«ترافیک» در اطراف اورانوس ممکن است رمز و راز کمربندهای تابشی ضعیف آن را آشکار کند
دانشمندان ممکن است یک راز دیرینه پیرامون غول یخی اورانوس و کمربندهای تابشی ضعیف آن را حل کرده باشند. این احتمال وجود دارد که ضعف کمربندها مربوط به میدان مغناطیسی عجیب و غریب سیاره باشد. میدان می تواند باعث “جمع” ذرات شود تا به جهان سقوط کنند.
این راز به بازدید وویجر 2 از اورانوس در ژانویه 1986 باز می گردد، مدت ها قبل از اینکه کاوشگر از منظومه شمسی در سال 2018 خارج شود. فضاپیما دریافت که اورانوسمیدان مغناطیسی نامتقارن است و تقریباً 60 درجه از محور چرخش کج می شود. وویجر 2 همچنین دریافت که کمربندهای تابشی اورانوس، متشکل از ذرات به دام افتاده توسط این میدان مغناطیسی، حدود 100 برابر ضعیف‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد، هستند.
تحقیقات جدید بر اساس شبیه سازی های انجام شده با استفاده از داده های Voyager 2، نشان می دهد که این دو جنبه عجیب غول یخی به هم مرتبط هستند.
این میدان مغناطیسی بر خلاف میدان مغناطیسی دیگر در منظومه شمسی دارد. بیشتر سیارات ذاتی قوی دارند میدان های مغناطیسی مانند زمین، سیاره مشتری و زحل. متیو آچوسکی، نویسنده اصلی، به Space.com گفت: آنها یک شکل بسیار “سنتی” میدان مغناطیسی دارند که به عنوان دوقطبی شناخته می شود. این همان شکل میدان مغناطیسی است که از آهنربای نواری روزمره خود انتظار دارید. در مورد اورانوس اینطور نیست. میدان اورانوس بسیار نامتقارن است و در حال نزدیک‌تر شدن به سطح سیارات است.
متصل: اورانوس و نپتون در واقع آبی های مشابه هستند که تصاویر رنگی “واقعی” را آشکار می کنند
Acevski توضیح داد که این تحقیق نشان می دهد که چگونه عدم تقارن مغناطیسی اورانوس ساختار سیاره را مخدوش می کند. پروتون کمربندهای تشعشعی، به ویژه در نزدیکی منطقه ای که توسط وویجر 2 می گذرد.
آچوسکی گفت: «فرضیه من این بود که عدم تقارن مغناطیسی کمربندهای تابش پروتون را منحرف می‌کند و مناطقی را در اطراف سیاره تشکیل می‌دهد که در آن کمربندهای تشعشعی فشرده‌تر هستند و بنابراین شدت بیشتری دارند. مناطق دیگری که در آنها شایع تر است و در نتیجه شدت کمتری دارد.
“اگر وویجر 2 در منطقه ای پرواز کرد که در آن کمربندهای تشعشعی رایج تر است، این می تواند مشاهدات آن از کمربندهای تابشی پروتون ضعیف تر از حد انتظار را توضیح دهد.”
ناهنجاری منظومه شمسی
را سردترین سیاره منظومه شمسی اورانوس و هفتمین سیاره از خورشید، یک چیز عجیب و غریب در میان دیگر جهان های منظومه سیاره ای ما است. غول یخی مانند یک توپ فضایی می غلتد که در یک جهت با زاویه 97 درجه از صفحه مدارش کج شده است. این بدان معنی است که وقتی می چرخد، این کار را تا حدودی “کنار” انجام می دهد. این تنها سیاره در منظومه شمسی است که این کار را انجام می دهد.
این شیب که تصور می‌شود نتیجه برخورد با جسمی به اندازه زمین در گذشته‌های دور باشد، باعث می‌شود اورانوس شدیدترین فصل‌ها را در منظومه شمسی داشته باشد، زمستانی که ۲۱ سال طول می‌کشد. اورانوس که هر 84 سال زمینی یک بار در مدارش کامل می شود، تنها یکی از دو سیاره منظومه شمسی است (سیاره دیگر سیاره زهره) که به دور خورشید در جهت مخالف تمام سیارات دیگر می چرخد.
اورانوس حدود چهار برابر پهن تر از زمین است و حدود 19 برابر دورتر از سیاره ما از خورشید قرار دارد، اورانوس توسط 13 حلقه کم نور و حداقل 28 قمر احاطه شده است. اورانوس هم دارد شفق شمالیپسندیدن شفق شمالی و جنوبی بر روی زمین، اما به دلیل تمایل میدان مغناطیسی سیاره، آنها مانند روی سیاره ما بر روی قطب های آن ظاهر نمی شوند. سیاره مشتری و حتی زحل.
مانند تمام سیاراتی که میدان مغناطیسی دارند، ذرات باردار در اطراف اورانوس به دام می‌افتند و کمربندهای تشعشعی ایجاد می‌کنند – اما اینکه چرا این کمربندهای تشعشعی تا این حد ضعیف به نظر می‌رسند، برای پنج دهه یک معما باقی مانده است.
