شگفتی‌های سیارات

مشخص کردن ترکیبات شیمیایی مشتری و زحل نیازمند رصدهایی از سوی فضاپیماها بود. اخترشناسانی که عوارضی مانند لکه های سرخ بزرگ و طوفان های کوچک تررا رصد می‌کنند، این امکان را دارند که سرعت چرخش مشتری و زحل را اندازه گیری کنند. یک دور چرخش کامل مشتری در ناحیه  استوای آن فقط 9 ساعت و 50 دقیقه و 28 ثانیه طول می کشد و بنابراین مشتری نه فقط بزرگترین و پرجرم ترین سیاره است، بلکه یکی از تندترین چرخش ها را به دور خود دارد. البته چرخش مشتری تفاوت اساسی با شیوه  چرخش زمین، ماه، عطارد، زهره و مریخ دارد. اگر مشتری شبیه سیاره های زمین جامد بود همه  نقاط سطح آن یک دور کامل را در مدت زمانی یکسان می چرخیدند. نزدیک قطب ها دوره  تناوب چرخش مشتری 9 ساعت و 55 دقیقه و 41 ثانیه است. در زحل نیز دوره  تناوب در نزدیک قطب ها بیشتر از مناطق استوایی آن است. این نوع چرخش را چرخش تفاضلی (دیفرانسیلی) می گویند. چرخش دیفرانسیلی نشان می دهد که همه  حجم مشتری و زحل جامد نیست، بخشی از آن مایع است.

1

حال به این نتیجه می رسیم، که اگر بخشی از مشتری و زحل مایع باشد این دو سیاره نمی توانند از موادی سنگی که سیاره های زمین مانند را تشکیل داده اند شکل گرفته باشند. یکی از سر نخ های مهم برای فهمیدن ترکیبات مشتری و زحل چگالی زحل (687kg/m3) است. روپرت ویلت از دانشگاه گوتینگن در آلمان برای تشریح این چگالی های میانگین اندک بیان کرد که این دو سیاره عمدتا از سبک ترین عناصر موجود در عالم یعنی هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند. او با دیدن خطوط جذبی قوی متان و آمونیاک در طیف مشتری به هیجان آمد. مولکول متان (CH4) از چهار اتم هیدروژن و مولکول آمونیاک (NH3) از سه اتم هیدروژن تشکیل می شوند. این مولکول های پر هیدروژن مدرکی بود قوی اما غیرمستقیم از فراوانی هیدروژن در جو مشتری. مدارک مستقیم وجود هیدروژن و هلیوم در جو مشتری نیز به مرور اما آهسته به دست می آمدند. ولی هیچ کدام از این دو گاز پس از بازتاب شدن نور مرئی خورشید از سیاره خطوط طیفی قوی ای ایجاد نمی کردند. پس اخترشناسان برای نشان دادن وجود این عناصر مجبورند خطوط طیفی را در بخش فرابنفش طیف را بررسی کنند. اخترشناسان اولین بار خطوط طیفی ضعیف مولکول هیدروژن را در سال 1960 میلادی در طیف مشتری آشکار کردند. وجود مولکول هلیوم در مشتری و زحل را چند سال بعد وقتی که فضاپیماهایی از نزدیک آن ها گذر کردند و طیف شان را به دقت اندازه گرفتند تایید شد.

2

امروزه می دانیم که ترکیبات جو مشتری 86,2 درصد مولکول هیدروژن، 13,6 درصد اتم هلیوم، 0,2 درصد متان، آمونیاک، بخار آب، و گاز های دیگر است. زحل هم مانند مشتری هسته ی سنگی بزرگی دارد. اما رصدهایی که با تلسکوپ های زمینی و فضاپیما ها انجام شده است نشان دهنده ی این است که جو زحل بر خلاف مشتری کمبود هلیوم شدیدی دارد این معمایی است زیرا گمان می رود که مشتری و زحل هر دو به شیوه ای مشابه از گاز های سحابی خورشیدی به وجود آمده اند و بنابراین هر دو سیاره و خورشید باید به یک نسبت هیدروژن و هلیوم داشته باشند پس هلیوم های زحل کجا رفته اند؟؟
توضیح ساده  آن ممکن است زحل از مشتری کوچکتر باشد و در نتیجه احتمالا بسیار سریع تر از آن سرد شده است. این سرد شدن را می توان با فرآیند شکل گرفتن باران در زمین مقایسه کرد. وقتی که هوا به اندازه ی کافی سرد می شود رطوبت جو زمین به شکل قطره های باران متراکم می شود و به زمین سقوط می کند. اما در زحل قطره های هلیوم مایع هستند که در سرمای لایه های بیرونی و پر هیدروژن سیاره متراکم می شوند بنابراین فرض مقدار هلیوم به سبب این که به نواحی درون تر زحل می بارد در بالای جو کاهش می یابد. اما هلیوم های بالای جو مشتری به نواحی درونی تر نمی بارند زیرا بالای جو مشتری گرم تر است هلیوم در آن به شکل قطره در نمی آید. حال فهمیدیم که مشتری و زحل در مجموع هر دو ترکیبات شیمیایی یکسانی دارند. اما جرم کمتر زحل که کمتر از یک سوم جرم مشتری است باعث می شود که نیروی گرانش کمتر هیدروژن و هلیوم را متراکم کند.
و همین باعث می شود که کمترین چگالی را در میان همه ی سیاره های منظومه ی شمسی داشته باشد. قابل توجه است که!! چون مشتری و زحل تقریبا تماما از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده اند فرود آمدن بر این سیاره ها نا ممکن است.

گردآوری: نیلوفر ترکزاده

منابع:
1: https://scitechdaily.com/how-jupiter-and-saturn-formed-and-evolved/

2: کتاب شناخت عالم ترجمه شهاب صقری

https://scitechdaily.com/how-jupiter-and-saturn-formed-and-evolved/

Share