تحول در درک ما از جو پلوتو با کمک تلسکوپ جیمز وب

انقلابی در شناخت جو پلوتو

زمانی که فضاپیمای افق‌های نو ناسا در سال ۲۰۱۵ مأموریت تاریخی خود را برای پرواز از نزدیکی پلوتو و چارون به پایان رساند، دانش بشری از این دنیای دور و رازآلود را به‌طور چشمگیری افزایش داد. این مأموریت تصاویری خیره‌کننده و داده‌های ارزشمندی ارسال کرد و نه تنها چشم‌اندازهای زمین‌شناسی پیچیده، بلکه جوی پویا و غیرمنتظره را در پلوتو آشکار ساخت. با این حال، مشاهدات اخیر با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، بینش‌های بی‌سابقه‌ای ارائه داده که اساس فهم ما از پدیده‌های جوی پلوتو را متحول کرده است.

کشف رازهای مه اسرارآمیز پلوتو

در سال‌های ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳، ستاره‌شناسان با بهره‌گیری از قابلیت‌های پیشرفته جیمز وب، جو پلوتو را با حساسیتی منحصر به فرد در محدوده فروسرخ میانی رصد کردند. این مشاهدات نشان داد که مه جوّی پلوتو رفتاری متفاوت از تمام جوهای شناخته شده در سامانه خورشیدی دارد. برخلاف سیاراتی که توازن انرژی در جو آن‌ها توسط مولکول‌های گازی تعیین می‌شود، انرژی در جو پلوتو عمدتاً توسط ذرات ریز مه با ترکیبات نیتروژن، متان و مونوکسید کربن تنظیم می‌شود. این ذرات نقش کلیدی در فرآیندهای گرم شدن و سرد شدن به واسطه جذب نور خورشید و گسیل پرتوهای فروسرخ ایفا کرده و مرتبا در جو بالا و پایین می‌روند.

این ویژگی در سال ۲۰۱۷ توسط دکتر شی ژانگ از دانشگاه کالیفرنیا، سانتاکروز پیش‌بینی شده بود. او فرض کرده بود که اگر ذرات مه، جو پلوتو را به طور موثری خنک کنند، می‌بایست سیگنالی متمایز در طیف فروسرخ میانی تولید کنند که با ابزارهای حساس قابل ردیابی باشد. سامانه پیشرفته MIRI تلسکوپ جیمز وب به پژوهشگران امکان داد صحت این نظریه را بررسی کنند.

دکتر ژانگ می‌گوید: «دیدن هماهنگی داده‌ها با پیش‌بینی‌های نظری بسیار هیجان‌انگیز بود. در علم سیارات به ندرت تأییدی به این سرعت برای یک فرضیه رخ می‌دهد و این یافته دریچه جدیدی به بررسی فرآیندهای جوی فرازمینی می‌گشاید.»

اکتشافات علمی: از فرضیه تا کشف

تیمی بین‌المللی به رهبری تنگوی برتراند از رصدخانه پاریس، ابزارهای جیمز وب را به سوی پلوتو و چارون نشانه گرفت تا داده‌هایی دقیق در محدوده فروسرخ میانی (۴.۹ تا ۲۷ میکرون) به‌دست آورد. مشاهدات اولیه در سال ۲۰۲۲ بر هر دو جرم متمرکز بود و اندازه‌گیری شار تابشی در طول‌موج‌های خاص (۱۸، ۲۱ و ۲۵ میکرون) انجام شد تا ویژگی‌های کلی جو بررسی شود. در سال ۲۰۲۳ تمرکز بر پلوتو قرار گرفت که تصویر واضح‌تری از نقش ذرات مه در تنظیم دمای جوی این سیاره کوتوله ارائه داد.

تحلیل مقایسه‌ای داده‌های فروسرخ با مدل‌های حرارتی، به دانشمندان امکان داد ویژگی‌هایی چون دمای سطح، اینرسی حرارتی (مقاومت ماده در برابر تغییر دما) و تابندگی سطح را با دقت بیشتری تعیین کنند. جالب اینکه، داده‌ها نوسانات جزئی اما مهمی را در دمای سطح طی دوران چرخش پلوتو و چارون نشان داد؛ نشانه‌ای از برهم‌کنش‌های حرارتی پیچیده بین این دو جرم آسمانی.

