به سوی سیاره مشتری

هزاران سال پیش مردمانی که حیرت زده به نظاره‌ی آسمان شب می‌نشستند، نام یکی از خدایان روم باستان، یعنی ژوپیتر را روی بزرگترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی گذاشتند. سیاره‌ی ژوپیتر یا همان مشتری، آن‌قدر بزرگ است که دو برابر مجموع دیگر سیارات منظومه‌ی شمسی وزن دارد.

این سیاره بعد از خورشید، مهم‌ترین و تاثیرگذارترین جرم در منظومه‌ی شمسی است. مشتری نیروی گرانش خیلی عظیمی دارد و احتمالا عاملی بوده که باعث شده میلیاردها سال پیش راه سیارک‌هایی که حاوی آب بودند به سوی زمین کج شود. این مشتری بوده که اورانوس و نپتون را به دوردست‌های منظومه‌ی شمسی تبعید کرده است.

مشتری رازهای زیادی را از چگونگی شکل‌گیری سیارات در ۴ میلیارد سال پیش نزد خود دارد. هرچند که دست کم از زمان اختراع تلسکوپ، ۴۰۰ سال است که مشتری را زیر نظر داریم و تا به حال ۸ فضاپیما با آن ملاقات کرده‌اند، ولی هنوز ناشناخته‌های زیادی درباره‌ی آن وجود دارد.

ابرهای ضخیم اتمسفر مشتری نگذاشته‌اند که بتوانیم آن‌چه درونش نهفته است را ببینیم. ولی همه چیز در روز ۴ جولای تغییر می‌کند. زمانی که فضاپیمای جدید ناسا به نام «جونو» (Juno) بعد از پنج سال سفر در اعماق فضا، به مشتری می‌رسد.

«اسکات بولتون» سرپرست گروه ماموریت جونو و دانشمندی سیاره‌شناس از انستیتوی تحقیقاتی جنوب غرب در سن‌آنتونیو است. او می‌گوید: «برای اولین با می‌توانیم آن‌چه در زیر ابرهای مشتری وجود دارد را ببینیم. ما اکنون نمی‌دانیم که درون مشتری چه شکلی است.»

در افسانه‌های یونان باستان، جونو همسر ژوپیتر است. الهه‌ای که دیدش از درون ابرهایی ضخیم عبور کرد و طبیعت واقعی خدا را دریافت. فضاپیمای جونو در ۵ آگوست ۲۰۱۱ پرتاب شد و حدود ۲۸ میلیارد کیلومتر را طی کرد تا بالاخره به نزدیکی مشتری رسید. قرار است که به مدت ۲۰ ماه در مدار مشتری قرار بگیرد و آن را مطالعه کند. اگر همه چیز خوب پیش برود، جونو می‌تواند میزان آبی که در زیر ابرهای مشتری وجود دارد را محاسبه و از درون این سیاره نقشه‌برداری کند. همچنین این فضاپیما برای اولین بار تصاویری از قطبین مشتری تهیه می‌کند.

تا به حال فضاپیماهای زیادی با مشتری دیدار کرده‌اند ولی همه‌ی این ملاقات‌ها خیلی کوتاه بودند. بسیاری از فضاپیماها برای رسیدن به سیارات دورتر منظومه‌ی شمسی صرفا از کنار مشتری می‌گذشتند و از نیروی گرانش آن برای افزایش سرعت یا تغییر مسیر استفاده می‌کردند. حتی در سال ۱۹۹۲ فضاپیمای «یولیسیز» (Ulysses) که قرار بود به سمت خورشید برود ابتدا سراغ مشتری رفت و از گرانش آن برای قرار گرفتن در مداری قطبی پیرامون خورشید استفاده کرد.

در همین ملاقات‌های کوتاه معمولا فضاپیماها از فرصت استفاده می‌کردند تا چند عکس از مشتری بگیرند و بعضی اندازه‌گیری‌های علمی انجام دهند.

