از زیبایی تا رمز و راز: عظمت شفق‌های قطبی مشتری از نگاه تلسکوپ‌های جیمز وب و هابل

مشتری میدان مغناطیسی شگفت‌انگیز و بسیار قدرتمندی دارد؛ آن‌قدر قوی که میدان مغناطیسی زمین در برابر آن مثل آهن‌ربای یخچال به‌نظر می‌رسد. این میدان ۲۰ هزار برابر میدان مغناطیسی زمین قدرت دارد و مسئول ایجاد نمایش‌های خیره‌کننده‌ای از شفق‌های قطبی است که از پرتو ایکس تا فروسرخ می‌درخشند. اما هم‌اکنون، در طیف فروسرخ، رازهای تازه‌ای پدیدار شده‌اند.

پژوهشگران با استفاده از تلسکوپ‌های فضایی جیمز وب (JWST) و «هابل» به مطالعه پدیده‌های شفقی در مشتری پرداخته‌اند. تلسکوپ هابل توانایی دیدن در نور مرئی و فرابنفش را دارد و به رویدادهای پرانرژی‌تر نگاه می‌کند. در مقابل، جیمز وب که تلسکوپی فروسرخ است، حساسیت فوق‌العاده‌ای دارد و می‌تواند رصدهایی انجام دهد که هیچ ابزار دیگری قبلاً قادر به انجامشان نبوده است.

تیم تحقیق تمرکز خود را بر تابش خاصی از یون تری‌هیدروژن (H₃⁺) گذاشت. این یون که از سه اتم هیدروژن پیوندی تشکیل شده و یک الکترون خود را از دست داده، یکی از فراوان‌ترین یون‌های جهان محسوب می‌شود. شواهد اخیر نشان داده‌اند که این یون بیش از آنچه قبلاً تصور می‌شد، در فضا وجود دارد.

یون تری‌هیدروژن در کشف دیگری نیز نقش کلیدی داشته است: شفق‌های قطبی مرموز نپتون که پس از ۳۶ سال دوباره شناسایی شدند. در مشتری، این یون به‌عنوان یکی از آشکارسازهای احتمالی «ماده تاریک» نیز مطرح شده، اما در این پژوهش، به‌عنوان شاخصی برای بررسی تغییرات شفق‌های قطبی مورد استفاده قرار گرفته است. نتیجه شگفت‌آور بود و نشان داد که این شفق‌ها بسیار سریع‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، تغییر می‌کنند. داده‌های به‌دست‌آمده در ۲۵ دسامبر ۲۰۲۳ نقش حیاتی در این کشف داشتند.

«جاناتان نیکولز»، نویسنده اصلی مقاله از دانشگاه لستر، در بیانیه‌ای با اشاره جمع‌آوری داده‌ها در ۲۳ دسامبر ۲۰۲۳، گفت: «این واقعاً هدیه‌ای فوق‌العاده برای کریسمس بود و مرا به شدت شگفت‌زده کرد! ما انتظار داشتیم تغییرات شفق‌ها را به‌صورت کند و تدریجی ببینیم، مثلاً در بازه‌ای حدود یک ربع ساعت. اما چیزی که دیدیم، منطقه کامل شفق بود که با نور می‌درخشید و فوران می‌کرد، گاهی حتی در هر ثانیه تغییر می‌کرد.»

کشف اخیر به‌تنهایی برای درک دینامیک شفق‌های مشتری بسیار مهم است، اما این تغییرات غیرمنتظره تنها نکته گیج‌کننده در این مشاهدات نبودند. پژوهشگران همچنین به یک ناسازگاری بین سیگنال تلسکوپ جیمز وب و تلسکوپ هابل برخوردند: درخشان‌ترین شفق فروسرخ هیچ معادلی در نور فرابنفش ندارد.

بااین‌حال، هنوز دقیقاً مشخص نیست چه اتفاقی در حال وقوع است. مگنتوسفر (میدان مغناطیسی فضایی) مشتری ساختاری بسیار پیچیده و عظیم است. این میدان تا طول ۷ میلیون کیلومتر در جهت خورشید امتداد دارد و در جهت مخالف، تقریباً به مدار زحل می‌رسد. پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که طوفان‌های خورشیدی می‌توانند آن را فشرده کنند و باعث افزایش شدید دما در نواحی گسترده‌ای از سیاره شوند.

مطالعه جدید در نشریه «نیچر کامیونیکیشنز» منتشر شده است.