کشف مکانیسم دفاعی مشتری در برابر باد خورشیدی

پژوهشی آمریکایی مکانیزم پیچیده‌ای را که سیاره مشتری برای مقابله با باد خورشیدی به کار می‌گیرد، آشکار کرد؛ مکانیزمی که بر مجموعه‌ای از امواج پلاسمایی و مناطق شوک استوار است و به کُند کردن ذراتی که از خورشید می‌آیند، پیش از رسیدن به سیاره، کمک می‌کند.

پژوهشگران، تحت رهبری فیزیک‌دانان دانشگاه آیووا، بر داده‌هایی استوار شدند که توسط فضاپیمای «جونو» (Juno)، متعلق به سازمان فضایی آمریکا «ناسا» (NASA)، جمع‌آوری شده بود. این داده‌ها دقیق‌ترین رصد تاکنون از موج شوک قوسی (bow shock) را که مشتری را احاطه کرده، ارائه دادند. نتایج این پژوهش در روز دوشنبه در مجله «Nature Communications» منتشر شد.

باد خورشیدی جریان پیوسته‌ای از ذرات باردار، مانند الکترون‌ها و پروتون‌ها، است که از جو بیرونی خورشید ساطع شده و در سراسر منظومه شمسی پخش می‌شود. این ذرات پرانرژی می‌توانند با میدان‌های مغناطیسی سیارات تعامل کرده و بر محیط‌های فضایی آن‌ها تأثیر بگذارند.

در نزدیکی مشتری، موج شوک قوسی در مرز بین باد خورشیدی و میدان مغناطیسی سیاره شکل می‌گیرد و به‌عنوان مانعی عمل می‌کند که باد خورشیدی را کُند می‌کند، جهت آن را تغییر می‌دهد و بخشی از انرژی آن را پیش از رسیدن به سیاره تبخیر می‌کند.

داده‌ها نشان دادند که مشتری از امواج پلاسمایی با فرکانس‌های متعدد برای مقابله با نیروی باد خورشیدی استفاده می‌کند. پلاسمای گاز بسیار داغی است که ذرات باردار، مانند الکترون‌ها و یون‌ها، در آن وجود دارند و می‌توانند با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تعامل کنند.

پژوهشگران طیف گسترده‌ای از امواج را در موج شوک قوسی رصد کردند، از جمله امواج صوتی یونی، امواج مرتبط با ناپایداری حرکت الکترون‌ها، و امواج الکترواستاتیک منفرد.

برخی از امواج صوتی یونی ساختاری را نشان دادند که شامل فرکانس‌های متعدد است، نه یک فرکانس بنیادین واحد؛ این امر به نقش آن‌ها در انتقال انرژی بین امواج و ذرات اشاره دارد.

همچنین پژوهشگران دریافتند که مشتری از زنجیره‌ای از مناطق کوچک به نام «شوک‌لِت‌ها» (shocklets) استفاده می‌کند که با باد خورشیدی تعامل کرده و به کُند کردن آن پیش از رسیدن به موج شوک قوسی اصلی کمک می‌کنند.

بر اساس گفته پژوهشگران، این امر با زمین متفاوت است؛ زیرا زمین عمدتاً برای کُند کردن باد خورشیدی و هدایت آن دور از سیاره، بر موج شوک قوسی اصلی استوار است، در حالی که تأثیر باد خورشیدی بر زمین ضعیف‌تر است.

نتایج این پژوهش بر داده‌هایی استوار است که «جونو» در دسامبر ۲۰۲۴، هنگام عبور از منطقه موج شوک قوسی مشتری، جمع‌آوری کرد. دستگاه «Waves» که روی فضاپیما نصب شده بود، در جمع‌آوری این داده‌ها نقش اساسی داشت، زیرا امکان مطالعه امواج پلاسمایی را با جزئیاتی فراهم کرد که پیش‌تر در دسترس نبود.

پیش از «جونو»، فضاپیماهای فضایی توانسته بودند وجود موج شوک را در سیارات دور رصد کنند، اما قادر به اندازه‌گیری پیچیدگی کامل امواج پلاسمایی مرتبط با آن نبودند.

داده‌ها همچنین تعاملات بین امواج پلاسمایی و ذرات باردار را آشکار می‌کنند که می‌توانند در تبدیل بخشی از انرژی جنبشی باد خورشیدی به گرما و انرژی ذرات نقش داشته باشند.

بررسی این تعاملات به درک شوک‌هایی که در پلاسمای فضایی رخ می‌دهند، کمک می‌کند.

پژوهشگران معتقدند اهمیت نتایج فراتر از درک محیط مشتری است، زیرا می‌تواند به تبیین چگونگی مقابله اجرام نجومی با جریان‌های انرژی بسیار بزرگ‌تر کمک کند. شوک‌های قوی‌تری در اطراف اجرامی مانند بقایای ابرنواخترها رخ می‌دهد؛ بقایایی که از انفجارهای عظیمی ناشی می‌شوند که پایان عمر برخی ستارگان را رقم می‌زنند. این امر موج شوک مشتری را به آزمایشگاهی طبیعی و نزدیک برای مطالعه چگونگی تبدیل انرژی جریان‌های قوی به گرما و ذرات پرانرژی تبدیل می‌کند.