اکنون دانشمندان برای توضیح ویژگیهای عجیب ترکیب ابرهای طوفانی مشتری، نظریهای ارائه کردهاند: در جریان طوفانهای عظیم همراه با رعد و برق، مشتری بارانی از “گلولههای خمیری” (mushballs) را تجربه میکند — تودههای بزرگی از یخ نرم و خمیری که از آمونیاک و آب تشکیل شدهاند و بافتی شبیه به برف خیس یا نوشیدنیهای یخی فروشگاههای زنجیرهای دارند.
این بهترین سناریویی است که اخترشناسان برای توضیح دلیل توزیع ناهمگون آمونیاک در جو مشتری — و همینطور زحل، اورانوس و نپتون — ارائه کردهاند.
کریس موکل (Chris Moeckel)، دانشمند سیارهای از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی که این تحقیق را رهبری کرده، میگوید:
«من و ایمکه [دی پاتر] هر دو گفتیم: “اصلاً امکان نداره این درست باشه!” چون برای درست بودنش باید چیزهای زیادی با هم جور بشن، خیلی عجیب و غریبه. من تقریباً سه سال تلاش کردم ثابت کنم این نظریه اشتباهه — و نتونستم!»
این فرضیه نخستین بار در سال ۱۳۹۹ مطرح شد، زمانی که دانشمندان با بررسی دادههای مأموریت Juno به مشتری، مکانیزمی عجیب برای استخراج آب و آمونیاک از جو بالایی این سیاره پیشنهاد کردند.
طبق این فرضیه، طوفانهای عظیم مشتری، آب را تا ارتفاعات بالا از سطح ابرهای آبی پرتاب میکنند، جایی که این آب با بخار آمونیاک برخورد کرده و ذوب میشود. سپس، آب و آمونیاک در سرمای شدید با هم یخ میزنند.
هایدی بکر، دانشمند سیارهای در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در آن زمان توضیح داد:
«در این ارتفاعات، آمونیاک مانند ضدیخ عمل کرده و نقطه ذوب یخ را پایین میآورد و اجازه میدهد ابری از مایع آمونیاک-آب شکل بگیرد. در این حالت جدید، قطرات در حال سقوط مایع آمونیاک-آب میتوانند با بلورهای یخ در حال صعود برخورد کرده و ابرها را باردار کنند. این برای ما خیلی غافلگیرکننده بود چون چنین ابرهایی روی زمین وجود ندارند.»
برای بررسی اینکه آیا چنین چیزی واقعاً ممکن است یا نه، موکل و همکارانش، ایمکه دی پاتر از UC برکلی و هواژی گه از Caltech، دادههای جمعآوریشده توسط Juno و تلسکوپ فضایی هابل در تیر ۱۳۹۶ را بررسی کردند، زمانی که فضاپیما از روی طوفانی عظیم و رعدآسا پرواز کرد که تا امروز همچنان فعال است.
Juno با ابزار مایکروویو خود دادههایی در شش فرکانس مختلف رادیویی ثبت کرد و هابل هم در طولموجهای فرابنفش، نور مرئی و نزدیک به فروسرخ مشاهداتی انجام داد.
جو مشتری بهشدت متلاطم و بینظم است، با طوفانهایی که در هیچ جای زمین مشابهی ندارند. با این حال، بیشتر این وضعیتهای جوی نسبتاً سطحیاند.
در مقالهای که اکنون در حال داوری است، موکل، دی پاتر و گروهی دیگر ساختار سهبعدی جو بالایی مشتری را توصیف کردهاند که نشان میدهد بیشتر سامانههای جوی تنها ۱۰ تا ۲۰ کیلومتر زیر لایه ابرهای قابلمشاهده نفوذ میکنند.
با این حال، برخی از این پدیدهها مانند گردابههای چرخشی، نوارهای ابری غنی از آمونیاک و طوفانهای رعدآسای عظیم که گلولههای خمیری در آن شکل میگیرند، بسیار عمیقتر به درون تروپوسفر نفوذ میکنند.
موکل میگوید:
«هر بار که به مشتری نگاه میکنی، بیشترش سطحیه. کمعمقه، ولی بعضی چیزها — مثل گردابهها و این طوفانهای بزرگ — میتونن از لایه سطحی عبور کنن. ما در اصل داریم نشون میدیم که بالای جو مشتری نماینده خوبی برای اتفاقاتی که در درون سیاره میافته نیست.»
این طوفانهای حاوی گلولههای خمیری باعث بههم خوردن ترکیب جو بالایی میشوند. گلولهها تشکیل میشوند و سقوط میکنند، و جو را از آمونیاک تا عمق حدود ۱۵۰ کیلومتری تخلیه کرده، اما در عوض آمونیاک را به لایههای عمیقتر سیاره منتقل میکنند.
پیش از این، دانشمندان نمیدانستند چه چیزی باعث حذف آمونیاک از جو میشود. گلولههای خمیری این معما را بهخوبی توضیح میدهند. آب از اعماق ابرها بالا آمده، با آمونیاک ترکیب شده و به نسبت تقریبی سه به یک با هم مخلوط میشوند. این تودههای ترکیبی یخ میزنند و در اعماق سیاره سقوط کرده، تبخیر میشوند و مواد خود را رها میکنند.
برای شکلگیری این فرایند، شرایط بسیار خاصی لازم است — مانند جریانهای صعودی بسیار قوی برای بالا بردن آب، و اختلاط بسیار سریع برای اینکه گلولههای خمیری بهاندازه کافی رشد کنند تا بتوانند بار دیگر به عمق جو مشتری بازگردند.
سرنخ نهایی در دادههای رادیویی Juno بود.
موکل میگوید:
«زیر ابر نقطه کوچکی بود که یا نشانه خنک شدن، یعنی ذوب شدن یخ، یا افزایش آمونیاک بود، یعنی ذوب و آزاد شدن آمونیاک. همین که تنها راه توضیح آن نقطه، وجود گلولههای خمیری بود، نهایتاً منو قانع کرد.»
احتمالاً این مکانیزم انتقال، مختص مشتری نیست. دانشمندان گمان میبرند که همین سازوکار میتواند در تمام غولهای گازی منظومه شمسی و حتی فراتر از آن نیز رخ دهد. امیدواریم مشاهدات آینده بتوانند این پدیده را در جاهای دیگر نیز کشف کنند.
این پژوهش در نشریه Science Advances منتشر شده است.