تا به حال تنها فضاپیمایی که به مقصد مشتری پرتاب شده و در مدار آن قرار گرفته، فضاپیمای «گالیله» بوده که در سال ۱۹۹۵ پرتاب شد. ولی گالیله خوش‌شانس نبود و دچار مشکل فنی شد. آنتن آن خوب کار نمی‌کرد و دستگاه ثبت داده‌ی آن هم خراب شده بود. در نتیجه ماموریت گالیله تا حد خیلی زیادی شکست خورد. «جاناتان لونین» که دانشمندی سیاره‌شناس از دانشگاه کورنل است می‌گوید: «همیشه نیاز مبرم بازگشت به مشتری و مطالعه‌ی آن احساس می‌شد.»

سیاره‌ای غیر عادی
مشتری از هر نظر یک سیاره‌ی غیر عادی است. اگر مشتری توخالی بود، می‌شد ۱۰۰۰ سیاره‌ی زمین را در آن جای داد. هرچند که این سیاره خیلی بزرگ است، ولی سریع‌تر از هر سیاره‌ی دیگری در منظومه‌ی شمسی به دور خود می‌چرخد. یک روز آن فقط ۱۰ ساعت طول می‌کشد. این سیاره اتمسفر خیلی متلاطمی دارد و طوفان‌های زیادی در آن رخ می‌دهد. البته در چند قرن گذشته فقط یک طوفان بزرگ رخ داده است. لکه‌ی بزرگ قرمز رنگ معروف آن، در حقیقت طوفانی با وسعت دو برابر سیاره‌ی زمین است و دست کم ۱۵۰ سال است که روی آن جریان دارد. نزدیک هسته‌ی مشتری، دما به ۲۰ هزار درجه‌ی سانتیگراد می‌رسد که سه برابر بیشتر از دمای سطح خورشید است.

هرچند که مشتری از عناصر خیلی سبکی مثل هیدروژن و هلیوم تشکیل شده ولی ۳۱۸ برابر سنگین‌تر از زمین است. فشار تمام این گازها در نزدیکی هسته میلیون‌ها بار بیشتر از چیزیست که روی سطح زمین تجربه می‌کنید.

بیشتر آن‌چه دانشمندان درباره‌ی مشتری می‌دانند از عکس‌های تلسکوپی و تصاویر فضاپیماهایی بدست آمده که از پس ابرها گرفته شده است. آن‌چه از درون مشتری می‌دانیم عموما بر اساس حدس و گمان است. شاید مشتری دارای یک هسته‌ی جامد باشد یا اصلا فاقد آن باشد. ممکن است درون مشتری، اقیانوسی از هیدروژن فلزی مایع وجود داشته باشد که دور هسته می‌چرخد و باعث بوجود آمدن میدان مغناطیسی عظیم سیاره می‌شود. ممکن است که زیر ابرها حجم خیلی زیادی بخار آب وجود داشته باشد.

این‌ها همه‌ی رازهایی است که جونو به دنبال رمزگشایی از آن‌ها می‌رود. پاسخ این پرسش‌ها به ما می‌گوید که مشتری اکنون چگونه سیاره‌ای است و اولین بار حدود ۴۶ میلیارد سال پیش چگونه بوجود آمد. پژوهشگران فکر می‌کنند که وقتی مشتری درحال تشکیل شدن بود، تمام گازهای اطرافش را مثل جاروبرقی به سوی خود کشید. تمام جرم مشتری از گاز ساخته شده و همه‌ی مواد اولیه‌ای که زمانی دور خورشید در گردش بودند اکنون به صورت یکجا در این سیاره جمع شده‌اند. اندازه‌گیری میزان آب موجود در اتمسفر مشتری می‌تواند به پژوهشگران نشان دهد که این سیاره دقیقا کجای منظومه‌ی شمسی تشکیل شد و وضعیت محیطی منظومه‌ی شمسی در ابتدای پیدایش چگونه بود.

باگنال می‌گوید: «آب نقش بسزایی در بوجود آمدن این سیاره ایفا کرده است.» به دلیل دور بودن از خورشید، دما آن‌قدر پایین بوده که آب توانسته یخ بزند و مقدار زیادی ذرات جامد برای اینکه سیاره‌های غول‌پیکر ساخته شوند بوجود آید. ممکن است مشتری ابتدا به صورت یک گوی سنگی و یخی بوده که چند برابر زمین جرم داشته و گرانش عظیم آن توانسته تمام گازهای هیدروژن و هلیوم اطراف را جذب کند. باگنال می‌گوید: «تا زمانی که میزان آب را اندازه نگیریم نمی‌توانیم پاسخ این سوال را بفهمیم.»

