كوكب المشتري (Jupiter)

يتميز كوكب المشتري، الكوكب الخامس من الشمس، بكونه أكبر جرم سماوي في النظام الشمسي. يُصنف على أنه عملاق غازي، وتبلغ كتلته حوالي 2.5 مرة أكبر من كتلة جميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي مجتمعة، ومع ذلك فهو يشكل أقل بقليل من واحد على الألف من كتلة الشمس. يبلغ قطر كوكب المشتري 11 مرة قطر الأرض وعُشر قطر الشمس. ويحافظ الكوكب على مداره حول الشمس على مسافة متوسطها 5.20 وحدة فلكية (778.5 جيجا متر)، ويكمل فترة مدارية في 11.86 سنة. باعتباره ثالث ألمع جسم طبيعي يمكن رؤيته في سماء الأرض ليلاً، ولا يفوقه سوى القمر والزهرة، فقد كان كوكب المشتري موضوعًا للمراقبة منذ عصور ما قبل التاريخ. يعود أصل تسميتها إلى جوبيتر، الإله الرئيسي في الديانة الرومانية القديمة.

المشتري هو الكوكب الخامس من الشمس، والأكبر في النظام الشمسي. إنه عملاق غازي تبلغ كتلته ما يقرب من 2.5 مرة من كتلة جميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي مجتمعة وأقل قليلاً من واحد على الألف من كتلة الشمس. ويبلغ قطره 11 مرة قطر الأرض وعُشر قطر الشمس. يدور كوكب المشتري حول الشمس على مسافة 5.20 AU (778.5 جم)، مع فترة مدارية تبلغ 11.86 سنة. وهو ثالث ألمع جسم طبيعي في سماء الأرض ليلاً، بعد القمر والزهرة، وقد تمت ملاحظته منذ عصور ما قبل التاريخ. اسمه مشتق من اسم كوكب المشتري، الإله الرئيسي للديانة الرومانية القديمة.

يسبق تكوين كوكب المشتري تكوين الكواكب الأخرى في النظام الشمسي، وقد أثرت هجرته اللاحقة إلى الداخل خلال العصر البدائي بشكل كبير على مسار تطور الأجسام الكوكبية الأخرى. يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري من 76% هيدروجين و24% هيليوم من حيث الكتلة، ويغطي مساحة داخلية أكثر كثافة. توجد داخل هذا الغلاف الجوي كميات ضئيلة من العناصر مثل الكربون والأكسجين والكبريت والنيون، إلى جانب مركبات تشمل الأمونيا وبخار الماء والفوسفين وكبريتيد الهيدروجين والهيدروكربونات المختلفة. والجدير بالذكر أن وفرة الهيليوم على كوكب المشتري تبلغ حوالي 80% من تلك الموجودة في الشمس، وهي خاصية تركيبية مشتركة مع زحل.

يتميز الغلاف الجوي الخارجي لكوكب المشتري بسلسلة من النطاقات العرضية، حيث تظهر الاضطرابات والعواصف على طول حدودها الديناميكية؛ المثال الأبرز هو البقعة الحمراء العظيمة، وهي نظام عاصفة هائل تم توثيقه منذ عام 1831. نظرًا لسرعة دورانه السريعة، حيث يكمل دورة واحدة كل عشر ساعات تقريبًا، يتخذ المشتري شكل كروي مفلطح، حيث يكون نصف قطره الاستوائي أكبر بحوالي 7٪ من نصف قطره القطبي. يُفترض أن التركيب الداخلي للكوكب يتكون من غلاف خارجي من الهيدروجين المعدني السائل ونواة داخلية أقل تحديدًا تتكون من مواد أكثر كثافة. ينتج عن الانكماش المستمر داخل باطن المشتري ناتج حراري أكبر مما يمتصه الكوكب من الإشعاع الشمسي. يمتلك كوكب المشتري أقوى مجال مغناطيسي وثاني أكبر بنية متجاورة في النظام الشمسي، والتي تتولد عن طريق التيارات الدوامية داخل قلبه السائل الهيدروجيني المعدني. يؤدي التفاعل بين الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري إلى امتداد الأخير بشكل كبير نحو الخارج، وبالتالي التأثير على ديناميكيات الكوكب المدارية.

