شب کریسمس سال ۲۰۲۳، در حالی که بسیاری در آرامش کنار درخت‌های چراغانی‌شده نشسته بودند، گروهی از اخترفیزیک‌دان‌ها پشت صفحه‌های نمایش منتظر هدیه‌ای متفاوت بودند؛ تصویری تازه از سیاره مشتری که با لنز فروسرخ تلسکوپ جیمز وب ثبت شده بود. تصویری که نه فقط زیبایی بلکه رازآلودگی عمیق این سیاره را آشکار می‌کرد. شفق‌های قطبی این غول گازی، مانند تاجی پُرنور بر قطب‌های شمالی و جنوبی‌اش می‌درخشیدند، اما آنچه در این تصویر دیده شد، با آنچه پیش‌تر از این پدیده می‌دانستیم، تفاوت‌هایی بنیادین داشت. در حالی که ما روی زمین به شفق‌هایی وابسته به طوفان‌های خورشیدی عادت داریم، مشتری منبعی بسیار نزدیک‌تر و متفاوت‌تر دارد: قمر آتش‌فشان‌خیز آیٔو (Io)

شفق‌های قطبی مشتری نه‌تنها به‌لحاظ علمی بلکه از منظر زیبایی‌شناسی کیهانی، همواره یکی از رمزآلودترین جلوه‌های منظومه شمسی بوده‌اند. پژوهش تازه با تکیه بر یون تری‌هیدروژن (H₃⁺) توانسته تصویری دینامیک از انرژی، تعامل و رفتار شگفت‌انگیز این شفق‌ها ثبت کند. اما هنوز سؤالات بی‌پاسخ زیادی باقی‌ست و شاید این آغاز مسیری پر پیچ‌و‌خم برای کشف لایه‌های پنهان مشتری باشد.

تاجی از نور: شفق‌هایی همیشگی و بی‌همتا در منظومه شمسی

سیاره مشتری، با لقب «پادشاه سیارات»، به‌طرزی شگفت‌انگیز به این نام وفادار مانده است؛ چراکه شفق‌های قطبی‌اش، دائم و نیرومند، مانند تاجی نامرئی در پرتوهای فرابنفش، فروسرخ و حتی در طیف پرتو ایکس درخشان هستند. این شفق‌ها مانند نقشی کیهانی، همواره در حال تابیدن‌اند و در عکس‌های فروسرخ جیمز وب، به‌صورت پالس‌هایی فیزیکی و زنده به چشم می‌خورند.

در پژوهش جدید، این پدیده نه‌تنها در سطحی پایدار، بلکه به‌صورت جهش‌های نوری در هر ثانیه ثبت شده‌است. این پویایی بالا، دانشمندان را شگفت‌زده کرده؛ چراکه پیش‌تر گمان می‌رفت این شفق‌ها روندی کند و آهسته دارند، مانند شعله‌ای ثابت. به‌جای آن، با منظره‌ای روبه‌رو شدند که نورها «می‌جوشیدند»، فوران می‌کردند و در یک بازی پیوسته از درخشش، دگرگون می‌شدند. آنچه این شفق‌ها را از دیگر اجرام کیهانی متمایز می‌کند، منشأ متفاوت آن‌هاست: نه خورشید، بلکه فعالیت‌های بی‌وقفه‌ی آتشفشانی قمر آیٔو. این قمر با آزادسازی دی‌اکسید گوگرد، گازهایی را به میدان مغناطیسی مشتری تزریق می‌کند که پیوسته انرژی این شفق‌ها را تغذیه می‌کند.

رفتار یون تری‌هیدروژن؛ کلید درک انرژی مشتری

یکی از رازهای اصلی این پژوهش، بررسی رفتار یون تری‌هیدروژن (H₃⁺) در جو مشتری بود. این یون باردار، از سه اتم هیدروژن تشکیل شده و در حضور میدان‌های مغناطیسی قوی و انرژی بالا، درخشش فروسرخ ایجاد می‌کند. اخترفیزیک‌دان‌ها از این ویژگی بهره گرفتند تا نه‌فقط شکل و شدت شفق‌ها را بررسی کنند، بلکه میزان انرژی کل در منطقهٔ قطبی را نیز تخمین بزنند. داده‌های فروسرخ جیمز وب با داده‌های فرابنفش تلسکوپ هابل ترکیب شد تا نمایی جامع از وضعیت انرژی شفق‌ها به‌دست آید. شگفت‌انگیز آن‌جا بود که برخی نواحی روشن در تصویر فروسرخ، اصلاً در تصویر فرابنفش دیده نمی‌شدند.

این عدم تطابق باعث شد گروه تحقیقاتی با این پرسش روبه‌رو شوند: چه چیزی می‌تواند ذرات کم‌انرژی را با چنین شدت نوری به جو وارد کند؟ همان‌طور که جاناتان نیکولز می‌گوید، «مثل طوفانی از باران ریز» بوده که برخلاف قوانین فیزیک شناخته‌شده، روشنایی بالایی ایجاد کرده است.

