تلسکوپ فضایی جیمز وب بار دیگر تواناییهای شگفتانگیز خود را به نمایش گذاشته و این بار موفق شده است شفقهای قطبی سیاره اورانوس را بهصورت سهبعدی نقشهبرداری کند.
این دستاورد علمی مهم به اخترشناسان اجازه میدهد تا یکی از پیچیدهترین و اسرارآمیزترین پدیدههای موجود در این سیاره یخی را با دقتی بیسابقه بررسی کنند. به لطف ابزارهای فوقپیشرفته نصبشده روی این تلسکوپ، دانشمندان اکنون میتوانند اطلاعات بسیار دقیقتری درباره جو فوقانی اورانوس، میدان مغناطیسی آن و نحوه انتقال انرژی در این سیاره به دست آورند.
اورانوس یکی از عجیبترین سیارات منظومه شمسی به شمار میرود. برخلاف بسیاری از سیارات دیگر، محور چرخش این سیاره تقریباً به پهلو خوابیده است و زاویهای نزدیک به ۹۸ درجه نسبت به صفحه مداری خود دارد. علاوه بر این، میدان مغناطیسی اورانوس نیز ساختاری بسیار نامعمول دارد. این میدان مغناطیسی نه تنها با محور چرخش سیاره همراستا نیست، بلکه نسبت به مرکز سیاره نیز جابهجا شده است. همین ویژگیها باعث شدهاند اورانوس یکی از پیچیدهترین مگنتوسفرها یا سپهرهای مغناطیسی منظومه شمسی را داشته باشد.
در بیانیهای رسمی، Paola Tiranti، پژوهشگر دانشگاه Northumbria University، توضیح داده است که همین ویژگیهای منحصربهفرد، مطالعه اورانوس را به یک چالش علمی جذاب تبدیل کردهاند. به گفته او، موقعیت غیرعادی میدان مغناطیسی اورانوس باعث میشود رفتار شفقهای قطبی و تعامل آنها با جو سیاره بسیار متفاوت از آن چیزی باشد که در زمین یا حتی مشتری و زحل مشاهده میشود.
برای انجام این مطالعه، دانشمندان از ابزار پیشرفته NIRSpec یا طیفنگار فروسرخ نزدیک موجود در James Webb Space Telescope استفاده کردند. این ابزار قادر است نور فروسرخ را با حساسیت فوقالعاده بالا تجزیه و تحلیل کند و اطلاعات دقیقی درباره ترکیب، دما و ساختار لایههای مختلف جو اجرام آسمانی ارائه دهد.
به لطف این فناوری، اخترشناسان توانستند برای نخستین بار ساختار عمودی جو فوقانی اورانوس را بهصورت سهبعدی مشاهده کنند. این پیشرفت گامی بسیار مهم در درک بهتر سیارات یخی غولپیکر محسوب میشود. پاولا تیرانتی در این باره میگوید:
«با آشکار کردن ساختار عمودی اورانوس با چنین جزئیات دقیقی، جیمز وب به ما کمک میکند تعادل انرژی در سیارات یخی غولپیکر را بهتر درک کنیم. این یک گام بسیار مهم برای شناسایی و مطالعه سیارات غولپیکری است که خارج از منظومه شمسی ما قرار دارند. این نخستین بار است که میتوانیم جو فوقانی اورانوس را در سه بعد مشاهده کنیم. حساسیت بالای جیمز وب به ما امکان میدهد مسیر انتقال انرژی به لایههای بالاتر جو را دنبال کنیم و حتی تأثیر میدان مغناطیسی نامتقارن این سیاره را نیز مشاهده کنیم.»
یکی از مهمترین نتایج این پژوهش، مشاهده دقیق شفقهای قطبی در نزدیکی قطبهای اورانوس بوده است. شفقهای قطبی زمانی شکل میگیرند که ذرات باردار پرانرژی با میدان مغناطیسی و جو یک سیاره تعامل پیدا کنند. در زمین، این پدیده به شکل نورهای رنگارنگ و زیبایی در مناطق قطبی ظاهر میشود. اما در اورانوس، به دلیل ساختار بسیار عجیب میدان مغناطیسی، این شفقها رفتار متفاوت و پیچیدهتری دارند.