من المعروف أن ما لا يقل عن 101 قمر يدور حول كوكب المشتري؛ من بينها، الأربعة الأكبر - آيو، أوروبا، جانيميد، وكاليستو - تقع داخل الغلاف المغناطيسي للكوكب ويمكن تمييزها بالمنظار القياسي. جانيميد، كونه الأكبر من بين هذه الأربعة، يفوق حجم كوكب عطارد. كوكب المشتري محاط بنظام دقيق من حلقات الكواكب. تتكون حلقات جوفيان هذه في المقام الأول من الغبار ويتم تحديدها إلى ثلاثة مكونات رئيسية: حلقة داخلية من الجسيمات تسمى الهالة، وحلقة رئيسية مضيئة نسبيًا، وحلقة خارجية أثيرية. تظهر الحلقات لونًا محمرًا عند ملاحظتها في الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. لا يزال العمر الدقيق لهذا النظام الحلقي غير محدد، على الرغم من أنه من المحتمل أن يعود إلى التكوين الأولي لكوكب المشتري. منذ عام 1973، قامت تسعة مجسات آلية بمهام إلى كوكب المشتري، تتألف من سبع عمليات تحليق قريبة ومركبتين مداريتين مخصصتين (مع اثنتين إضافيتين في الطريق حاليًا). كما تم التعرف على الكواكب الخارجية التي تظهر خصائص مشابهة لكوكب المشتري في أنظمة نجمية أخرى.

التسميات والرمزية

في كل من الحضارتين اليونانية والرومانية القديمة، تم تسمية الكوكب على اسم الإله الرئيسي لآلهة الآلهة الخاصة بكل منهما: زيوس بالنسبة لليونانيين وجوبتر بالنسبة للرومان. صدق الاتحاد الفلكي الدولي رسميًا على اسم "المشتري" للكوكب في عام 1976، ثم قام بتسمية أقماره التي تم تحديدها حديثًا على اسم أزواج الإله، والشخصيات المفضلة، وذريته. الرمز الفلكي الذي يمثل كوكب المشتري، ينشأ من زيتا اليونانية المعدلة بضربة أفقية، ⟨Ƶ⟩، وهو بمثابة اختصار لـ زيوس.

في اللاتينية، Iovis يمثل الشكل المضاف لـ Iuppiter، وهو كوكب المشتري. يرتبط هذا المصطلح اشتقاقيًا بـ زيوس، مما يعني "الأب السماوي". اكتسب النظير الإنجليزي، جوف شهرة باعتباره تسمية شعرية للكوكب خلال القرن الرابع عشر تقريبًا.

وصيغة الصفة المشتقة من كوكب المشتري هي جوفيان. على العكس من ذلك، تطور شكل الصفة القديم المرح، الذي استخدمه المنجمون في العصور الوسطى، للدلالة على التصرفات "السعيدة" أو "المرحة"، والتي كانت تُنسب تاريخيًا إلى التأثير الفلكي لكوكب المشتري.

يقدم الإله اليوناني زيوس الجذر الاشتقاقي zeno-، والذي تم دمجه في العديد من المصطلحات المتعلقة بالمشتري، بما في ذلك الزينوغرافيا.

التكوين والهجرة المدارية

يعتبر كوكب المشتري أقدم كوكب في النظام الشمسي، حيث نشأ بعد مليون سنة فقط من تكوين الشمس وقبل حوالي 50 مليون سنة من ظهور الأرض. تقترح النماذج المعاصرة لتطور النظام الشمسي أن كوكب المشتري قد تجمع عند أو خلف خط الثلج، وهي منطقة بعيدة بما يكفي عن الشمس الوليدة لدرجات حرارة تسمح بتكثيف المواد المتطايرة، مثل الماء، إلى حالات صلبة. في البداية، قام الكوكب بتطوير نواة صلبة، ثم تراكم غلافه الجوي الغازي. وبالتالي، لا بد أن تكونه قد سبق التبدد الكامل للسديم الشمسي. خلال هذه الفترة التكوينية، توسعت كتلة المشتري تدريجيًا، لتصل في النهاية إلى 20 ضعف كتلة الأرض، ويتكون نصف هذه الكتلة تقريبًا من السيليكات والجليد ومكونات العناصر الثقيلة الأخرى. بمجرد أن تجاوز كوكب المشتري الأولي كتلة الأرض 50، قام بتشكيل فجوة واضحة داخل السديم الشمسي. بعد ذلك، وصل الكوكب المتوسع إلى كتلته النهائية خلال 3-4 ملايين سنة.

