دراسة جديدة أجراها علماء من معهد وايزمان وجامعة تل أبيب وجامعة أريزونا، وتنشر الثلاثاء (الخميس) في مجلة الطبيعة العلمية، تحدد حواجز أمام عمق الرياح المرصودة على سطحي أورون-أورانوس ورحاب -نبتون.
في الكواكب العملاقة أورانوس (بالعبرية أورون) ونبتون (رحاب) تسود ظروف مناخية قاسية: رياح تهب بسرعة تزيد عن 1,000 كيلومتر في الساعة، عواصف شبيهة بالأعاصير يتجاوز قطرها قطر الأرض، أنظمة أرصاد جوية ضخمة البقاء على قيد الحياة لسنوات عديدة، وتيارات نفاثة سريعة. وفي كلا الكوكبين، المصنفين ضمن "العمالقة الجليدية"، تتشابه الظروف المناخية، وذلك على الرغم من أن أورانوس مائل على جانبه، بحيث يواجه قطبه الشمس خلال فصل الشتاء. من الممكن رصد السطح الخارجي للرياح التي تهب عبر الكواكب بواسطة التلسكوبات، ولكن لفهم الأنظمة المناخية بشكل متعمق، لا بد من معرفة ما يحدث أسفل السحب المرصودة؛ على سبيل المثال، هل تنشأ أنماط الغلاف الجوي في أعماق الكواكب أم أنها عمليات "سطحية"؟
دراسة جديدة أجراها علماء من معهد وايزمان للعلوم وجامعة تل أبيب وجامعة أريزونا، ونُشرت اليوم (الخميس) في مجلة الطبيعة العلمية، تضع حواجز أمام عمق الرياح المرصودة على سطح أورانوس ونبتون .
ويعد أورانوس ونبتون من أكثر الكواكب البعيدة في النظام الشمسي، ولا تزال العديد من الأسئلة المتعلقة بتكوينهما وتكوينهما مفتوحة، لكن هذا البحث قد يساهم في تبديد الغموض. بالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من الكواكب التي تم تحديدها في الأنظمة الشمسية الأخرى لها كتلة مماثلة لكتلة نبتون وأورانوس، لذا فإن مضامين هذا البحث قد تكسر حدود النظام الشمسي، إلى كواكب أبعد.
يعد فهم العمليات الجوية مهمة معقدة، خاصة عندما يتعلق الأمر بالكواكب التي ليس لها سطح صلب، حيث لا يوجد تمييز تقليدي بين الحالة الصلبة والسائلة والغازية. منذ اكتشاف الرياح الجوية القوية على سطح نبتون وأورانوس، في ثمانينات القرن الماضي، بواسطة المركبة الفضائية فوييجر 80، ظل السؤال المتعلق بعمق تلك الرياح لغزا. قد يساهم حلها في فهم القوانين الفيزيائية التي تحدد ديناميكيات الغلاف الجوي في الكواكب، وبنيتها الداخلية. وأدرك فريق العلماء بقيادة الدكتور يوهاي كاسبي من قسم علوم البيئة وأبحاث الطاقة بالمعهد، أنهم يستطيعون تحديد حد أعلى لسمك طبقة الغلاف الجوي، بناءً على طريقة فريدة لتحليل مجالات الجاذبية للطبقة الجوية. الكواكب.
تسبب الانحرافات في توزيع الكتلة على الكواكب تقلبات في مجالات جاذبيتها، وهي تقلبات يمكن قياسها. على سبيل المثال، على طائرة تحلق بالقرب من جبل كبير، ستؤثر قوة جاذبية إضافية صغيرة، تنشأ من كتلة الجبل. كما هو الحال مع الأرض، تدور عمالقة الجليد أيضًا بسرعة. في الواقع، فهي تدور بشكل أسرع من الأرض: يكمل أورانوس دورانه حول محوره كل 17 ساعة، ونبتون أسرع من ذلك - فهو يكمل دورانه حول محوره كل 16 ساعة. وبسبب الدوران السريع تهب الرياح حول المناطق التي يوجد فيها ضغط جوي مرتفع أو منخفض (في الجسم غير الدوار ستنتقل الرياح من الضغط المرتفع إلى الضغط المنخفض). وبفضل هذه الحقيقة، يستطيع العلماء تحديد العلاقة بين توزيع الضغط والكثافة ونمط الرياح على سطح الكواكب. وباستخدام هذه المبادئ الفيزيائية، تمكن الدكتور كاسبي وشركاؤه في البحث لأول مرة من حساب "بصمة" الجاذبية لأنماط الرياح، وبالتالي إنشاء خريطة جاذبية للكوكبين، بناءً على بيانات الرياح.
وبالاعتماد على العديد من النماذج الداخلية بدون أشباح، والتي قام بحسابها الدكتور رويت خالد من جامعة تل أبيب، الفريق الذي ضم أيضا البروفيسور آدم شومان وبيل هيرد من جامعة أريزونا، والبروفيسور عوديد أهارونسون من معهد وايزمان للتكنولوجيا نجح العلم في تحديد العوائق العليا لمساهمة عوامل الأرصاد الجوية في مجالات الجاذبية التي تحدد عمق الرياح في الكواكب. وهكذا تمكن الفريق من إثبات أن التيارات النفاثة المرصودة في الغلاف الجوي تقتصر على "طبقة مناخية" لا يتجاوز عمقها 1,000 كيلومتر، وهي نسبة ضئيلة من كتلة هذه الكواكب.
ولا توجد خطط لإرسال مركبة فضائية إلى نبتون أو أورانوس في المستقبل القريب، لكن الدكتور كاسبي يتوقع أن تساعد نتائج البحث في فهم العمليات الجوية على عملاق غازي آخر، وهو كوكب المشتري. ويشارك الدكتور كاسبي والدكتور خالد والبروفيسور الهبرد، ضمن وكالة ناسا، في الفريق البحثي لمركبة "جونو" الفضائية التي انطلقت إلى كوكب المشتري عام 2011. وفور وصولها هناك عام 2016، ستوفر قياسات دقيقة لمجالات الجاذبية في النجم - لقد ذهبت. ويتوقع الدكتور كاسبي أن الأساليب المستخدمة في الدراسة الحالية ستسمح باستخلاص استنتاجات مماثلة فيما يتعلق بكوكب المشتري، أي وضع حواجز على سمك الطبقة التي تحدث فيها العمليات الديناميكية للغلاف الجوي.