قبلا فضاپیمای نگون بخت گالیله سعی کرده بود بفهمد در اتمسفر مشتری چه مقدار آب وجود دارد. گالیله برای این کار یک کاوشگر کوچک را به درون اتمسفر مشتری فرستاد تا بتواند به هنگام سقوط در آن، دما، فشار و عناصر شیمیایی را اندازه بگیرد. این فضاپیما خیلی بی‌نقص کار کرد و حتی بیشتر از آن‌چه پژوهشگران امیدوار بودند در اتمسفر فرو رفت. با این حال در جای مناسبی وارد نشد و تقریبا هیچ آبی نیافت.

این فضاپیما در جایی وارد اتمسفر شد که پژوهشگران به آن «هات اسپات» می‌گویند. قسمتی از اتمسفر که ابرها کنار می‌روند و جریان هوای گرم باعث خشک شدن آن می‌شود. بولتون می‌گوید: «آن‌ها وارد بیابان مشتری شدند.» فضاپیما پیش از اینکه بتواند وارد مناطق پر آب اتمسفر مشتری شود، ارتباطش قطع شد. بولتون می‌گوید که دانشمندان ناسا فکر کردند این کار باز هم باید تکرار شود و همزمان می‌بایست چند فضاپیما را در مکان‌های مختلف به درون سیاره فرستاد؛ ولی این کار پرهزینه و مشکل بود.

بنابراین بولتون و همکارانش به ایده‌ی دیگری رسیدند، همان ایده‌ای که به ماموریت جونو ختم شد. مشتری در حال سرد شدن است و در طول موج مایکروویو می‌درخشد. مولکول‌های آب بعضی از فرکانس‌های مایکرویو را جذب می‌کنند. بنابراین می‌توان با قرار دادن مدارگردی دور مشتری و با طیف‌سنجی در طول موج مایکرویو، از میزان آب موجود در اتمسفر سیاره مطلع شد.

با این حال میزان آب موجود در اتمسفر مشتری نمی‌تواند همه‌چیز را درباره‌ی آن به ما بگوید. دانشمندان می‌خواهند بدانند که آیا مشتری هسته‌ی جامد دارد یا خیر. یکی از نظریه‌هایی که درباره‌ی پیدایش سیاره‌های غول‌پیکر گازی وجود دارد این است که آن‌ها به کمک یک هسته‌ی سنگی و یخی بوجود می‌آیند. سپس این هسته می‌تواند گازهای اطراف را به سوی خود جذب کند. نظریه‌ی دیگر این است که آن‌ها با رمبش حباب بزرگی از هیدروژن و هلیوم تحت وزن خود بوجود می‌آیند و در نتیجه هیچ هسته‌ی جامدی نمی‌تواند وجود داشته باشد.

جونو می‌تواند از این راز پرده گشایی کند. وقتی این فضاپیما در مدار مشتری گردش می‌کند، سرعت آن بر اثر نوسانات گرانشی در قسمت‌های مختلف مشتری کم و زیاد می‌شود. با ثبت این کم و زیاد شدن‌های سرعت، دانشمندان می‌توانند بفهمند که توزیع جرم درون این سیاره به چه صورت است؛ از جمله اینکه آیا جرم به صورت متمرکز در هسته وجود دارد یا خیر.

یکی از نقاط قوتی که جونو نسبت به فضاپیماهای قبلی دارد، مدار آن است. جونو نسبت به استوای مشتری به صورت عمودی گردش می‌کند. یعنی اینکه در مداری قطبی دور مشتری می‌گردد و می‌تواند به طور کامل قطب شمال و جنوب آن را زیر نظر بگیرد. در عوض فضاپیمای گالیله مداری استوایی داشت. جونو خیلی به مشتری نزدیک می‌شود و در نتیجه می‌تواند اندازه‌گیری‌های کاملا دقیقی انجام دهد. مدار قطبی آن باعث می‌شود که بتواند همه‌ی عرض‌های جغرافیایی سیاره را اسکن کند و دید خیلی خوبی از آن بدست آورد.

