في عام 2020، قدمت مجموعة من العلماء تفسيرًا للاختلافات الغريبة في الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري. وقد اقترحوا أن كتلًا مائية مغطاة بالجليد تتساقط خلال العواصف الرعدية الشديدة على العملاق الغازي. في ذلك الوقت، ومع ذلك، بدا أن فكرة كرات البرد المملوءة بالأمونيا غريبة جدًا لتكون صحيحة، لذا قضوا السنوات التالية في محاولة لإثبات خطأها.
لكن كرات المشتري المائية لم يكن بالإمكان إنكارها. أكدت أبحاث جديدة أن هذه الظاهرة الغريبة ليست موجودة فقط، بل قد تحدث على جميع الكواكب الغازية في النظام الشمسي.
في الاكتشاف الأخير، الذي تم الإبلاغ عنه في مجلة Science Advances، أكد علماء الكواكب في جامعة كاليفورنيا، بيركلي (UC Berkeley) أن عواصف البرد المائية، المصحوبة بصواعق قوية، تحدث على كوكب المشتري. كرات المشتري – كرات مائية مكونة من الأمونيا والماء محاطة بقشرة صلبة من جليد الماء – تقوم بتوصيل الأمونيا إلى طبقات أعمق من كوكب المشتري، مما يؤدي إلى عدم مزج غلافه الجوي.
شارك طالب الدراسات العليا في جامعة UC Berkeley كريس موكل وأستاذ الفلك إيمكه دي باتر في تأليف الدراسة، التي تخضع حاليًا لمراجعة الأقران. واعترفوا أنهم في البداية اعتقدوا أن النظرية معقدة جدًا لتكون صحيحة. قال موكل في بيان: “كنا إيمكه وأنا نقول، ‘لا يوجد طريقة في العالم أن يكون هذا صحيحًا'”. “يجب أن تتجمع العديد من الأشياء معًا لشرح هذا بشكل فعلي، يبدو الأمر غريبًا جدًا. قضيت ثلاث سنوات في محاولة لإثبات ذلك خطأ. ولم أستطع إثباته خطأ.”
يُعرف كوكب المشتري بطقسه العاصف، الذي يتميز بالأعاصير، والأعاصير المعاكسة، والعواصف الكبيرة، والانبعاثات الغنية بالأمونيا التي تغمر الكوكب. يتكون الغلاف الجوي للكوكب بشكل أساسي من غاز الهيدروجين والهيليوم مع كميات ضئيلة من الأمونيا والماء.
العواصف العنيفة في الغلاف الجوي المضطرب لكوكب المشتري تولد كرات مائية وصواعق ضحلة، وفقًا للأبحاث الجديدة. تتشكل هذه الكرات من سحب العواصف الرعدية الموجودة على عمق حوالي 40 ميلًا (64 كيلومترًا) تحت قمم سحب كوكب المشتري. تحمل سحب العواصف الرعدية جليد الماء إلى ارتفاعات شديدة قد تكون أحيانًا فوق الطبقة المرئية من السحب. بمجرد أن تصل إلى الأعلى، يعمل الأمونيا كمواد مضادة للتجمد، إذ تذوب الجليد وتختلط به، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين سائل مائي مملوء بالأمونيا، يتم تغطيته بعد ذلك بجليد الماء، مما يخلق كُرة مائية.
تم تقديم فكرة كرات المشتري المائية لأول مرة كتفسير لسر يُعتبر طويلاً حول كوكب المشتري: لماذا الأمونيا مفقودة من أجزاء من غلاف المشتري الجوي. وفقًا للورقة، ترتفع كرات المشتري عبر الغلاف الجوي حتى تصبح ثقيلة جدًا وتسقط مرة أخرى حتى تتبخر. من خلال ذلك، تعيد كرات المشتري توزيع الأمونيا والماء من الغلاف الجوي العلوي إلى طبقات عميقة تحت السحب، مما يخلق مناطق فقيرة بالأمونيا يمكن رؤيتها في الملاحظات الراديوية لكوكب المشتري.
قال موكل: “لذا لديك، أساسًا، هذا النظام الغريب الذي يتم تفعيله بعيدًا تحت سطح السحب، ويصل حتى أعلى الغلاف الجوي ثم يغوص عميقًا في الكوكب”. تؤدي هذه الظاهرة إلى عدم تطابق التركيب الكيميائي لقمم السحب بالضرورة مع التركيب الأعمق في الغلاف الجوي لكوكب المشتري.
أنشأ الباحثون وراء الدراسة أول تصور ثلاثي الأبعاد للغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري، مما أكد وجود كرات المشتري. في الواقع، قد توجد عواصف البرد المائية على كواكب عملاقة أخرى مثل زحل وأورانوس ونبتون.
باستخدام الملاحظات من جهاز قياس الموجات الدقيقة في مركبة جونو الفضائية، والمصفوفة الكبيرة جدًا، وتلسكوب هابل الفضائي، تمكن الباحثون من استكشاف عمق وتأثير الطقس على كوكب المشتري. أظهر التصور الثلاثي الأبعاد أنه على الرغم من أن غالبية أنظمة الطقس على كوكب المشتري ضحلة، تحدث على عمق حوالي 6 إلى 12 ميلًا (10 إلى 20 كيلومترًا) تحت سطح السحب المرئي للكوكب، فإن أحداث الطقس الأخرى تمتد إلى أعماق أكبر في ستراتوسفير كوكب المشتري. قال موكل: “في كل مرة تنظر إلى كوكب المشتري، يكون الأمر في الغالب على مستوى السطح”. “إنه ضحل، ولكن بعض الأشياء – الدوامات وهذه العواصف الكبيرة – يمكن أن تخترق.”
تخلص الدراسة إلى أن أحداث الطقس الضحلة على كوكب المشتري لا يمكن أن تفسر نقص الأمونيا في الأجزاء الأعمق من غلاف المشتري الجوي. بدلاً من ذلك، قد تكون التفاعلات بين الأحداث واسعة النطاق، مثل الانبعاثات والدوامات، مجتمعة مع الظواهر على نطاق العواصف، مثل عواصف كرات المشتري، مسؤولة عن استنزاف غلاف المشتري الجوي.
المهام المرسلة إلى كوكب المشتري وكواكب بعيدة أخرى في النظام الشمسي يمكنها رؤية الغلاف الجوي العلوي فقط، والذي هو “في الواقع تمثيل سيء جدًا لما هو داخل الكوكب”، كما قال موكل. “ستجعلك قمم السحب المضطربة تعتقد أن الغلاف الجوي مختلط جيدًا”، وأضاف. “إذا نظرت إلى الأعلى، سترى أنه يغلي، وستفترض أن الوعاء بأكمله يغلي. لكن هذه النتائج تظهر أنه حتى لو كانت القمة تبدو وكأنها تغلي، فإن هناك تحتها طبقة ثابتة للغاية وبطيئة.”