تفترض "فرضية المسار الكبير" أن المشتري بدأ تكوينه على مسافة تقريبية تبلغ 3.5 وحدة فلكية (520 مليون كيلومتر؛ 330 مليون ميل) من الشمس. مع تراكم كتلة الكوكب الناشئ، أدت تفاعلات جاذبيته مع قرص الغاز المحيط بالشمس والرنين المداري مع زحل إلى حدوث هجرة نحو الداخل. أدت هذه الحركة الداخلية إلى زعزعة استقرار مدارات العديد من الكواكب الأرضية الفائقة المتمركزة بالقرب من الشمس، مما أدى إلى اصطداماتها المدمرة. بعد ذلك، يُفترض أن زحل بدأ هجرته نحو الداخل بسرعة أكبر من كوكب المشتري، وبلغت ذروتها في أسر الكواكب ضمن رنين حركة متوسط ​​3:2 عند حوالي 1.5 وحدة فلكية (220 مليون كم؛ 140 مليون ميل) من الشمس. أدى هذا التفاعل الرنان إلى عكس اتجاه هجرتهم، مما دفعهم بعيدًا عن الشمس وخارج النظام الشمسي الداخلي إلى مواقعهم المدارية الحالية. حدثت هذه الأحداث على مدى 3-6 ملايين سنة، حيث امتدت مرحلة الهجرة النهائية لكوكب المشتري عبر عدة مئات الآلاف من السنين. سهّل خروج كوكب المشتري في نهاية المطاف من النظام الشمسي الداخلي التكوين اللاحق للكواكب الداخلية، بما في ذلك الأرض، من الحطام المتبقي.

ومع ذلك، فإن فرضية المسار الكبير تطرح العديد من التحديات التي لم يتم حلها. على سبيل المثال، تبدو الجداول الزمنية المتوقعة لتكوين الكواكب الأرضية والمشتقة من هذا النموذج غير متوافقة مع تركيباتها العنصرية المرصودة. علاوة على ذلك، إذا كان المشتري قد اجتاز السديم الشمسي بالفعل، فمن المحتمل أن يكون قد أنشأ مدارًا أقرب بكثير إلى الشمس. على العكس من ذلك، تتنبأ بعض النماذج البديلة لتطور النظام الشمسي بتكوين المشتري بخصائص مدارية تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في حالته الحالية. تقترح الأطر النظرية الأخرى نشأة المشتري على مسافات أكبر بكثير، ومن المحتمل أن تصل إلى 18 وحدة فلكية (2.7 مليار كيلومتر؛ 1.7 مليار ميل).

يفترض نموذج نيس أن تراكم أجسام حزام كويبر الأولية خلال الـ 600 مليون سنة الأولى من تاريخ النظام الشمسي دفع كوكب المشتري وزحل إلى الهجرة من مواقعهما البدائية إلى رنين بنسبة 1:2. أدى هذا الرنين لاحقًا إلى دفع زحل إلى مدار أعلى، مما أدى إلى اضطراب مداري أورانوس ونبتون، مما أدى إلى تقليص حزام كويبر، وبدء القصف الثقيل المتأخر.

يقترح سيناريو القفز-المشتري أن مسار هجرة المشتري عبر النظام الشمسي الناشئ ربما أدى إلى طرد عملاق غازي خامس إضافي. تفترض هذه الفرضية أن قوة الجاذبية الكبيرة لكوكب المشتري، أثناء تحركه المداري، زعزعت استقرار مسارات الكواكب الغازية العملاقة الأخرى، ومن المحتمل أن تؤدي إلى إخراج كوكب واحد تمامًا من النظام الشمسي. الديناميكيات المعقدة لمثل هذا الحدث من شأنها أن تعيد تشكيل تكوين النظام الشمسي وترتيبه الحالي بشكل عميق، وبلغت ذروتها في العمالقة الغازية الأربعة المرصودة حاليًا.

قاد تحليل التركيب العنصري لكوكب المشتري الباحثين إلى افتراض تكوينه الأولي خارج خط ثلج النيتروجين الجزيئي (N₂)، المقدر بـ 20-30 AU (3.0-4.5 مليار كيلومتر؛ 1.9-2.8 مليار ميل). من الشمس. ومن الممكن أيضًا أن تكون نشأته قد حدثت خارج خط ثلج الأرجون، ومن المحتمل أن تمتد إلى 40 وحدة فلكية (6.0 مليار كيلومتر؛ 3.7 مليار ميل). وفقًا لهذا المنظور، بعد تشكله في إحدى هذه المسافات البعيدة، يكون المشتري قد هاجر لاحقًا إلى الداخل إلى موقعه الحالي على مدار فترة فاصلة تبلغ 700000 عام تقريبًا. من المحتمل أن تكون هذه الهجرة الداخلية قد حدثت خلال فترة ما يقرب من 2-3 ملايين سنة بعد التراكم الأولي للكوكب. ضمن هذا النموذج المحدد، من المفترض أن زحل وأورانوس ونبتون قد تشكلوا على مسافات أكبر من كوكب المشتري، كما يمر زحل أيضًا بهجرة داخلية.