فیزیک غیرقابل‌پیش‌بینی: مشتری و رازهای تمام‌نشدنی‌اش

این یافته‌ها، بار دیگر بر ویژگی‌های منحصربه‌فرد مشتری تأکید دارند؛ سیاره‌ای که مدام قوانین فیزیک را به چالش می‌کشد. نه‌فقط در ساختار جو، بلکه در تعامل با قمرهایش، مغناطوسفر (Magnetosphere)، و تابش‌های قطبی. این سیاره، پر از  داده‌های پیجیده علمی و رازهایی است که هنوز رمزگشایی نشده‌اند. با وجود دهه‌ها پژوهش، هنوز مدل دقیقی برای توضیح کامل رفتار شفق‌های مشتری وجود ندارد. از این رو، یافته‌های تازه، قطعه‌ای از پازلی‌اند که ممکن است با افزودن قطعه‌های دیگر به آن – شاید از مأموریت‌های آینده یا مدل‌های رایانه‌ای پیچیده – به فهمی تازه منتهی شوند. این دستاورد نشان می‌دهد که حتی با پیشرفته‌ترین ابزارهای بشری، هنوز در برابر طبیعت مشتری، نادان‌ایم.

جمع‌بندی نهایی

در یک نگاه کلی، پژوهش جدید تلسکوپ جیمز وب دربارهٔ شفق‌های قطبی مشتری، ما را به شناخت تازه‌ای از سیاره شگفت‌انگیز رسانده. برخلاف تصورات قبلی که شفق‌های مشتری را پدیده‌هایی ایستا و یکنواخت می‌دانستند، اکنون می‌دانیم این نورها با سرعتی باورنکردنی پرخشندگی پیدا می‌کنند که زیاد و کن می‌شود. این پویایی عجیب با کمک یون تری‌هیدروژن (H₃⁺) و تحلیل انرژی تابشی آن آشکار شد. کشف نورهایی که فقط در طیف فروسرخ قابل رؤیت‌اند و در تصاویر فرابنفش هیچ اثری ندارند، چالشی بزرگ برای مدل‌های کنونی فیزیک سیاره‌ای به‌شمار می‌آید. شفق‌هایی که منشأ اصلی آن‌ها نه خورشید، بلکه فوران‌های آیٔو هستند، تصویری بی‌مانند از تعامل‌های سیاره‌ای ارائه می‌دهند. با وجود پیشرفت ابزارهای مشاهده، هنوز معماهایی کلیدی درباره منشأ این انرژی‌های عجیب و توزیع آن‌ها باقی مانده. به طور خلاصه، این پژوهش نه‌تنها زیبایی ناپیدای منظومه شمسی را نمایش داد، بلکه بُعدی نو از پیچیدگی درون یک سیاره گازی را به تصویر کشید. در نتیجه می‌توان گفت این یافته‌ها، آغازگر موجی از مدل‌سازی‌های تازه و تفسیرهای نو در اخترفیزیک سیارات خواهند بود.

پرسش‌های پرتکرار (FAQ)

۱. آیا شفق‌های قطبی مشتری شبیه شفق‌های زمین هستند؟
تا حدی بله، اما تفاوت‌هایی کلیدی دارند. منشأ شفق‌های زمین معمولاً باد خورشیدی است، در حالی‌که در مشتری، فوران‌های آیٔو عامل اصلی‌اند.

۲. چرا این شفق‌ها در نور معمولی دیده نمی‌شوند؟
زیرا بیشتر در طول‌موج‌های فروسرخ، فرابنفش و پرتو ایکس تابش می‌کنند، که برای چشم انسان قابل‌دیدن نیستند.

۳. یون H₃⁺ چه نقشی در مطالعه شفق‌های مشتری دارد؟
این یون، تابش فروسرخ از خود منتشر می‌کند و از آن برای تخمین انرژی کل و رفتار شفق‌ها استفاده می‌شود.

۴. چرا برخی نورهای فروسرخ در هابل دیده نمی‌شوند؟
زیرا تلسکوپ هابل در طیف فرابنفش فعال است و نمی‌تواند امواج فروسرخ را ثبت کند، بر خلاف جیمز وب.

۵. آیا این یافته‌ها تأثیری بر مأموریت‌های آینده دارند؟
بله، این داده‌ها می‌توانند طراحی مأموریت‌ها و مدل‌های شبیه‌سازی آینده را جهت بررسی رفتار مغناطیسی مشتری متحول کنند.

۶. آیا شفق‌های مشتری خطرناک‌اند؟
برای انسان نه، اما برای فضاپیماهایی که به مشتری نزدیک می‌شوند، این تابش‌ها می‌توانند خطرناک باشند و نیاز به محافظت ویژه دارند.

منبع: Nature Communications