ساعد جيمس ويب في حل لغز زحل الذي طال أمده

ساعد أقوى تلسكوب فضائي اليوم، تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، في حل اللغز الذي حيّر العلماء لسنوات: لماذا يبدو أن سرعة دوران زحل تتغير؟

فاجأ الكوكب الحلقي الباحثين في عام 2004. ثم قام مسبار كاسيني بقياس سرعة دورانه – وأنتج نتائج مذهلة: بدا أن العملاق يتسارع ثم يتباطأ.

ومن الواضح أن هذا لا يمكن أن يكون، والظاهرة المتناقضة هي نتيجة لخطأ في القياس. وفي عام 2021، تلقت تفسيرًا: إن التغيرات المرصودة ناجمة عن الرياح في الغلاف الجوي العلوي، والتي تولد تيارات كهربائية تخلق إشارة شفق خادعة.

ثم برز السؤال الطبيعي التالي: ما سبب هذه الرياح؟ الجواب جاء من خلال دراسة أجريت في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: فيزياء الفضاء، بناءً على ملاحظات JWST.

تم إجراء عمليات رصد المنطقة القطبية الشمالية بشكل مستمر لمدة يوم زحل كامل. وقد سمح لنا ذلك بالحصول على بيانات تفصيلية لم تكن متوفرة بأي أداة سابقة.

تحليل توهج الأشعة تحت الحمراء لكاتيون الهيدروجين الثلاثي H₃⁺، الذي يتشكل في الغلاف الجوي العلوي لزحل ويعمل كنوع من مقياس الحرارة الطبيعي، أنشأ العلماء لأول مرة خرائط عالية الدقة توضح درجة الحرارة وكثافة الجسيمات في منطقة الشفق القطبي.

التفاصيل رائعة. في السابق، كانت أخطاء القياس تبلغ حوالي 50 درجة مئوية، أي أنها كانت قابلة للمقارنة مع الاختلافات التي كان الباحثون يحاولون التقاطها، كما تم اشتقاقها أيضًا عن طريق حساب المتوسط ​​على مساحات واسعة. كانت بيانات JWST الجديدة أكثر دقة بعشر مرات، مما سمح للفريق بتتبع التفاصيل الدقيقة للتدفئة والتبريد في المنطقة القطبية لزحل لأول مرة.

وُجد أن الأنماط الملحوظة لتوزيعات درجة الحرارة والكثافة تتطابق بشكل ملحوظ مع تنبؤات النماذج الحاسوبية التي تم إجراؤها منذ أكثر من عقد من الزمن. لكن هذه المصادفة تتحقق فقط إذا كان مصدر الحرارة يقع بالضبط في المنطقة التي تدخل فيها التيارات الرئيسية للجسيمات المسببة للشفق إلى الغلاف الجوي.

وهذا يعني أن الشفق القطبي لكوكب زحل هو أكثر من مجرد ظاهرة مذهلة. يعمل على تسخين الجو بشكل كبير في مكان معين. تولد التدفئة المحلية الرياح، والتي بدورها تولد تيارات كهربائية مسؤولة عن الشفق القطبي نفسه. ويقوم التوهج بتدفئة الغلاف الجوي مرة أخرى، مما يؤدي إلى إغلاق الدورة.

“في الأساس، نحن ننظر إلى مضخة حرارية كوكبية. يعمل الشفق القطبي لزحل على تسخين الغلاف الجوي، ويخلق الغلاف الجوي رياحًا، وتخلق الرياح تيارات تزود الشفق بالطاقة، وما إلى ذلك. يغذي النظام نفسه. لسنوات رأينا شيئًا غريبًا فيما يتعلق بسرعة دوران زحل، لكننا لم نتمكن من تفسيره. ثم أظهرنا أنه كان ناجمًا عن الرياح الجوية، لكن سبب الرياح نفسها ظل مجهولاً. الملاحظات الجديدة أصبحت ممكنة بفضل يقول البروفيسور توم ستالارد، المؤلف الرئيسي للدراسة: “لقد أعطانا تلسكوب جيمس ويب الفضائي أخيرًا الحلقة المفقودة”.

يمكن تفسير استقرار التأثير من خلال طبيعة الاتصال ذات الاتجاهين: تؤثر العمليات الجوية على حالة الغلاف المغناطيسي لزحل، وتعيد الطاقة إلى النظام.

واختتم ستالارد قائلاً: “هذه النتيجة تغير فهمنا للأغلفة الجوية للكوكب بشكل عام. إذا كانت الظروف في الغلاف الجوي للكوكب يمكن أن تولد تيارات تهرب إلى الفضاء المحيط، فمن خلال دراسة الستراتوسفير في عوالم أخرى، قد نكتشف تفاعلات لم ندركها حتى الآن”.