دانشمندان پرده از وجود امواج پلاسما‌ی غیرمنتظره در شفق‌های سیاره مشتری برداشتند

آنان در قطب‌های سیارهٔ مشتری نوعی موج پلاسما شناسایی کرده‌اند که تاکنون هرگز مشاهده نشده بود؛ موجی کاملاً جدید که نوعی شفق قطبی پدید می‌آورد، متفاوت از هرآنچه تاکنون روی زمین دیده‌ایم.

روی زمین، شفق‌های قطبی شمالی و جنوبی ـ که به ترتیب با نام‌های «شفق شمالی» (Aurora Borealis) و «شفق جنوبی» (Aurora Australis) شناخته می‌شوند ـ پرده‌های سبز و آبی رنگی از نور را به نمایش می‌گذارند که در آسمان شب می‌رقصند و منظره‌ای جادویی می‌سازند. اما در سیارهٔ مشتری، اوضاع به‌کلی متفاوت است. مشتری با میدان مغناطیسی عظیم و چرخشی بسیار سریع، به همراه برهم‌کنش‌های پیچیده با قمرهایش، آزمایشگاهی طبیعی برای فیزیک شدید و پدیده‌های ناشناخته به شمار می‌آید.

این کشف شگرف از داده‌های مأموریت جونو (Juno) ناسا به دست آمد؛ فضاپیمایی که نخستین کاوشگر در تاریخ بود که بر فراز قطب‌های مشتری به مدار درآمد. داده‌های جونو نشان داد آنچه تاکنون دربارهٔ شفق‌های قطبی می‌دانستیم ـ که اساساً بر مشاهدات زمینی استوار بود ـ نیازمند بازنگری جدی است.

برای درک بهتر این کشف باید نخست به ماهیت پلاسما پرداخت. پلاسما حالتی از ماده است که در آن گاز چنان داغ می‌شود که اتم‌ها از هم گسسته و به الکترون‌ها و یون‌ها تبدیل می‌شوند. در چنین حالتی، ذرات باردار مانند اقیانوسی نامرئی در اطراف سیاره به جریان درمی‌آیند. در مشتری، این ذرات با سرعت و انرژی بسیار زیاد به سمت سیاره شتاب می‌گیرند و هنگامی که به جو بالایی برخورد می‌کنند، گازها را برمی‌انگیزند و شفق‌های قطبی پدید می‌آورند.

پروفسور رابرت لیزاک (Robert Lysak)، یکی از برجسته‌ترین متخصصان جهان در زمینهٔ امواج پلاسما، همراه با اخترشناسان مشاهده‌گر علی سلیمان و سیدی الیوت، داده‌های جونو را رمزگشایی کردند. آنان دریافتند که شرایط خاص مشتری ـ ترکیبی از میدان مغناطیسی بسیار نیرومند و چگالی بسیار اندک پلاسما در مناطق قطبی ـ به پیدایش پدیده‌ای منجر می‌شود که پیش‌تر هرگز دیده نشده بود.

کلید فهم این ماجرا در «امواج آلفون» (Alfvén waves) نهفته است. این امواج به افتخار «هانس آلفون»، فیزیکدانی که در سال ۱۹۴۲ پیش‌بینی کرد پلاسما می‌تواند هم‌چون یک سیال رفتار کند و هم به میدان‌های مغناطیسی واکنش نشان دهد، چنین نامیده شده‌اند. داده‌ها نشان دادند که به دلیل چگالی بسیار پایین پلاسما در ناحیهٔ قطبی مشتری، بسامد (فرکانس) این امواج پلاسما به طرز چشمگیری پایین‌تر از امواج مشابه روی زمین است.

تفاوت میان سامانهٔ شفقی زمین و مشتری بسیار چشمگیر است. بر روی زمین، شفق‌ها معمولاً به شکل الگویی دونات‌مانند در اطراف کلاهک قطبی تشکیل می‌شوند و خود کلاهک تاریک باقی می‌ماند. اما در مشتری ماجرا کاملاً برعکس است. میدان مغناطیسی پیچیدهٔ این سیاره به ذرات باردار اجازه می‌دهد مستقیماً وارد کلاهک قطبی شوند و در همان‌جا شفق بسازند؛ جایی که بر روی زمین تاریکی مطلق دیده می‌شود.

