سیاره مشتری

سیاره مشتری

ستاره شناسان در جولای 1994 شاهد رویداد منحصر به فردی در این سیاره بودند. برخورد 21 تکه از شهاب سنگ شومیکر-لوی 9 (Shoemaker-Levy 9) که به اتمسفر مشتری برخورد کرد. این برخورد منجر به وقوع انفجارهای مهیب و پراکندگی مقدار بسیار زیادی گرد و خاک در منطقه ای با وسعت بیشتر از قطر کره زمین گردید.
ویژگی های فیزیکی مشتری
مشتری یک گوی غول پیکر از گاز، مایع و مقدار بسیار ناچیزی سطح جامد می باشد. سطح این سیاره ترکیبی است از ابرهای متراکم و غلیظ قرمز، قهوه ای، زرد و سفید رنگ. این ابرها در مناطقی با رنگ روشن به نام حوزه و مناطقی با رنگ تیره به نام کمربند به شکل موازی با استوا به طور منظم دور سیاره چرخیده شده اند.
مدار و گردش
مشتری در مداری بیضی شکل به دور خورشید گردش می کند. یک دور کامل مشتری به دور خورشید معادل 4333 روز زمینی و یا تقریبا 12 سال زمینی می باشد.
مشتری علاوه بر گردش به دور خورشید، حول محور طولی خود نیز گردش می کند. زاویه این محور حدود 3 درجه می باشد.
مشتری سریع تر از دیگر سیارات به دور خود می چرخد. یک روز در مشتری معادل 9 ساعت و 56 دقیقه می باشد. دانشمندان نمی توانند سرعت گردش درون این غول گازی را به طور مستقیم اندازه گیری کنند. آنها نخست میانگین سرعت ابرهای قابل رویت این سیاره را محاسبه کردند.

مشتری امواج رادیویی از خود متساطع می کند که توسط تلسکوپ های مستقر در زمین نیز قابل ردیابی می باشد. دانشمندان با مطالعه این امواج سرعت گردش سیاره را محاسبه نمودند. قدرت این امواج طی یک الگوی ثابت که در هر 9 ساعت و 56 دقیقه تکرار می شود، تغییر می کند.
سرعت زیاد گردش مشتری باعث برآمدگی این سیاره در استوا و مسطح شدن قطبها گردیده است. قطر استوایی این سیاره 7 درصد بیش از قطر قطبی آن است.
جرم و چگالی
مشتری از دیگر سیارات منظومه شمسی سنگین تر است. جرم آن 318 بار بیشتر از جرم زمین می باشد. اگرچه این سیاره جرم زیادی دارد اما چگالی آن نسبتا کم است. میانگین چگالی این سیاره 33/1 گرم در هر سانتیمتر مکعب است یعنی اندکی بیش از چگالی آب.
چگالی مشتری 4/1 برابر چگالی زمین می باشد. به خاطر کم بودن چگالی این سیاره، ستاره شناسان بر این باورند که عناصر عمده این سیاره هیدروژن و هلیوم می باشند. از این رو این سیاره بیشتر به خورشید شبیه است تا به سیاره ای نظیر زمین.
هسته مشتری باید از عناصر سنگینی تشکیل شده باشد. احتمالا ترکیب بندی این عناصر نظیر ترکیب بندی عناصر هسته زمین است اما 20 تا 30 برابر سنگین تر.
نیروی جاذبه سطح مشتری 4/2 برابر جاذبه زمین است. به این ترتیب جسمی که در روی زمین 100 کیلوگرم است بر روی مشتری 240 کیلوگرم وزن خواهد داشت.
اتمسفر مشتری ترکیبی است از حدود 86 درصد هیدروژن، 14 درصد هلیوم و مقادیر کمی متان، بخار آمونیاک، آب، هیدروکربور اشباع نشده، اتان، ژرمانیوم و مونوکساید کربن. درصد هیدروژن یاد شده بر اساس تعداد مولکولهای این عنصر است نه بر اساس جرم کلی آن. دانشمندان این مقادیر را به کمک اندازه گیریهای تلسکوپی و اطلاعات سفینه ها محاسبه و به دست آورده اند.
