رنگ‌های واقعی سیاره مشتری

 

مرضیه رستمی؛  هسته‌ای عظیم و سخت با الگویی نامشخص و شبیه به توپ پشمالو، قلب بزرگ‌ترین سیاره منظومه‌ی شمسی را تشکیل داده است و گردباد‌هایی عظیم و آشوبناک. قطب‌های آن را به تسخیر خود در آورده اند.

 

این توصیف بر اساس یافته‌هایی است که فضاپیمای جونو طی قریب به دو سال گردش به دور سیاره مشتری گردآوری کرده است اگر بخواهم یافته‌های جونو را در یک کلام خلاصه کنیم، باید گفت که نه ساختار داخلی و نه سطح خارجی سیاره مشتری، شبیه به آنچه اخترشناسان تصور می‌کردند، نیستند.

تابستان 2016 (1395)، وقتی فضاپیمای جونوسفر پنج ساله خود را به پایان برد و پس از پشت سر گذاشتن مسیری به طول   2/8 میلیارد کیلومتر در فضای داخلی منظومه‌ی شمسی به سیاره مشتری رسید، خطرناک‌ترین بخش مأموریت خود را آغاز کرد.

فضاپیما با سرعت 250 هزار کیلومتر بر ساعت به مشتری نزدیک میشد و می‌بایست به سرعت ترمز می‌گرفت تا بتواند در مدار مشتری قرار بگیرد. موتور‌های ترمزی به خوبی عمل کردند و جونو وارد مداری بیضوی به دور مشتری شد که حضیض مداری آن (نزدیک‌ترین نقطه مدار از مشتری) تنها 4200 کیلومتر با ابر‌های فوقانی این سیاره فاصله داشت.

 

در این مسیر، جونو از کمربند تشعشعی این سیاره هم گذشت که پس از مجاورت خورشید، خطرناک‌ترین ناحیه در سراسر منظومه‌ی شمسی است، زیرا شدت تشعشعات آن 10 هزار بار قوی‌تر از کمربند تشعشعی زمین (کمربند ون آلن) است و با وجود همه‌ی تدابیر ایمنی لحاظ شده در طراحی و ساخت جونو، باز این احتمال وجود داشت که ذرات پرانرژی این منطقه، ابزار‌های الکترونیکی را از کار بیندازند.

 

جونو که آگوست 2011 (مرداد 1390) از پایگاه فضایی کندی در کیپ کاناورال فلوریدا به فضا پرتاب شد، بخشی از بزرگترین برنامه‌ی تحقیقاتی ناسا به نام «نیوفرانتیرز» به معنی مرز‌های جدید) است. هدف این فضاپیما، بررسی ساختار پنهان زیر ابر‌های ضخیم مشتری و آشکارسازی ترکیبات سازنده‌ی این سیاره است.

اطلاعاتی که این فضاپیما طی بیست و چند ماه گذشته به زمین فرستاده، دانش ما را از بزرگ‌ترین سیاره منظومه‌ی شمسی متحول کرده و نشان داده است که نه ساختار داخلی ونه لایه‌های خارجی آن شبیه به آنچه انتظارش را داشتیم، نیست.

 

 

سیاره مشتری یکی از پنج سیاره‌ای است که از روزگاران کهن برای بشر شناخته شده بود و پس از سیاره ناهد، درخشان‌ترین آن‌ها در آسمان شب است. پس از آغاز عصر فضا، پنج فضاپیما توانسته اند تصاویر با کیفیتی را طی ملاقات‌های نسبتا نزدیک با آن تهه کنند و چشم انداز ابر‌های متلاطمی را که در لایه‌های مختلف جواین سیاره پیچ و تاب می‌خورند، به نمایش در آورند.

 

اما هچ یک از آن‌ها به اندازه‌ی جونو به این غول گازی خطرناک نزدیک نشده اند. مهندسان ناسا برای ساخت جونو، 10 سال به سختی کار کردند و در نهایت به سریع‌ترین فضاپیمای تاریخ (البته تاکنون) دست پیدا کردند.

 

موتور اصلی این فضاپیما، از نوع موتور‌های موشک است و تنها در شرایط اضطراری برای افزایش یا کاهش سرعت روشن می‌شود. جونو همچنین نخستین فضاپیمایی است که برای فعالیت در چنین مسافت دوری از سلول‌های خورشیدی بهره می‌برد. سه پنل سلول‌های خورشیدی که هریک نه متر درازا دارند و در مجموع 18 هزار و 698 سلول خورشیدی را در خود جای داده اند، جایگزین راکتور گرماهسته‌ای رادیوایزوتوپی شده اند که پیش از این برای تامین نیروی فضاپیما‌هایی که از کمربند سیارک‌ها فراتر می‌رفتند، مورد استفاده قرار می‌گرفت.

 

در مدار مشتری، تابش خورشید به کمتر از چهاردرصد آفتاب زمین افت می‌کند و در این تاریکی، سلول‌های خورشیدی عظیم جونو حدود 400 وات انرژی الکتریکی تأمین می‌کنند. برای رازگشایی از ویژگی‌های مشتری، جونو به مجموعه‌ی کاملی از ابزار‌های علمی مجهز شده است.

