خصائص الغلاف الجوي لكوكب المشتري

هل لكوكب المشتري غلاف جوي خاص؟

يتمتع كوكب المشتري كغيره من الكواكب بغلاف جوي ذو خصائص مختلفة، وقام علماء الفلك بتحديد هذه الخصائص بهدف معرفة امكانية الحياة على سطح كوكب المشتري، ونظراً لحجم الكوكب وموقعه بين الكواكب كان من الصعب جداً الوصول إليه ودراسة مميزاته، وبعدما تم الوصول إلى كوكب المشتري من قبل العلماء الفلكيين تمكنوا من تحديد غلافة الجوي بخصائصه المتعددة.

ما هي خصائص الغلاف الجوي لكوكب المشتري؟

• نسب المكونات: قبل نشر مسبار جاليليو اعتمد علماء الفلك على دراسات طيف كوكب المشتري لتوفير معلومات حول تكوين الغلاف الجوي ودرجة حرارته وضغطه، في الإصدار الخاص من هذه التقنية المعروفة باسم التحليل الطيفي للامتصاص، ينتشر الضوء أو الإشعاع الحراري من الكوكب بأطوال موجية (الألوان في الضوء المرئي كما في قوس قزح) بواسطة عنصر التشتت في مقياس الطيف.

ويحتوي الطيف الناتج على فترات منفصلة أو خطوط يتم فيها امتصاص الطاقة من قبل مكونات الغلاف الجوي للكوكب، ومن خلال قياس الأطوال الموجية الدقيقة التي يحدث عندها هذا الامتصاص ومقارنة النتائج بأطياف الغازات التي تم الحصول عليها في المختبر، يمكن لعلماء الفلك تحديد الغازات في الغلاف الجوي لكوكب المشتري.

تم استنتاج وجود الميثان والأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري بهذه الطريقة في ثلاثينيات القرن الماضي، بينما تم اكتشاف الهيدروجين لأول مرة في عام 1960، (على الرغم من أن الهيدروجين أكثر وفرة بمقدار 500 مرة من الميثان، إلا أن خطوط امتصاص الهيدروجين أضعف بكثير لأنه يتفاعل فقط جداً وضعيف مع الموجات الكهرومغناطيسية)، أدت الدراسات اللاحقة إلى قائمة متزايدة من المكونات الجديدة بما في ذلك اكتشاف مركب الزرنيخ في عام 1990.

إذا كانت حالة التوازن الكيميائي ثابتة بشكل صارم في الغلاف الجوي لكوكب المشتري، فإنه لن يتوقع المرء العثور على جزيئات مثل أول أكسيد الكربون أو الفوسفين في الكميات المقاسة، ولا ممكن أن يتنبأ الشخص بآثار الأسيتيلين والإيثان والهيدروكربونات الأخرى التي تم اكتشافها في الستراتوسفير، من الواضح أن هناك مصادر للطاقة غير الطاقة الحركية الجزيئية المقابلة لدرجات الحرارة المحلية، والأشعة فوق البنفسجية الشمسية مسؤولة عن تكسير الميثان وتنتج التفاعلات اللاحقة لشظاياه الأسيتيلين والإيثان.

في منطقة الحمل الحراري من الغلاف الجوي تساهم تصريفات البرق (التي رصدتها المركبة الفضائية فوييجر وجاليليو) في هذه العمليات، أعمق في درجات حرارة حوالي 1200 كلفن (1700 درجة فهرنهايت و930 درجة مئوية)، يتكون أول أكسيد الكربون عن طريق تفاعل بين الميثان وبخار الماء، يجب أن يكون الخلط الرأسي قوياً بدرجة كافية لجلب هذا الغاز إلى منطقة يمكن اكتشافه من خارج الغلاف الجوي، يأتي بعض أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والماء في الغلاف الجوي من جزيئات جليدية تقصف الكوكب من الفضاء.

حمل مسبار جاليليو مطياف الكتلة الذي اكتشف الذرات والجزيئات المكونة في الغلاف الجوي عن طريق شحنها أولاً ثم نشرها بمجال مغناطيسي وفقاً لكتلها، تمتاز هذه التقنية بأنها يمكن أن تقيس الغازات النبيلة مثل الهيليوم والنيون التي لا تتفاعل مع الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، عندما نزل المسبار عبر الغلاف الجوي على مظلة، درس مقياس الطيف الخاص به أيضاً الاختلافات في الوفرة مع الارتفاع.

