مطالب علمی

قمرهای گالیله ای

قمرهای گالیله ای برای دانشمندانی که می کوشند تا رمز منشا و تاریخچۀ منظومه شمسی را بگشایند، بسیار مورد توجه است. عجیب ترین واقعیت درباره اقمار گالیله ای این است که هیچ یک از انها به هم شبیه نیستند. چهار قمر مهم مشتری شامل آیو،اروپا،کالیستو و گانیمد می باشد

نزدیکترین این قمرها به سیاره مشتری،قمر آیو است. سطح آیو احتمالاً از سطح همه قمرها و سیارات منظومه شمسی جوانتر است.

اگر مدار آیو به دور مشتری یک دایره کامل بود، و اگر همیشه دقیقا یک طرف خود آیو به سمت مشتری بود، کشنده های متغیر تقریبا وجود نمی داشت، اما چنین نیست. اثر گرانشی اروپا و گانیمد در مدار یو خروج از مرکز ایجاد می کند و سبب می شود که وجود آیو به سمت مشتری اندکی تغییر کند.در نتیجه ، آیو به طور متناوب دستخوش کشیدگی و جمع شدگی می شود و اصطکاک درونی در آن به وجود می آید. این اصطکاک سبب گرما می شود.

علاوه بر تغییرات سطحی که این مکانیسم  گرمایی تولید می کند، آتشفشانهای در حال فوران هستند که موادی را از درون آیو بیرون می ریزند.

ویجر 1 با یک بار عبور از کنار آیو وجود هشت آتشفشان را که به طور همزمان در حال فوران بودند، ثبت کرد.ارتفاع شراره های این آتشفشانها متجاوز از 100 km است و در هر ثانیه تقریبا 1000تن ماده مذاب بیرون می ریزد.

آیو چگالترین قمر از چهار قمر گالیله ای است.( )

اروپا دومین قمر از چهار قمر بزرگ گالیله ای نیز احتمالا ترکیب سنگی با چگالی   دار د. تفاوت اروپا با آیو در این است که به نظر میرسد با لایه ای از یخ، احتمالاً به عمق  100 کیلومتر پوشیده شده است. دهانه های بسیار معدودی بر سطح اروپا یافت شده است. با همه ی اینها،گمان ما این است که سطح این قمر در اوایل تشکیلش ضربات فراوانی از خرده پاره های که سبب بزرگتر شدن جرم سیاره می شود، دریافت کرده است. در این صورت ممکن است سطح آن بر اثر گرمای حاصل از واپاشی عناصر رادیو اکتیو گرم شده و دهانه های اولیه را حفظ کرده باشد، یا ممکن است لایه یخی که سطح آن را پوشانده امروزه چنین آثاری را مخفی می کند.

ضریب بازتاب  سطح اروپا تقریبا 70 درصد است که از لحاظ توانایی بازتابش نور خورشید نزدیک به سیاره زهره است.

کاوشگر اقمار یخی مشتری (JUICE)

این ماموریت در سال ۲۰۲۲ و از پایگاه فضایی گویان فرانسه، در Kourou، بر روی یک Ariane 5 آغاز خواهد شد و با رسیدن به مشتری در سال ۲۰۳۰، دست کم به مدت سه سال به رصد و مشاهدات دقیق خواهد پرداخت.

اقمار متمایز گالیله ای مشتری، آیوی آتشفشانی- اروپای یخی، گانمید و کالیستوی یخی- سنگی، در واقع این منظومه ی ژوپیتری را، مشابه یک منظومه ی شمسی کوچک ساخته اند.