با این حال همچنان ماموریت آن‌قدرها هم که فکر می‌کنیم آسان نیست. بولتون می‌گوید: «ما به مکانی بسیار خطرناک می‌رویم. احتمالا به جز خورشید، آن‌جا خطرناک‌ترین نقطه‌ی منظومه‌ی شمسی است.» دور سیاره را کمربندی از تابش پر انرژی و ذرات باردار در بر گرفته است. این‌ها به الکترونیک فضاپیما آسیب می‌زنند. در نتیجه ابزارهای جونو در یک محافظ ۲۰۰ کیلوگرمی تیتانیومی قرار گرفته‌اند. بولتون می‌گوید: «مثل این است که یک تانک زرهی را به مشتری فرستاده باشیم.»

این تانک حامل دوربین، طیف‌سنج‌، مغناطیس‌سنج‌، آشکارساز‌های پلاسما و ذرات، یک حسگر مایکرویو و یک آنتن رادیویی است. برنامه این است که فضاپیما در مدار به شدت بیضوی خود، مرتب با سرعت خیلی زیادی به سیاره نزدیک و سپس از آن دور شود. وقتی جونو به برنامه‌ی روتین خود برسد، هر دور گردش آن به دور مشتری ۱۴ روز طول می‌کشد. بیشتر زمان آن دور از سیاره و خارج از کمربند تشعشعی سپری می‌شود. به دلیل چرخش سیاره، هربار که جونو به سمت مشتری شیرجه می‌زند طول‌های جغرافیایی متفاوتی را اسکن می‌کند. به هنگام این شیرجه‌های عمیق و در اوج نزدیکی به مشتری، فضاپیما فقط ۵۰۰۰ کیلومتر از بالاترین ابرهای مشتری فاصله خواهد داشت و گرانش مشتری کاری می‌کند که سرعت آن به ۷۰ کیلومتر بر ثانیه برسد. در نتیجه جونو رکورد سرعت فضاپیماها را می‌زند. با این سرعت جونو می‌تواند در عرض یک دقیقه از بوستون به لس آنجلس برسد.

قطبین
چند ساعت قبل و بعد از شیرجه‌های جونو به سمت مشتری، این فضاپیما برفراز قطب‌های شمال و جنوب اسرار آمیز سیاره پرواز می‌کند. «فلچر» که دانشمندی سیاره‌شناس از دانشگاه لیچستر انگلستان است می‌گوید: «این‌ها مکان‌هایی ناشناخته برای دانشمندان سیاره‌شناس هستند.»

مشتری فصل ندارد و محور گردش آن به دور خودش تقریبا بر مدار گردشش به دور خورشید عمود است. این بدین معنیست که قطبین آن از زمین غیر قابل مشاهده هستند. بیشتر فضاپیماهای قبلی هم گذرشان را از نزدیکی استوای مشتری انجام می‌دادند. فضاپیمای پایونیر ۱۱ زمانی که مشتری را به مقصد زحل ترک می‌کرد توانست تصویری خیلی ناواضح از قطب شمال آن تهیه کند. فضاپیمای یولیسیز هم هنگام سفر به سمت خورشید برفراز قطبین مشتری پرواز کرد ولی این فضاپیما دوربین نداشت و البته به اندازه‌ی جونو به سیاره نزدیک نشد.

ولی جونو می‌تواند تصویری واضح از قطبین مشتری برای ما ارسال کند و حتی شفق‌های قطبی آن را هم ثبت کند. شفق‌های قطبی مشتری از ابزارهایی هستند که دانشمندان می‌توانند با استفاده از آن‌ها میدان مغناطیسی سیاره را اندازه‌گیری کنند. بیشتر آن‌چه دانشمندان از شفق‌های قطبی مشتری می‌دانند از رصدهای تلسکوپ‌هایی مثل هابل بدست آمده است نه فضاپیماها. شفق‌های قطبی مشتری ۱۰۰۰ بار از شفق‌های زمینی قدرتمندتر هستند و اندازه‌ی خیلی بزرگی دارند.

مدار جونو به شکلی است که برفراز قطبین مشتری پرواز می‌کند و در نتیجه می‌تواند پدیده‌های جالب توجهی مثل شفق‌های قطبی مشتری را ثبت کند.

