اتفاقات عجیبی درون نپتون در حال رخ‌ دادن است!

  • زمان : ۱۳۹۸/۸/۱۳،‏ ۱۶:۰۲
  • نمایش : ۴۵ دفعه
  • موضوع : اخبار سایت
نپتون، هشتمین سیاره منظومه‌شمسی، رازهایی دارد که هنوز دانشمندان پاسخی برای آن نیافته‌اند. طوفان‌هایی قدرتمند و دمایی بیش از اورانوس.

فضاپیمای وویجر ۲ در سال ۱۹۷۷ به فضا پرتاب شد. این فضاپیما ۱۲ سال بعد، در سال ۱۹۸۹ (۱۳۶۷) به نپتون رسید. بر اساس مشاهدات وویجر، شش قمر جدید برای نپتون کشف شد، اولین تصاویر از حلقه های آن را ثبت گردید و همچنین یک طوفان قدرتمند در سطح آن شناسایی گشت.

آن طوفان اتفاق غافل‌گیرکننده ای بود. طوفانی که در نیمکره جنوبی واقع شده و جهت گردش آن به صورت پادساعتگرد بود. این طوفان با سرعت 2400 کیلومتر بر ساعت، به عنوان قوی‌ترین طوفان در منظومه شمسی ثبت شده است. اخترشناسان آن را نقطه تاریک بزرگ نامیدند و پس از 5 سال، این طوفان ناپدید شد. سپس تلسکوپ فضایی هابل به بررسی این سیاره پرداخت. اخترشناسان مشتاق بودند از راز این طوفان‌های شدید آگاه شوند.

همچنین آن‌ها از موضوع دیگری گیج شده اند: وویجر ۲ آشکار کرد که نپتون با وجود فاصله بیشتر از خورشید،گرم‌تر از اورانوس است. در همین زمینه برایان کاکس، فیزیکدان مستند سیارات (BBC) گفت: "منبع این گرما همچنان نامعلوم است”.

اما آیا این بدان معناست که معمای جدیدی وجود دارد؟ آیا حل این راز می‌تواند کمک کند تا معمای قبلی را به نوعی توضیح دهیم؟

قبل از بررسی این دو مسئله، ابتدا باید ببینیم منظور از "گرم‌تر" در واقع چیست؟ از آنجا که نپتون یک غول گازی است، ما نمی توانیم درجه حرارت متوسط در سراسر کره را، در سطح آن بسنجیم (چون در واقع سطحی وجود ندارد). درعوض، با وجود هسته کوچک نپتون، اندازه گیری دما باید در ارتفاع انجام شود. اما اینکه این اندازه‌گیری دما در چه ارتفاعی صورت گیرد، مشخص نیست.

تصاویر حرارتی (عکس دوم)، توسط تلسکوپ VLT  در شیلی گرفته شده است. این تصاویر نشان دهنده حرارت بالاتر در قطب جنوب نپتون نسبت به قسمت‌های دیگر آن است.

مایکل وونگ، دانشمند سیاره ای در دانشگاه کالیفرنیا )برکلی(، می گوید: "ما فقط می توانیم دما را در خارجی ترین لایه ها اندازه گیری کنیم". با این کار متوجه می شویم که نپتون به معنای واقعی گرم‌تر از اورانوس نیست - آنها در اصل دمایی یکسان دارند. اما از آنجایی که نپتون میزان کمتری از نور خورشید را دریافت می‌کند (زیرا از خورشید دورتر است)، چنین چیزی نباید اتفاق بیفتد.

یکسان بودن دمای این دو سیاره نشان می‌دهد که نپتون گرمای بیشتری ساطع می‌کند. آنتونی دل ژنیو از موسسه مطالعات فضایی گودارد ناسا (GISS) به All About Space گفت:"اندازه‌گیری‌های وویجر نشان می‌دهد که نپتون بیش از دو برابر گرمایی که از خورشید جذب می‌کند را ساطع می‌کند؛ در حالی که این اتفاق در اورانوس  نمی‌افتد و اینجاست که اوضاع جالب می شود”.

البته نپتون در این مورد غیر عادی نیست. دل ژنیو می‌گوید: "مشتری و زحل نیز تقریباً دو برابر حرارت جذب شده از خورشید را ساطع می‌کنند، اما در اورانوس چنین نیست. بنابراین می‌توان گفت، اورانوس عجیب است”.

او اضافه کرد: "با دورتر شدن از خورشید، دمای سیارات اینگونه خواهد بود: مشتری گرمترین غول گازی است، زحل در مرتبه بعد، پس از آن نپتون و در آخر اورانوس قرار دارد”. (اما در ترتیب سیارات اول اورانوس است و بعد از آن نپتون)

"این نتیجه غیرمعمول، نشان‌دهنده این واقعیت است که اورانوس، از منبع گرمای داخلی قابل توجهی برخوردار نیست و بیشتر گرمای خود را از نور خورشید می‌گیرد”.

