تبين أن كوكب المشتري غني جدًا بالأكسجين

وأظهرت النمذجة أن كوكب المشتري أغنى بالأكسجين من الشمس. سيساعد هذا الاكتشاف العلماء على توضيح صورة تكوين جميع الكواكب في النظام الشمسي.

يقول المؤلف الأول للدراسة يانغ جيهيون من جامعة شيكاغو: “هذا نقاش طويل الأمد في علم الكواكب. إنه يوضح كيف يمكن للنماذج الحسابية الحديثة أن تغير فهمنا للكواكب الأخرى”.

الغيوم والكيمياء

إن سماء المشتري العاصفة معروفة منذ 360 عامًا على الأقل. عندها اكتشف علماء الفلك، من خلال التلسكوبات الأولى، البقعة الحمراء العظيمة – وهي عاصفة عملاقة يبلغ حجمها ضعف حجم الأرض، وكانت مستعرة لعدة قرون. إنها واحدة من العديد من الأشياء الموجودة على هذا الكوكب: فالرياح العاتية والغطاء السحابي الثقيل يعني أن سطح العملاق الغازي بأكمله مغطى بمشهد من العواصف.

لكن ما هو مخفي تحت هذه العواصف لا يزال غير معروف على وجه اليقين. والغيوم كثيفة جدًا لدرجة أن مركبة غاليليو الفضائية فقدت الاتصال بالأرض أثناء غوصها عميقًا في الغلاف الجوي في عام 2003. “جونو”، يدرس الكوكب من مسافة آمنة.

تتيح القياسات من المدار تحديد تكوين الطبقات العليا من الغلاف الجوي: الأمونيا والميثان وهيدروكبريتيد الأمونيوم والماء وأول أكسيد الكربون ومواد أخرى. يجمع العلماء هذه البيانات مع معرفة التفاعلات الكيميائية لبناء نماذج للغلاف الجوي العميق لكوكب المشتري.

ومع ذلك، لا يزال المجتمع العلمي منقسمًا حول بعض القضايا، مثل كمية الماء – وبالتالي الأكسجين – التي يحتوي عليها الكوكب. رأى يانغ فرصة لتطبيق جيل جديد من النمذجة الكيميائية على هذه المشكلة المعقدة.

إن كيمياء الغلاف الجوي لكوكب المشتري معقدة بشكل لا يصدق. وتتحرك الجزيئات بين الظروف شديدة الحرارة في أعماق الغلاف الجوي والطبقات العليا الأكثر برودة، فتغير حالة تجمعها وتتحول إلى مواد أخرى في آلاف التفاعلات المختلفة. ومن الضروري أيضًا مراعاة سلوك السحب والقطرات السائلة.

ولوصف كل هذه الظواهر بشكل أفضل، قام العلماء لأول مرة بدمج العمليات الكيميائية والهيدروديناميكية في نموذج واحد، وتمت مشاركة نتائجها على الصفحات مجلة علوم الكواكب.

“أنت بحاجة إلى كليهما. فالكيمياء مهمة، لكنها لا تأخذ في الاعتبار قطرات الماء أو سلوك السحب. والديناميكا المائية تبسط الكيمياء كثيرًا. لذا فإن جمعهما معًا هو المفتاح،” يوضح يانغ.

تكوين عنصري

ومن نتائج الدراسة تقدير جديد لمحتوى الأكسجين على كوكب المشتري. وفقا للحسابات ، من المحتمل أن الكوكب يحتوي على حوالي 1.5 مرة من الأكسجين أكثر من الشمس.

وقد ناقش العلماء هذا المعنى لعقود من الزمن. أعطت دراسة كبيرة حديثة تقديرًا أقل بكثير – ثلث الطاقة الشمسية فقط. ومعرفة هذه الكمية مهمة بشكل خاص لفهم كيفية تشكل نظامنا الشمسي.

جميع الأجرام السماوية (ونفسنا) تتكون من نفس العناصر. ولكن بنسب مختلفة – وهذه الاختلافات يمكن أن تكون بمثابة أدلة لإعادة بناء صورة تكوين الكوكب.

على سبيل المثال، هل تشكل المشتري في مكانه الحالي، أم أنه تشكل بالقرب من الشمس أو أبعد عنها وتحرك بمرور الوقت؟ قد تشير الدلائل إلى أن معظم الأكسجين الموجود على الكوكب موجود في الماء، الذي يتجمد – ويتصرف بشكل مختلف – إذا كان بعيدًا جدًا عن حرارة الشمس. إن تراكم الجليد أسهل على الكواكب من تراكم بخار الماء.

وفي المقابل، فإن الفهم الأفضل للظروف التي تتشكل فيها أنواع مختلفة من الكواكب سيساعدنا في البحث عن عوالم صالحة للحياة خارج النظام الشمسي.

أظهر النموذج أيضًا أن الدورة الدموية في الغلاف الجوي لكوكب المشتري من المحتمل أن تتحرك صعودًا وهبوطًا بشكل أبطأ بكثير مما كان يُعتقد منذ فترة طويلة. وقال عالم الكواكب: “يشير نموذجنا إلى أن الانتشار المضطرب يجب أن يكون أضعف بمقدار 35 إلى 40 مرة مقارنة بالافتراضات القياسية”.

وهذا يعني أن الجزيئات تمر عبر طبقة واحدة من الغلاف الجوي لمدة أسابيع، وليس خلال ساعات قليلة.

واختتم يانغ حديثه قائلاً: “يُظهر هذا بوضوح مقدار ما لا يزال يتعين علينا أن نتعلمه عن الكواكب، حتى في نظامنا الشمسي”.