 

ابزار رادیومتر، آنتن ریزموجی است که با بررسی امواج ریزموج ماکروویو) برآمده از درون سیاره، تا صد‌ها کیلومتر زیر ابر‌های فوقانی مشتری را می‌بیند. ابزار گرانش سنج، ژرفای بیشتری را بررسی می‌کند تا بتواند ترکیب مواد سازنده‌ی مشتری را تعیین کند. ابزار مغناطیس سنج، شدت و جهت میدان مغناطیسی به شدت قدرتمند مشتری را می‌سنجد و سه ابزار دیگر به بررسی شفق‌های قطبی در این سیاره می‌پردازند. در هر گردش مداری، دوربین میدان دید باز هم تصاویری رنگی از ابر‌های جو فوقانی مشتری و قطب‌های آن تهه می‌کند.

مشتری از هر نظر، بزرگترین جرم منظومه‌ی شمسی پس از خورشید است. این سیاره به تنهایی بیش از دو برابر مجموع دیگر اجرام کوچکتر منظومه‌ی شمسی جرم دارد و 1321 سیاره مانند زمین را در خود جا میدهد.

 

اخترشناسان با توجه به مشاهدات پیشین می‌دانستند که جواین سیاره تا هزار کیلومتر پایین‌تر از ابر‌های مرتفع آن ادامه دارد. زیر آن، لایه‌ای فشرده (چگال) از گاز هدروژن باردار قرار گرفته و پس از آن، اقیانوسی از هیدروژن مایع واقع شده است.

 

در اعماق پایین تر، دما و فشار به قدری افزایش پیدا می‌کند که براساس شبیه سازی‌های رایانه ای، هدروژن به مایعی فلزی تبدیل می‌شود و این ساختار تاخود هسته ادامه پیدا می‌کند.

 

با این حال، اخترشناسان در مورد ساختار و ویژگی‌های هسته‌ی مشتری نظر یکسانی نداشتند. مدل‌های کلاسیک شکل گیری سیارات، پیش بینی می‌کردند که در مرکز مشتری، هست‌های کوچک از جنس آهن و سنگ وجود دارد که اندازه‌ی آن بزرگتر از زمین نیست. مدلی دیگر پیش بینی می‌کرد که مشتری در مرکز خود هسته‌ای ندارد، زیرا عناصر سنگین‌تر تحت تأثیر فشار و دمای بسیار بالای آن ناحیه درون هدروژن فلزی مایع حل شده اند.

 

اماجونو ساختار متفاوتی را کشف کرد. جرم درون مشتری به شکلی نامتقارن توزیع شده و اثر خود را در میدان گرانشی قدرتمند این سیاره نشان می‌دهد. تغییرات جزئی در شدت میدان گرانشی بر مدار جونو تأثیر می‌گذارد و سبب می‌شود این فضاپیما اندکی لنگ بزند. با اندازه گیری این حرکت‌های جزئی، اخترشناسان توانسته اند ترکیب مواد درون سیاره را برآورد کنند و به این نتیجه برسند که هسته‌ی مشتری تا 25 برابر سنگین‌تر از زمین است. هسته مانند زمین. کره خوش تعریف و مشخصی نیست و ساختاری نامتقارن با مرز‌های در حال انحلال دارد.

 

اماهسته‌ی عجیب، بزرگترین شگفتی مشتری نیست. پیش از پرتاب جونو، اخترشناسان باور داشتند که جو این سیاره دارای مقادیر متنابه آب است، چراکه بیش از 4 / 5 میلیارد سال پیش و در زمان شکل گیری این سیاره، مشتری به واسطه‌ی جرم عظیم خود توانسته بود دنباله دار‌های فراوانی را که از یخ آب تشکیل شده بودند، به خود جذب و با حل تدریجی آن‌ها درون خود، آب فراوانی را ذخیره کند.

 

اما اندازه گیری‌های جونو نشان داد هرچند مقادیر زیادی از آب در جو مشتری دیده می‌شود، اما مولکول غالب در آن، آمونیاک است، آن هم با فراوانی دست کم 10 برابر بیشتر از آب، از ابر‌های مرتفع مشتری بلور‌های آمونیاک می‌بارند که با نفوذ درون جو و افزایش فشار و دما، تبخیر می‌شوند.

 

مشاهدات جونوهمچنین نشان داد که سیستم باد‌ها در مشتری شبیه به زمین است، به این ترتیب که هوای گرم در اطراف استوا به بالا صعود می‌کند و به سوی قطب‌های خنک‌تر می‌وزد. به همین ترتیب، بخار‌های غلیظ آمونیاک هم در اطراف استوا به بالا صعود می‌کنند و به سوی قطب‌ها می‌روند.

