نظرية عمرها 142 عاما تفسر عواصف المشتري الغريبة

باستخدام الرياضيات المستمدة من نظرية كتبها العالم اللورد كلفن، منذ منذ 142 عاما، نجح علماء في تفسير عواصف المشتري الغريبة.

رصد علماء الفلك قبل عام تقريبا، مجموعة من العواصف الدوامة المرتبة بنمط هندسي، في القطب الجنوبي لكوكب المشتري.

ومنذ أن تم رصد هذه العواصف لأول مرة بواسطة مسبار الفضاء جونو التابع لوكالة الأمريكية "ناسا" في عام 2019، عكف العلماء على تفسيرها.

وتشبه هذه العواصف، الأعاصير على الأرض، ومع ذلك، على كوكبنا، لا تتجمع الأعاصير عند القطبين أو تدور حول بعضها البعض على شكل خماسي أو مسدس، كما تفعل عواصف كوكب المشتري الغريبة.

واكتشف فريق بحثي يعمل في مختبر آندي إنجرسول، أستاذ معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في علوم الكواكب، سبب تصرف عواصف كوكب المشتري بشكل غريب.

واستخدم الباحثون في اكتشافهم الرياضيات المستمدة من نظرية كتبها اللورد كلفن، عالم فيزياء ومهندس رياضيات بريطاني، منذ 142 عاما، وتم نشر نتائج ما توصل إليه في العدد الأخير من دورية "pnas".

ويقول إنجرسول في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لمعهد كاليفورنيا: "إن عواصف كوكب المشتري تشبه إلى حد كبير تلك التي تضرب الساحل الشرقي للولايات المتحدة كل صيف وخريف، ولكن على نطاق أوسع بكثير".

وكما هو الحال على الأرض، تميل عواصف المشتري إلى التكون بالقرب من خط الاستواء ثم تنجرف نحو القطبين، ومع ذلك، فإن الأعاصير الأرضية تتبدد قبل أن تغامر بعيدًا عن خط الاستواء، ولكن عواصف كوكب المشتري تستمر في السير حتى تصل إلى القطبين.

يوضح إنجرسول: "الفرق هو أن الماء الدافئ ينفد من الأعاصير على الأرض، بينما كوكب المشتري ليس له أرض، لذلك هناك احتكاك أقل بكثير لأنه لا يوجد شيء يمكن الاحتكاك به، وهناك المزيد من الغاز تحت السحب، كما أن للمشتري أيضًا حرارة متبقية من تكوينه يمكن مقارنتها بالحرارة التي يحصل عليها من الشمس، وبالتالي فإن درجة حرارة الفرق بين خط الاستواء وقطبيه ليست كبيرة كما هو على الأرض".

ومع ذلك، يقول إنجرسول، لا يزال هذا التفسير عاجزا عن بيان سلوك العواصف بمجرد وصولها إلى القطب الجنوبي لكوكب المشتري، وهو أمر غير معتاد حتى بالمقارنة مع عمالقة الغاز الآخرين، مثل كوكب زحل، وهو أيضًا عملاق غازي، لديه عاصفة هائلة واحدة في كل من أقطابه، بدلاً من مجموعة من العواصف المرتبة هندسيًا.

واكتشف إنجرسول وزملاؤه الإجابة عن لغز امتلاك المشتري لهذه التكوينات الهندسية، وتحديدًا في العمل الذي أجراه في عام 1878 ألفريد ماير الفيزيائي الأمريكي، واللورد كلفن.

كان ماير قد وضع مغناطيسًا دائريًا عائمًا في بركة من الماء ولاحظ تكون دوائر ترتب نفسها تلقائيًا في تكوينات هندسية مماثلة لتلك التي شوهدت على كوكب المشتري، بأشكال تعتمد على عدد المغناطيسات، واستخدم كلفن ملاحظات ماير لتطوير نموذج رياضي لشرح سلوك المغناطيس.

يقول إنجرسول: "في القرن التاسع عشر، كان الناس يفكرون في كيفية ترتيب قطع السوائل الدوارة نفسها في مضلعات، وذلك على الرغم من وجود الكثير من الدراسات المخبرية لهذه المضلعات السائلة، لم يفكر العلماء في تطبيق ذلك على سطح كوكب".

للقيام بذلك، استخدم فريق البحث مجموعة من المعادلات المعروفة باسم معادلات المياه الضحلة لبناء نموذج كمبيوتر لما يمكن أن يحدث على كوكب المشتري ، وبدأوا في تشغيل عمليات المحاكاة.

ويقول تشينج لي، المؤلف المشارك بالدراسة في جامعة كاليفورنيا: "أردنا استكشاف مجموعة من العوامل التي تجعل هذه الأعاصير مستقرة، وهناك نظريات ثابتة تتنبأ بأن الأعاصير تميل إلى الاندماج في القطب بسبب دوران الكوكب وهذا ما وجدناه في التجارب الأولية".

ومع ذلك، وجد الفريق في النهاية أن ترتيبًا هندسيًا مستقرًا للعواصف يشبه المشتري سيتشكل إذا كانت كل العواصف محاطة بحلقة من الرياح التي تدور في الاتجاه المعاكس للعواصف الدوارة، أو ما يسمى بالحلقة المضادة، ويتسبب وجود الحلقات المضادة للدوامات في تنافر العواصف عن بعضها البعض بدلاً من الاندماج.