ماذا يحدث للبقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري؟ أكبر عاصفة في النظام الشمسي قد تختفي أخيرًا

كوكب المشترىالبقعة الحمراء العظيمة هي دوامة عملاقة موجودة منذ 190 عامًا على الأقل. تشير الدراسات الحديثة إلى أنها مختلفة عن بقعة تم رصدها سابقًا، وتستكشف المحاكاة كيف ربما شكلتها رياح المشتري. تتقلص البقعة الحمراء العظيمة، وستركز الأبحاث المستقبلية على استدامتها وتفككها المحتمل في المستقبل.

تبرز البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري كواحدة من أكثر السمات شهرة في النظام الشمسي. يمكن التعرف بسهولة على هذا الهيكل الجوي الضخم، الذي يمتد حاليًا على قطر يساوي قطر الأرض، بسبب لونه المحمر المذهل، والذي يتناقض بشكل حاد مع قمم السحب الشاحبة على كوكب المشتري. حتى التلسكوبات الصغيرة يمكنها التقاط مظهرها المميز. البقعة الحمراء العظيمة عبارة عن دوامة عملاقة مضادة للأعاصير، حيث تصل سرعة الرياح إلى 450 كم / ساعة على طول حوافها الخارجية. تحمل لقب أكبر دوامة وأطولها عمرًا في الغلاف الجوي لأي كوكب في نظامنا الشمسي. ومع ذلك، لا يزال العمر الدقيق للبقعة الحمراء العظيمة محل نقاش، ولا تزال العمليات وراء تكوينها لغزًا.

يعود التكهن حول أصل GRS إلى الملاحظات التلسكوبية الأولى التي أجراها عالم الفلك جيوفاني دومينيكو كاسيني، الذي اكتشف في عام 1665 بيضاويًا داكنًا على نفس خط عرض GRS وأطلق عليه اسم “البقعة الدائمة” (PS)، حيث تم رصده من قبله وعلماء فلك آخرين حتى عام 1713.

وقد فُقِد أثره بعد ذلك لمدة 118 عامًا ولم يلاحظه إلا في عام 1831 وما بعده س. شوابي مرة أخرى، وهو عبارة عن بنية واضحة، بيضاوية الشكل تقريبًا وتقع على نفس خط عرض كوكبة الغراب الكبرى؛ ويمكن اعتبار ذلك أول ملاحظة لكوكبة الغراب الكبرى الحالية، وربما لكوكبة غراب كبرى ناشئة. ومنذ ذلك الحين، تمت ملاحظة كوكبة الغراب الكبرى بانتظام بواسطة التلسكوبات ومن خلال البعثات الفضائية المختلفة التي زارت الكوكب حتى يومنا هذا.

تحليل تطور GRS

في الدراسة، قام المؤلفون أولاً بتحليل تطور حجمه بمرور الوقت، وبنيته، وحركات كل من التكوينات الجوية، PS السابق وGRS؛ وللقيام بذلك، استخدموا مصادر تاريخية يعود تاريخها إلى منتصف القرن السابع عشر، بعد وقت قصير من اختراع التلسكوب.

“من قياسات الأحجام والحركات، استنتجنا أنه من غير المرجح للغاية أن تكون البقعة الحمراء الحالية هي البقعة PS التي رصدها جي دي كاسيني. ربما اختفت البقعة PS في وقت ما بين منتصف القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، وفي هذه الحالة يمكننا القول إن طول عمر البقعة الحمراء يتجاوز الآن 190 عامًا على الأقل،” أوضح أغوستين سانشيز لافيجا، أستاذ الفيزياء في UPV/EHU والذي قاد هذا البحث. كانت البقعة الحمراء، التي بلغ حجمها في عام 1879 39000 كيلومتر عند أطول محور لها، تتقلص إلى حوالي 14000 كيلومتر الحالية وفي نفس الوقت تصبح أكثر تقريبًا.

النتائج الحديثة ودراسات المحاكاة

علاوة على ذلك، منذ سبعينيات القرن العشرين، قامت العديد من البعثات الفضائية بدراسة هذه الظاهرة الجوية عن كثب. وفي الآونة الأخيرة، أوضح سانشيز لافيجا أن “أدوات مختلفة على متن مهمة جونو في مدار حول المشتري أظهرت أن الغلاف الجوي للأرض ضحل ورقيق مقارنة بأبعاده الأفقية، حيث يبلغ طوله عموديًا حوالي 500 كيلومتر”.

