سیاره مشتری | سیاره‌ای با بیشترین قمر در منظومه شمسی

سیاره مشتری؛ بزرگ‌ترین غول گازی منظومه شمسی

مشتری یا برجیس بزرگ ترین سیاره در منظومه شمسی است. قطر آن 142،984 کیلومتر، بیش از ۱۱ برابر قطر زمین و حدود یک دهم قطر خورشید است برای پر کردن حجم این سیاره غول پیکر به ۱۰۰۰ عدد سیاره زمین نیاز است. وقتی از زمین رصد می کنیم این سیاره نورانی تر از بیشتر ستاره ها دیده می شود. معمولا پس از سیاره زهره، مشتری دومین سیاره درخشان در آسمان است.

مشتری پنجمین سیاره در منظومه شمسی می باشد. میان گین فاصله آن از خورشید معادل ۷۷۸،۵۷۰،۰۰۰ کیلومتر یعنی بیش از پنج برابر فاصله زمین تا خورشید است. ستاره شناسان باستان این سیاره را به یاد پادشاه خدایان رومی ژوپیتر نامیدند.

ستاره شناسان مشتری را از طریق تلسکوپ های مستقر بر روی سیاره زمین و ماهواره های حول زمین مطالعه می کنند به علاوه ایالات متحده ۶ سفینه تحقیقاتی بدون سرنشین را به سوی مشتری گسیل کرده است.

 ستاره شناسان در ژوئیه ۱۹۹۴ شاهد رویداد منحصر به فردی در این سیاره بودند. برخورد ۲۱ تکه از شهاب سنگ شو ميكر – لوی ۱۹ که به اتمسفر مشتری برخورد کرد. این برخورد منجر به وقوع انفجارهای مهیب و پراکندگی مقدار بسیار زیادی غبار در منطقه ای با وسعت بیشتر از قطر کره زمین گردید.

ویژگی های فیزیکی مشتری

 مشتری یک گوی غول پیکر متشکل از گاز مایع و مقدار بسیار ناچیزی سطح جامد می باشد. سطح این سیاره ترکیبی است از ابرهای متراکم و غلیظ قرمز، قهوه ای زرد و سفید رنگ این ابرها در مناطقی با رنگ روشن به نام حوزه و مناطقی با رنگ تیره به نام کمربند به شکل موازی با استوا به طور منظم دور سیاره چرخیده شده اند.

مدار و گردش سیاره مشتری

مشتری در مداری بیضی شکل به دور خورشید گردش می کند یک دور کامل مشتری به دور خورشید معادل۴۳۳۳ روز زمینی و یا تقریبا ۱۲ سال زمینی می باشد. مشتری علاوه بر گردش به دور خورشید، حول محور طولی خود نیز گردش می کند. زاویه این محور حدود 3 درجه می باشد. مشتری سریع تر از دیگر سیارات به دور خود می چرخد یک روز در مشتری معادل ۹ ساعت و ۵۶ دقیقه می باشد. دانش مندان نمی توانند سرعت گردش قسمت های درونی این غول گازی را به طور مستقیم اندازه گیری کنند. آن ها میان گین سرعت ابرهای قابل رویت این سیاره را محاسبه کردند.

 مشتری امواج رادیویی از خود متساطع می کند که توسط تلسکوپ های مستقر در زمین نیز قابل ردیابی می باشند. دانش مندان با مطالعه این امواج سرعت گردش سیاره را محاسبه نمودند. قدرت این امواج طی یک الگوی ثابت که در هر ۹ ساعت و ۵۶ دقیقه تکرار می شود تغییر می کند. سرعت زیاد گردش مشتری باعث برآمدگی این سیاره در استوا و مسطح شدن قطب ها گردیده است. قطر استوایی این سیاره ۷ درصد بیش از قطر قطبی آن است.

جرم و چگالی

مشتری از دیگر سیارات منظومه شمسی سنگین تر است. جرم آن ۳۱۸ بار بیشتر از جرم زمین می باشد. اگر چه این سیاره جرم زیادی دارد اما چگالی آن نسبتا کم است. میانگ ین چگالی این سیاره 33/1 گرم در هر سانتی متر مکعب یعنی اندکی بیش از چگالی آب است چگالی مشتری 4/1 برابر چگالی زمین می باشد. به خاطر کم بودن چگالی این سیاره ستاره شناسان بر این باورند که عناصر عمده این سیاره هیدروژن و هلیوم می باشند. از این رو این سیاره بیشتر به خورشید شبیه است تا به سیاره ای نظیر زمین.

