شفق‌های قطبی نپتون پس از دهه‌ها انتظار درخشان شدند!

نپتون، دورترین سیاره‌ی منظومه شمسی، در فاصله‌ای حدود ۳ میلیارد مایلی از خورشید قرار دارد و در سردترین و تاریک‌ترین مناطق سامانه‌ی سیاره‌ای ما واقع شده است. تاکنون تنها یک کاوشگر فضایی از کنار آن عبور کرده است: فضاپیمای وویجر ۲ ناسا در سال ۱۹۸۹. از آن زمان، تلسکوپ‌هایی مانند هابل این سیاره را از دور تحت نظر داشته‌اند و حتی در سال ۲۰۱۳ موفق به کشف یک قمر جدید در اطراف آن شدند.

نپتون معمولاً به‌صورت کره‌ای آرام و آبی‌رنگ دیده می‌شود، اما گاهی لکه‌های تیره‌ای روی آن ظاهر و ناپدید می‌شوند. اکنون، تلسکوپ جیمز وب ناسا پدیده‌ای کاملاً جدید را آشکار کرده است: شفق‌های قطبی درخشان که در سراسر جو این سیاره می‌درخشند و برای نخستین بار با جزئیات دقیق در نور مادون قرمز ثبت شده‌اند.

شناسایی شفق‌های نپتون برای نخستین بار

شفق‌های قطبی زمانی شکل می‌گیرند که ذرات پرانرژی، معمولاً از سوی خورشید، در میدان مغناطیسی یک سیاره به دام افتاده و با جو بالایی آن برخورد کنند. این فرایند، نمایشی درخشان از نور ایجاد می‌کند.

پیش از این، شواهدی از فعالیت‌های شفقی در نپتون مشاهده شده بود، از جمله در پرواز وویجر ۲ در سال ۱۹۸۹. با این حال، برخلاف مشتری، زحل و اورانوس، تایید و تصویربرداری از شفق‌های قطبی نپتون همواره چالشی بزرگ بوده و این سیاره تنها سیاره‌ی غول‌پیکری بود که شفق‌های آن به‌طور مستقیم ثبت نشده بودند.

نقش حساسیت بالای وب در این کشف

هنریک ملین، نویسنده‌ی اصلی این پژوهش از دانشگاه نورثومبریا که تحقیقات را در دانشگاه لستر انجام داده، می‌گوید: "در نهایت مشخص شد که تصویربرداری از فعالیت‌های شفقی نپتون تنها با حساسیت مادون قرمز وب ممکن است. این کشف نه‌تنها مرا شگفت‌زده کرد، بلکه جزئیات و وضوح این داده‌ها نیز غیرمنتظره بود. "

این داده‌ها در ژوئن ۲۰۲۳ با استفاده از طیف‌سنج مادون قرمز نزدیک (NIRSpec) تلسکوپ وب ثبت شدند. علاوه بر تصویر نپتون، ستاره‌شناسان یک طیف کامل از جو بالایی سیاره (یونوسفر) را برای بررسی ترکیبات و اندازه‌گیری دمای آن به‌دست آوردند. برای نخستین بار، یک خط تابشی بسیار شاخص مربوط به حضور یون سه‌هیدروژنی (H۳+) در نپتون شناسایی شد که معمولاً در شفق‌های قطبی شکل می‌گیرد. در تصاویر وب، شفق‌های نپتون به‌صورت لکه‌های درخشانی به رنگ فیروزه‌ای دیده می‌شوند.

درخشش یون سه‌هیدروژنی: امضای شفقی

هیدی همِل، اخترشناس ناسا و از اعضای تیم پروژه‌ی تلسکوپ وب، توضیح می‌دهد: "یون H۳+ همواره نشانه‌ای آشکار از فعالیت شفقی در سیارات غول‌پیکر مانند مشتری، زحل و اورانوس بوده است و ما انتظار داشتیم آن را در نپتون نیز ببینیم. اما تنها با ابزاری مانند وب توانستیم این موضوع را تأیید کنیم. "

