الحرارة هناك تبلغ 20 درجة تحت الصفر، أي أكثر دفئا من الأرض بمقدار 2 درجة. اكتشف تلسكوب ESO مؤخرًا فقط أن درجة الحرارة في الغلاف الجوي العلوي تبلغ 248 درجة تحت الصفر. أبرد قليلا مما كانوا يعتقدون. اتضح أنه كلما ارتفعت الغلاف الجوي، كلما كان أكثر دفئا. التغييرات بمعدل 170-50 درجات لكل كيلومتر. وتبلغ كمية الميثان الموجودة في الغلاف الجوي نصف بالمائة منه. وعلى الرغم من كميته الصغيرة، يلعب الميثان دورًا مهمًا في ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي. وأظهرت الملاحظات أن كمية غاز الميثان في الغلاف الجوي أكبر مما كانوا يعتقدون، وأرجعوا ذلك إلى وجود بقع كبيرة من الغاز على الأرض (180).

قبل وصول المركبة الفضائية، كان من المعروف أن بلوتو يفقد النيتروجين من غلافه الجوي بمعدل مئات الأطنان في الساعة. السؤال المطروح هو من أين يحصل على إمدادات ثابتة من الغاز. تشير التقديرات إلى أن النيتروجين يتم إحضاره إلى السطح من داخل الكوكب ربما من خلال السخانات أو البراكين الجليدية (6). وفيما يتعلق بالنيتروجين، فاجأت النتائج التي توصلت إليها المركبة الفضائية الباحثين. وأظهرت الصور وجود بحيرة نيتروجين متجمدة بطول 30 كيلومترا على الأرض. تُظهر الصور أيضًا القنوات التي من المحتمل أن يتدفق فيها النيتروجين السائل في الماضي. وبقدر ما قد يبدو الأمر غريبًا، فإن بلوتو كان يحتوي على أنهار من النيتروجين، تذكرنا بأنهار الميثان على تيتان، مما يشير إلى أن النيتروجين السائل من حيث نشاطه الجيولوجي يشبه التجوية المائية على الأرض. والمعنى هو أنه في الماضي كان الغلاف الجوي أكثر كثافة وبالتالي كان الضغط الجوي أكبر ولسبب ما كان مستنزفًا. وبهذه الطريقة يذكرنا بجو المريخ. ويجب الأخذ في الاعتبار أن بلوتو يميل بزاوية 120 درجة تتجاوز زاوية ميل الأرض 23.5. ومن الممكن أنه في الماضي البعيد كانت هناك أمطار من النيتروجين على بلوتو في الأماكن المرتفعة (7). وخلص الباحثون إلى أنه في الماضي كان الجزء العلوي من الغلاف الجوي أعلى بـ 7 أو 8 مرات من قطر بلوتو مقارنة بـ 2.5 مرة اليوم. إن هروب الجزيئات من الغلاف الجوي أقل مما كان يعتقد حتى الآن. والآلية المسؤولة عن ذلك هي نفسها بالنسبة للأرض والمريخ (8). يوجد في التدفق الخارجي من الغلاف الجوي ذرات محايدة يمكنها تبادل الإلكترونات مع الأيونات الموجبة للنيتروجين والكربون من الرياح الشمسية (9). يمنح ضوء الشمس الغلاف الجوي لونًا أزرقًا لنفس الأسباب كما هو الحال على الأرض (10).

فصول السنة

مدار بلوتو حول الشمس شديد الانحراف في الحضيض الشمسي، حيث تبلغ المسافة بينه وبين الشمس 30 وحدة فلكية، وفي الأوج تبلغ المسافة بينه وبين الشمس 50 وحدة فلكية، وبالتالي هناك اختلافات كبيرة جدًا بين الصيف والشتاء من حيث درجات الحرارة. . وأظهرت الملاحظات التي تم إجراؤها من مونا كيا في هاواي أن درجة الحرارة على الأرض تبلغ 233 درجة تحت الصفر بدلا من 223 درجة تحت الصفر. تتناسب هذه القياسات مع النموذج الذي بموجبه تكون درجات الحرارة على بلوتو في الواقع نقطة توازن بين الجليد الموجود على الأرض وغلافه الجوي النيتروجيني وليس فقط بسبب الإشعاع الشمسي. ويحول ضوء الشمس الذي يضرب الأرض بعضًا من جليد النيتروجين إلى غاز، وهذا أكثر في هذا الصدد من حرارة الشمس نفسها. الذي يضرب الأرض. على غرار الطريقة التي يمكن أن يبرد بها تبخر الماء الأرض (11).

