سر المجالات المغناطيسية الغريبة لأورانوس ونبتون
لماذا يميل المجالان المغناطيسيان لأورانوس ونبتون ويبتعدان عن مركزيهما؟ محاكاة جديدة تربط غرابتهما بظروف الأعماق، وتتوقع تغيرهما بعشرات الدرجات خلال عقود. وقد يكشف رصد الشفق القطبي إن كان ذلك يحدث فعلاً.
قد تفسّر الظروف القاسية داخل أورانوس ونبتون، من ضغط ودرجة حرارة وتوصيل كهربائي، سبب ميل مجاليهما المغناطيسيين الشديد وإزاحتهما عن مركز الكوكبين. هذا ما تشير إليه محاكاة حاسوبية أجراها باحثون في الولايات المتحدة وبريطانيا. ويتوقع النموذج الذي بنوه أن يتغيّر المجالان تغيّراً كبيراً خلال عقود قليلة، ويأمل الباحثون في اختبار ذلك برصد الشفق القطبي قبل وصول مسابير جديدة إلى الكوكبين.
وصُفت النتائج في 3 نوفمبر في مجلة Communications Physics، وتوضحها نشرة صحفية لجامعة تكساس.
ما الغريب في مجالَي أورانوس ونبتون؟
لا تعتمد معرفتنا بهذين الكوكبين على أكثر من زيارة واحدة. فالمسبار Voyager 2 هو المركبة الفضائية الوحيدة التي مرّت بهما، إذ اقترب من أورانوس في يناير 1986 ومن نبتون في أغسطس 1989، وسجّل في الثمانينيات قياسات مجاليهما المغناطيسيين.
وتُظهر تلك القياسات مجالين لا يشبهان مجال الأرض. فمجال الأرض ثنائي القطب، أي له قطبان شمالي وجنوبي، وهو يميل 11 درجة عن محور دوران الكوكب. أما مجال أورانوس فيميل 59 درجة عن محور دورانه، ويقع مركزه على بعد ثلثي المسافة نحو الأسفل من سطح الكوكب. ومجال نبتون يميل 47 درجة، ويقع مركزه في منتصف المسافة بين لبّ الكوكب وقمم سحبه المرئية.
وقد يُعزى جانب من غرابة أورانوس إلى اصطدام قديم. فالكوكب مائل 97 درجة، ويدور حول الشمس وكأنه يتدحرج، وربما سبّب هذا الميل اصطدامه قبل مليارات السنين بكوكب بحجم الأرض اختفى منذ زمن بعيد. لكن لنبتون مجالاً مائلاً بالطريقة نفسها تقريباً، ولا يُعرف أنه تعرّض لاصطدام مماثل.
كيف تُولَّد هذه المجالات؟
تنشأ المجالات المغناطيسية للكواكب عن «الدينامو الكوكبي»، وهو حركة حمل حراري دوّامية في سائل موصل للكهرباء داخل جسم دوّار. وفي الأرض يعمل هذا الدينامو في الحديد المنصهر في الجزء الخارجي من اللبّ.
أما أورانوس ونبتون فيُصنّفان عملاقين جليديين. وكتلة أورانوس 14.5 ضعف كتلة الأرض، وكتلة نبتون 17 ضعفاً. ويحتويان على الأمونيا والهيدروجين والهيليوم والميثان والماء، وتحيط هذه المواد بلبّ صخري محتمل.
ويصف Chi Yan، قائد الفريق البحثي في جامعة تكساس في أوستن، الظروف في الأعماق قائلاً: «في أعماق أورانوس ونبتون، يبلغ الضغط ودرجة الحرارة مستويات مرتفعة للغاية». ويضيف: «في ظل هذه الظروف، التي قد تؤدي إلى تفكك جزيئات الماء إلى أيونات، قد تزداد المادة توصيلاً للكهرباء كلما ازداد العمق».