نکته‌ی جالب در مورد شفق‌های نپتون این است که برخلاف زمین، مشتری و زحل، در قطب‌های سیاره متمرکز نیستند، بلکه در عرض‌های جغرافیایی میانی (مشابه موقعیت آمریکای جنوبی روی زمین) ظاهر می‌شوند. دلیل این موضوع به ماهیت عجیب میدان مغناطیسی نپتون بازمی‌گردد که وویجر ۲ در سال ۱۹۸۹ آن را کشف کرد. میدان مغناطیسی این سیاره ۴۷ درجه از محور چرخش آن انحراف دارد و از آنجایی که شفق‌های قطبی در مناطقی شکل می‌گیرند که خطوط میدان مغناطیسی وارد جو می‌شوند، در نپتون این پدیده از قطب‌های جغرافیایی فاصله دارد.

باد‌های خورشیدی در مواجهه با یک غول یخی

رصد شفق‌های قطبی نپتون، درک ما از برهم‌کنش میدان مغناطیسی این سیاره با ذرات پرانرژی ناشی از باد‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد و دریچه‌ای جدید به علم جو سیارات غول‌پیکر یخی می‌گشاید.

علاوه بر این، تیم پژوهشی با استفاده از داده‌های وب توانست برای نخستین بار از زمان پرواز وویجر ۲، دمای جو بالایی نپتون را اندازه‌گیری کند. نتایج نشان داد که دلیل اصلی پنهان ماندن شفق‌های قطبی نپتون، دمای فوق‌العاده پایین جو این سیاره بوده است.

ملین دراین‌باره می‌گوید: "من کاملاً شگفت‌زده شدم—جو بالایی نپتون طی این سال‌ها صد‌ها درجه سردتر شده است. در واقع، دمای این بخش از جو در سال ۲۰۲۳ تقریباً به نصف مقدار ثبت‌شده در سال ۱۹۸۹ رسیده است. "

چرا شفق‌های نپتون تا کنون دیده نشده بودند؟

طی سال‌ها، اخترشناسان میزان شدت احتمالی شفق‌های نپتون را بر اساس دمای جو آن در زمان پرواز وویجر ۲ پیش‌بینی کرده بودند. دمای بسیار پایین‌تر می‌تواند باعث کاهش درخشندگی شفق‌های قطبی شود. بنابراین، سرمای شدید این بخش از جو احتمالاً دلیل اصلی عدم مشاهده‌ی این پدیده طی دهه‌های گذشته بوده است.

این کاهش چشمگیر دما نشان می‌دهد که این بخش از جو نپتون می‌تواند به‌شدت تغییر کند، حتی با وجود اینکه سیاره بیش از ۳۰ برابر دورتر از خورشید نسبت به زمین قرار دارد.

اکنون اخترشناسان امیدوارند با استفاده از وب، نپتون را در طول یک چرخه‌ی خورشیدی کامل (۱۱ سال) مطالعه کنند. این مشاهدات می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی منشأ میدان مغناطیسی عجیب نپتون ارائه دهند و شاید حتی علت زاویه‌ی غیرمعمول آن را توضیح دهند.

مأموریت‌های آینده و تأثیرات ماندگار

لی فِلِچِر، نویسنده‌ی همکار این پژوهش از دانشگاه لستر، درباره‌ی اهمیت این یافته‌ها می‌گوید: "اکنون که به آینده می‌نگریم و به مأموریت‌های احتمالی به اورانوس و نپتون می‌اندیشیم، می‌دانیم که داشتن ابزار‌هایی با حساسیت بالا در طول‌موج مادون قرمز برای مطالعه‌ی شفق‌های قطبی بسیار ضروری خواهد بود. تلسکوپ وب سرانجام این پنجره‌ی علمی را به روی آخرین و ناشناخته‌ترین یونوسفر سیارات غول‌پیکر گشود. "

این رصدها، که به رهبری فِلِچِر انجام شدند، بخشی از برنامه‌ی مشاهدات زمان تضمین‌شده‌ی (GTO) هیدی همِل بودند. نتایج این پژوهش در نشریه‌ی Nature Astronomy منتشر شده است.

انتهای پیام/