این ماموریت پتانسیل زیستگاهها برای حیات در اقمار اروپا، گانمید و کالیستو را که به نظر می رسد میزبان اقیانوس های داخلی هستند، بررسی خواهد نمود و دو دیدگاه اصلی چشم انداز کیهانی را مورد توجه قرار خواهد داد: شرایط تشکیل سیاره و ظهور (پیدایش) زندگی چیست و منظومه شمسی چگونه کار می کند؟

گانیمد

به ترتیب اقمار گالیله ای، گانیمد قمر بعدی و بزرگترین آنهاست. چگالی این قمر 9/1  /g  و ترکیب آن نیمی آب (یخ) و نیمی ماده ی سنگی است. در ابتدای امر، گانیمد سیمای ماه زمین را دارد، بعضی از نواحی آن تاریک و نواحی دیگر روشن به نظر می رسد. نواحی دیگر پردهانه اند و گمان می رود بسیار قدیمی باشند، نواحی روشن تر تراکمهای دهانه ای گوناگونی نشان می دهد و با یک سیستم خاکی شیار دار شده مشخص می شود که به هیچ چیزی که در ماه خودمان دیده می شود شباهتی ندارد. این سیستم خاکی شیاردار شده را می توان به صورت سیستمی از پشته ها و دره های موازی توصیف کرد. سیستمی از شیارها ممکن است با هر زاویه ای از سیستم دیگر بگذرد. این شیارها جلوه آثار جوانی به این قمر می دهد. دهانه هایی که با پرتوهای نور روشن می شوند نیز از عوارض جوانتر به حساب می آیند.

سال قبل دانشمندان انستیتو علوم تلسکوپ فضایی هابل با طیف نگاری از گانیمد بزرگترین قمر مشتری، شواهدی بر وجود اُزُن (مولکول سه اتمی اکسیژن) در یخهای سطحی این قمر یافتند. تحقیقات بیشتر در این باره اطلاعات جدیدی را در اختیار سیاره شناسان قرار داده است. مقدار اُزُن گانیمد در حدود 1 تا 10 درصد اُزُنی است که نوترینوهای کیهانی هرساله در شکاف ازن بالای قاره قطب جنوب از بین می برند. احتمالاً ازن موجود در گانیمد بر اثر برخورد ذرات باردار پرانرژی به یخهای سطح آن به وجود آمده است.

این ذرات در میدان مغناطیسی قوی مشتری گرفتار شده اند. دَوران سریع مشتری به دور خود سرعت زیادی به این ذرات می دهد. وقتی که رگبار این ذرات به یخهای سطح مشتری برخورد می کند، باعث تجزیه مولکول آب و تولید ازن می شود. هرچند که هنوز هیچ اثری از جو در اطراف گانیمد یافت نشده است اما دانشمندان معتقدند که چنین واکنشهایی مؤید وجود یک لایه نازک از اکسیژن در اطراف گانیمد است. به این ترتیب گانیمد بعد از قمر اروپا، دومین قمر مشتری است که آثاری از وجود جوّ اکسیژنی در اطراف آن مشاهده شده است.

کالیستو

کالیستو، آخرین قمر گالیله ای و چگالی آن کمتر از چهار قمر دیگر است. بنابراین ممکن است آب (یخ) موجود در آن اندکی بیشتر از گانیمد باشد. در تمام سطوح کالیستو دهانه وجود دارد. در واقع بمباران اولیه آن در سطحش منجمد شده است .

کالیستوچهارمین و بیرونی ترین و تیره ترین قمر از اقمار گالیله ای مشتری با قطر ۴۸۲۰ کیلومتر و قدر ۶/۵ است. فاصله متوسط آن از مرکز مشتری ۱۸۸۳۰۰۰ کیلومتر ومدت زمان گردش نجومی آن ۶۸۹/۱۶ روز است.