این عناصر شیمیایی لایه های رنگارنگی از ابرها را در ارتفاعات مختلف شکل داده اند. بالا ترین لایه سفید رنگ از کریستالهای بخار آمونیاک یخ زده به وجود آمده است. لایه های پایین تر و تیره رنگ تر ابرها مناطق کمربندها را تشکیل داده اند. در پایین ترین لایه قابل رویت، ابرهای آبی رنگی وجود دارند. ستاره شناسان انتظار دارند که در عمق 70کیلومتری پایین تر از ابرهای آمونیاک، ابرهای آب را تشخیص دهند. البته تا کنون این ابرها در هیچ لایه ای کشف نشده اند.
بارزترین ویژگی سطح سیاره مشتری، یک نقطه قرمز بزرگ است. این نقطه حجم زیادی از گاز در حال دوران می باشد و شبیه به گردبادهای زمینیست. بزرگترین قطر این نقطه سه برابر قطر زمین طول دارد. رنگ این نقطه بین آجری و قهوه ای روشن در تغییر است. به ندرت این نقطه به طور کلی محو می شود. احتمالا وجود سولفور و فسفر در کریستالهای آمونیاک منجر به ایجاد چنین رنگی در این نقطه می گردد.
گوشه این نقطه عظیم الجثه با سرعتی معادل 360 کیلومتر در ساعت در حرکت است. فاصله این نقطه نسبت به استوا ثابت است ولی به آرامی به سمت غرب و شرق حرکت می کند.
حوزه ها، کمربندها و نقطه بزرگ قرمز نسبت به سیستم های چرخه ای زمین بسیار ثابت تر می باشند. از زمانیکه دانشمندان شروع به استفاده از تلسکوپ برای رصد آسمان کرده اند، ویژگی های مذکور تغییر ابعاد و رنگ داشته اند اما همچنان الگوی کلی خود را ثابت نگه داشته اند.
دما
دما در بالای ابرهای مشتری 145- درجه سانتیگراد است. اندازه گیریهایی که توسط دستگاههای اندازه گیری خاص به عمل آمده اند نشان می دهند که دمای این سیاره در زیر ابرها افزایش می یابد. دما در اعماق و در جاییکه فشار اتمسفر به حدود 10 برابر فشار جوی زمین می رسد، 21 درجه سانتیگراد یعنی دمای معمولی یک اتاق بر روی زمین است. این همان جائیست که می تواند گونه های زیستی احتمالی در سیاره غول پیکر مشتری را در خود جای دهد.
اگر گونه ای زیستی در این سیاره وجود داشته باشد باید گونه ای هوازی باشد چون در مشتری از سطح جامد خبری نیست. دانشمندان تا کنون هیچ نشانی از حیات در این سیاره نیز یافت نکرده اند.

نزدیک هسته، دما به شدت بالا می رود. دمای هسته مشتری حدود 24000 درجه سانتیگراد یعنی داغتر از سطح خورشید است!.
مشتری از زمانیکه تبدیل به سیاره شد تا کنون همچنان در حال از دست دادن گرما می باشد.
بیشتر ستاره شناسان معتقدند که خورشید، سیارات و همه اجرام موجود در منظومه شمسی از یک سحابی در حال گردش شکل گرفته اند.گرانش گازها و ذرات باعث متصل شدن و تبدیل آنها به ابرهای غلیظ و تکه هایی از مواد گردید. در حدود 6/4 بیلیون سال پیش، این مواد با یکدیگر فشرده شدند تا اجرام گوناگون منظومه شمسی شکل گیرد. فشار این مواد گرما تولید کرد.