فضاپیمای کاسینی که در مدار زحل گردش می‌کند تا به حال توانسته تصاویر بسیار خیره‌کننده‌ای را از شفق‌ها و طوفان‌های قطبی این سیاره در اختیار ما قرار دهد. قطعا باید منتظر تصاویر جالب‌تری که جونو از مشتری می‌گیرد باشیم. به خصوص انواع طوفان‌های گردابی که روی زحل وجود دارند ممکن است روی مشتری هم دیده شوند. البته وقتی که جونو به مشتری می‌رسد ابزارهای علمی آن از جمله دوربینش خاموش هستند تا یک دور در مدار گردش کند. حضیض بعدی آن در اواخر آگوست رخ می‌دهد و در آن زمان است که اولین عکس‌ها را می‌بینیم. بعد از دو دور چرخش ۵۳ روزه به دور مشتری، جونو در ماه نوامبر در مدار روتین خود می‌افتد.

زمانی که جونو به مشتری می‌رسد و به فاصله‌ی ۵۰۰۰ کیلومتری ابرهای آن شیرجه می‌زند، تلسکوپ‌های زمینی و فضایی همزمان به مشتری نگاه خواهند کرد. جونو در این حالت نمی‌تواند وضعیت کلی سیاره را مدنظر داشته باشد و در نتیجه تلسکوپ‌های سراسر دنیا این کار را انجام می‌دهند تا ببینند اتمسفر دیگر مناطق مشتری در چه وضعیتی قرار دارد. فلچر می‌گوید: «اگر همه‌ی این کارها با هم انجام شود اطلاعات علمی خیلی غنی‌تری خواهیم داشت.»

تقریبا یک سال و نیم بعد از اینکه جونو به مشتری رسید، یعنی در فوریه‌ی ۲۰۱۸، یک شیرجه‌ی مرگبار به قصد خودکشی در اتمسفر مشتری می‌زند. ماموریت گالیله در سال ۲۰۰۳ هم همینطوری تمام شد. دانشمندان نمی‌خواهند جونو را به سطح یکی از قمرهای یخی مشتری مثل اروپا بکوبند. زیر سطح اروپا اقیانوس آب وجود دارد و ممکن است این قمر حاوی حیات باشد. جونو استرلیزه نیست و ممکن است حامل میکروب‌های زمینی باشد. بنابراین آن‌ها نمی‌خواهند با زدن جونو به سطح اروپا حیات فرازمینی آن‌جا را آلوده کنند.

اروپا مقصد بعدی ماموریت‌های فضایی است. قرار است در اوایل دهه‌ی ۲۰۲۰ فضاپیمایی از ناسا با این قمر ملاقات کند. سازمان فضایی اروپا هم قرار است در ژوئن سال ۲۰۲۲ فضاپیمای JUICE را برای کاوش قمرهای مشتری و قرار گرفتن در مدار قمر «گانیمد» عازم کند. تا آن زمان جونو تنها ابزار دانشمندان است. فلچر می‌گوید: «این فرصت بزرگ نسل ما است تا چیزهای بنیادین زیادی را درباره‌ی مشتری یاد بگیریم.»

دستاوردهای این ماموریت می‌تواند فراتر از خود مشتری باشد و اطلاعات زیادی از چگونگی شکل گرفتن حیات روی زمین به ما بدهد. وقتی کاوشگر گالیله در مشتری شیرجه زد فهمید که آن‌جا عناصر سنگین‌ زیادی مثل کربن و نیتروژن پیدا می‌شود. این‌ها عناصری کلیدی برای بوجود آمدن حیات هستند. در منظومه‌ی شمسی اولیه چه رخ داد که باعث شد آجرهای سازنده‌ی حیات در سیاره‌ها جمع شوند؟ این یک سوال بزرگ است. بولتون می‌گوید: «من نمی‌گویم که می‌توانیم به آن پاسخ دهیم ولی می‌توانیم تکه‌‌هایی از پازل آن را پیدا کنیم.»

منبع:

http://faradeed.ir/fa/news/20025/%D8%A8%D9%87-%D8%B3%D9%88%DB%8C-%D8%B3%DB%8C%D8%A7%D8%B1%D9%87%E2%80%8C-%D9%85%D8%B4%D8%AA%D8%B1%DB%8C