از جولای 2016 (تیر 1395) که جونو به مدار مشتری وارد شد، این فضاپیما مشتری را در مدار‌های پنجاه و سه روزه دور می‌زند. طبق برنامه‌ی قبلی قرار بود که در اکتبر 2016 (مهر 1395)، موتور اصلی فضاپیما به مدت 34 ثانیه روشن شود تا از سرعت جونو بکاهد و آن را در مداری نزدیک‌تر و کمتر کشیده‌تر به دور مشتری قرار دهد که هر 14 روز، آن را به سطح سیاره نزدیک کند؛ اما اتفاقی در زمین، سرنوشت دیگری برای جونو رقم زد.

 

در سپتامبر 2016 (شهریور 1395)، ارتش ایالات متحده دو ماهواره را به خاطر نقص فنی در موتورهایشان از دست داد. جونو هم به موتور مشابه مجهز شده بود، در نتیجه مدیران ناسا در برابر این پرسش قرار گرفتند که آیا ممکن است نقص مشابه هم برای موتور جونو اتفاق بیفتد و این فضاپیمای گران قیمت درون مداری به دردنخور تزریق شود یا بدتر از آن، به درون مشتری سقوط کند؟

 

در نهایت، تصمیم بر این شد که موتور، خاموش باقی بماند و جونو در همان مدار کشیده‌ی پنجاه و سه روزه به فعالیت‌های علمی خود را ادامه دهد. به این ترتیب، جونو به جای 37 گردشی که قرار بود تا فوریه‌ی 2018 انجام دهد، فقط 12 گردش را انجام میداد و در بهترین حالت می‌توانست به یک سوم توانایی‌های خود دست پیدا کند.

 

خوشبختانه با گذشت دو سال از گردش به دور مشتری، وضعیت فضاپیما، ابزار‌ها و پنل‌های خورشیدی جونو به لطف استاندارد‌های سخت گیرانه در ساخت آن، به اندازه‌ی کافی رضایت بخش بود که ناسا تصمیم بگیرد مأموریت جونو را تا جولای 2021 (تیر 1400) تمدید کند. به این ترتیب، جونو می‌تواند گردش‌های مداری بیشتری را به دور مشتری انجام دهد و به اهداف پژوهشی بیشتری دست یابد. در نهایت، آخرین بخش مأموریت جونو همانند «گالیلئو» و «کاسینی»، شیرجه به درون جو سیاره هدف خواهد بود.

 

مهم‌ترین هدف از این مانور، پیشگیری از آلوده شدن قمر‌های یوروپاو گانیمد با میکروب‌های احتمالی همراه جونو است. یوروپا و گانیمد، دو قمر مهم از چهار قمر گالیل‌های مشتری هستند که زیر سطح آن ها، اقیانوسی از آب مایع وجود دارد. بررسی توده‌های فوران یافته از یخ فشان‌های یوروپا نشان میدهد که این قمرهم مانند انسلادوس، قمر زحل، شرایط مساعدی برای میزبانی از حیات میکروبی دارد.

 

از آن جایی که جونو فاقد استاندارد‌های استریل ابزار‌ها و عاری بودن از هر نوع حیات احتمالی است، احتمالی هر قدر ضعیف وجود دارد که اگر این فضاپیما در مدار مشتری باقی بماند، در نهایت گذارش به یوروپا یا گانیمد بیفتد و با آلوده کردن آن قمر به حیات زمینی، میکروارگانیسم‌های احتمالی موجود در آن را با خطر نابودی مواجه کند.

 

به همین دلیل و برای پیشگیری از هر فاجعه‌ی احتمالی، این فضاپیما به درون جو متلاطم مشتری شیرجه خواهد رفت تا در آن بسوزد و از بین برود. در حین این شیرجه، ابزار‌های جونو برای آخرین بار، اطلاعاتی از ویژگی‌های لایه‌های مختلف جو این سیاره به زمین مخابره خواهند کرد تا اخترشناسان بتوانند به مدل‌های بهتری از شکل گیری و تحول سیارات گازی دست پیدا کنند.

 

---

کاهش ملاقات‌های جونو با مشتری
ابتدا قرار بود جونو طی دوران ماموریت خود 37 بار به دور مشتری بچرخد؛ به این ترتیب که پس از رسیدن به مدار مشتری، دو مدار کشیده پنجاه و سه روزه را تکمیل کند و سپس با کاهش سرعت، وارد مدار‌های کم ارتفاع‌تر با دوره تناوب 14 روز شود، اما این اتفاق نیفتاد. دو ماهواره دیگر که به موتوری مشابه موتور جونو مجهز بودند، در ماموریت‌های خود شکست خوردند و مدیران پروژه‌ی جونو با در نظر گرفتن احتمال وجود مشکلی مشابه در موتور جونو، تصمیم گرفتند این موتور فعال نشود و جونو در همان مدار پنجاه و سه روزه باقی بماند.

 

به این ترتیب، جونو که قرار بود تا پایان ماموریت خود در فوریه‌ی 2018 (بهمن 1397) در مجموع 37 بار به دور مشتری بچرخد، فقط 12 مدار را تکمیل می‌کرد. با این حال، وضعیت مناسب فضاپیماسبب شد این مأموریت تا جولای 2021 (تیر 1400) تمدید شود و اطلاعات بیشتری از این سیاره اسرار آمیز گردآوری شود.