مشتری نیز خارج از این بازی نبود. هنگامیکه این سیاره شکل می گرفت، در اثر فشار زیاد، به قدری حرارت تولید شد که حتی امروزه پرتوهای حرارتی که این سیاره به فضا متساطع می کند، دو برابر مقدار گرمائیست که از خورشید دریافت می نماید.
میدان مغناطیسی
مانند سیاره زمین و بسیاری از سیارات، مشتری نیز مانند یک آهن ربای غول آسا کار می کند. نیروی مغناطیسی آن، میدان مغناطیسی بزرگی پیرامون این سیاره ایجاد نموده است. قدرت این میدان 14برابر قدرت میدان مغناطیسی زمین است.
بدون در نظر گرفتن قدرت میادین مغناطیسی لکه های خورشیدی، میدان مغناطیسی مشتری در منظومه شمسی قویترین می باشد.
دانشمندان هنوز به درستی دلیل پیدایش میدان مغناطیسی سیارات را نمی دانند. معتبرترین دلیل آن تا کنون حرکت ذرات باردار در مرکز سیارات می باشد.
اندازه بزرگ مشتری و حرکت سریع آن منجر به این شده است که میدان مغناطیسی این سیاره از زمین قوی تر باشد.
میدان مغناطیسی مشتری ذراتی چون الکترونها، پروتونها و دیگر ذرات بارداری را که در پرتوهای اطراف این سیاره وجود دارند به دام می اندازد. این ذرات به قدری قوی می باشند که می توانند به تجهیزات سفینه های تحقیقاتی اطراف این سیاره آسیب وارد نمایند.
در منطقه ای از فضا به نام مگنتوسفر، میدان مغناطیسی مشتری مانند یک سپر عمل می کند. این سپر سیاره را از بادهای خورشیدی، جریان مداومی از ذرات باردار، حفظ می نماید. بیشتر این ذرات الکترونها و پروتونهایی هستند که با سرعتی معادل 500 کیلومتر در ثانیه در حرکتند.
ذراتی که در دام میدان مغناطیسی مشتری می افتند، وارد مگنتوسفر و نزدیک قطبهای میدان مغناطیسی می شوند. در قسمتی از سیاره که پشت به خورشید است، مگنتوسفر به اندازه زیادی به سمت بیرون سیاره دچار کشیدگی می شود و اصطلاحا دم مغناطیسی را که حدود 700 میلیون کیلومتر طول دارد، تشکیل می دهد.
امواج رادیویی که از مشتری متساطع می شوند در دو شکل به تلسکوپهای رادیویی مستقر در زمین می رسند. انرژی رادیویی منقطع و پرتوهای متوالی. زمانیکه آیو (Io) ، نزدیکترین قمر مشتری از منطقه ای مشخص در میدان مغناطیسی این سیاره عبور می کند، امواج دریافتی توسط تلسکوپها به صورت پرتوهای رادیویی قدرتمند منقطعی می باشد.
اقمار
مشتری 16 قمر با قطرهایی حداقل معادل 10 کیلومتر دارد. این سیاره همچنین دارای تعداد زیادی قمر کوچکتر می باشد. چهار قمر از بزرگترین اقمار مشتری به ترتیب فاصله از این سیاره عبارتند از آیو، اروپا، گانیمد (Ganymede) و کالیستو (Callisto). به این چهار قمر، اقمار گالیله ای می گویند. گالیله ستاره شناس ایتالیایی در سال 1610 به کمک یک تلسکوپ بدوی ساده توانست این چهار قمر را کشف نماید.
آیو آتشفشانهای فعال زیادی دارد که گازهایی شامل سولفور را به سطح این قمر می رانند. سطح زرد – نارنجی رنگ آیو احتمالا شامل مقادیر زیادی رسوب سولفور جامد است. اروپا با قطری معادل 3130 کیلومتر عنوان کوچکترین قمر گالیله ای را به خود اختصاص داده است. سطح اروپا مسطح، دارای شکاف و یخی می باشد.