اما این منبع گرمای داخلی چیست؟ به زبان ساده، این گرما از بدو تولد منظومه شمسی، هنگام تشکیل سیارات باقی مانده است. گرما از سحابی خورشیدی ابتدایی نشأت می گیرد؛ اثری که به عنوان انقباض کلوین - هلمولتز معروف است.

جوشوا تولفسون، از دانشگاه کالیفرنیا (برکلی) می‌گوید: "منبع گرمای اضافی روی نپتون [و مشتری و زحل] عمدتا به دلیل انقباض گرانشی است. وقتی سیاره به علت گرانش، به آرامی منقبض می‌شود، انرژی پتانسیل مواد در حال سقوط به سمت داخل، به انرژی حرارتی تبدیل شده، سپس به بیرون از سیاره ساطع می‌گردد”.

با این وجود هیچ دلیل واضحی وجود ندارد كه اورانوس منبع گرمای داخلی زیادی داشته باشد (یا اصلا داشته باشد). تولفسون اضافه می‌کند: "آنچه این فرآیند را در اورانوس متوقف کرده، شاید یک برخورد در روز‌های اولیه شکل‌گیری این سیاره باشد. برخوردی که باعث کج شدن محور حرکت وضعی سیاره شد. حال این سؤال مطرح می‌شود که چرا نپتون دارای منبع گرمای داخلی است اما اورانوس نه؟"

این احتمال وجود دارد که گرما از فضای داخلی سیاره با نرخ ثابت ساطع نشود، بلکه در عوض به صورت لحظه‌ای/ انفجاری اتفاق بیفتد. تولفسون در این باره می‌گوید: "ما ممکن است در حال حاضر شاهد یک دوره خاموش در اورانوس باشیم، در حالی که نپتون در حال حاضر انتشار انرژی لحظه ای بیشتری داشته باشد. این پخش انرژی لحظه ای به صورت همرفت اتفاق می‌افتد. انتشار انرژی ممکن است در قسمت‌های متفاوتی از سیاره و در گستره‌های زمانی طولانی اتفاق بیفتد. اما در این مورد اطمینان خاطر وجود ندارد، مگر اینکه شاهد یکی از این فرایند‌های همرفتی باشیم”

این مسئله همچنین می‌تواند با سن سیارات در ارتباط باشد. اورانوس نسبت به نپتون سن بیشتری دارد. امی سایمون، دانشمند ارشد در تحقیقات جو سیاره ای ناسا در مرکز پرواز فضایی گودارد می‌گوید: "میزان حرارت ساطع شده از سیاره به سن سیاره و سرعت آزاد کردن حرارت آن وابسته است. به طور کلی یک سیاره مسن تر، سردتر خواهد بود. همچنین سرعت انتشار حرارت آن‌ها می‌تواند به ساختار داخلی، ترکیب لایه‌های ابر، همرفت و موارد دیگر بستگی داشته باشد. در غول های گازی ممکن است مقدار قابل توجهی باران هلیوم ببارد. این امر می‌تواند باعث تغییر میزان گرمای آزاد شده از سیاره باشد. برای اورانوس و نپتون این امکان وجود دارد که در سنین مختلفی نسبت به هم باشند، یا احتمالاً رخدادی که محور چرخش اورانوس را تغییر داده ممکن است، ساختار داخلی آن را نیز عوض کرده باشد. این اتفاق به نوبه خود باعث آزاد شدن سریع‌تر گرما از آن می‌شود”.

حال، سوالی که مطرح می‌گردد این است که منشا بادهای نپتون چیست؟ آن‌ها به طرز غیر قابل باوری شدید هستند؛ آیا ممکن است که آن‌ها ارتباطی با دما داشته باشند؟

هایدی هامل، اخترشناس سیاره ای که هر دو سیاره را بطور گسترده مورد مطالعه قرار داده و در تیم تصویربرداری از نپتون در ماموریت وویجر ۲ نیز حضور داشته می‌‌گوید: "ما مدت‌ها قبل فکر می‌کردیم که سرمای جو نپتون و اورانوس می‌تواند منجر به شرایط تقریباً بدون اصطکاک شده و در نتیجه وزش بادها شدیدتر است”.

منظور او از این جمله این است که هیچ کوه، تپه یا عوارض طبیعی دیگری در سراسر سیاره نپتون وجود ندارد که سرعت بادها را کاهش دهد. اما آیا رابطه ای بین طوفان ها و منبع گرمای داخلی وجود دارد؟ هامل می گوید: "احتمالاً ارتباطی وجود دارد، اما بین گرمای داخلی و تابش نور خورشید نیز تعادلی ظریف برقرار است”.

بررسی همه جانبه این تاثیرات به دلیل نیاز به بررسی در بازههای زمانی طولانی، دشوار است. این اخترشناس سیاره ای می‌افزاید: "یک سال در نپتون برابر 165 سال زمینی است. بنابراین مطالعه طولانی مدت یک دانشمند حداکثر یک فصل این سیاره را پوشش خواهد داد. برای مطالعه جو سیارات بیرونی به صبر زیادی نیاز است. همچنین نیاز است به نتیجه کار و تلاش نسل های گذشته و آینده دانشمندان سیاره ای نیز اعتماد کنید”.