• درجة الحرارة والضغط: بالإضافة إلى قياس تكوين الغلاف الجوي حمل مسبار جاليليو أدوات لقياس درجة الحرارة والضغط أثناء هبوطه في الغلاف الجوي لجوفيان، أي الغلاف الذي يتضمن مواقع طبقات السحب المختلفة إذا كانت قد حدثت في المكان المتوقع، والجدير بالذكر أن درجات حرارة أعلى من نقطة تجمد الماء تم قياسها عند ضغوط تزيد بضع مرات عن ضغط مستوى سطح البحر على الأرض (حوالي بار واحد)، وهذا هو في الأساس نتيجة لمصدر الطاقة الداخلي للمشتري، على الرغم من أن بعض الاحترار قد يحدث فقط من خلال احتجاز الأشعة تحت الحمراء بواسطة الغلاف الجوي عبر عملية مماثلة لتأثير الاحتباس الحراري على الأرض.

تُعرف الزيادة في درجة الحرارة فوق التروبوبوز بالانعكاس؛ لأن درجة الحرارة تنخفض عادةً مع الارتفاع، يحدث الانعكاس نتيجة امتصاص الغازات وجزيئات الهباء للطاقة الشمسية عند هذه الارتفاعات، ويحدث انعكاس مماثل في الغلاف الجوي للأرض بسبب وجود الأوزون.

• مكونات الغلاف الجوي الأخرى المحتملة: يتوقع علماء الفلك وجود أحادي السيلان في أعماق الغلاف الجوي إلى جانب العديد من الأنواع الغريبة الأخرى، يجب أن تحدث الأنواع الأخرى غير المتوازنة في المناطق الأعلى، التي يمكن الوصول إليها من قبل تحقيقات الغلاف الجوي في المستقبل نتيجة للتفاعلات الكيميائية الناتجة عن تصريفات البرق أو الأشعة فوق البنفسجية الشمسية، أو عند القطبين (حيث على سبيل المثال تم اكتشاف البنزين) بواسطة ترسيب الجسيمات المشحونة.

يعتبر تكوين الجزيئات العضوية المعقدة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ذا أهمية كبيرة في دراسة أصل الحياة، قد تكون العمليات الكيميائية الأولية التي أدت إلى ظهور الكائنات الحية على الأرض قد حدثت في بيئات دقيقة عابرة تشبه التركيب الكيميائي الحالي لكوكب المشتري، على الرغم من عدم وجود كميات هائلة من الهيدروجين والهيليوم، وبالتالي قد يمثل كوكب المشتري جيداً مختبراً طبيعياً شاسعاً يتم فيه متابعة الخطوات الأولية نحو أصل الحياة مراراً وتكراراً، إن تحديد مدى تعقيد العمليات الكيميائية السابقة للحياة في ظل هذه الظروف يشكل واحدة من أكثر المشكلات إثارة التي تواجه أي برنامج لاستكشاف الفضاء.

نتائج اصطدام المذنبات والكويكبات في كوكب المشتري:

في عام 1994 تحطم المذنب شوميكر ليفي 9 الذي تم اكتشافه العام السابق في الغلاف الجوي لكوكب المشتري بعد انقسامه إلى أكثر من 20 شظية، تمت ملاحظة الانفجارات المتتالية بواسطة التلسكوبات الموجودة على سطح الأرض، وتلسكوب هابل الفضائي الذي يدور حول الأرض ومركبة جاليليو الفضائية في طريقها إلى كوكب المشتري، فقط جاليليو رأى الانفجارات مباشرة؛ لأنها حدثت على الجانب الخلفي من كوكب المشتري كما شوهد من الأرض.

ومع ذلك ارتفعت الكرات النارية التي أنتجتها أكبر الشظايا فوق طرف الكوكب وكانت اللطخات السوداء الناتجة في طبقات سحابة المشتري مرئية حتى في التلسكوبات الصغيرة، حيث أدى دوران المشتري إلى عرضها، كشفت الدراسات الطيفية أن التأثيرات قد أنتجت أو أعطت العديد من المواد الكيميائية مثل الماء وسيانيد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، وهي مواد موجودة على كوكب المشتري ولكن بتركيزات أقل بكثير.

وظل أول أكسيد الكربون الزائد وسيانيد الهيدروجين قابلين للاكتشاف في الغلاف الجوي العلوي بعد عدة سنوات من وقوع الحدث، بالإضافة إلى مصلحته الجوهرية فقد حفز اصطدام مذنب بالمشتري دراسات مفصلة عن التأثيرات التي قد تحدثها تأثيرات المذنبات على الأرض.