 هسته مشتری باید از عناصر سنگینی تشکیل شده باشد. احتمالا ترکیب بندی این عناصر نظیر ترکیب بندی عناصر هسته زمین است اما ۲۰ تا ۳۰ برابر سنگین تر نیروی جاذبه سطح مشتری 4/2 برابر جاذبه زمین است. به این ترتیب جسمی که در روی زمین ۱۰۰ کیلوگرم است بر روی مشتری ۲۴۰ کیلو گرم وزن خواهد داشت.

اتمسفر مشتری ترکیبی است از حدود ۸۶ در صد هیدروژن، ۱۴ درصد هلیوم و مقادیر کمی متان بخار آمونیاک آب هیدروکربور اشباع نشده اتان، ژرمنیوم و مونوکسید کربن در صد هیدروژن یاد شده بر اساس تعداد مولکول های این عنصر است نه بر اساس جرم کلی آن. دانش مندان این مقادیر را به کمک اندازه گیری های تلسکوپی و اطلاعات سفینه ها محاسبه و به دست آورده اند.

این عناصر شیمیایی لایه های رنگارنگی از ابرها را در ارتفاعات مختلف شکل داده اند. بالاترین لایه سفید رنگ از کریستال های بخاریخ زده آمونیاک به وجود آمده است. لایه های پایین تر و تیره رنگ تر ابرها، کمربندها را تشکیل داده اند در پایین ترین لایه قابل رویت ابرهای آبی رنگی وجود دارند ستاره شناسان انتظار دارند که در عمق ۷۰ کیلومتری پایین تر از ابرهای آمونیاک ابرهای آب را تشخیص دهند البته تا کنون این ابرها در هیچ لایه ای کشف نشده اند.

بارزترین ویژگی سطح سیاره مشتری یک نقطه قرمز بزرگ است. این نقطه حجم زیادی از گاز در حال دوران می باشد و شبیه به گردبادهای زمینی است بزرگترین قطر این نقطه سه برابر قطر زمین طول دارد. رنگ این نقطه بین1.9 آجری و قهوه ای روشن در تغییر است به ندرت این نقطه به طور کلی محو  می شود. احتمالا وجود سولفور و فسفر در کریستال های آمونیاک منجر به ایجاد چنین رنگی در این نقطه  می گردد.

گوشه های این نقطه عظیم الجثه با سرعتی معادل ۳۶۰ کیلومتر در ساعت در حرکت است. فاصله این نقطه نسبت به استوا ثابت است ولی به آرامی به سمت غرب و شرق حرکت می کند.

 چرخه حوزه ها، کمربندها و نقطه بزرگ قرمز نسبت به سیستم های چرخ های زمین بسیار ثابت تر  می باشند. از زمانی که دانش مندان شروع به استفاده از تلسکوپ برای رصد آسمان کرده اند،  ویژگی های مذکور تغییر ابعاد و رنگ داشته اند اما هم چنان الگوی کلی خود را ثابت نگه داشته اند.

دما  در سیاره مشتری

دما در بالای ابرهای مشتری ۱۴۵ – درجه سانتی گراد است. اندازه گیری هایی که توسط دستگاه های اندازه گیری خاص به عمل آمده اند نشان می دهند که دمای این سیاره در زیر ابرها افزایش می یابد دما در اعماق و در جایی که فشار اتمسفر به حدود ۱۰ برابر فشار جوی زمین می رسد ۲۱ درجه سانتی گراد یعنی دمای معمولی یک اتاق بر روی زمین است. این همان جایی است که می تواند گونه های زیستی احتمالی در سیاره غول پیکر مشتری را در خود جای دهد.

اگر گونه ای زیستی در این سیاره وجود داشته باشد باید گونه ای هوازی باشد چون در مشتری از سطح جامد خبری نیست. دانش مندان تا کنون هیچ نشانی از حیات در این سیاره یافت نکرده اند.  نزدیک هسته دما به شدت بالا می رود. دمای هسته مشتری حدود ۲۴۰۰۰ درجه سانتی گراد یعنی داغ تر از سطح خورشید است!.