شبیه سازی این تیم این ایده را که میدان مغناطیسی اورانوس به عنوان یک دوقطبی عمل می کند کنار گذاشت و از یک میدان مغناطیسی چهار قطبی پیچیده تر برای بازتولید ماهیت ناهموار آن استفاده کرد.
این نشان داد که ذرات با عبور از مناطق با قدرت میدان متفاوت، سرعت و سرعت خود را کاهش می دهند. تغییر در سرعت ذرات باعث می شود که آنها در برخی مناطق به هم چسبیده و در مناطق دیگر پراکنده تر شوند. این اثر تنها زمانی رخ می دهد که یک میدان مغناطیسی چهارقطبی پیچیده در شبیه سازی گنجانده شود، به همین دلیل است که قبلا هرگز دیده نشده بود.
آچوسکی گفت: «ما دریافتیم که عدم تقارن مغناطیسی اورانوس می‌تواند به مناطقی در اطراف سیاره منجر شود که در آن پروتون‌ها آهسته‌تر حرکت می‌کنند و فشرده‌تر می‌شوند، و مناطق دیگر که در آن سریع‌تر حرکت می‌کنند و بیشتر پخش می‌شوند.» “این شبیه به چگونگی ایجاد ترافیک در یک جاده کمربندی است. وقتی ماشین ها کندتر حرکت می کنند، باعث ترافیک متراکم تر می شود؛ اگر ماشین ها سریع تر حرکت کنند، ترافیک گسترده تر می شود.”
آچوسکی و همکارانش این نظریه را مطرح کردند که وقتی وویجر 2 از اورانوس بازدید کرد، از یک منطقه ضعیف در کمربند تشعشعی غول یخی عبور کرد.
«ما طراحی کردیم مسیر وویجر 2 آچوسکی گفت که این فضاپیما در واقع از طریق یک منطقه با رانش سریع پرواز کرد، که به این معنی است که باید شدت کمتر از حد طبیعی کمربند تابش پروتون را مشاهده می کرد. توجه به این نکته مهم است که شبیه سازی ذرات ما نشان می دهد که این نتیجه به دلیل حداکثر تغییر تقریباً 20 درصدی شدت پروتون در اطراف سیاره است.
این بدان معناست که مدل تیم نمی تواند به طور کامل شدت 100 برابر کمتر مشاهده شده توسط وویجر 2 را محاسبه کند.
Acewski ادامه داد: «این امکان وجود دارد که هر اثر اولیه ای که باعث ایجاد این کمربندهای تابشی پروتون بسیار ضعیف تر شده باشد، با این اثری که ما پیدا کردیم ترکیب شده باشد. “ما از نتایج بسیار شگفت زده شدیم. دیدن اینکه عدم تقارن مغناطیسی چقدر می تواند بر ساختار کمربند تابشی تأثیر بگذارد شگفت انگیز است. این چیزی است که قبلاً شناخته شده نبود.”
Acevski اشاره کرد که نتایج به دست آمده توسط او و تیم می تواند به اطلاع رسانی کمک کند ماموریت های آینده فضاپیما به اورانوس. تا کنون، وویجر 2 تنها فضاپیمایی است که از غول یخی بازدید کرده است. این بدان معنی است که داده های مستقیم در مورد جهان بسیار محدود است.
برنامه هایی در ناسا برای پرتاب یک ماموریت به اورانوس چنین ماموریتی می‌تواند به تأیید تجربی نتیجه این شبیه‌سازی کمک کند.
آچفسکی گفت: «آنچه ما برای تأیید این شبیه‌سازی‌ها نیاز داریم، یک مأموریت فضاپیمای پرچمدار به اورانوس است تا اندازه‌گیری‌های درجای جدیدی از این سیاره را در طی چندین سال انجام دهیم، نه فقط چند ساعت که وویجر 2 انجام داد.» یک ماموریت جدید همچنین ممکن است به ما اجازه دهد فیزیک جدیدی را کشف کنیم که حتی نمی توانیم با شبیه سازی آن را پیش بینی کنیم.
از آنجایی که این سیاره ای با میدان مغناطیسی است که قبلاً هرگز ندیده بودیم، کاملاً ممکن است که پدیده های کاملاً جدیدی کشف شود که درک ما از علم سیاره را گسترش دهد.»
مطمئنا Acevski هنوز با این دنیای عجیب منظومه شمسی تمام نشده است. غول یخی برای کاوشگر جذابیت خاصی دارد.
اورانوس یک چالش منحصر به فرد برای علم است که من از مقابله با آن لذت زیادی می برم. این واقعاً شگفت‌انگیز است که چقدر می‌توانید با داده‌های کم کشف کنید، و ما به معنای واقعی کلمه فقط سطح را می‌خراشیم.» Acevski نتیجه گرفت. “تا به امروز، افراد زیادی در سیارات غول پیکر یخی، اورانوس و نپتونعلیرغم این واقعیت که آنها چنین ویژگی های عجیبی را نشان می دهند، به ویژه در میدان های مغناطیسی خود، و بنابراین جلب توجه به پدیده های عجیبی که می تواند رخ دهد، چشم انداز بسیار هیجان انگیزی برای من دارد.”
تحقیقات این تیم در ماه ژوئن در مجله منتشر شد نامه های تحقیقاتی ژئوفیزیک.