علاوه بر مطالعه شفقهای قطبی، دادههای جدید جیمز وب یک یافته قدیمی اما مهم را نیز تأیید کردهاند. این یافته نخستین بار در سال ۱۹۸۶ توسط فضاپیمای Voyager ۲ کشف شده بود.
فضاپیمای وویجر ۲ که در تاریخ ۲۰ اوت ۱۹۷۷ بهعنوان بخشی از برنامه مشهور Voyager Program پرتاب شد، تنها فضاپیمایی است که تاکنون از نزدیکی اورانوس عبور کرده است. هنگامی که این فضاپیما در سال ۱۹۸۶ به اورانوس رسید، دادههایی جمعآوری کرد که نشان میداد جو فوقانی این سیاره در حال سردتر شدن است.
اکنون پس از نزدیک به چهار دهه، تلسکوپ جیمز وب این روند را تأیید کرده است. تیم پژوهشی در اندازهگیریهای جدید خود دریافت که میانگین دمای جو فوقانی اورانوس حدود ۴۲۶ کلوین یا تقریباً ۱۵۰ درجه سانتیگراد است. این مقدار کمتر از دماهایی است که پیشتر توسط تلسکوپهای زمینی یا برخی اندازهگیریهای گذشته گزارش شده بودند.
در نگاه اول ممکن است دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد بسیار زیاد به نظر برسد، اما برای جو فوقانی سیارات غولپیکر، این مقدار نسبت به برآوردهای قبلی کاهش محسوسی را نشان میدهد. این موضوع سؤالات مهمی را درباره فرآیندهای گرمایشی و سرمایشی در جو اورانوس مطرح میکند.
دانشمندان هنوز دقیقاً نمیدانند چه عاملی باعث این کاهش دما شده است. ممکن است تغییرات بلندمدت در فعالیت خورشیدی، ویژگیهای منحصربهفرد میدان مغناطیسی اورانوس یا فرآیندهای داخلی خود سیاره در این مسئله نقش داشته باشند. به همین دلیل، مطالعه بیشتر این سیاره میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره تکامل و رفتار سیارات یخی غولپیکر در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
اهمیت این تحقیقات تنها به شناخت بهتر اورانوس محدود نمیشود. در سالهای اخیر، اخترشناسان هزاران سیاره فراخورشیدی را کشف کردهاند که بسیاری از آنها از نظر اندازه و ساختار شباهت زیادی به اورانوس و نپتون دارند. در نتیجه، هرچه دانشمندان اطلاعات بیشتری درباره اورانوس به دست آورند، میتوانند درک بهتری از سیارات مشابه در دیگر نقاط کهکشان نیز پیدا کنند.
تلسکوپ جیمز وب در مدت کوتاه فعالیت خود بارها توانسته است مرزهای دانش بشری را گسترش دهد. از مشاهده کهکشانهای بسیار دور گرفته تا بررسی جو سیارات فراخورشیدی و اکنون مطالعه سهبعدی شفقهای قطبی اورانوس، این رصدخانه فضایی به یکی از مهمترین ابزارهای علمی تاریخ تبدیل شده است.
پژوهشگران معتقدند که این تازه آغاز راه است. با توجه به حساسیت فوقالعاده و تواناییهای منحصربهفرد جیمز وب، احتمال دارد در سالهای آینده اطلاعات بسیار بیشتری درباره اورانوس، سایر سیارات یخی و حتی جهانهای دوردست خارج از منظومه شمسی به دست آید. هر کشف جدید میتواند بخشی از رازهای ناشناخته جهان را آشکار کند و درک ما از نحوه شکلگیری و تکامل سیارات را عمیقتر سازد.
