کشف بچه سیاره ها در مشتری! - زرین گراف

دانشمندان بقایای سیاره های کوچک را در شکم پوشیده از ابر مشتری یافته اند. یافته ای که بحث طولانی در خصوص شکل گیری این غول گازی را حل می نماید.

به گزارش اسپیس، دانشمندان دریافته اند که مشتری مملو از بقایای سیاره های کوچکی است که این سیاره با انبساط خود، آن ها را بلعیده تا تبدیل به چنین غول گازی بزرگی گردد که امروزه می بینیم. این یافته ها از اولین نمای واضح از شیمی زیر جو ابری این سیاره به دست آمده است.

با وجود اینکه مشتری بزرگترین سیاره منظومه شمسی است، اما اطلاعات کمی در خصوص عملکرد درونی آن در دسترس است.

تلسکوپ ها هزاران تصویر از ابر های گردابی در حال چرخش در جو فوقانی این غول گازی گرفته اند، اما این طوفان های شبیه به نقاشی های ون گوگ در عین حال به عنوان مانعی عمل می نمایند که جلوی دید ما را از آنچه در زیر آن ها وجود دارد، می گیرد.

یامیلا میگوئل اخترفیزیکدان دانشگاه لیدن در هلند و محقق ارشد این مطالعه گفت: مشتری یکی از اولین سیاراتی بوده که در چند میلیون سال اول، زمانی که منظومه شمسی در حدود 4.5 میلیارد سال پیش در حال شکل گیری بوده است، شکل گرفته است. با این حال، ما تقریباً هیچ چیز قطعی در خصوص چگونگی شکل گیری آن نمی دانیم.

محققان در این مطالعه تازه خاتمه توانستند با استفاده از داده های گرانشی جمع آوری شده به وسیله کاوشگر فضایی جونو متعلق به ناسا، زیر پوشش ابری مبهم مشتری را ببینند. این داده ها این تیم تحقیقاتی را قادر ساخت تا مواد سنگی موجود در هسته این سیاره غول پیکر را ترسیم کند که در نهایت، فراوانی شگفت آوری از عناصر سنگین را نشان داد. این ترکیب شیمیایی نشان می دهد مشتری برای رشد گسترده اش، سیارات کوچک یا خرده سیاره ها را بلعیده است.

به جرمی متشکل از سنگ، غبار و دیگر موادی که ابر اولیه منظومه خورشیدی ما را تشکیل می دهد، خرده سیاره می گویند.

ابعاد خرده سیاره ها از چندین متر تا چند صد کیلومتر متغیر است. این اجرام، در زمان تشکیل سیارات تشکیل شدند و به نوعی می توان آن ها را سیارات کوچک و ریز قلمداد کرد. نظریه خرده سیارات به وسیله ستاره شناس روسی ویکتور سافرونوف ارائه شد که نظریه ای پیرامون چگونگی تشکیل سیارات است.

مشتری ممکن است امروزه غالباً یک توپ متشکل از گاز چرخان باشد، اما زندگی خود را درست مانند هر سیاره دیگری در منظومه شمسی با تجمع مواد سنگی آغاز نموده است.

که گرانش سیاره سنگ ها را بیشتر و بیشتر می کرد، هسته سنگی آن آن قدر متراکم شد که آغاز به جذب مقادیر زیادی گاز از فواصل دور - عمدتاً هیدروژن و هلیوم به جامانده از تولد خورشید - کرد تا جوِ بزرگِ پر از گازِ آن را تشکیل دهد.

دو نظریه در خصوص اینکه مشتری چگونه مواد سنگی اولیه خود را جمع آوری نموده است، وجود دارد. یک نظریه این است که مشتری میلیارد ها سنگ فضایی کوچک تر را جمع نموده است که اخترشناسان به آن ها لقب سنگریزه داده اند. اگرچه این سنگ ها احتمالاً از نظر مقدار به تخته سنگ ها نزدیک تر هستند تا سنگریزه هایی که در نظر ما تصور می گردد.

نظریه دیگر که به وسیله یافته های مطالعه تازه پشتیبانی می گردد، این است که هسته مشتری از جذب بسیاری از سیاره های کوچک تشکیل شده است.

با این حال تا به این لحظه نمی توان به طور قطعی گفت که کدام یک از این نظریه ها درست هستند. میگوئل می گوید: از آنجایی که نمی توانیم مستقیماً نحوه شکل گیری مشتری را مشاهده کنیم، باید قطعات پازل را با اطلاعاتی که امروز داریم، کنار هم قرار دهیم و این کار آسانی نیست.

محققان برای کوشش برای حل این بحث، باید تصویری از درون مشتری بسازند. میگوئل می گوید: اینجا روی زمین، ما از لرزه نگار ها و زلزله برای مطالعه فضای داخلی سیاره استفاده می کنیم. اما مشتری هیچ سطحی برای قرار دادن چنین وسایلی روی آن ندارد و به هر حال بعید است که هسته مشتری فعالیت تکتونیکی زیادی داشته باشد.

