شفق‌های قطبی مشتری، جو فوقانی آن را به شدت گرم می‌کنند

جو فوقانی مشتری صدها درجه گرمتر از حد انتظار است. پس از چندین دهه تحقیق، ممکن است دانشمندان منبع احتمالی آن گرمای غیرعادی را پیدا کرده باشند. مطالعه‌‌ی جدید نشان می‌دهد که عامل ایجاد آن، شفق قطبی شدید این سیاره است.

جیمز اودونوگی، دانشمند سیاره‌شناس انستیتوی فضایی و فضانوردی JAXA در ساگامیهارای ژاپن می‌گوید: ” دمای جو فوقانی مشتری، که به طور متوسط در فاصله 778 میلیون کیلومتری از خورشید می‌چرخد، باید حدود 73- درجه سانتیگراد باشد. این اتفاق اکثراً به دلیل ضعیف بودن نور خورشید در آنجا است که کمتر از 4 درصد از انرژی در هر متر‌مربع را که به جو زمین برخورد می‌کند، تشکیل می‌دهد. در عوض، دمای متوسط ناحیه‌ی چند صد کیلومتری بالای ابرهای سیاره مشتری حدود 426 درجه سانتیگراد است. ”

بیش از 40 سال پیش، دانشمندان نخستین بار متوجه این عدم تطابق شدند. از آن زمان به بعد، محققان ایده‌های متعددی در مورد منشأ افزایش حرارتی جو فوقانی مشتری ارائه کرده‌اند، از جمله: امواج فشاری یا امواج گرانشی ناشی از تلاطم در طبقات پایین جو مشتری. اما مشاهدات اودونوگی و همکارانش اکنون شواهد قانع کننده‌ای ارائه می‌دهند که شفق قطبی گرما را در سطح بالای سیاره پراکنده می‌کند.

در سال 2016 و 2017 محققان هر شب برای رصد مشتری از تلسکوپ 10 متری کِک 2 در بالای آتشفشان خاموش مائوناکی در هاوایی استفاده کردند.

این تیم تحقیقاتی به دنبال انتشار پرتوی‌ فرو سرخ بود که وجود مولکول‌های هیدروژن با بار مثبت (H₃⁺) را آشکار می‌سازد. این مولکولها زمانی ایجاد می‌شوند که ذرات باردار موجود در باد خورشیدی، در میان سایر منابع، با سرعت صدها یا هزاران کیلومتر در ثانیه به جو سیاره برخورد کرده و شفق قطبی را ایجاد می‌کنند.

اندازه‌گیری شدت انتشار فرو سرخ این مولکول‌ها به تیم این امکان را می‌دهد که  میزان گرم‌شدن آن را در بالای ابرها تشخیص دهند. در گزارشی از این تیم داریم:”در این مناطق قطبی، درجه‌ی حرارت در جو فوقانی به احتمال زیاد در حدود 725 درجه سانتیگراد است.” (5 اوت , Nature). اما در عرض جغرافیایی استوایی، نقشه حرارتی تیم نشان داد که دما تا حدود 325 درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد. این الگوی کاهش تدریجی دما به سمت عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر این تصور را تقویت می‌کند که شفق‌های مشتری منبع گرمای غیر‌عادی در جو فوقانی هستند و بادها این گرما را از مناطق قطبی به سمت نواحی پایین‌تر پراکنده می‌کنند.

25 ژانویه 2017، یکی از شبهای بسیار مناسب برای تیم رصدکننده‌ی مشتری بود زیرا مشتری در آن زمان در حال دریافت فوران‌هایی شدید از خورشید خورشید بود که علاوه بر ایجاد یک شفق قطبی شدید، داده‌های به دست‌آمده گستره‌ی وسیعی از گازهای گرمتر از حالت نرمال را در عرض‌های جغرافیایی میانی نشان دادند که محققان آنها را موجی از گرما که به سمت جنوب می‌چرخد، ​​تفسیر می‌کنند. جیمز اودونوگی می‌گوید: ” شانس فوق‌العاده‌ای بود که ما این رویداد احتمالی دفع گرما را ثبت کردیم.”

تامی کاسکینن، دانشمند سیاره‌شناس در دانشگاه آریزونا در توسان می‌گوید: مشاهدات تیم رصدکننده “درمورد پخش مجدد انرژی شفق قطبی” تقریباً یک مدرک غیرقابل انکار است. وی خاطرنشان می‌کند که چالش بعدی درک مکانیسم‌های اساسی تولید گرما و انتقال حرارت است که البته بعد باید آن را در شبیه‌سازی محققان از گردش جو مشتری وارد کرد.