متخصصان جو سیارات سال‌ها آن‌ها را بررسی کرده‌اند و به رازهای جدید و شگفت‌انگیزی دست یافته‌اند. اخیراً گروهی از محققان گرد هم آمدند تا یکی از رازهای طولانی‌مدت این ابرها را حل کنند. مشخص شد که این ابرها از یخ آمونیاک ساخته نشده‌اند، همان چیزی که سال‌ها تصور می‌شد. بلکه به نظر می‌رسد عمدتاً ترکیبی از مه‌دود و هیدروسولفید آمونیوم هستند. این ترکیب زمانی شکل می‌گیرد که گاز سولفید هیدروژن در جو از آمونیاک عبور می‌کند.
بیشتر ما با ابرهای مشتری آشنا هستیم و می‌دانیم که آمونیاک و آب در تشکیل آن‌ها نقش دارند. بارش‌هایی رخ می‌دهد که در آن آمونیاک و دیگر مواد “بارش” می‌کنند و سپس تبخیر می‌شوند. باور عمومی این است که اکثر ابرهایی که می‌بینیم عمدتاً از یخ آمونیاک تشکیل شده‌اند که با مواد دیگر آلوده شده و به آن‌ها رنگ می‌بخشند. آمونیاک به‌عنوان یک نشانگر مهم فعالیت در جو مشتری مورد مطالعه قرار گرفته و دانشمندان سال‌ها حضور آن را بررسی کرده‌اند. بیشتر این اندازه‌گیری‌ها از طریق ابزارهای فضاپیما و تلسکوپ‌های بزرگ زمینی با فیلترها و طیف‌سنج‌های خاص انجام شده است. بااین‌حال، این مشاهدات برای تعیین موقعیت ابرها در جو و پوشش زمانی آن‌ها محدودیت دارند.
دریافت زمان مشاهده برای بررسی حضور آمونیاک چالش‌برانگیز است، زیرا فضاپیماهای محدودی در دسترس هستند. همچنین روش‌های تحلیل این مشاهدات پیچیده و زمان‌برند. حال اگر روشی سریع و مقرون‌به‌صرفه برای مشاهده مستمر ابرهای مشتری وجود داشت، چه می‌شد؟ آیا تلسکوپ‌های کوچکتر که توسط منجمان آماتور استفاده می‌شوند می‌توانند به اندازه کافی برای ثبت تغییرات مقدار آمونیاک در ابرها و بالای آن‌ها مفید باشند؟ اگر چنین باشد، این می‌تواند شکاف بزرگی در مشاهدات جوی مشتری را پر کند.
روش‌های اندازه‌گیری ابرها: از تئوری تا عمل
ماجرای ابرهای مشتری زمانی آغاز شد که دکتر استیون هیل، متخصص پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی، رویکردی تازه اتخاذ کرد و در سال‌های ۱۳۹۹-۱۴۰۰ و ۱۴۰۱-۱۴۰۲ به مشاهده ابرهای غول گازی از حیاط خانه خود پرداخت. او توانست تصاویری را که نشان‌دهنده جذب در جو به دلیل گازهای آمونیاک و متان هستند، مقایسه کند و تغییرات مقدار آمونیاک در ابرها و بالای آن‌ها را تعیین کند.
با توجه به محدودیت زمان استفاده از تلسکوپ‌های بزرگ، هیل از یک تلسکوپ اشمیت-کاسگرین سلسترون ۰.۲۸ متری، مجهز به دوربین CMOS ZWO ASI120MM استفاده کرد. او ابتدا از یک فیلتر باند آمونیاک با طول موج ۶۴۷ نانومتر بهره برد و سپس فیلتر باند متان با طول موج ۶۱۹ نانومتر را به کار گرفت. هدف او شناسایی ویژگی‌های فردی مرتبط با مقدار آمونیاک بود. هیل اظهار داشت: «من همیشه دوست دارم مشاهداتم را گسترش دهم و ببینم با تجهیزات تجاری ساده چه اندازه‌گیری‌هایی می‌توانم انجام دهم. امیدوارم بتوانم راه‌های جدیدی برای مشارکت منجمان آماتور در کارهای حرفه‌ای پیدا کنم، اما نتیجه‌ای به این مفیدی را پیش‌بینی نمی‌کردم!»