در عوض، محققان مدل های رایانه ای از درون مشتری را با ترکیب داده هایی که عمدتاً به وسیله کاوشگر جونو جمع آوری شده بود و بعلاوه بعضی از داده های کاوشگر گالیله ساختند. کاوشگر ها میدان گرانشی این سیاره را در نقاط مختلف اطراف مدار آن مقدار گیری نموده اند و داده ها نشان داد که مواد سنگی برافراشته شده به وسیله مشتری دارای غلظت بالایی از عناصر سنگین است که جامدات متراکم را تشکیل می دهند و بنابراین، اثر گرانشی قوی تری نسبت به اتمسفر گازی دارند. این داده ها تیم را قادر ساخت تا تغییرات جزئی در گرانش این سیاره را ترسیم نمایند و به آن ها یاری کرد تا ببینند مواد سنگی در کجای این سیاره قرار دارند.

میگوئل می گوید: جونو داده های گرانشی بسیار دقیقی را ارائه کرد که به ما یاری کرد توزیع مواد را درون مشتری مشخص کنیم. این ها داده های بسیار منحصربه فردی بودند که ما فقط می توانستیم با فضاپیمایی که به دور این سیاره می چرخد، به دست آوردیم.

مدل های این تیم تحقیقاتی نشان داد که معادل 11 تا 30 جرم زمین از عناصر سنگین در مشتری (3 تا 9 درصد جرم مشتری) وجود دارد که بسیار بیشتر از حد انتظار است.

میگوئل می گوید، مدل های تازه به منشأ سیاره خواری مشتری اشاره می نمایند، زیرا نظریه تجمع سنگریزه نمی تواند چنین غلظت بالایی از عناصر سنگین را شرح دهد. اگر مشتری در ابتدا از سنگریزه ها تشکیل شده بود، آغاز نهایی فرآیند برافزایش گاز، زمانی که سیاره به مقدار کافی بزرگ شد، بلافاصله به مرحله تجمع سنگی خاتمه می داد.

وی شرح داد که این به این علت است که لایه در حال رشد گاز، یک مانع فشار ایجاد می نماید که مانع از کشیده شدن سنگریزه های اضافی به داخل سیاره می گردد. این مرحله برافزایش صخره ای محدود شده احتمالاً به مشتری، فراوانی فلزات سنگین یا فلزی بودن بسیار کمتری نسبت به آنچه محققان محاسبه نموده اند، می دهد.

با این حال، خرده سیاره ها حتی پس از آغاز فاز برافزایش گاز می توانستند به هسته مشتری برخورد نمایند. این به این علت است که نیروی گرانشی روی سنگ ها بیشتر از فشاری است که گاز اعمال می نماید.

به گفته محققان، این برافزایش همزمان مواد سنگی و گاز ارائه شده به وسیله نظریه خرده سیاره ها تنها شرح ممکن برای وجود سطوح بالایی از عناصر سنگین در مشتری است.

این مطالعه بعلاوه یک یافته جالب دیگر را نشان داد که بر اساس آن، درون مشتری به خوبی با جو بالایی آن مخلوط نمی گردد، یافته ای که برخلاف آن چیزی است که دانشمندان تا به امروز تصور می کردند. مدل تازه از درون مشتری نشان می دهد که عناصر سنگینی که این سیاره جذب نموده است تا حد زیادی نزدیک به هسته آن و جو زیرین آن به جای مانده است.

محققان تصور می کردند که همرفت، جو مشتری را به هم می ریزد، به طوری که گاز داغ تر در نزدیکی هسته سیاره قبل از سرد شدن و سقوط دوباره به جو بیرونی می رود که اگر اینطور بود، عناصر سنگین به طور یکنواخت در سراسر جو مخلوط می شدند.

میگوئل می گوید با این حال، ممکن است منطقه ها خاصی از مشتری اثر همرفتی کوچکی داشته باشند و تحقیقات بیشتری برای مشخص دقیق آنچه در جو این غول گازی در حال وقوع است، مورد احتیاج است.

یافته های محققان بعلاوه می تواند داستان منشأ سیارات دیگر منظومه شمسی را تغییر دهد. میگوئل گفت: مشتری تاثیرگذارترین سیاره در شکل گیری منظومه شمسی بوده است.

وی افزود که کشش گرانشی مشتری به شکل دادن به مقدار و مدار همسایگان کیهانی یاری نموده است و بنابراین مشخص چگونگی به وجود آمدن آن تأثیرات مهمی برای سیارات دیگر دارد. این یافته ها بعلاوه منشا خرده سیاره ای بالقوه را برای دیگر غول های گازی منظومه شمسی شامل زحل، اورانوس و نپتون نشان می دهد.

سایر دنیا های گازی در سایر منظومه های ستاره ای نیز ممکن است با بلعیدن خرده سیاره ها به جای سنگریزه ها شکل گرفته باشند که به این معنی است که آن ها ممکن است فلزی بیشتر از آنچه ظاهرشان نشان می دهد، داشته باشند.

به گفته محققان، بنابراین مهم است که وقتی این دنیا های تازه را که با استفاده از تلسکوپ جیمز وب ناسا کاوش می شوند، پیدا می کنیم، آن ها را بر اساس پوشش های ابری آن ها قضاوت نکنیم.

این مطالعه در مجله Astronomy and Astrophysics منتشر شده است.