جو مشتری، دفتر خاطرات طوفان‌های عظیم این سیاره است

طوفان‌های مشتری می‌توانند ترکیب شیمیایی کل جو عمیق این سیاره را تغییر دهند؛ با بلند کردن آمونیاک از یک منطقه و رها کردن آن در جای دیگر.

به‌ نظر می‌رسد یک طوفان بسیار بزرگ در مشتری می‌تواند رد قابل‌توجهی در جو این سیاره باقی بگذارد.
در یک مطالعه جدید، دانشمندان با استفاده از داده‌های فضاپیمای جونو که به دور مشتری می‌چرخد و تلسکوپ فضایی هابل، شروع به بازسازی نحوه تأثیر این طوفان‌ها بر جو مشتری کردند — حتی در عمق‌هایی بسیار پایین‌تر از ابرها.
این فرایند شامل بیرون کشیده شدن آمونیاک توسط طوفان‌ها در برخی مناطق و فرستادن آن به اعماق سیاره به صورت توده‌های یخ‌زده گل‌مانند در مناطق دیگر است.

نتیجه این است که لکه‌هایی از گاز آمونیاک در بخش‌هایی از جو پایین مشتری دفن می‌شوند، در حالی‌ که نواحی دیگر میزان بسیار کمتری از این گاز نسبت به حالت عادی دارند. به عبارت دیگر، برخی طوفان‌ها می‌توانند اثر خاصی بر جای بگذارند و ترکیب شیمیایی جو این سیاره را دگرگون کنند.

هشدار طوفان در مشتری

یک طوفان عظیم در دی ۱۳۹۵در نزدیکی استوای مشتری و حدود ۶۰ درجه شرق لکه سرخ بزرگ رخ داد. اخترشناس آماتور، فیل مایلز، اولین کسی بود که این طوفان را در فروردین ۱۳۹۵ مشاهده کرد — و زمان‌بندی این کشف بسیار مناسب بود.

در همان زمان، فضاپیمای جونو در آستانه چهارمین عبور نزدیک خود از مشتری بود و آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آلما در زمین، همراه با تلسکوپ هابل در مدار، نیز به سمت این سیاره گازی نشانه رفته بودند. این هم‌زمانی به اخترشناسان اجازه داد تا مشتری را در طول‌موج‌های مختلف نوری به طور همزمان مشاهده کنند.

با استفاده از داده‌های این سه رصدخانه، «کریس موکل»، دانشمند سیاره‌ای از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و همکارانش، تلاش کردند تا بفهمند چه نوع جریان‌های بالا و پایین و انتقال گرما می‌تواند آنچه جونو، هابل و آلما در طول و پس از طوفان دیده‌اند را توضیح دهد.
شبیه‌سازی آن‌ها از درون جو مشتری نشان داد که این طوفان عظیم جو سیاره را تا ده‌ها مایل پایین‌تر از پایین‌ترین ابرها هم به هم زده است.

درک ژرفای جو مشتری

اندازه‌گیری ارتفاع در جو مشتری دشوار است، چون این سیاره سطح مشخصی مثل زمین ندارد (در اعماق جو مایع وجود دارد، اما هرگز به‌طور مستقیم اندازه‌گیری نشده است)، بنابراین دانشمندان به جای ارتفاع، از فشار استفاده می‌کنند.

سطحی در میان‌استراتوسفر مشتری وجود دارد که فشار جو آن تقریباً برابر با فشار جو در سطح دریاست و این سطح، مبنای مناسبی برای تعیین عمق در جو مشتری است.
ابرهای متراکم بخار آب که محل شروع طوفان‌های عظیم هستند، حدود ۱۳۲ کیلومتر پایین‌تر از این سطح قرار دارند، جایی‌ که فشار هوا ۱۰ برابر بیشتر از سطح دریا در زمین است.
جالب اینجاست که داده‌های جونو نشان می‌دهد که پایین‌ترین ابرها در زمان طوفان ۱۳۹۶، چندین مایل پایین‌تر از این سطح نیز بوده‌اند — یعنی طوفان تا عمق زیادی زیر ابرها نفوذ کرده است.

جریان‌های عمودی و گلوله‌های خمیری

تصاویر جونو و هابل از سال ۱۳۹۶ یک جریان قوی رو به بالا در مرکز طوفان نشان می‌دهد که آمونیاک را از اعماق جو مشتری به سمت قله‌های ابرهای طوفانی می‌فرستاد.
زیر این ستون، جونو و هابل مشاهده کردند که این جریان صعودی، بیشتر آمونیاک را از ناحیه‌ای از جو مشتری که ده‌ها مایل زیر پایه ابرها کشیده شده بود، خشک کرده است.

در اطراف ناحیه درخشان جریان صعودی، لکه‌های تاریکی در داده‌های جونو دیده می‌شود که محل جریان‌های پایین‌رو هستند و مخلوطی از آمونیاک و آب را به اعماق بازمی‌گردانند.
و شگفت‌آور اینکه، آمونیاک بسیار عمیق‌تر از آنچه انتظار می‌رفت، به داخل جو فرو می‌رفت.

اگر ابرهای این طوفان فقط قطرات بزرگ آمونیاک مایع تولید می‌کردند، این قطرات نباید خیلی پایین می‌افتادند چون گرما و فشار زیاد باعث تبخیر آن‌ها می‌شد — و گاز حاصل نیز دیگر به پایین‌تر حرکت نمی‌کرد. اما در عوض، آمونیاک بسیار عمیق‌تر فرو رفته بود.

طبق شبیه‌سازی‌های موکل و همکارانش، آمونیاک تا جایی پایین رفته بود که فشار جو مشتری در آنجا حدود ۳۰ برابر فشار سطح دریاست. این یعنی طوفان به احتمال زیاد، گلوله‌هایی خمیری از مخلوط آب و آمونیاک به پایین پرتاب می‌کرده است.

گلوله‌های خمیری عجیب در جو مشتری

«گلوله‌های خمیری» (mush balls) پدیده‌ای عجیب در هوای مشتری هستند که اخترشناسان چند سال پیش برای اولین بار از داده‌های جونو به آن پی بردند.
آمونیاک در دماهایی بسیار پایین‌تر از آب، به حالت مایع باقی می‌ماند. این یعنی قطرات مایع آمونیاک می‌توانند با بلورهای یخ آب در ابرهای طوفانی مشتری ترکیب شوند.
نتیجه این ترکیب، گلوله‌ای خمیری است که به‌قدر کافی محکم است تا انسجام داشته باشد، اما از تگرگ معمولی نرم‌تر است — چیزی شبیه به گلوله برف خیس.

این گلوله‌های خمیری هنگام سقوط سریع‌تر از قطرات باران فرود می‌آیند، بنابراین می‌توانند پیش از تبخیر شدن، مسیر بسیار طولانی‌تری را طی کنند.

نتیجه این فرایند آن است که در اعماق جو مشتری، لکه‌هایی از آمونیاک وجود دارد که به‌صورت گلوله‌های خمیری از طوفان‌هایی که ده‌ها مایل بالاتر رخ داده‌اند، فرود آمده‌اند — و این آمونیاک‌ها تا زمانی که طوفان بزرگ بعدی آن‌ها را دوباره بالا نیاورد، در آنجا دفن باقی می‌مانند.

دانشمندان این پژوهش را در تاریخ ۸ فروردین در نشریه Science Advances منتشر کردند.