مدار بلوتو يعني أن فصل الصيف فيه قصير جدًا. في فصل الصيف، تخضع الغازات المجمدة للتسامي السريع. ومصدر لون التربة في مناطق معينة هو نتاج الهيدروكربونات المتبقية التي تنشأ من تأثير أشعة الشمس فوق البنفسجية (12). الملاحظات التلسكوبية التي أجريت بين عامي 2002 – 1988 أن كتلة الغلاف الجوي تتضاعف مع مرور السنين. والسبب في ذلك يكمن في ارتفاع درجة حرارة النيتروجين وتساميه مع بداية الصيف. أعطت الملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل بين عامي 2003 و2002 علماء الفلك أداة مهمة للغاية في فهم التغيرات الموسمية لبلوتو والتغيرات التي تحدث في الغلاف الجوي. وعند مقارنة هذه الصور مع الصور الملتقطة عام 1994، لاحظ الباحثون أن القطب الشمالي أصبح أكثر سطوعا والقطب الجنوبي أصبح أكثر قتامة. تشير هذه التغييرات إلى عمليات معقدة تؤثر على مظهر السطح. ككل، فهو كوكب ديناميكي للغاية من وجهة نظر مناخية (13).

يوجد على الأرض جليد من النيتروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون. وبسبب رقة الغلاف الجوي، فإن هذه الغازات لا تمر في فصل الصيف إلى حالة تراكم سائل ومن ثم إلى غاز، بل إلى غاز مباشرة. ومن بين هذه الغازات يعتبر النيتروجين هو الأكثر تطايرا. ولهذا السبب فإن تساميه هو الأسرع، يليه ثاني أكسيد الكربون وأخيرًا الميثان. عندما يتم تبريد النيتروجين إلى أقل من 237 درجة مئوية تحت الصفر، فإن ذرات النيتروجين تغير طورها البلوري من البلورة السداسية (6 الأوجه) إلى البلورة المكعبة (المكعبة). مع ارتفاع درجة حرارة الطور البلوري ينعكس. وهذه الظاهرة معروفة في جليد الغازات المتطايرة. يخضع الميثان لتغير بلوري عند درجة حرارة 252 درجة تحت الصفر وثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة 212 درجة تحت الصفر. يحتوي جليد الإيثان، الموجود أيضًا على الأرض، على مرحلتين بلوريتين عند 183 درجة تحت الصفر وعند 183.4 درجة تحت الصفر (14).

الجليد من نوعه على بلوتو

العنصر المهيمن في الجليد على بلوتو هو النيتروجين. اتضح أن هذا الجليد يمكن أن يتحرك على الأرض مثل الأنهار الجليدية على الأرض. إذا كان هذا هو الحال بالفعل، فمن الممكن أنه في الأماكن التي يتحرك فيها الجليد النيتروجيني، سيتم العثور على مورينات (فرضية المؤلف - حاييم مزار). ووفقا للباحثين، يمكن أن يكون الأمر مشابها لدورة المياه على الأرض، حيث توجد دورة نيتروجين على بلوتو. يشكل هذا النيتروجين أثناء تساميه طبقات ضبابية في الغلاف الجوي لبلوتو (15).

وافترض أحد الباحثين أن بحيرات النيتروجين موجودة منذ أكثر من 800 أو 900 مليون سنة. ويرتبط أصل بحيرات النيتروجين بزاوية ميل بلوتو البالغة 120 درجة. وبحسب أحد النماذج، فإن ميل بلوتو قبل ملايين السنين كان أكبر. إذا كان بلوتو كوكبًا كاذبًا مثل أورانوس، فإن زاوية الميل هذه تعني أن أجزاء كبيرة من السطح تتعرض لأشعة الشمس لفترة أطول، مما يتسبب في ذوبان جليد النيتروجين وتسبب في تدفقه على السطح. ووفقا لتقدير الباحث نفسه، في المستقبل، بعد ملايين السنين من اليوم، سيكون هناك تدفق للنيتروجين السائل مرة أخرى. والسؤال هو كيف سيكون ذلك ممكنا أصلا بسبب رقة الغلاف الجوي (16).

وأكدت أدوات المركبة الفضائية وجود جليد الميثان على السطح. من المحتمل أن أصل الميثان الموجود على بلوتو هو مادة متبقية من نفس السديم الذي تشكل منه النظام الشمسي (17). توزيع جليد الميثان على السطح ليس متجانسا. ويوجد تركيز كبير منه في منطقة تسمى سبوتنيك بلانوم. ويوجد تركيز آخر وأصغر من غاز الميثان في مكان آخر إلى الجنوب الغربي منها والذي سمي كثولو ريجيو(18)، كما يوجد جليد الميثان في السهول المشرقة وعلى حافة الحفر، وأصل هذا السطوع غير معروف (19). ).

