8 دقیقه
تحلیلهای تازهای از سیگنالهای رادیویی که از پشت سیاره مشتری عبور کردهاند نشان میدهد شعاع استوایی این سیاره غولپیکر 71,488 کیلومتر (44,421 مایل) و شعاع قطبی آن از مرکز تا قطب شمال 66,842 کیلومتر است. این ارقام در مقایسه با مقادیر مرسوم استخراجشده از دادههای فضاپیماهای دهه 1970 حدوداً 4 کیلومتر کمتر از هر سمت در خط استوا و حدود 12 کیلومتر کمتر از هر قطب هستند. چند کیلومتر در سیارهای به بزرگی مشتری ممکن است به نظر ناچیز بیاید؛ اما در علم سیارهشناسی همین چند کیلومتر میتواند تفاوت بزرگی ایجاد کند.
چرا چند کیلومتر تفاوت اهمیت دارد
تأثیرات بر مدلهای داخلی و دادههای گرانشی
اندازهگیریها اهمیت زیادی دارند زیرا مدلهای ساختار داخلی سیارات حساساند. جابجایی مرزها حتی به میزان کم میتواند توزیع جرم، پروفیل دما و الگوهای باد درون سیاره را به شکلی معنادار تغییر دهد. همانطور که الی گالانتی، دانشمند سیارهشناس در مؤسسه وایزمن توضیح میدهد: «همین چند کیلومتر مهم است. جابجایی اندک شعاع باعث میشود مدلهای داخلی مشتری هم دادههای میدان گرانشی و هم اندازهگیریهای جوی را بهتر تطبیق دهند.»
معنی فیزیکی کاهش شعاع
کاهش چند کیلومتری شعاع استوایی و قطبی بازنمایی دقیقتری از شکل واقعی اتمسفر و مرزهای قابل تعریف در ارتفاعهای مختلف فراهم میآورد. این تغییرات کوچک در محاسبات چگالی و فشار معکوس میشوند و بر تخمینهای جرم هسته، ترکیب داخلی و انتقال حرارت تأثیر میگذارند. در نهایت، این دادهها به بازبینی نظریههای شکلگیری و تکامل غولهای گازی کمک میکنند.
روش: اوکولاسیون رادیویی (Radio Occultation)
فرآیند و اصول فیزیکی
روش اصلی بهروزرسانی اندازهها، اوکولاسیون رادیویی است. هرگاه یک فضاپیما از دید زمین پشت سیاره قرار بگیرد، سیگنالهای رادیویی که از طریق جو سیاره ارسال میشوند، خم میشوند. میزان و ویژگی این انحراف سیگنالها، نمایانگر پروفیل چگالی و دما در ارتفاعهای بالا و میانی جو است. این تبدیل بین انحراف امواج رادیویی و ساختار جو به ما امکان میدهد نقشههای دقیقتری از شرایط اتمسفری به دست آوریم.
محدودیتهای گذشته: وویجر و پایونیر
در دهه 1970 مأموریتهای وویجر و پایونیر تنها شش برش اوکولاسیون فراهم کردند که باعث محدود شدن تراکم نمونهبرداری و دقت اندازهگیریهای پیشین شد. این کمبود نقاط داده، توانایی مدلسازی ساختار جو و عیارسنجی میدان گرانشی مشتری را کاهش میداد و خطاهای بالقوهای را وارد تخمین شعاع میکرد.
تحول با مأموریت جونو
در سال 2021، ناسا مدار کاوشگر جونو را طوری تغییر داد که این فضاپیما بهطور منظم از دید زمین پشت مشتری قرار بگیرد. این تنظیم مدار امکان مشاهدههای متوالی اوکولاسیون رادیویی را فراهم کرد. همراه با روشهای پیشرفتهتر پردازش سیگنال، مجموعه دادهٔ جدید نمونهبرداری بسیار متراکمتری از انکسار اتمسفری نسبت به مأموریتهای پیشین فراهم میآورد.
ماریا اسمیرنوا، دانشمند سیارهشناس در مؤسسه وایزمن میگوید: «ما پیگیری کردیم که چگونه سیگنالهای رادیویی هنگام عبور از جو مشتری خم میشوند. سپس این اطلاعات را به نقشههای مفصل دما و چگالی ترجمه کردیم و واضحترین تصویر تا به امروز از اندازه و شکل این غول گازی را بهدست آوردیم.»
نقش بادها و دینامیک جوی
بادهای زونال و تغییر شکل اتمسفر
یکی دیگر از پیچیدگیها بادها هستند. چرخش سریع مشتری جریانهای زونی قوی ایجاد میکند که شکل اتمسفر را مختل میکنند. در برآوردهای پیشین، اغلب فرض میشد که بادها قابل صرفنظر کردناند یا تأثیر آنها کوچک است. اما تحلیلهای نوین جریانهای جوی نشان میدهد که این بادها میتوانند موجب تغییرات قابل اندازهگیری در شکل مرزهای فشاری و تعریف شعاع شوند.
ترکیب دادههای باد با اوکولاسیون
گالانتی و همکارانش با در اختیار داشتن تحلیلهای بادی مدرن از دیگر مشاهدات، دینامیک اتمسفر را در محاسبات خود وارد کردند. این تلفیق بین مشاهدات اوکولاسیون رادیویی، مشاهدات میدان گرانشی جونو و پروفیلهای بادی، برآوردی از شعاع ارائه میدهد که سازگاری بهتری بین دادههای مختلف برقرار میسازد.
چگونگی مدلسازی اثر بادها
- شناسایی الگوهای باد زونال و سرعتهای مرتبط در لایههای مختلف اتمسفر.
- محاسبهٔ تغییرات فشار هیدرواستاتیک و دینامیکی ناشی از سرعت بادها.