بزرگترین قمر گالیله ای گانیمد، با قطری معادل 5268 کیلومتر است. گانیمد از سیاره عطارد بزرگتر است. کالیستو با قطر 4806 کیلومتر تنها کمی از عطارد کوچکتر است. به نظر می رسد که گانیمد و کالیستو دارای یخ و برخی مواد سنگی باشند. این دو قمر چاله های زیادی دارند.
بقیه اقمار مشتری از اقمار گالیله ای بسیار کوچکترند. آمالتیا (Amalthea) و هیمالیا بزرگترین اقمار غیر گالیله ای مشتری به حساب می آیند. بزرگترین قطر قمر سیب زمینی شکل آمالتیا تنها 262 کیلومتر است. قطر هیمالیا 170 کیلومتر است. بیشتر این اقمار توسط ستاره شناسان با تلسکوپ های بسیار بزرگ در روی زمین کشف شده اند.
حلقه ها
مشتری سه حلقه به دور استوای خود دارد. البته این حلقه ها نسبت به حلقه های زحل بسیار محو به نظر می رسند. این حلقه ها از ذرات غبار تشکیل شده اند. حلقه اصلی 30کیلومتر ضخامت و 6400 کیلومتر عرض دارد. این حلقه در درون مدار آمالتیا قرار گرفته است.
برخورد سنگ آسمانی شومیکر-لوی 9
در مارس 1993، ستاره شناسان اوگن شومیکر (Eugene Shoemaker)، کارولین شومیکر (Carolyn Shoemaker) و دیوید لوی (David H. Levy) سنگی را نزدیک مشتری کشف کردند. سنگی که بعدها شومیکر-لوی 9 نام گرفت، احتمالا یک بار به دور خورشید چرخیده و سپس توسط گرانش سیاره مشتری به سمت این سیاره کشیده شده است.
زمانیکه این سنگ کشف شد، خرد و 21 تکه شده بود. احتمالا تکه تکه شدن آن به هنگام نزدیک شدن به مشتری رخ داده بود.
محاسبات صورت گرفته بر اساس مکان سنگ و شتاب آن نشان داد که در جولای 1994 این تکه ها با مشتری برخورد خواهند نمود.
دانشمندان امیدوار بودند که با مشاهده این برخورد نکات جدید زیادی در مورد برخورد سنگهای آسمانی با سیارات به دست آورند.
همه ستاره شناسان در تاریخ پیش بینی شده تلسکوپ های خود را به سمت این سیاره نشانه گرفتند. حتی تلسکوپ قدرتمند هابل که در مدار زمین قرار دارد نیز به سمت این سیاره قرار گرفت همینطور سفینه کنترل از راه دور گالیلو که در مسیر خود به سمت مشتری قرار داشت. همگی منتظر رصد صحنه برخورد بودند.
تکه سنگها در منطقه ای که پشت به زمین و تلسکوپ هابل بود با سیاره برخورد کردند. البته کمتر از نیم ساعت به دلیل گردش وضعی مشتری محل اصابت قابل رصد بود. دانشمندان قطر بزرگترین تکه سنگ را بین 5/0 تا 4 کیلومتر تخمین زدند. این برخورد به طور مستقیم توسط گالیلو که 240 میلیون کیلومتر با مشتری فاصله داشت قابل رویت بود اما ایرادی که به بخشهای خاصی از تجهیزات این سفینه وارد آمد توانایی آن در ضبط و ارسال اطلاعات را به شدت کاهش داد.
این برخورد احتمالا به دلیل فشار زیاد، حرارت و پخش شدن سریع گازهای اتمسفر، منجر به وقوع انفجارهای بزرگی شد. این انفجارها ذرات غبار را در منطقه ای وسیع، بزرگتر از قطر کره زمین، پراکنده ساخت. این ذرات به تدریج در منطقه ای تیره و کدر از مواد پخش شدند و برای ماهها در بالای اتمسفر مشتری باقی ماندند.