دل ژنیو، دانشند سیاره ای می‌گوید: "من حدس می‌زنم که تئوری نهایی این راز به این صورت است که، هرچقدر انرژی خورشیدی بیشتری جذب شود، باد بیشتری هم در سطح سیاره خواهیم داشت. اگرچه شاهد این اتفاق بر روی زمین نیستیم. چرا که مدت هاست می‌دانیم تنها بخش کوچکی از میزان انرژی دریافتی از خورشید، در اتمسفر به انرژی جنبشی (باد) تبدیل می‌شود."

زمین یک موتور حرارتی بسیار ناکارآمد است و میزان تبدیلِ انرژیِ دریافتی از خورشید، به انرژی جنبشی آن اندک است. یک دلیل آن این است که زمین دارای یک سطح جامد است که انرژی باد را با اصطکاک از بین می‌برد. در حالی که این اتفاق در غول های گازی رخ نمی‌دهد. این یکی از دلایلی است که تمامی غول‌های گازی دارای بادهای بسیار قوی‌تری نسبت به زمین هستند.

چرا بادهای نپتون شدید هستند؟

سایمون درباره این مسئله که چرا بادهای اورانوس و نپتون با هم مطابقت ندارند، در حالی که سرعت گردش آنها تقریبا یکی است، می‌گوید: "احتمالاً بادها در عمق پایینی تولید می شوند که نور خورشید به آن نمی‌رسد. بنابراین ترکیبی از گرمای داخلی و چرخش خود سیاره باعث تولید آن‌ها می‌شود. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت كه چیزی بین آن‌ها متفاوت است: شاید تا حدی گرمای داخلی یا چیزی دیگر”.

سرعت وزش باد اورانوس می تواند تا 900 کیلومتر در ساعت و نپتون تا 2400 کیلومتر در ساعت برسد. این طوفان‌ها بسیار سریع هستند و با سرعتی بیشتر از طوفان‌های مشتری حرکت می‌کنند”. ناسا می‌گوید لکه بزرگِ سرخِ مشتری، می‌تواند با سرعت بیش از 600 کیلومتر در ساعت حرکت کند. اما گرمای داخلی به تنهایی نمی‌تواند این سرعت را توضیح دهد، زیرا اورانوس گرمای زیادی از هسته خود تولید نمی‌کند.

ساختار داخلی سیارات – مانند جرم آن‌ها، اندازه هسته و پروفیل شعاعی چگالی- برای درک طوفان ها بسیار مهم هستند. چگونگی شکل‌گیری بادها و حداکثر عمق شکل‌گیری و حرکت آن‌ها در جو سیارات گازی، سؤالاتی است که به لطف فضاپیمای جونو و کاسینی ناسا در مشتری و زحل پاسخ داده شده است. این به دلیل اطلاعات گرانشی بسیار خوبی است که فضاپیما‌ها بدست آورده اند. این بدان معنی است که می‌توان مدل‌های خوبی برای ساختار داخلی ساخت.

شبیه سازی های رایانه ای حاصل از این مدل ها نشان می‌دهد که، بادهای غول های گازی، محدود به عمق کمِ لایه‌‌های بالایی جو می‌شوند. این ممکن است نشان دهد که بادهای شدیدی که در اورانوس و نپتون می‌بینیم، می‌تواند تا حدودی ناشی از انتشار گرمای نهان ناشی از چگالشِ موادی، مانند آب باشد.

اما دل ژنیو داده‌های موجود را زیر سؤال می‌برد. او توضیح می‌دهد: "وقتی باد را روی نپتون اندازه می‌گیریم، در حال بررسی سرعت در یک ارتفاع خاص هستیم. ممکن است وزش باد در ارتفاعات دیگر کندتر یا سریعتر باشد. ما این موضوع را نمی‌دانیم، زیرا هرگز کاوشگرها را به داخل جو سیارات بیرونی (سیارات بعد از مریخ) نفرستاده ایم”.

آنچه در نپتون و اورانوس شاهد هستیم، نشان دهنده این است که سیاراتی که در شرایط مشابه شکل می‌گیرند، می‌توانند به طرز اعجاب آوری با هم متفاوت باشند. سیمون می‌گوید، این امر به ما كمك می‌كند، مدل هایی از چگونگی شکل‌گیری این سیارات و همچنین سرنخ‌هایی در مورد شکل گیری منظومه شمسی بدست آوریم. با توجه به اینکه این سیارات از خورشید دور هستند، به ما کمک می‌کنند بهتر بتوانیم گردش لایه‌های عمیق‌تر جو را درک کنیم”.

این به دانش ما در مورد فیزیك و شیمی در جو سیاره‌ها میافزاید و به ما كمك می‌كند تا زمین خودمان را کمی بهتر بشناسیم، زیرا فیزیك و شیمی همیشه به یک روش عمل می‌کنند، چه در زمین و چهط در نپتون”.

منبع: Space.com

 

همه نظرها (۰)

هیچ کس هنوز نظری ارسال نکرده