من المحتمل أن اللون الأحمر لـ Cthulhu Regio ينبع من مادة الثولين التي تغطيها. وتظهر صور الجبال العالية أنها مغطاة بمواد أخف وزنا.. ويعتقد أنه غاز الميثان عندما يتحول إلى جليد، مما يعزز الرأي القائل بأن غاز الميثان يعمل مثل الماء في الغلاف الجوي للأرض. والذي يتحول إلى صقيع على الارتفاعات العالية (20). المرتفعات الواقعة جنوب بيري روبي غنية بالميثان. من المحتمل أن يؤدي تسامي الميثان إلى خضوع المواد الموجودة في أعماق الصخور لعمليات تآكل. وتتراجع هذه الصخور جنوبا نتيجة لفقدان كبير في المواد الصخرية (21).

ولدهشة الباحثين، تبين أن هناك جليدًا مائيًا على بلوتو أكثر مما كانوا يعتقدون. توجد في أماكن كثيرة في الجبال وفي المناطق التكتونية وفي الحفر. القشرة الجليدية قريبة جدًا من السطح وتقع تحت قشور النيتروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون. ومن جهة أخرى لا يوجد في سهول سبوتنيك بلانوم(22). كمية الجليد في بيري بلانيتيا أكبر منها في الهضاب. ويوجد تحت جليد الميثان (21).

النشاط الجليدي

وتظهر الصور أن الجليد من نوعه ليس ساكنا، واقفا في مكانه. هناك تدفق للأنهار الجليدية يشبه تدفق الأرض وهو أيضًا بطيء وتظهر الصور بالفعل أودية تعرضت للعوامل الجوية. وتشبه بعض هذه الوديان الأودية المعلقة الموجودة في يلوستون بولاية وايومنغ بالولايات المتحدة الأمريكية (23). الأنهار الجليدية كبيرة جدًا ويصل طولها إلى عدة كيلومترات. وتقع عبر السهل المسمى سبوتنيك بلانوم ويقدر أن الأنهار الجليدية القريبة من الجبال أصغر حجمًا. ومع مرور الوقت، تنكسر كتل الجليد وتنزلق من الجبال وتتحرك في أعقاب الجليد الغني بالصوديوم. وتعيدها تيارات الحمل الحراري نحو "الساحل" حيث تشكل تراكمات جليدية يصل طولها إلى 20 كيلومترا. يبلغ حجم إحدى هذه الكتل 60 × 35 كيلومترًا وقد سحقت العديد من الأنهار الجليدية (24).

إلى الجزء الثاني من السلسلة

للجزء الثالث من السلسلة

מקורות
1. نولا تايلور - "محيط بلوتو الخفي"18.11.2011
2. "تقييم بلوتو من بعيد"10.6.2014
3. "المناورة توجه نيو هورايزنز نحو الهدف المحتمل التالي"24.10.2015
4. بلوتو: في العمق
5. "تم الكشف عن الغلاف الجوي السفلي لبلوتو"3.3.2009
6. "يدرس علماء SWRI توفير النيتروجين في الغلاف الجوي لبلوتو"12.8.2015
7. ستانون هال - "تشير البحيرة المتجمدة على بلوتو إلى وقت أكثر دفئًا"31.3.2016
8. ستيفن كلاركقد تكون الجبال الغريبة على بلوتو براكين"9.11.2015
9. "يقوم فريق نيو هورايزون بإصدار شريحة تفصيلية من بلوتو"19.12.2015
10.-"يلقي الضوء على اكتشافات نيو هورايزنز بلوتو"20.11.2015
11. "بلوتو أكثر برودة مما ينبغي"3.1.2006
12. "بلوتو القصة الكاملة للنشرة الإخبارية"9.1996
13. "اكتشف هابل أن بلوتو يتغير مع مرور السنين"ثانيًا
14. ويل جراندي – “إنها مجرد مرحلة: التغيرات على سطح بلوتو11
15. ستيفن كلارك - "يُظهر مشهد غروب الشمس أثناء الصيد ضبابًا ضبابيًا على بلوتو"17.9.2015
16. إيفان جوف - "ربما كان بلوتو القديم يحتوي على بحيرات وأنهار من النيتروجين"22.3.2016
17. جورج دفورسكي – “اكتشفت نيوهورايزنز غاز الميثان على كوكب بلوتو"7.1.2015
18. ستيفن كلارك - ""الأسرار وراء نشرها بعيدة عن الإجابة" 24.9.2015
19. "صورة جديدة لجلد الثعبان والمزيد من New Horizons"25.9.2015
20. بوب كينغ - "ظهور السحب على كوكب بلوتو لأول مرة"5.3.2016
21. "ما الأكل في بلوتو؟"15.3.2016
22. ستيفن كلارك - "يكثر الجليد المائي في الصخور المتجمدة لكوكب بلوتو"29.1.2016
23. "فريق نيو هورايزنز يصدر شريحة مفصلة عن بلوتو"19.12.2015
24. شون أوكين – “ناسا تكتشف جبالاً جليدية على كوكب بلوتو"4.2.2016