مشتری از زمانی که تبدیل به سیاره شد تاکنون هم چنان در حال از دست دادن گرما می باشد. بیش تر ستاره شناسان معتقدند که خورشید، سیارات و همه اجرام موجود در منظومه شمسی از یک سحابی در حال گردش شکل گرفته اند. گرانش گازها و ذرات باعث متصل شدن و تبدیل آن ها به ابرهای غلیظ و تکه هایی از مواد گردید. در حدود 6/4 میلیارد سال پیش این مواد به یک دیگر فشرده شدند تا اجرام گوناگون منظومه شمسی شکل گیرد. فشار این مواد گرما تولید کرد.

مشتری نیز خارج از این بازی نبود هنگام شکل گیری این سیاره در اثر فشار زیاد، به قدری حرارت تولید شد که حتی امروزه پرتوهای حرارتی که این سیاره به فضا متساطع می کند دو برابر مقدار گرمایی است که از خورشید دریافت   می نماید.

میدان مغناطیسی

 مانند سیاره زمین و بسیاری از سیارات مشتری نیز مانند یک آهن ربای غول آسا کار می کند. نیروی مغناطیسی آن میدان مغناطیسی بزرگی پیرامون این سیاره ایجاد نموده است. قدرت این میدان ۱۴ برابر قدرت میدان مغناطیسی زمین است. بدون در نظر گرفتن قدرت میادین مغناطیسی لکه های خورشیدی میدان مغناطیسی مشتری در منظومه شمسی قوی ترین می باشد.

دانش مندان هنوز به درستی دلیل پیدایش میدان مغناطیسی سیارات را نمی دانند معتبرترین دلیل آن تاکنون حرکت ذرات باردار در مرکز سیارات می باشد. اندازه بزرگ مشتری و حرکت سریع آن منجر شده است که میدان مغناطیسی این سیاره از زمین قوی تر باشد.

میدان مغناطیسی مشتری ذراتی چون الکترون ها، پروتون ها و دیگر ذرات بارداری را که در پرتوهای اطراف این سیاره وجود دارند به دام می اندازد این ذرات به قدری قوی می باشند که میتوانند به تجهیزات سفینه های تحقیقاتی اطراف این سیاره آسیب وارد نمایند.

در منطقه ای از فضا به نام مگنتو سفر یا مغناطیس کره میدان مغناطیسی مشتری مانند یک سپر عمل می کند. این سپر سیاره را از بادهای خورشیدی حفظ می نماید بیشتر این ذرات الکترون ها و پروتون هایی هستند که با سرعتی معادل ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه در حرکت هستند. ذراتی که در دام میدان مغناطیسی مشتری می افتند وارد مغناطیس کره و نزدیک قطب های میدان مغناطیسی می شوند در قسمتی از سیاره که پشت به خورشید است مغناطیس کره به اندازه زیادی به سمت بیرون سیاره دچار کشیدگی می شود و اصطلاحادم مغناطیسی را که حدود ۷۰۰ میلیون کیلومتر طول دارد تشکیل می دهد.

امواج رادیویی که از مشتری متساطع می شوند در دو شکل به تلسکوپ های رادیویی مستقر در زمین می رسند. امواج رادیویی منقطع و پرتوهای متوالی زمانیکه آیوا، نزدیک ترین، قمر مشتری از منطقه ای مشخص در میدان مغناطیسی این سیاره عبور می کند، امواج دریافتی توسط تلسکوپ ها به صورت پرتوهای رادیویی قدرتمند و منقطع می باشند.

اقمار

مشتری ۱۶ قمر با قطرهایی حداقل معادل ۱۰ کیلومتر دارد. این سیاره همچنین دارای تعداد زیادی قمر کوچک تر می باشد. چهار قمر از بزرگ ترین اقمار مشتری به ترتیب فاصله از این سیاره عبارتند از آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو به این چهار قمر، اقمار گالیله ای می گویند. گالیله ستاره شناس ایتالیایی در سال ۱۶۱۰ به کمک یک تلسکوپ بدوی ساده توانست این چهار قمر را کشف نماید.