وبنى الفريق نموذجه على محاكاة حاسوبية وقياسات Voyager 2. وقد أعادت المحاكاة إنتاج المجالين غير المألوفين للكوكبين. وأظهرت أن بنية المجال المغناطيسي تتطور بالتزامن مع حركة المائع التي يقودها الحمل الحراري ومع درجة حرارة الداخل.
هل يتغيّر المجال خلال عقود؟
تشير المحاكاة إلى أن مجالَي الكوكبين قد يتغيّران تغيّراً ملحوظاً في غضون عقود. ويقارن Yan ذلك بالأرض قائلاً: «ميل المجال المغناطيسي للأرض ينجرف بدرجة واحدة تقريباً فقط على مدى 50 عاماً». ثم يضيف: «تُظهر نماذجنا أن العملاقين الجليديين قد يتصرفان بشكل مختلف جداً. ففي بعض الفترات يتأرجح الميل بعشرات الدرجات خلال عقود، وفي فترات أخرى لا يتغيّر إلا قليلاً على المدى الزمني نفسه».
وتبقى هذه نتيجة نموذج حاسوبي لا قياساً مباشراً. ولا تتوافر حتى الآن مقارنة رصدية بين حالة المجالين اليوم وحالتهما في الثمانينيات.
كيف يمكن اختبار النموذج؟
يعوّل الباحثون على الشفق القطبي. فالجسيمات المشحونة القادمة من الرياح الشمسية تتفاعل مع المجالات المغناطيسية للكواكب، وتدفع هذه المجالات بعضها نحو الغلاف الجوي فوق الأقطاب المغناطيسية، فينشأ الشفق. ولأن مواضع الشفق قد تدل على أحوال المجال المغناطيسي للكوكب، فإن رصدها قد يكشف شكل المجال اليوم.
والمهمة ليست يسيرة في نبتون، إذ إن له مكوّناً مغناطيسياً رباعي القطب يُعقّد تحديد قطبيه الشمالي والجنوبي.
ويقود Tom Stallard، من جامعة نورثمبريا وأحد المشاركين في الدراسة، عمليات رصد أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي لشفق خافت بالأشعة تحت الحمراء على أورانوس ونبتون. ويقول: «نعمل حالياً على استخراج ما تحتويه هذه الأرصاد، لكن شكل الشفق وبنيته، إضافة إلى أنماط غريبة أخرى في الغلاف الأيوني، وهو الطبقة العليا من الغلاف الجوي، تَعِد بأن تمنحنا وسيلة لفهم كيف تغيّرت المجالات المغناطيسية، وهذه خطوة مهمة على الطريق».
ويأمل الفريق أن يجمع أرصاد ويب وقياسات Voyager 2 والمحاكاة معاً، لعلّ ذلك يتيح تقدير التكوين الحالي للمجالين ومقارنته بما كان عليه في الثمانينيات.
ماذا ينتظر العملاقين الجليديين؟
قد تضيف المركبات الجديدة اختباراً آخر للنموذج. فقد جعلت ناسا مهمة العودة إلى أورانوس أولوية، وهي مقرّرة في مطلع أربعينيات هذا القرن. وتعتزم إدارة الفضاء الوطنية الصينية إطلاق مهمتها Tianwen-4 نحو المشتري في 2029، على أن تنشر مسباراً صغيراً يواصل طريقه إلى أورانوس مستفيداً من مناورة المقلاع الجاذبي. وأي مهمة مستقبلية إلى العملاقين الجليديين ستتيح اختباراً إضافياً للنموذج. وإلى أن تصل، تبقى الأرصاد الشفقية أقرب الطرق إلى معرفة ما إذا كان مجالا أورانوس ونبتون قد تحرّكا فعلاً منذ مرور Voyager 2.
أخبار ذات صلة
SpaceX تنقل معزّز Starship إلى منصة الإطلاق لاختبار الضغط قبل محاولة الإمساك المزدوج
مصفوفة ALMA تكشف نفّاثة من الغاز البارد تنطلق من ميكروكوازار
دراسة تقترح تفسيراً لتراجع سطوع العمالقة الحمراء المفاجئ
