العاصفة العملاقة على المشتري: كيف تشكلت؟

البقعة الحمراء الكبرى： مقدمة عن الظاهرة الفلكية

بقعة المشتري الحمراء العظيمة الشهيرة هي عاصفة هائلة تدور في الغلاف الجوي لأكبر كوكب في المجموعة الشمسية منذ سنوات.

تاريخ رصد البقعة الحمراء الكبرى

لكن علماء الفلك اختلفوا حول عمر الدوامة ومتى وكيف تشكلت. يعتقد بعض الخبراء أنها تعود إلى قرون من الزمن، وقد رصدها لأول مرة عالم الفلك الإيطالي جيوفاني دومينيكو كاسيني في القرن السابع عشر، بينما يعتقد آخرون أن العاصفة أحدث عهداً.

البحث الجديد حول عمر البقعة الحمراء الكبرى

والآن، يشير بحث جديد إلى أن البقعة الحمراء العظيمة تشكلت قبل حوالي 190 عاماً، مما يعني أن كاسيني رصد شيئاً آخر على المشتري في عام 1665. وعلى الرغم من كونها أصغر مما كان يُعتقد سابقاً، إلا أن العاصفة لا تزال العاصفة هي الدوامة الأكبر والأطول عمراً المعروفة في نظامنا الشمسي، وفقاً للباحثين.

وقد نُشرت دراسة توضح النتائج بالتفصيل في 16 يونيو في مجلة "رسائل البحوث الجيوفيزيائية".

تركيب الغلاف الجوي لكوكب المشتري

يتميز المشتري بمظهره اللافت للنظر بخطوط وبقع تتكون من نطاقات سحابية تحيط بالكوكب وعواصف إعصارية. وتأتي ألوانها من تركيبة طبقات الغلاف الجوي المختلفة، والتي تتكون كل منها على حدة من غازات الأمونيا والجليد المائي والكبريت والفوسفور، وفقاً لوكالة ناسا. تنحت التيارات النفاثة السريعة السحب وتمددها إلى نطاقات طويلة.

يمكن للعواصف الإعصارية على المشتري أن تستمر لسنوات لأن الكوكب الغازي لا يحتوي على سطح صلب، مما قد يبطئ من سرعة العواصف.

سرعة الرياح وتأثيرها على العاصفة

البقعة الحمراء العظيمة هي عبارة عن دوامة ضخمة داخل الغلاف الجوي للمشتري يبلغ عرضها حوالي 10,159 ميلاً (16,350 كيلومتراً)، وهو ما يماثل قطر الأرض، وفقاً لوكالة ناسا. وترتفع العاصفة على ارتفاع يزيد عن 200 ميل (322 كيلومتراً).

وتنطلق الرياح الصارخة بسرعة 280 ميلاً في الساعة (450 كيلومتراً في الساعة) على طول حدود العاصفة. ويأتي لونها الأحمر المميز من التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي.

هذه الميزة المميزة مرئية، حتى من خلال التلسكوبات الصغيرة.

التاريخ المرصود للبقعة الحمراء الكبرى

وبدا مشابهًا لبيضاوي داكن على نفس خط العرض الذي رصده كاسيني لأول مرة عندما نظر من خلال تلسكوبه في منتصف القرن السادس عشر. وقد أشار إلى الميزة التي رصدها باسم "البقعة الدائمة"، وراقبها كاسيني وغيره من علماء الفلك حتى عام 1713، عندما فقدوا رؤية العاصفة.

ثم، في عام 1831، رصد علماء الفلك عاصفة كبيرة بيضاوية الشكل على نفس خط العرض على المشتري، والتي استمرت ولا تزال مرصودة حتى اليوم. لكن لطالما تساءل الفلكيون عما إذا كان من الممكن أن تكون العاصفتان هما نفس الظاهرة، أو دوامات مختلفة ظهرت في نفس المكان بفارق أكثر من قرن من الزمان.

تحليل البيانات التاريخية حول البقعة

قام فريق من الباحثين بهدف حل هذا اللغز بجمع ثروة من البيانات وتحليل الرسومات والصور التاريخية التي تصور بنية البقعة وموقعها وحجمها على مر الزمن. واستُخدمت البيانات لإنشاء نماذج عددية تعيد تشكيل العمر الافتراضي المحتمل للعاصفة.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة أغوستين سانشيز-لافيغا، أستاذ الفيزياء التطبيقية في جامعة إقليم الباسك في بلباو بإسبانيا، في بيان: "من قياسات الأحجام والحركات، استنتجنا أنه من غير المرجح أن تكون البقعة الحمراء العظيمة الحالية هي "البقعة الدائمة" التي رصدتها كاسيني". "من المحتمل أن تكون "البقعة الدائمة" قد اختفت في وقت ما بين منتصف القرن الثامن عشر والقرن التاسع عشر، وفي هذه الحالة يمكننا القول الآن أن عمر البقعة الحمراء يتجاوز 190 عاماً."