ضریب بازتاب سطحی آن  0.2 می باشد و از حفره های بسیاری تشکیل شده وبرخلا ف بقیه اقمار گالیله ای هیچ نشانی از فعالیت های ساختمانی سطحی جدید یا قدیمی در آن بچشم نمیخورد.چگالی آن 1.9 گرم در سانتی متر مکعب است واین چگالی نشان می دهد که به نسبت 40 به 60 از صخره ویخ تشکیل شده است.مطالعات انجام گرفته توسط مدارنورد گالیله نشان میدهد که تودۀ صخرها بطور متمرکز در هسته قرار ندارد.ظاهرا"بدلیل عبور قمراز میان میدان مغناطیسی مشتری یک میدان مغناطیسی درست زیر نواحی پوسته ای آن ایجاد شده است.دلیل بوجود آمدن حفره های سطح آن با حفره های سطح ماه متفاوت است واین نشان می دهد که گونه ای دیگر از اجرام سماوی سطح آن را بمباران کرده اند.چندین دشت برخوردی (basin) که دارای گسلهای  مستقیم و شعاعی می باشند در سطح آن وجود دارد که بزرگترین آنها با طول 4000 کیلومتر Valhallaنامیده می شود.چندرشته حفره های برخوردی زنجیره ای نیز وجود دارد که احتمالا"از برخورد تکه های دنباله دار هایی که توسط مشتری تکه تکه شده اند(مانند دنباله دار شومیکر-لوی) بوجود آمده اند.

نقشه‌برداری جهانی از نقش‌های دایروی بر روی اقیانوس یخ‌زده قمر اروپا دانشمندان را از گمان‌های پیشین دور نمود. این نقش‌ها کمان‌هایی به عرض ۴۰ کیلومتر هستند که تا صدها کیلومتر گسترده شده‌اند. این نقش‌ها معمای جدید قمر پیچیده شده در لفافه یخ هستند.

یکی از این برآمدگی‌ها توسط نگاه اجمالی ویجر در مدت عبور خود از کنار سامانه سیاره مشتری در سال ۱۹۷۹ ثبت شده بود. هنگامیکه سفینه فضایی گالیله در سال ۱۹۹۶ به قمر اروپا رسید، تصاویر جدیدی را از چندین برآمدگی عجیب برای ما ارسال نمود. فضاپیمای افق‌های نو نیز در تهیه و تکمیل نقشه سطح این قمر، با گذر از کنار سیاره در سال ۲۰۰۷، به دانشمندان کمک شایانی نمود.

در نتایجی که در پانزدهم ماه می‌در مجله طبیعت (نیچر) منتشر شد، تیمی از دانشمندان به سرپرستی دکتر پائول اسچنک از انستیتو ماه و سیاره‌شناسی هوستون تگزاس ، با مشارکت دکتر ایسامو ماتسویاما از موسسه کارنگی واشنگتن و دکتر فرانسیس نیمو از دانشگاه کالیفرنیا، کشف نمودند که این نقش‌ها در نزدیکی دو الگوی دایروی با عرض چند صد کیلومتر شکل گرفته‌اند.این دایره‌ها کاملاً در جهت دیگر قمر اروپا قرار گرفته‌اند امّا به طرز عجیبی از استوای اروپا و محور اروپا-مشتری جابجا و باعث ایجاد الگوی غیرمعمولی در منظومه شمسی شده‌اند. جستجو برای کشف منشأ این الگو و نقش‌ها ساده نیست. گردش ناهمگام پوسته یخی به همراه جزر و مد شدید (با تغییراتی به بلندی ۳۰ متر در هر دوره) از عوامل قابل استناد برای بیشتر پدیده‌های مشاهده شده بر روی این قمر بوده‌اند امّا پدیدهٔ اخیر با این دلایل قابل توجیه نیست. عامل سومی به نام قطب سرگردان به تازگی ارائه گشته‌است که سعی در توضیح این پدیده داشته ولی تا کنون نتوانسته پیش‌ بینی قابل قبولی را ارائه دهد.

در مکانیزم قطب سرگردان، پیشنهاد می‌گردد که پوسته یخی خارجی اروپا می‌تواند در زمانی‌که هسته یخی غول‌پیکر به گردش عادی خود ادامه می‌دهد، به آهستگی تغییر زاویه تمایل دهد. دمای کم قطب می‌تواند باعث ضخیم شدن پوسته یخی و حرکت انحراف قطبی شود.هنگامیکه گروه محققان میدان تنش‌های قطبی مشابه با مدل پیشنهادی و مشاهدات پیدا نمودند، از تطابق سایر الگوهای خطی دیگر سطح قمر نیز متعجب شدند.