از سوی دیگر، ترکیب جو بالایی مشتری نیز با زمین تفاوت‌های عمده‌ای دارد. شفق‌های قطبی زمین عمدتاً به رنگ‌های سبز و آبی و گاه سرخ دیده می‌شوند، چرا که ناشی از برانگیختگی اکسیژن و نیتروژن هستند. اما در مشتری، ترکیب جو متفاوت است و به همین دلیل شفق‌هایش معمولاً با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند و تنها با ابزارهای فرابنفش (UV) و فروسرخ (IR) قابل رصد هستند.

این کشف در واقع دریچه‌ای به قلمرویی کاملاً جدید از فیزیک پلاسما می‌گشاید؛ قلمرویی که با مشاهدات زمینی قابل دسترسی نبود. مطالعهٔ این امواج تازه نه‌تنها درک ما از مشتری و سیارات مشابه را گسترش می‌دهد، بلکه می‌تواند در زمینه‌هایی چون پژوهش انرژی همجوشی (fusion energy) و پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی نیز کاربرد پیدا کند. زیرا اصول بنیادین رفتار پلاسما در شرایط شدید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و فناورانه نقش حیاتی دارد.

فضاپیمای جونو همچنان به گردش در مدار مشتری ادامه می‌دهد و داده‌های تازه‌ای به زمین می‌فرستد. پژوهشگران امیدوارند مأموریت‌های آینده، همچون فضاپیمای JUICE (مأموریت آژانس فضایی اروپا برای بررسی اقمار یخی مشتری) و Europa Clipper (کاوشگر ناسا برای بررسی قمر اروپا) که قرار است در اواخر دههٔ ۲۰۲۰ به سیستم مشتری برسند، فرصت‌های تازه‌ای برای بررسی این پدیدهٔ شگفت‌انگیز فراهم کنند. هر مشاهدهٔ جدید همچون قطعه‌ای دیگر از پازل پیچیدهٔ مگنتوسفر سیارات غول‌پیکر عمل می‌کند و به درک نقش آن‌ها در شکل دادن به محیط فضایی اطرافشان کمک می‌نماید.

این دستاورد نشان می‌دهد که جهان همواره آمادهٔ شگفت‌زده کردن ماست. شفق‌های مشتری نه‌تنها زیباتر و نیرومندتر از همتایان زمینی‌شان هستند، بلکه از نظر فیزیکی نیز پدیده‌هایی کاملاً متفاوت به شمار می‌آیند. به همین دلیل، هر گام تازه در شناخت آن‌ها ما را به فهم ژرف‌تر از چگونگی کارکرد کیهان نزدیک‌تر می‌کند.

به بیان ساده، مشتری نه فقط یک سیارهٔ غول‌پیکر در منظومهٔ شمسی است، بلکه آزمایشگاهی طبیعی برای بررسی بنیادی‌ترین پرسش‌های فیزیک است. پلاسما، میدان مغناطیسی و ذرات باردار در این سیاره شرایطی می‌آفرینند که ما را قادر می‌سازد مرزهای دانش خود را فراتر ببریم. و شاید روزی، در پرتو همین پژوهش‌ها، بتوانیم انرژی ستاره‌ها را روی زمین مهار کنیم یا سامانه‌های پیشرفته‌ای برای پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی و محافظت از فناوری‌های حیاتی‌مان بسازیم.

کشف امواج پلاسما‌ی ناشناخته در شفق‌های مشتری تنها یک یافتهٔ علمی نیست؛ بلکه گامی دیگر در مسیر بی‌پایان بشر برای شناخت جایگاه خود در کیهان است. هر بار که پرده‌ای تازه از اسرار جهان کنار می‌رود، چشم‌انداز ما گسترده‌تر و پرسش‌های تازه‌ای پیش روی‌مان قرار می‌گیرد. آیا دیگر سیارات غول‌پیکر نیز چنین امواجی دارند؟ آیا این پدیده‌ها می‌توانند بر تکامل سامانه‌های سیاره‌ای اثر بگذارند؟ و مهم‌تر از همه، این یافته‌ها چه چیزی دربارهٔ آیندهٔ علم و فناوری روی زمین به ما خواهند آموخت؟