دانشمندان راز میدان های مغناطیسی عجیب اورانوس و نپتون را کشف کردند

تحقیقات جدید نشان می دهد که تغییرات هدایت الکتریکی در اعماق اورانوس و نپتون می تواند یکی از عوامل اصلی شکل گیری میدان های مغناطیسی غیرعادی این دو سیاره و تغییرات احتمالی آنها در طول زمان باشد.

این یافته نتیجه تحقیقاتی است که توسط محققان دانشگاه تگزاس در آستین انجام شده است که با همکاری محققان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس، کالج کینگ لندن و دانشگاه نورثامبریا انجام شده است و نتایج آن در مجله Communications Physics منتشر شده است.

تفاوت ساختار داخلی، تفاوت میدان مغناطیسی

میدان های مغناطیسی سیاره ای از حرکت سیالات رسانای الکتریکی در اعماق آنها ایجاد می شود. این فرآیند طبیعی که دینام نامیده می شود، بر روی زمین با حرکت مواد مذاب در هسته بیرونی شکل می گیرد. هسته بیرونی زمین از فلز مایع ساخته شده و توسط یک لایه سنگی عمدتاً جامد احاطه شده است. حرکت آهن مذاب تحت تاثیر چرخش زمین میدان مغناطیسی ایجاد می کند که شباهت زیادی به آهنربای میله ای با قطب های شمال و جنوب دارد. این ویژگی باعث می شود قطب نما مغناطیسی با شمال و جنوب هماهنگ شود.

محور دوقطبی مغناطیسی زمین تقریباً با محور چرخش سیاره هم تراز است و تنها 11 درجه اختلاف زاویه دارد. برعکس، این زاویه در اورانوس به 59 درجه و در نپتون به 47 درجه می رسد.

اگرچه ترکیب دقیق اورانوس و نپتون هنوز مشخص نیست، اما این دو سیاره که تقریباً چهار برابر قطر زمین هستند، به عنوان غول های یخی طبقه بندی می شوند. دانشمندان تصور می کنند که بخش عمده ای از ساختار آنها از هیدروژن، هلیوم، آب، آمونیاک، متان و مواد سنگی تشکیل شده است.

چی یان، نویسنده اصلی این مطالعه و محقق دانشکده علوم زمین جکسون دانشگاه تگزاس، معتقد است که اندازه بزرگ این سیارات در کنار ترکیبات ژئوشیمیایی آنها می تواند شرایط مناسبی را برای تشکیل میدان های مغناطیسی مایل فراهم کند.

یان در این باره توضیح داد:

در اعماق اورانوس و نپتون، فشار و دما به شدت افزایش می یابد. این شرایط می تواند باعث تجزیه مولکول های آب به یون شود و در نتیجه رسانایی الکتریکی ماده با افزایش عمق افزایش می یابد.

شبیه سازی ها تغییرات سریع میدان مغناطیسی را گزارش می دهند

محققان از شبیه سازی های کامپیوتری برای بازسازی میدان های مغناطیسی غیرمعمول مشاهده شده توسط وویجر 2 استفاده کردند. با فرض افزایش رسانایی الکتریکی در اعماق بیشتر و در نظر گرفتن ساختارهای داخلی مختلف، آنها تغییرات در حرکت سیال، دما و میدان های مغناطیسی را بررسی کردند تا بهتر بفهمند دینام این سیارات چگونه کار می کند.

مدل‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که میدان‌های مغناطیسی اورانوس و نپتون ممکن است طی چندین دهه به‌طور چشمگیری تغییر کرده باشند و حتی ممکن است امروزه با آنچه در مأموریت وویجر 2 مشاهده شد متفاوت باشد.

یان با مقایسه این تغییرات با زمین گفت:

انحراف میدان مغناطیسی زمین در 50 سال فقط حدود یک درجه تغییر می کند. اما مدل‌های ما نشان می‌دهند که غول‌های یخی می‌توانند کاملاً متفاوت رفتار کنند. در برخی دوره‌ها، زاویه انحراف میدان مغناطیسی آنها طی چندین دهه ده‌ها درجه تغییر می‌کند. در حالی که در دوره های دیگر، تغییرات بسیار جزئی است.

شفق های قطبی راز میدان های مغناطیسی امروزی را فاش می کنند

در حال حاضر، محققان در حال بررسی تصاویر با وضوح بالا از تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند. این تلسکوپ با قابلیت رصد نور مادون قرمز، پرتوهای شفق اورانوس و نپتون را ثبت می کند. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که ذرات باردار خورشیدی با گازهای موجود در جو سیاره‌ای برخورد می‌کنند و می‌توانند سرنخ‌هایی در مورد تغییرات میدان مغناطیسی آن‌ها در اختیار دانشمندان قرار دهند.

تام استالارد، استاد دانشگاه نورثامبریا که کمپین رصد اورانوس و نپتون را با تلسکوپ جیمز وب رهبری کرد، در مورد اهمیت این مشاهدات گفت:

ما در حال بررسی محتوای این مشاهدات هستیم، اما شکل و ساختار شفق‌های قطبی، همراه با دیگر الگوهای غیرعادی در یونوسفر، می‌تواند راهی برای درک تغییرات میدان مغناطیسی این سیارات در اختیار ما قرار دهد. این موضوع گامی مهم در راه شناخت بهتر آنها تلقی می شود.

محققان قصد دارند اطلاعات حاصل از تصاویر شفق تلسکوپ جیمز وب را با اندازه گیری میدان مغناطیسی وویجر 2 و نتایج شبیه سازی دینام ترکیب کنند تا وضعیت احتمالی میدان های مغناطیسی این دو سیاره را تخمین بزنند.

محققان تاکید می‌کنند که برای شناخت دقیق‌تر ساختار درونی اورانوس و نپتون، به ماموریت‌های فضایی جدید برای رفتن دوباره به این دو غول یخی نیاز است.