وللتعرف على كيفية تشكل هذه الدوامة الهائلة، أجرى فريقا UPV/EHU وUPC عمليات محاكاة رقمية على أجهزة كمبيوتر عملاقة إسبانية، مثل MareNostrum IV التابع لمركز BSC، وهو جزء من شبكة الحوسبة الفائقة الإسبانية (RES)، باستخدام نوعين من النماذج التكميلية لسلوك الدوامات الرقيقة في الغلاف الجوي للمشتري. وتسود على الكوكب العملاق تيارات رياح شديدة تتدفق على طول خطوط العرض بالتناوب في اتجاهها مع خط العرض. وإلى الشمال من GRS، تهب الرياح في اتجاه غربي بسرعات 180 كم/ساعة، بينما تهب إلى الجنوب في الاتجاه المعاكس، في اتجاه شرقي، بسرعات 150 كم/ساعة. وهذا يولد قصًا هائلاً من الشمال إلى الجنوب في سرعة الرياح، وهو عنصر أساسي يمكّن الدوامة من النمو داخلها.

في البحث، تم استكشاف مجموعة من الآليات لتفسير نشأة GRS، بما في ذلك ثوران عاصفة عملاقة عملاقة، مماثلة لتلك التي نادراً ما يتم ملاحظتها على الكوكب التوأم زحلأو اندماج دوامات متعددة أصغر حجمًا تنتج عن قص الرياح. تشير النتائج إلى أنه على الرغم من تشكل إعصار مضاد في كلتا الحالتين، إلا أنه يختلف من حيث الشكل والخصائص الديناميكية عن تلك الموجودة في GRS الحالية. قال سانشيز لافيجا: “نعتقد أيضًا أنه إذا حدثت إحدى هذه الظواهر غير العادية، فيجب أن يكون علماء الفلك قد لاحظوها أو عواقبها في الغلاف الجوي وأبلغوا عنها في ذلك الوقت”.

المحاكاة الرقمية والبحوث المستقبلية

وفي مجموعة ثالثة من التجارب العددية، استكشف فريق البحث عملية نشوء هذه البقعة الحمراء من عدم استقرار معروف في الرياح، ويُعتقد أنها قادرة على إنتاج خلية مستطيلة تغلفها وتحبسها. وستكون هذه الخلية بمثابة بقعة حمراء ناشئة، والتي من شأن انكماشها اللاحق أن يؤدي إلى ظهور البقعة الحمراء المضغوطة سريعة الدوران التي لوحظت في أواخر القرن التاسع عشر. وقد لوحظ بالفعل تكوين خلايا مستطيلة كبيرة في نشوء الدوامات الكبرى الأخرى على كوكب المشتري.

قال إنريكي جارسيا ميليندو، الباحث في قسم الفيزياء في جامعة بيتسبرغ: “في عمليات المحاكاة التي أجريناها، مكّنتنا أجهزة الكمبيوتر العملاقة من اكتشاف أن الخلايا الطويلة مستقرة عندما تدور حول محيط GRS بسرعة رياح المشتري، كما هو متوقع عندما تتشكل بسبب هذا عدم الاستقرار”. باستخدام نوعين مختلفين من النماذج العددية، أحدهما في UPV/EHU والآخر في جامعة بيتسبرغ، خلص الباحثون إلى أنه إذا كانت سرعة دوران GRS الأولية أقل من سرعة الرياح المحيطة، فسوف تتفكك GRS الأولية، مما يجعل تكوين دوامة مستقرة مستحيلًا. وإذا كانت عالية جدًا، فإن خصائص GRS الأولية تختلف عن خصائص GRS الحالية.

وسوف تهدف الأبحاث المستقبلية إلى محاولة إعادة إنتاج انكماش الغلاف الجوي للشمس بمرور الوقت من أجل اكتشاف الآليات الفيزيائية التي تكمن وراء استدامته بمرور الوقت. وفي الوقت نفسه، سوف تحاول التنبؤ بما إذا كان الغلاف الجوي للشمس سوف يتفكك ويختفي عندما يصل إلى حد حجم، كما حدث مع الغلاف الجوي للشمس التابع للمركبة كاسيني، أو ما إذا كان سوف يستقر عند حد حجم قد يستمر لسنوات عديدة أخرى.

المرجع: “أصل البقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري” بقلم أجوستين سانشيز لافيجا وإنريكي جارسيا ميليندو وجون ليجاريتا وأرناو ميرو ومانيل سوريا وكيفن أرينز فيلاسكيز، 16 يونيو 2024، رسائل البحوث الجيوفيزيائية.
رقم الوثيقة الرقمية: 10.1029/2024GL108993