اگر چنین برخوردی با زمین ایجاد می شد، غباری را ایجاد می نمود که می توانست جو را سرد و زمین را برای مدتها تاریک کند. به این صورت نسل بیشتر گونه های زیستی موجود در زمین از جمله انسانها و حیوانات منقرض می شد.
پرواز به مشتری
ایالات متحده تا کنون 6 سفینه را به سوی این سیاره ارسال نموده است: 1) پایونیر10، 2) پایونیر-زحل، 3) ویجر1 (Voyager)، 4) ویجر2، 5) یولیسس (Ulysses)، 6) گالیلو.
پایونیر 10 در سال 1972 ارسال شد و در تاریخ 3 دسامبر 1973 در فاصله 130000کیلومتری مشتری قرار گرفت. این سفینه تاثیر شدید کمربند پرتوهای مشتری بر روی سفینه ها را نشان داد. این سفینه همچنین وجود مقدار زیادی هیدروژن و هلیوم در جو این سیاره را گزارش نمود. به علاوه این سفینه مگنتوسفر عظیم این سیاره را کشف کرد.

پایونیر-زحل در دسامبر 1974 در فاصله 43.000 کیلومتری از این سیاره قرار گرفت. این سفینه تصاویری را در فاصله کم از مناطق قطبی سیاره تهیه کرد و اطلاعاتی درباره نقطه قرمز، میدان مغناطیسی و دمای اتمسفر مشتری جمع آوری نمود.
ویجر 1 و 2 به ترتیب در مارس و جولای 1979 نزدیک مشتری قرار گرفتند. این دو سفینه تجهیزات بسیار دقیق تری را با خود حمل می کردند و اطلاعات بیشتری را نیز به زمین ارسال نمودند. ستاره شناسان توانستند به کمک تصاویر تهیه شده توسط این دو سفینه اولین نقشه دقیق از اقمار گالیله ای را تهیه کنند. ویجرها همچنین توانستند آتشفشانهای سولفوری آیو، وقوع رعد و برق در ابر های مشتری و الگوی گردش ابرها را کشف نمایند.
یولیسس در اکتبر 1990 ارسال و در فوریه 1992 از کنار مشتری عبور نمود. آژانس فضایی اروپا این سفینه را بیشتر به منظور مطالعه مناطق قطبی خورشید ساخته بود. دانشمندان از نیروی فراوان گرانش مشتری استفاده کردند تا بتوانند این سفینه را در مدار درست خود برای مطالعه قطبهای خورشید قرار دهند. هنگامیکه یولیسس از کنار مشتری عبور نمود، اطلاعاتی را جمع آوری نمود که ثابت می کرد تاثیر بادهای خورشیدی بر روی مگنتوسفر این سیاره بسیار بیش از آن است که قبلا تصور می شده است.
گالیلو سفر طولانی خود را از اکتبر 1989 آغاز کرد. این سفینه در جولای 1995 کاوشگری را رها کرد. در دسامبر 1995 کاوشگر وارد اتمسفر مشتری شد، به درون آن نفوذ کرد و اندازه گیری مقدار آب و دیگر مواد شیمیایی در اتمسفر سیاره را آغاز نمود. در دسامبر 1995، گالیله به مداری حول مشتری پیوست. در طی سالها، این سفینه اتمسفر مشتری را تحت نظر گرفت و به مشاهده اقمار گالیله ای آن پرداخت.
ماموریت گالیلو یکبار در سال 1997 و بار دیگر در سال 1999 تمدید شد. در نهایت سوخت این سفینه به پایان رسید و مدیران پروژه در سال 2003 برای جلوگیری از برخورد سفینه با قمر اروپا، گالیلو را در درون مشتری منهدم کردند. مشاهدات گالیلو از قمر اروپا وجود احتمالی اقیانوسی در زیر سطح و وجود احتمالی حیات در این قمر را نشان می دهند.
منبع:
Gierasch, Peter J., and Philip D. Nicholson. “Jupiter.” World Book Online Reference Center. 2004. World Book, Inc.
ترجمه: لنا سجادیفر