بحث جديد يكشف السر وراء نشاط الشفق القطبي الغريب لكوكب المشتري

تستمر عروض Auroral في إثارة اهتمام العلماء سواء كانت الأضواء الساطعة تسطع فوق الأرض أو كوكب آخر. تحمل الأضواء أدلة حول تكوين المجال المغناطيسي للكوكب وكيفية عمله.

يثبت بحث جديد عن كوكب المشتري هذه النقطة ويضيف إلى المؤامرة.

بيتر ديلامير ، أستاذ فيزياء الفضاء في المعهد الجيوفيزيائي بجامعة ألاسكا فيربانكس ، هو جزء من فريق دولي مكون من 13 باحثًا قاموا باكتشاف رئيسي متعلق بالشفق القطبي لأكبر كوكب في نظامنا الشمسي.

نُشر عمل الفريق في 9 أبريل 2021 في المجلة التقدم العلمي. تمت كتابة الورقة البحثية ، التي تحمل عنوان “كيف تُبنى طوبولوجيا الغلاف المغناطيسي غير العادية لكوكب المشتري الشفق القطبي” ، بواسطة Binzheng Zhang من قسم علوم الأرض في جامعة هونغ كونغ ؛ ديلامير هو المؤلف الرئيسي المشارك.

يوفر البحث الذي تم إجراؤه باستخدام نموذج مغناطيسي هيدروديناميكي عالمي تم تطويره حديثًا للغلاف المغناطيسي للمشتري دليلاً لدعم الفكرة المثيرة للجدل والمنتقدة سابقًا والتي طرحها ديلامير والباحث فران باغنال في جامعة كولورادو في بولدر في مقال.من عام 2010 – أن الغطاء القطبي للمشتري مترابطة مع جزء مغلق حقل مغناطيسي بدلاً من خطوط المجال المغناطيسي المفتوحة بالكامل ، كما هو الحال مع معظم الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي.

قال ديلامير ، الذي كان يدرس كوكب المشتري منذ عام 2000: “كمجتمع ، نميل إلى استقطاب أنفسنا – إما منفتحين أو مغلقين – ولا يمكننا تخيل حل يكون فيه قليلًا من الاثنين”. هذا بالضبط ما كان يخبرنا به الفجر. “

الخطوط المفتوحة هي تلك التي تنبثق من كوكب ولكنها تتسكع في الفضاء بعيدًا عن الشمس بدلاً من إعادة الاتصال بموقع مماثل في نصف الكرة الأرضية المقابل.

على الأرض ، على سبيل المثال ، يظهر الشفق القطبي على خطوط الحقل المغلقة حول منطقة تسمى البيضاوي الشفقي. إنها حلقة خط العرض المرتفع بالقرب – ولكن ليس عند – كل طرف من أطراف المحور المغناطيسي للأرض.

داخل هذه الحلقة على الأرض ، كما هو الحال مع بعض الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي ، يوجد مكان فارغ يسمى الغطاء القطبي. إنه مكان تخرج فيه خطوط المجال المغناطيسي بدون اتصال – ونادرًا ما تظهر فيه الشفق القطبي بسبب ذلك. فكر في الأمر على أنه دائرة كهربائية غير مكتملة في منزلك: لا توجد دائرة كاملة ، ولا توجد أضواء.

كوكب المشتري له غطاء قطبي يضيء فيه الفجر. هذا حير العلماء.

قال ديلامير إن المشكلة تكمن في أن الباحثين كانوا متمركزين حول الأرض في تفكيرهم حول كوكب المشتري بسبب ما تعلموه عن الحقول المغناطيسية للأرض.

قدم وصول مركبة الفضاء جونو التابعة لناسا إلى كوكب المشتري في يوليو 2016 صورًا للغطاء القطبي والشفق القطبي. لكن هذه الصور ، إلى جانب بعض الصور التي تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، فشلت في حل الخلاف بين العلماء حول الخطوط المفتوحة مقابل الخطوط المغلقة.

لذلك استخدم Delamere وبقية فريق البحث النمذجة الحاسوبية للمساعدة. كشف بحثهم عن منطقة قطبية مغلقة إلى حد كبير مع مساحة صغيرة من التدفق المفتوح على شكل هلال ، وتشكل حوالي 9 ٪ فقط من منطقة الغطاء القطبي. كان الباقي نشطًا مع الشفق ، مما يدل على خطوط المجال المغناطيسي المغلقة.

اتضح أن كوكب المشتري لديه مزيج من الخطوط المفتوحة والمغلقة في أغطيته القطبية.

قال: “لم يكن هناك نموذج أو لا يوجد فهم لشرح كيف يمكن أن يكون لديك هلال مفتوح التدفق مثل هذه المحاكاة التي تم إنتاجها”. “لم يخطر ببالي ذلك قط. لا أعتقد أن أي شخص في المجتمع كان يمكن أن يتخيل هذا الحل. لكن هذه المحاكاة أنتجته.”

“بالنسبة لي ، يعد هذا نقلة نوعية كبيرة في طريقة فهمنا للأغلفة المغناطيسية.”

ماذا يكشف هذا أيضًا؟ المزيد من العمل للباحثين.

قال ديلامير: “يثير هذا العديد من الأسئلة حول كيفية تفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري وتأثيرها على الديناميكيات”.

يمكن أن يكون الغطاء القطبي النشط للشفق للمشتري ، على سبيل المثال ، بسبب سرعة دوران الكوكب – مرة كل 10 ساعات بالنسبة إلى الأرض مرة كل 24 ساعة – وضخامة غلافه المغناطيسي. كلاهما يقلل من تأثير الرياح الشمسية ، مما يعني أن خطوط المجال المغناطيسي للغطاء القطبي أقل عرضة للتمزق لتصبح خطوطًا مفتوحة.

وكيف يؤثر قمر المشتري على الخطوط المغناطيسية داخل الغطاء القطبي للمشتري؟ يرتبط Io ديناميكيًا بالمشتري ، وهو شيء فريد من نوعه في نظامنا الشمسي ، وعلى هذا النحو يتم تجريده باستمرار من الأيونات الثقيلة بواسطة كوكب الأرض.

كما يشير المقال ، “لا تزال هيئة المحلفين خارجة عن التركيب المغناطيسي للغلاف المغناطيسي للمشتري وما هو بالضبط. فجر يخبرنا عن طوبولوجيا. ”