آیو، آتش فشان های فعال زیادی دارد که گازهایی شامل سولفور را به سطح این قمر می رانند. سطح زرد – نارنجی رنگ آیو احتمالا شامل مقادیر زیادی رسوب سولفور جامد است. اروپا با قطری معادل ۳۱۳۰ کیلومتر عنوان کوچک ترین قمر گالیله ای را به خود اختصاص داده است. سطح اروپا مسطح، دارای شکاف و یخی میباشد بزرگترین قمر گالیله ای گانیمد با قطری معادل ۵۲۶۸ کیلومتر است گانیمد از سیاره عطارد بزرگ تر است. کالیستو با قطر ۴۸۰۶ کیلومتر تنها کمی از عطارد کوچک تر است. به نظر می رسد که گانیمد و کالیستو دارای یخ و برخی مواد سنگی .باشند این دو قمر چاله های زیادی دارند.

بقیه اقمار مشتری از اقمار گالیله ای بسیار کوچک تر هستند آمالتیا و هیمالیا بزرگ ترین اقمار غیر گالیله ای مشتری به حساب می آیند بزرگ ترین قطر قمر سیب زمینی شکل آمالتیا تنها ۲۶۲ کیلومتر است. قطر هیمالیا ۱۷۰ کیلو متر است. بیشتر این اقمار توسط ستاره شناسان با تلسکوپ های بسیار بزرگ در روی زمین کشف شده اند.

حلقه ها

مشتری سه حلقه به دور استوای خود دارد البته این حلقه ها نسبت به حلقه های زحل بسیار محو به نظر می رسند. این حلقه ها از ذرات غبار تشکیل شده اند حلقه اصلی ۳۰ کیلومتر ضخامت و ۶۴۰۰ کیلومتر عرض دارد. این حلقه در درون مدار آمالتیا قرار گرفته است.

برخورد سنگ آسمانی شومیکر- لوی ۹

در مارس ۱۹۹۳، ستاره شناسان یوگن شومیکرا ، کارولین، شومیکر و دیوید لوی سنگی را نزدیک مشتری کشف کردند. سنگی که بعدها شو میکر – لوی ۹ نام گرفت احتمالا یک بار به دور خورشید چرخیده و سپس توسط گرانش سیاره مشتری به سمت این سیاره کشیده شده است. زمانی که این سنگ کشف شد خرد و ۲۱ تکه شده بود. احتمالا تکه تکه شدن آن به هنگام نزدیک شدن به مشتری رخ داده بود.

 محاسبات صورت گرفته بر اساس مکان سنگ و شتاب آن نشان داد که در ژوئیه ۱۹۹۴ این تکه ها با مشتری برخورد خواهند نمود. دانش مندان امیدوار بودند که با مشاهده این برخورد نکات جدید زیادی در مورد برخورد سنگ های آسمانی با سیارات به دست آورند.

همه ستاره شناسان در تاریخ پیش بینی شده تلسکوپ های خود را به سمت این سیاره نشانه گرفتند. حتی تلسکوپ قدر تمندها بل که در مدار زمین قرار دارد نیز به سمت این سیاره قرار گرفت و همین طور سفینه کنترل از راه دور گالیلئو که در مسیر خود به سمت مشتری قرار داشت همگی منتظر رصد صحنه برخورد بودند.

تکه سنگ ها در منطقه ای که پشت به زمین و تلسکوپ هابل بود با سیاره برخورد کردند. البته با گذشت کمتر از نیم ساعت، به دلیل گردش وضعی سریع مشتری، محل اصابت قابل رصد شد دانش مندان قطر بزرگ ترین تکه سنگ را بین 5/0 تا ۴ کیلومتر تخمین زدند این برخورد به طور مستقیم توسط گالیلئو که ۲۴۰ میلیون کیلومتر با مشتری فاصله داشت قابل رویت بود اما ایرادی که به بخش های خاصی از تجهیزات این سفینه وارد آمد توانایی آن در ضبط و ارسال اطلاعات را به شدت کاهش داد.