استفاده از روش هیل در بررسی ابرهای مشتری
مشخص شد که روش هیل ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر از روش‌های پیچیده علمی برای نقشه‌برداری از ابرها است. این روش می‌تواند در تحقیقات حرفه‌ای برای تمرکز بر مناطق خاصی از جو استفاده شود. همچنین این رویکرد به دانشمندان شهروند با تلسکوپ‌های خانگی امکان می‌دهد تغییرات فشار ابرها و آمونیاک را در ویژگی‌های جو مشتری ردیابی کنند. این شامل نوارهای ابری مشتری، طوفان‌های کوچک سریع، و حتی ویژگی‌های بزرگتری مانند لکه بزرگ قرمز می‌شود.
پروفسور پاتریک اروین، متخصص جو سیارات از دانشگاه آکسفورد، که همراه هیل مقاله‌ای درباره این مشاهدات نوشته است، بر مزایای این مشاهدات تأکید کرد. او گفت: «من شگفت‌زده‌ام که چنین روشی ساده می‌تواند به عمق جو نفوذ کند و به وضوح نشان دهد که ابرهای اصلی نمی‌توانند فقط از یخ آمونیاک خالص تشکیل شده باشند. این نتایج نشان می‌دهند که یک آماتور خلاق با دوربین مدرن و فیلترهای خاص می‌تواند دریچه‌ای جدید به جو مشتری باز کند و به درک ماهیت ابرهای رازآلود مشتری و چگونگی گردش جو آن کمک کند.»
نکاتی جذاب درباره ابرهای مشتری
نتایج اولیه هیل نشان داد که ابرهای مورد مطالعه او در منطقه‌ای از جو گرم مشتری قرار دارند که اجازه تشکیل یخ آمونیاک را نمی‌دهد. در مطالعات بعدی، اروین و همکارانش روش هیل را به داده‌های رصدی با استفاده از ابزار کاوشگر چند واحدی طیفی در تلسکوپ بسیار بزرگ در شیلی اعمال کردند. طیف‌سنجی به دانشمندان امکان می‌دهد اثرات نوری گازهای موجود در جو مشتری را اندازه‌گیری کنند و توزیع آمونیاک و ارتفاع ابرها را نقشه‌برداری کنند. آن‌ها همچنین با استفاده از یک مدل کامپیوتری شبیه‌سازی کردند که نور چگونه با این گازها و ابرها تعامل دارد.
مشاهدات نشان داد که ابرهای مشتری که از طریق تلسکوپ هیل رصد شدند، بسیار عمیق‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، هستند. این ابرها در منطقه‌ای از جو قرار دارند که فشار و دمای بالاتری دارد و برای تشکیل یخ آمونیاک بیش از حد گرم است. واکنش‌های شیمیایی ناشی از تأثیر نور خورشید بر گازها در جو مشتری بسیار فعال هستند. در مناطق کوچکی که همرفت (انتقال گرما از یک منطقه به منطقه دیگر) بسیار قوی است، جریان‌های بالارونده ممکن است به اندازه کافی سریع باشند تا یخ آمونیاک تازه تشکیل دهند. چنین مناطقی وجود دارند و در طول سال‌ها توسط فضاپیماها مشاهده شده‌اند.
تیم اروین پیشنهاد می‌کند که وقتی هوای مرطوب و غنی از آمونیاک به سمت بالا حرکت می‌کند، آمونیاک تخریب می‌شود یا سریع‌تر از تشکیل یخ آمونیاک با محصولات شیمیایی نوری مخلوط می‌شود. این به این معناست که لایه اصلی ابرها ممکن است در واقع از هیدروسولفید آمونیوم مخلوط با محصولات مه‌دود شیمیایی تشکیل شده باشد. همین مسئله رنگ‌های قرمز و قهوه‌ای موجود در تصاویر مشتری را توضیح می‌دهد. این روش همچنین برای رصد ابرهای آمونیاکی در جو زحل کاربرد دارد. تحقیقات بیشتر می‌تواند مشخص کند که آیا همین فرایندهای شیمیایی در آنجا نیز وجود دارند یا خیر.