- اصلاح مرزهای تعریفشده برای شعاع با در نظر گرفتن تغییرات ارتفاعیِ معادل فشار.
پیامدها برای سیارهشناسی و پژوهش اکزرپلنتها
مقایسه با دیگر غولهای گازی
شعاعهای دقیقتر هنگام مقایسه مشتری با دیگر غولهای گازی—چه در منظومهٔ شمسی و چه در سامانههای ستارهای دیگر—اهمیت دارند. تغییرات کوچک در اندازه بر محاسبات ترکیب داخلی، جرم هسته و انتقال حرارت تأثیر میگذارد؛ پارامترهایی که کلید فهم چگونگی شکلگیری و تکامل غولهای گازی هستند.
اهمیت برای شکارچیان سیارات فراخورشیدی
برای محققانی که به تحلیل سیارات فراخورشیدی میپردازند، داشتن مرجعهای بهتر و دقیقتر از مشتری به عنوان نمونهٔ در دسترس در نزدیکی ما، ابزارهای استنباطی را که برای تفسیر دادههای دوردست استفاده میشود تقویت میکند. تحتِ این نور، بازتعریف شعاع مشتری کمک میکند تا تخمینهای جرم، چگالی میانگین و ترکیب اتمسفری سیارات خارجی را با اطمینان بیشتری انجام دهیم.
جزئیات فنی و اعتبار پژوهش
منبع و جایگاه پژوهش
این کار در مجله Nature Astronomy منتشر شده و بیشتر یک تصحیح گامبهگام و مهم نسبت به مقادیر سابق است تا بازنویسیِ کاملِ دانش پیشین. انتشار در یک نشریه همتراز نشان میدهد که یافتهها از نظر فنی بازبینی شده و به جامعهٔ علمی عرضه شده است.
دقت و قابلیت تکرار
دقت گزارششده حاصل ترکیبی از دادههای جونو، روشهای پیشرفتهٔ پردازش سیگنال و همگرایی مدلهای دینامیکی جو است. قابلیت تکرار این نتایج مستلزم دسترسی به دادههای خام اوکولاسیون، کدهای پردازش سیگنال و پارامترهای مدلسازی باد است؛ مؤسسات و گروههای پژوهشی معمولاً این جزئیات را برای بررسی بیشتر در دسترس میگذارند یا بهصورت همکاری بینالمللی آن را به اشتراک میگذارند.
چه چیزی تغییر نکرده و چه پرسشهایی تازه مطرح شدهاند
پایداری نتایج در برابر فرضیات مختلف
این بهروزرسانی یک اصلاح تدریجی است؛ پیشفرضهای بنیادی دربارهٔ ترکیب کلی مشتری یا وجود لایههای پیچیدهتر هنوز پابرجا هستند. با این حال، حساسیت مدلها به پارامترهای مرزی نشان میدهد که محاسبات بعدی باید با دقت بالاتری این مرزها را تعریف کنند.
پرسشهای جدید
- آیا تغییرات شعاعی کوچک در طول زمان ثابتاند یا با ناپایداریهای جوی تغییر میکنند؟
- اثر ترکیبی بادها و میدان گرانشی بر تخمین جرم هسته تا چه حد است؟
- چه اطلاعات اضافی از مشاهدات اوکولاسیون کمتر شناختهشده میتوان استخراج کرد؟
نتیجهگیری: پیشرفت در حاشیهها
علم اغلب در حاشیهها پیشرفت میکند. همین چند کیلومتر میتواند تصویری روشنتر از یک سیاره ارائه دهد و راههای تحقیق جدیدی دربارهٔ چگونگی عملکرد و تنفسِ غولهای گازی در کیهان باز کند. این یادآور است که کاوش، اصلاح مدارها، پردازش بهتر سیگنال و تمایل به دربرگرفتن جزئیات «آشفته» مانند بادها میتواند پاسخهای شفافتری تولید کند حتی برای شناختهشدهترین سیارات.
خلاصه: ترکیب اوکولاسیون رادیوییِ متراکمتر، پردازش سیگنال پیشرفته و وارد کردن دینامیک بادها منجر به بازتعریف اندک ولی مهمی از شعاع مشتری شد که پیامدهای قابلتوجهی برای مدلهای داخلی و مقایسههای اخترسیارهای دارد.
در ادامهٔ مسیر پژوهش، انتظار میرود که تلاقی دادههای چندین مأموریت فضایی و روشهای نوین تحلیلی به بهبود بیشتر تصویر ما از مشتری و غولهای گازی دیگر منجر شود. این روند نهتنها برای درک بهتر سیارات منظومهشمسی حیاتی است، بلکه برای تفسیر دادههای فراگیر از سیارات فراخورشیدی نیز ارزشمند است.
منبع: sciencealert
نظرات
مهدی
من توی کارم با فشار و چگالی سر و کار دارم؛ همین تغییرات کوچیک میتونن محاسبات جرم هسته رو قاتی کنه، خوبه دارن دقیقتر میشن
آستروست
خُب، جذابه ولی تیترها زیادی اغراق میکنن، چند کیلومتر توی مشتری معنی داره اما نه انقلاب کامل، سوالات زیادی مونده
توربوژ
تلفیق اوکولاسیون و جونو منطقیه. جزئیات پروفیل بادی احتمالا تفاوت سازه، خوشم اومد روششون، اما باز بررسی لازمه
کوینکس
این ارقام قطعیان؟ وویجر نمونه کم داشت، خب شاید اشتباه سیستم یا مدلسازی باشه، باید بازبینی مستقل هم باشه
دادهپالس
وای، فقط چند کیلومتر؟! شاید کم به نظر بیاد اما توضیحات درباره تاثیر بادها عالی بود، واقعن چشمگیره..
ارسال نظر