استمرت البقعة الدائمة لمدة 81 عاماً تقريباً، ولم تذكر أي من الرسومات التي قام الفريق بتحليلها أي لون محدد للعاصفة، وفقاً لمؤلفي الدراسة.

تقلص حجم البقعة الحمراء الكبرى

قال سانشيز-لافيغا: "لقد كان الرجوع إلى الملاحظات والرسومات الخاصة بالمشتري وبقعته الدائمة التي قام بها عالم الفلك العظيم (كاسيني) ومقالاته في النصف الثاني من القرن السابع عشر التي تصف هذه الظاهرة أمراً محفزاً وملهماً للغاية". "لقد قام آخرون قبلنا باستكشاف هذه الملاحظات، والآن قمنا بتحديد النتائج."

عمليات المحاكاة لفهم نشوء العاصفة

أثناء مراجعة البيانات التاريخية، استكشف الباحثون أيضاً كيفية نشوء العاصفة من خلال إجراء عمليات محاكاة على أجهزة الكمبيوتر العملاقة باستخدام نماذج لكيفية تصرف الدوامات في الغلاف الجوي للمشتري.

وأجرى الفريق عمليات محاكاة لمعرفة ما إذا كانت البقعة الحمراء العظيمة قد تشكلت من عاصفة عملاقة، أو من اندماج دوامات أصغر ناتجة عن رياح المشتري الشديدة والمتعاقبة، أو من عدم استقرار في الرياح التي يمكن أن تنتج خلية عاصفة جوية. والخلية العاصفة هي كتلة هوائية منحوتة بواسطة تيارات هوائية صاعدة وهابطة من الرياح تتحرك ككيان واحد.

وعلى الرغم من أن السيناريوهين الأولين قد نتجت عنهما أعاصير، إلا أنهما يختلفان في الشكل والخصائص الأخرى التي شهدتها البقعة الحمراء العظيمة.

وقال سانشيز-لافيغا: "نعتقد أيضًا أنه إذا كانت إحدى هاتين الظاهرتين غير العاديتين قد حدثت، فلا بد أن تكون قد لوحظت أو عواقبها في الغلاف الجوي وأبلغ عنها علماء الفلك في ذلك الوقت".

لكن الباحثين يعتقدون أن خلية العاصفة الجوية المستمرة، التي نتجت عن عدم استقرار الرياح الشديد، هي التي أنتجت البقعة الحمراء العظيمة.

تغيرات حجم البقعة عبر الزمن

كان قياس العاصفة حوالي 24,200 ميل (حوالي 39,000 كيلومتر) في أطول نقطة لها، وفقاً لبيانات من عام 1879، لكنها كانت تتقلص وتصبح أكثر استدارة مع مرور الوقت، وهي الآن حوالي 8,700 ميل (14,000 كيلومتر).

وقد أظهر بحث سابق، نُشر في مارس 2018، أن البقعة الحمراء العظيمة تزداد طولاً مع تقلص حجمها بشكل عام. كما استخدمت دراسة 2018 بيانات أرشيفية لدراسة كيفية تغير العاصفة بمرور الوقت.

وقد أعطت البيانات من البعثات الفضائية الحديثة، مثل المركبة الفضائية جونو التابعة لناسا، علماء الفلك نظرة غير مسبوقة على شكل العاصفة.

الأدوات الحديثة لرصد البقعة الحمراء الكبرى

قال سانشيز-لافيغا: "أظهرت الأدوات المختلفة الموجودة على متن المركبة جونو في مدار حول المشتري أن (البقعة الحمراء العظيمة) ضحلة ورفيعة عند مقارنتها ببعدها الأفقي، حيث يبلغ طولها عمودياً حوالي 500 كم (310.7 ميل)".

ومن الآن فصاعداً، سيحاول الباحثون إعادة إنشاء معدل انكماش العاصفة مع مرور الوقت لفهم العمليات التي تحافظ على استقرار العاصفة، وكذلك تحديد ما إذا كانت ستستمر لسنوات قادمة أو ستختفي عند وصولها إلى حجم معين -وهو ما قد يكون مصير البقعة الدائمة لكاسيني.

المستقبل المحتمل للبقعة الحمراء الكبرى

قال مايكل وونغ، عالم الأبحاث في جامعة كاليفورنيا في بيركلي والمؤلف المشارك في ورقة 2018 بعد قراءة بحث سانشيز-لافيغا: "أحب مثل هذه المقالات التي تتعمق في عمليات الرصد قبل التصوير". "(ورقتنا) البحثية استخدمت بيانات تتبع تعود إلى عام 1880، لكن ورقة سانشيز-لافيغا الجديدة عادت إلى أبعد من ذلك واستخدمت بيانات من الرسومات اليدوية. المواد التكميلية لهذه المقالة رائعة أيضًا."

لم يشارك وونغ في الدراسة الجديدة.

أهمية الملاحظات المستمرة للكواكب

"لدينا الكثير لنتعلمه عن هذه الكواكب من خلال إجراء ملاحظات مستمرة طويلة الأجل لطقسها ومناخها."