این برخورد احتمالا به دلیل فشار ،زیاد حرارت و پخش شدن سریع گازهای اتمسفر، منجر به وقوع انفجارهای بزرگی شد. این انفجارها ذرات غبار را در منطقه ای وسیع بزرگ تر از قطر کره زمین، پراکنده ساختد. این ذرات به تدریج در منطقه ای تیره و کدر از مواد پخش شدند و برای ماه ها در بالای اتمسفر مشتری باقی ماندند. اگر چنین برخوردی با زمین ایجاد می شد غباری را ایجاد می نمود که می توانست جو را سرد و زمین را برای مدت ها تاریک کند. به این صورت نسل بیشتر گونه های زیستی موجود در زمین از جمله انسان ها و حیوانات منقرض می شد.

پرواز به مشتری

ایالات متحده تا کنون ۶ سفینه را به سوی این سیاره فرستاده است: ۱) پایونیر۱۰، ۲) پایونیر- زحل، ۳) ويجر، ۴) ويجر، ۵) یولیسس، ۶) گالیلئو.

 پایونیر ۱۰ در سال ۱۹۷۲ گسیل شد و در تاریخ ۳ دسامبر ۱۹۷۳ در فاصله ۱۳۰۰۰۰ کیلومتری مشتری قرار گرفت. این سفینه تاثیر شدید کمربند پرتوهای مشتری بر روی سفینه ها را نشان داد این سفینه هم چنین وجود مقدار زیادی هیدروژن و هلیوم در جو این سیاره را گزارش نمود به علاوه این سفینه مغناطیس کره عظیم این سیاره را کشف کرد.

پایونیر – زحل در دسامبر ۱۹۷۴ در فاصله ۴۳،۰۰۰ کیلومتری از این سیاره قرار گرفت. این سفینه تصاویری را در فاصله کم از مناطق قطبی سیاره تهیه کرد و اطلاعاتی درباره نقطه قرمز میدان مغناطیسی و دمای اتمسفر مشتری جمع آوری نمود.

ویجر ۱ و ۲ به ترتیب در مارس و ژوئیه ۱۹۷۹ نزدیک مشتری قرار گرفتند. این دو سفینه تجهیزات بسیار دقیق تری را با خود حمل می کردند و اطلاعات بیشتری را نیز به زمین ارسال نمودند. ستاره شناسان توانستند به کمک تصاویر تهیه شده توسط این دو سفینه اولین نقشه دقیق از اقمار گالیله ای را تهیه کنند ویجرها هم چنین توانستند آتش فشان های سولفوری آیو وقوع رعد و برق در ابرهای مشتری و الگوی گردش ابرها را کشف نمایند.

 يوليسس در اکتبر ۱۹۹۰ ارسال شد و در فوریه ۱۹۹۲ از کنار مشتری عبور نمود آژانس فضایی اروپا این سفینه را بیشتر به منظور مطالعه مناطق قطبی خورشید ساخته بود. دانش مندان از نیروی فراوان گرانش مشتری استفاده کردند تا بتوانند این سفینه را در مدار درست خود برای مطالعه قطب های خورشید قرار دهند. هنگامی که پولیسس از کنار مشتری عبور کرد اطلاعاتی را جمع آوری نمود که ثابت می کرد تاثیر بادهای خورشیدی بر روی مغناطیس کره این سیاره بسیار بیش از آن است که قبلا تصور می شده است.

گالیلئو سفر طولانی خود را از اکتبر ۱۹۸۹ آغاز کرد. این سفینه در ژوئیه ۱۹۹۵ کاوش گری را رها کرد. در دسامبر ۱۹۹۵ کاوش گر وارد اتمسفر مشتری ،شد به درون آن نفوذ کرد و اندازه گیری مقدار آب و دیگر مواد شیمیایی در اتمسفر سیاره را آغاز نمود در دسامبر ۱۹۹۵ گالیلئو به مداری حول مشتری پیوست.

در طی سال ها این سفینه اتمسفر مشتری را تحت نظر گرفت و به مشاهده اقمار گالیله ای آن پرداخت ماموریت گالیلئو یکبار در سال ۱۹۹۷ و بار دیگر در سال ۱۹۹۹ تمدید شد. در نهایت سوخت این سفینه به پایان رسید و مدیران پروژه در سال ۲۰۰۳ برای جلوگیری از برخورد سفینه با قمر اروپا، گالیلئو را به درون مشتری فرستاده و منهدم کردند مشاهدات گالیلئو از قمر اروپا وجود احتمالی اقیانوسی در زیر سطح و وجود احتمالی حیات در این قمر را نشان می دهند.