اسچنک بیان نمود: «الگوهای شکستی اروپا بیش از نقشه پیشنهادی ارائه شده متقارن بوده و این موضوع ما را به فکر واداشته‌است. هنگامیکه سناریوی قطب سرگردان، تطبیق قابل توجهی را نسبت به سایر مدل‌ها از خود نشان داد، ناگهان الگو و رفتار سایر عوارض و پستی‌بلندی‌های این قمر نیز در الگویی متقارن و جهانی خود را نمایان ساخت و بر نقشه پیشنهادی تطبیق یافتند.»

این یافته‌ها در مجله طبیعت (نِیچِر) منتشر شده که اولین مدرک برای مدل‌سازی و درک تحولات در ایجاد پدیده قطب سرگردان اروپا است. امّا توضیح الگوهای مشاهده شده در عوارض سطحی اروپا، که خود نیازمند وجود تغییراتی بزرگ در تمایل مداری این قمر است، شرط جدا بودن پوسته بیرونی و هسته یخی توسط یک لایه مایع را نیز در دل خود دارد.

نتایج حاصل از تحقیقات زمین‌شناختی گالیلو از قمر اروپا به ما نشان می‌دهد که به احتمال بسیار قوی، این قمر دارای اقیانوس آب است. این مدرک جدید مشکل جدا بودن پوسته از هسته یخی را تا حد زیادی حل نمود.

اروپا تنها کره با قطب سرگردان در منظومه خورشیدی نیست. سیاره مریخ نیز حداقل از زمان شکل‌گیری آتشفشان تارسیس تا کنون تغییر زاویه تمایل مداری داده‌است. لایه خارجی سیاره زمین نیز در حال انجام چنین رفتاری است که ما اثرات آن را در غالب تغییر صفحات قاره‌ای می‌شناسیم. همچنین به احتمال زیاد، اِنسلادوس و می‌راندا نیز از چنین رفتاری برخوردار هستند. در نتیجه می‌توان چنین اظهار نمود که سیارات بیش از آنکه پیش‌تر ذکر می‌شد ناپایدارند.

فراز و نشیب‌هایی به اندازه ۵۰۰ متر در اروپا مشاهده شده‌است. دره‌های عمیق تا زمانیکه پوسته یخی به اندازه کافی ضخیم و محکم نشده باشد ناپایدار خواهند بود. مدل‌های حرارتی و مطالعات صورت گرفته تخمین می‌زنند که ضخامت لایه یخ بین ۱۰ تا ۲۰ کیلومتر باشد، هر چند که تعیین ضخامت و عمق واقعی این اقیانوس از وظایف آتی مدارگرد اروپا می‌باشد.

دایره‌های متحدالمرکز سناریوی قطب سرگردان به تفنگ دودی مشهورند و مدل قطب سرگردان به خوبی توانایی تشریح آنها را دارد. آزمایش‌ها برای تحقیق بر روی این نظریه آغاز شده‌آند ولی تنها یک مأموریت برای نقشه‌برداری دقیق از اروپا می‌تواند به ما در شناخت هر چه بیشتر این اقیانوس و تحولات آن یاری رساند.

فضا پیمای New Horizons بوسیله ی ابزار تصویر برداری خود موسوم به LORRI موفق شد این دو تصویر را از قمر کالیستو یکی از 4 قمر گالیله ای مشتری تهیه کند . این تصاویر در فوریه گذشته تهیه شده ، هنگامی که فضا پیما در حال گذر از کنار سیاره مشتری بوده است .

نزدیک ترین فاصله ی فضاپیما تا سیاره مشتری در هنگام گذر به 2/3 میلیون کیلومتر رسید در حالی که