مهاجرت پویای یخ‌ها روی پلوتو و چارون

سطح و جو پلوتو سرشار از ترکیبات شیمیایی و یخ‌های فرار است؛ عمدتاً نیتروژن، متان و مونوکسید کربن. پخش این یخ‌ها به صورت فصلی تغییر می‌کند؛ به طوری که نور خورشید موجب تصعید و میعان شده و منجر به مهاجرت آهسته توده‌های یخ در سطح پلوتو می‌شود. بخشی از ماده تصعیدشده حتی از جاذبه پلوتو می‌گریزد و روی سطح چارون ـ که خود عملاً فاقد جو است، مگر در زمان‌های کوتاه فعالیت‌های فصلی ـ می‌نشیند.

هیچ جای دیگری در منظومه شمسی نمونه مشابهی از چنین فرآیندهای دو جرمی و مهاجرت مواد فرار در این مقیاس مشاهده نشده و پلوتو و چارون را به مواردی استثنایی برای علم سیاره‌شناسی بدل ساخته است.

ویژگی منحصر به فرد جو پلوتو

مهم‌ترین یافته مطالعه جیمز وب این است که در پلوتو برخلاف دیگر سیارات، ذرات مه و نه مولکول‌های گاز، تعیین‌کننده اصلی نحوه مدیریت و پراکندگی انرژی حرارتی در جو هستند. در اکثر سیارات، ترکیبات گازی همچون دی‌اکسید کربن یا نیتروژن نقش اصلی را در انتقال و اتلاف گرما به عهده دارند، اما در پلوتو مه‌ها ـ که محصول فرآیندهای شیمیایی نوری روی نیتروژن و متان هستند ـ این کار را انجام می‌دهند.

تیم پژوهش تأکید می‌کند این دانش نه تنها درک ما از پلوتو را تصحیح می‌کند، بلکه نگرش ما به تحولات جوی در دیگر دنیاها را نیز غنی می‌سازد؛ به ویژه در مورد زمین نخستین که جو آغازین آن نیز عمدتاً با ترکیبات نیتروژن و هیدروکربن‌ها غنی شده بود. دکتر ژانگ توضیح می‌دهد: «با مطالعه شیمی مه‌های پلوتو، در واقع به شرایط اولیه و احتمالا قابل حیات زمین نیز نگاه می‌کنیم.»

پیامدهای اکتشافات فراتر از پلوتو: تایتان و تریتون

یگانگی جو پلوتو باعث شده است سیاره‌شناسان در مورد نقش ذرات مه در دنیای دیگر نیز تجدید نظر کنند. قمر تایتان زحل و تریتون نپتون هر دو صاحب جو سرشار از نیتروژن و هیدروکربن بوده و به مه‌های ضخیم آغشته‌اند. یافته‌های پلوتو نشان می‌دهد لازم است نقش فرآیندهای وابسته به مه در این اقمار نیز دوباره و با دقت بیشتری بررسی شود و توسعه مدل‌سازی‌های جوی و مشاهدات جدیدی در سراسر منظومه شمسی بیرونی در دستور کار قرار گیرد.

جمع‌بندی

مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب نقطه عطفی در علم سیارات رقم زد؛ با تأیید اینکه ذرات مه ـ نه گازها ـ دینامیک انرژی جو دورترین سیاره کوتوله منظومه شمسی را کنترل می‌کنند. این کشف، فقط پیش‌بینی‌های نظری را با سرعتی کم‌سابقه اثبات نکرد، بلکه افق علم جوهای سیاره‌ای و تحولات آن‌ها را گسترده‌تر نمود. با گسترش چنین مطالعاتی به اقمار مه‌آلود دیگری مانند تایتان و تریتون، پلوتو به آزمایشگاه طبیعی بی‌نظیری برای مطالعه شیمی جو در دورافتاده‌ترین و سردترین نقاط منظومه شمسی تبدیل می‌شود. دانش‌های امروز پلی برای پژوهش‌های آتی درباره منشأها و گوناگونی جوهای سیاره‌ای است و شاید بتواند بخشی از معماهای دوره‌های اولیه سیاره زمین را نیز روشن سازد.