فاصلهٔ بسیار زیاد آنها از زمین باعث شده که تنها کاوشگری که تاکنون از کنار آنها عبور کرده، وویجر-۲ باشد؛ مأموریتی که بیش از چهار دهه از انجام آن میگذرد و هنوز هیچ فضاپیمای دیگری جای آن را نگرفته است.
اما همین عبور کوتاه وویجر-۲، رازهای بسیاری دربارهٔ این دو سیاره، ماههایشان و ویژگیهای عجیب محیط پیرامونشان برملا کرد. یکی از شگفتانگیزترین یافتهها مربوط به زمان عبور آن از کنار اورانوس بود؛ جایی که کاوشگر کمربند الکترونی بسیار قدرتمندی را ثبت کرد که انرژی آن بسیار بیشتر از حد انتظار بود.
از آن زمان تاکنون، دانشمندان هزاران سیارهٔ غولگازی خارج از منظومهٔ شمسی را بررسی کردهاند و مقایسهٔ آنها با اورانوس تنها بر پیچیدگی معما افزوده است: چطور ممکن است سامانهٔ اورانوس بتواند چنین مقدار عظیمی از الکترونهای به دام افتاده را در خود نگه دارد؟
فرضیهای تازه دربارهٔ یک راز قدیمی
در پژوهشی جدید، دانشمندان مؤسسهٔ تحقیقات جنوبغربی آمریکا (SwRI) پیشنهاد کردهاند که شاید چیزی که وویجر-۲ مشاهده کرد، شرایط عادی سیستم اورانوسی نبود. به باور آنها، ساختاری ناشی از باد خورشیدی در لحظهٔ عبور کاوشگر از کنار سیاره حضور داشته — پدیدهای مشابه فرایندهایی که زمین طی طوفانهای خورشیدی تجربه میکند.
بهطور خاص، پژوهشگران معتقدند که در زمان عبور وویجر-۲، یک «منطقهٔ برهمکنش همچرخان» (Co-rotating Interaction Region – CIR) در حال عبور از کنار اورانوس بوده است؛ ساختاری عظیم که از فشردگی باد خورشیدی ایجاد میشود و میتواند میدانهای مغناطیسی سیارات را دستخوش تغییرات شدید کند.
این پژوهش چگونه انجام شد؟
این تحقیق به رهبری دکتر رابرت سی. آلن، فیزیکدان فضایی و دانشمند ارشد بخش علوم فضایی SwRI، انجام شد. سارا واینز، دانشمند ارشد SwRI، و جرج سی. هو، مدیر ارشد برنامه نیز در این تیم حضور داشتند.
نتیجهٔ پژوهش آنان با عنوان:
«حل معمای کمربند تابشی اورانوس: بهرهگیری از دانش کمربندهای تابشی زمین برای بازنگری دادههای وویجر-۲»
در مجله Geophysical Research Letters منتشر شده است.
اعتبار: آلن و همکاران (۲۰۲۵)
تا امروز، تنها دادههای مستقیم دربارهٔ محیط تابشی اورانوس همین اندازهگیریهای وویجر-۲ بوده است. بر اساس همین دادهها، دانشمندان در گذشته تصور میکردند که اورانوس کمربند تابشی یونی ضعیف و کمربند تابشی الکترونی بسیار قوی دارد.
اما زمانی که پژوهشگران SwRI این دادهها را دوباره بررسی کردند، نشانههایی یافتند که حاکی از این است که وویجر-۲ در شرایط معمولی باد خورشیدی از کنار اورانوس عبور نکرده است؛ بلکه درست در لحظهٔ عبور، یک رویداد گذرای باد خورشیدی در حال تأثیرگذاری بر سیستم بوده است.
موجهایی قدرتمندتر از تصور
به گفتهٔ محققان، این رویداد خورشیدی قویترین موجهای فرکانس بالا را که در کل مأموریت وویجر-۲ ثبت شده، تولید کرده است. در زمان ارسال دادهها، اخترفیزیکدانان تصور میکردند این موجها باعث پراکندگی الکترونها و سقوط آنها به درون جو اورانوس میشوند.
اما در دهههای اخیر، دانشمندان دریافتهاند که همین موجها میتوانند تحت شرایطی متفاوت، بهجای پراکندگی، الکترونها را شتاب دهند و انرژی زیادی به کمربندهای تابشی اضافه کنند — درست مشابه آنچه در کمربندهای وانآلن زمین رخ میدهد.
تیم پژوهشی SwRI با مقایسهٔ دادههای وویجر با رخدادهای مشابه در زمین، شباهتهای قابلتوجهی یافت.
دکتر آلن در بیانیهٔ مطبوعاتی SwRI گفت:
«علم از زمان عبور وویجر-۲ پیشرفت زیادی کرده است. ما تصمیم گرفتیم با دیدگاهی مقایسهای، دادههای وویجر-۲ را کنار مشاهدات زمینی دهههای اخیر قرار دهیم.»
دکتر واینز نیز اضافه کرد:
«در سال ۲۰۱۹، زمین یکی از این رویدادها را تجربه کرد که باعث شتابگیری عظیم الکترونها در کمربند تابشی شد. اگر سازوکار مشابهی در زمان عبور وویجر-۲ با سیستم اورانوس تعامل کرده باشد، میتواند توضیح دهد چرا کاوشگر چنین انرژی غیرمنتظرهای را ثبت کرد.»
گامی بهسوی حل معمای تابش اورانوس
نتایج آنها نشان میدهد که برهمکنش باد خورشیدی با مگنتوسفر اورانوس ممکن است موجهایی با انرژی بسیار بالا ایجاد کرده باشد؛ موجهایی که قادرند الکترونها را تا نزدیکی سرعت نور شتاب دهند.
این تحقیق همچنین سؤالات جدیدی دربارهٔ فیزیک بنیادی پشت این امواج شدید و توالی رویدادهایی که منجر به آنها شده، مطرح میکند.
دکتر آلن میگوید:
«این یکی دیگر از دلایل قانعکننده برای ارسال یک مأموریت اختصاصی به اورانوس است. یافتههای ما پیامدهای مهمی نیز برای سامانهٔ مشابه آن، یعنی نپتون، دارد.»
چرا این موضوع اهمیت دارد؟
شناخت بهتر کمربندهای تابشی اورانوس تنها یک کنجکاوی علمی نیست. این اطلاعات برای موارد زیر ضروری است:
- طراحی فضاپیماهایی که بتوانند وارد مدار اورانوس شوند
- پیشبینی خطرات تابشی برای ابزارها و مأموریتهای آینده
- درک بهتر رفتار باد خورشیدی در محیطهای مغناطیسی غیرمعمول
- مقایسهٔ دقیقتر با هزاران سیارهٔ غولگازی دیگر در کهکشان
سازمان فضایی آمریکا (ناسا) و جامعهٔ علمی جهان سالهاست در حال تأکید بر ضرورت یک مأموریت بزرگ به اورانوس هستند، و این پژوهش تنها به قوت گرفتن این مطالبه کمک میکند.
