میدان مغناطیسی اورانوس به طور روزانه باز و بسته می‌شود!

* بیش ار ۳۰ سال از دیدار وویجر ۲ با اورانوس گذشته ولی اکنون پژوهشگران بنیاد فناوری جورجیا (جورجیا تک) در تلاشند با بهره از داده‌های این فضاپیما آگاهی بیشتری درباره‌ی این سیاره به دست آورند. 

بر پایه‌ی پژوهشی تازه، مغناطکره‌ی اورانوس -منطقه‌ای که با میدان مغناطیسی سیاره و مواد به دام افتاده در آن تعریف می‌شود- همزمان با چرخش این سیاره روشن و خاموش می‌شود. با "باز شدن" آن، باد خورشیدی می‌تواند به درون مغناطکره جریان یابد؛ با "بسته شدن" آن، سپری در برابر باد خورشیدی پدید می‌آید و جلوی رسیدنش به سیاره را می‌گیرد.

نمای فروسرخ از اورانوس. سامانه‌ی حلقه‌های محو و کم‌نور آن
شدت کجی سیاره را نشان می دهد.

این بسیار متفاوت با مغناطکره‌ی زمین است که به طور معمول، تنها در واکنش با "تغییرات" باد خورشیدی باز و بسته می‌شود. میدان مغناطیسی زمین تقریبا هم‌تراز با محور چرخش آنست که این باعث می‌شود کل مغناطکره‌اش مانند فرفره‌ای با چرخش زمین بچرخد. از آنجایی که تراز این مغناطکره نسبت به خورشید تغییری نمی‌کند و همیشه یک راستای آن رو به خورشیدست، میدان مغناطیسی درون باد خورشیدی [که به طور پیوسته از خورشید دمیده می‌شود] تنها زمان‌هایی می‌تواند میدان زمین را باز و بسته کند که تغییر جهت داده باشد، فرآیندی که هر از گاهی در اثر توفان‌های شدید خورشیدی رخ می‌دهد.

ولی اورانوس به پهلو می‌چرخد و میدان مغناطیسی‌اش با چرخشش تراز نیست- برون‌مرکز است و نسبت به محور چرخش آن ۶۰ درجه کج شده. این ویژگی‌ها باعث شده میدان مغناطیسی اورانوس در ۱۷.۲۴ ساعت چرخش سیاره، نسبت به جهت باد خورشیدی به شکلی نامتقارن بچرخد (بلنگد).

پژوهشگران می‌گویند به جای آن که مانند زمین، باد خورشیدی با دگرگونی‌هایش باعث باز و بسته شدن میدان اورانوس شود، تغییر چرخش سریع در شدت و راستای میدان آن باعث شده با غلتیدن در باد خورشیدی، به گونه‌ی دوره‌ای باز و بسته شود.

کارول پتی، استادیار جرجیا تک و یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: «اورانوس یک کابوس هندسی است. میدان مغناطیسی آن بسیار سریع می‌غلتد، مانند کودکی که که معلق‌زنان از بالای تپه پایین بیاید. اگر باد مغناطیده‌ی خورشید در راستای مناسب با میدان غلتانِ اورانوس برخورد کند، می‌تواند بازپیوند انجام داده و مغناطکره‌ی اورانوس را به طور روزانه باز-بسته-باز کند.»

پتی می‌گوید این بازپیوند باد خورشیدی در بالای مغناطکره‌ی اورانوس، در گستره‌ای از عرض‌های جغرافیایی رخ دهد و شار مغناطیسی در بخش‌های گوناگونی از دُم مغناطیسی پیچیده‌ی سیاره بسته شود.

بازپیوند مغناطیسی (magnetic reconnection) پدیده‌ایست که در سرتاسر سامانه‌ی خورشیدی رخ می‌دهد. این پدیده زمانی روی می‌دهد که جهت میدان مغناطیسی میان‌سیاره‌ای -که از آنِ خورشید است و به نام میدان مغناطیسی هورسپهری هم شناخته می‌شود- راستایش مخالف راستای مغناطکره‌ی یک سیاره بشود [این میدان که به نام پهنه‌ی جریان هورسپهری یا حلزون پارکر هم شناخته می‌شود، مانند دامن یک رقصنده‌ی باله‌ چین‌دار است و می‌چرخد- م]. سپس خطوط میدان مغناطیسی به هم می‌رسند (می‌پیوندند) و میدان مغناطیسی محلی آرایشی دوباره می‌یابد و اجازه می‌دهد تا انبوهی از انرژی خورشید به درون مغناطکره‌ی سیاره راه پیدا کند. تصویر زیر را ببینید:

چگونگی رخ دادن بازپیوند مغناطیسی در اثر برخورد دو خط میدان مغناطیسی که جهت مخالف هم دارند.

بازپیوند مغناطیسی یکی از دلایل شفق‌های قطبی زمین است که تنها در عرض‌های جغرافیایی بالا دیده می‌شوند. ولی در اورانوس به دلیل نامتقارن بودن و نا-تراز بودن میدان مغناطیسی، شفق‌ها می‌توانند در عرض‌های گوناگونی رخ دهند، گرچه به دلیل فاصله‌ی تقریبا ۲ میلیارد کیلومتری این سیاره از زمین، دیدن شفق‌های آن برای ما کار دشواری است. تلسکوپ فضایی هابل گاهی کورسویی از آن را می‌بیند ولی نمی‌تواند به طور مستقیم مغناطکره‌ی آن را بسنجد.

پژوهشگران جرجیا تک به کمک مدل‌های عددی، مغناطکره‌ی سرتاسری اورانوس را شبیه‌سازی کردند و جاهای مناسب برای بازپیوند را پیش‌بینی کردند. آنها داده‌هایی که وویجر ۲ در پنج روز گذرش از کنار اورانوس در ۱۹۸۶ گرد آورده بود را در این شبیه‌سازی‌ها به کار برند. این اولین و آخرین باری بود که یک فضاپیما با اورانوس دیدار می‌کرد.

پژوهشگران می‌گویند شناخت بیشتر اورانوس کلید شناخت سیاره‌های بیرون از سامانه‌ی خورشیدی است.

شین کائو، دانشیار علوم زمین و جَوی جرجیا تک، که رهبری این پژوهش را بر عهده داشت می‌گوید: «به نظر می‌رسد اکثریت فراسیاره‌هایی که تاکنون یافته شده از نظر بزرگی غول‌های یخی [مانند اورانوس] باشند. شاید آنچه در اورانوس و نپتون می‌بینیم برای سیاره‌ها چیز معمولی باشد: مغناطکره‌هایی بسیار ویژه و میدان‌های مغناطیسی با تراز کم. شناخت چگونگی رفتار این سپرهای مغناطکره‌ای در برابر تابش‌های ستاره‌ای برای بررسی زیست‌پذیری سیاره‌های نویافته اهمیت کلیدی دارد.»

گزارش این پژوهش در نشریه‌ی "جئوفیزیکال ریسرچ: اسپیس فیزیکز" منتشر شده است.

در همین زمینه: 

* چرا اورانوس اینقدر کج است؟

* شفق‌های بیگانه اورانوس 

-------------------------------------------

تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

Earth - Voyager 2 - Uranus - Georgia Institute of Technology - planet - magnetosphere, - magnetic field - solar wind - spin axis - sun - Carol Paty - Georgia Tech - magnetic reconnection - latitude - magnetotail - solar system - topology - aurora - Hubble Space Telescope - numerical model - exoplanet - ice giant - Xin Cao - Ph.D - Neptune

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان