معمای علت بروز شفق‌های قطبی پرتو ایکس مشتری حل شد

فرادید| معمای ۴۰ ساله علت به وجود آمدن شفق‌های پرتو ایکس مشتری، سرانجام حل شد. ستاره شناسان برای اولین بار توانستند شاهد کل این فرایند در حال وقوع باشند. ستاره شناسان علوم سیاره‌ای برای دهه ها، انتشار شگفت انگیز پرتو ایکس شفق‌های مشتری را مطالعه کرده اند.

رنگ‌های پرتو ایکس این شفق‌ها نشان میدهد که آن‌ها با ذرات باردار الکتریکی به نام یون ایجاد می‌شوند که به جو مشتری برخورد می‌کنند. اما ستاره شناسان در وهله اول تصوری از این نداشتند که یون‌ها چگونه قادر بودند به جو برسند.

به گزارش فرادید؛ اکنون، برای اولین بار، آن‌ها درون جو مشتری یون‌هایی را مشاهده کرده اند که بر روی امواج الکترومغناطیس در میدان مغناطیسی مشتری سوار بودند. سرنخ‌های مهم از تجزیه و تحلیل جدید داده‌های تلسکوپ XMM-Newton ESA و فضاپیمای Juno ناسا به دست آمده است.

تلسکوپ XMM-Newton در مدار زمین، مشتری را در طول موج‌های پرتو ایکس رصد می‌کرد و فضاپیمای Juno هم از طرفی دیگر، همان طور که به دور مشتری در گردش بود اطلاعات میدان مغناطیسی آن را در لحظه مخابره می‌کرد.

اما تیم به دنبال چه بود؟ سرنخ هنگامی مشخص شد که انستیتوی زمین شناسی و ژئوفیزیک آکادمی علوم چین و نویسنده اصلی مطالعه جدید، متوجه شدند که چیزی در مورد شفق‌های پرتو ایکس مشتری درست عمل نمی‌کند.

شفق‌های قطبی روی زمین فقط در کمربندی که قطب‌های مغناطیسی را احاطه کرده است، بین عرض جغرافیایی ۶۵ تا ۸۰ درجه قابل مشاهده هستند. بالاتر از عرض ۸۰ درجه، انتشار شفق ناپدید میشود. زیرا در این ناحیه خطوط میدان مغناطیسی زمین، آن را ترک کرده و به میدان مغناطیسی در باد خورشیدی متصل می‌شوند که به آن‌ها خطوط میدان باز گفته میشود.

در تصور پیشین انتظار نمی‌رود که مناطق قطبی با عرض جغرافیایی بالای زحل و مشتری شفق‌های قطبی قابل توجهی را منتشر کنند. با این حال شفق‌های پرتو ایکس مشتری با این تصویر سازگار نیستند. آن‌ها در جهت قطب کمربند شفق اصلی وجود دارند، به طور منظم پالس دارند و گاهی اوقات میتوانند در قطب شمال نسبت به قطب جنوب متفاوت باشند.

این‌ها ویژگی‌های معمول یک میدان مغناطیسی بسته است، جایی که خط میدان مغناطیسی در یک قطب از سیاره خارج می‌شود و در قطب دیگر به سیاره متصل می‌شود.

طبق یافته ها، شفق‌های پرتو ایکس پالس دار می‌توانند به میدان‌های مغناطیسی بسته‌ای که درون مشتری ایجاد می‌شوند، متصل شوند و سپس قبل از بازگشت، میلیون‌ها کیلومتر در فضا امتداد یابند. دانشمندان پس از بررسی مشاهداتی که XMM-Newton و Juno در تیر ۱۳۹۶ داشتند، دریافتند که شفق‌های پرتو ایکس پالس دار، ناشی از نوسانات میدان مغناطیسی مشتری هستند.

میدان مغناطیسی مستقیما در معرض برخورد ذرات باد خورشیدی قرار می‌گیرد و فشرده میشود. این فشردگی، باعث بالا رفتن حرارت ذراتی می‌شود که در میدان مغناطیسی مشتری محبوس شده اند و پدیده‌ای به نام امواج سیکلوترون پونی الکترومغناطیسی (EMIC) را به وجود می‌آورد که در آن ذرات در امتداد خطوط میدان هدایت می‌شوند.

اکنون که فرایند شفق‌های پرتو ایکس مشتری برای اولین بار شناسایی شده است، امکان بررسی نقاط دیگر هم برای ما فراهم خواهد شد. مثلا در مشتری، میدان مغناطیسی مملو از یون‌های گوگرد و اکسیژنی است که توسط آتشفشان‌های قمر آیو به بیرون پرتاب شده اند. در زحل، قمر انسلادوس با پرتاب آب به فضا، میدان مغناطیسی زحل را با یون‌های آب پر می‌کند. حتی ممکن است کاربرد آن بسیار گسترده‌تر باشد، زیرا اکنون با آشکار شدن این روند، مشخص شده است این فرایند شباهت چشم گیری به شفق بونی دارد که در اینجا روی زمین اتفاق می‌افتد.

در واقع با وجود تفاوت‌هایی بین این دو می‌توان گفت شفق قطبی پرتو ایکس مشتری اساسا یک شفق قطبی یونی، اما با انرژی بسیار بالاتر از شفق قطبی پروتون روی زمین است. طبق گفتهی ویلیام دان، از آزمایشگاه علوم فضایی موارد که همکاری تحقیق را بر عهده داشت: "احتمالا امواج EMIC در انتقال انرژی از یک مکان به مکان دیگر در کیهان نقش مهمی را ایفا میکند. "

منبع: ESA