الخصائص الفيزيائية

يتم تصنيف كوكب المشتري على أنه عملاق غازي، ويتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. في جيولوجيا الكواكب، يتم تصنيف هذه المكونات على أنها غازات، وهو تصنيف يختلف عن الحالة الفيزيائية للمادة. باعتباره أكبر كوكب في النظام الشمسي، يُظهر كوكب المشتري قطرًا استوائيًا يبلغ 142,976 كيلومترًا (88,841 ميلًا)، مما يؤدي إلى حجم أكبر بـ 1,321 مرة من حجم الأرض. متوسط كثافته، المُقاس بـ 1.326 جم/سم³، أقل بشكل ملحوظ من الكثافات الملاحظة في الكواكب الأرضية الأربعة.

التركيب العنصري

يتكون الغلاف الجوي للمشتري من حوالي 76% هيدروجين و24% هيليوم من حيث الكتلة. من الناحية الحجمية، تتكون طبقات الغلاف الجوي العليا من حوالي 90% هيدروجين و10% هيليوم؛ يُعزى انخفاض نسبة الهيليوم إلى الكتلة الأكبر لذرات الهيليوم الفردية مقارنة بجزيئات الهيدروجين السائدة في هذه المنطقة الجوية. توجد كميات ضئيلة من عناصر الكربون والأكسجين والكبريت والنيون في الغلاف الجوي، إلى جانب مركبات مثل الأمونيا وبخار الماء والفوسفين وكبريتيد الهيدروجين ومختلف الهيدروكربونات بما في ذلك الميثان والإيثان والبنزين. تتميز الطبقة الجوية الخارجية بوجود بلورات الأمونيا المجمدة. يُظهر الجزء الداخلي للكوكب كثافة أعلى، حيث يقدر تكوين كتلته بحوالي 71% هيدروجين، و24% هيليوم، و5% عناصر مكونة أخرى.

تقترب نسب الهيدروجين والهيليوم في الغلاف الجوي بشكل وثيق من التركيب النظري للسديم الشمسي البدائي. في الغلاف الجوي العلوي، يشكل النيون 20 جزءًا في المليون من حيث الكتلة، وهو ما يمثل حوالي عُشر وفرته الشمسية. تبلغ وفرة الهيليوم على كوكب المشتري حوالي 80% من تلك الموجودة في الشمس، ويعزى هذا التناقض إلى تساقط هذه العناصر على شكل قطرات غنية بالهيليوم تحدث في أعماق باطن الكوكب.

يشير التحليل الطيفي إلى أن تكوين زحل يشبه تكوين المشتري؛ ومع ذلك، فإن الكواكب العملاقة الأخرى، أورانوس ونبتون، تمتلك نسبًا أقل نسبيًا من الهيدروجين والهيليوم، وتركيزات أعلى من العناصر اللاحقة الأكثر انتشارًا، مثل الأكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت. تم تصنيف هذه الأجرام السماوية على أنها عمالقة جليدية، وهي تسمية نابعة من الفرضية القائلة بأنه أثناء تراكمها، تم دمج هذه العناصر على شكل جليد؛ ومع ذلك، فمن المرجح أن تكوينها الداخلي الحالي يحتوي على الحد الأدنى من الجليد الفعلي.

الأبعاد والكتلة

يبلغ قطر المشتري حوالي 11 مرة قطر الأرض (11.208 R_🜨)، وكتلته 318 مرة كتلة الأرض، وتتجاوز الكتلة المجمعة لجميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي بعامل 2.5. تنتج كتلته الهائلة عن مركز ثقلي مع وضع الشمس فوق سطح الشمس، وتحديدًا عند 1.068 نصف قطر شمسي من قلب الشمس. بنصف قطر يعادل عُشر نصف قطر الشمس تقريبًا (0.10275 R_☉) وكتلته تساوي واحدًا على الألف من كتلة الشمس، يُظهر كوكب المشتري كثافة مماثلة لكثافة الشمس. تعمل "كتلة المشتري" (M_J أو M_Jup) كوحدة قياسية لقياس كتل الأجرام السماوية الأخرى، لا سيما الكواكب خارج المجموعة الشمسية والأقزام البنية. على سبيل المثال، يمتلك الكوكب الخارجي HD 209458 b كتلة 0.69 M_J، بينما تبلغ كتلة القزم البني Gliese 229 b 60.4 M_J. وبالمثل، يتم استخدام "نصف قطر المشتري"، الذي يُعرف تقليديًا بأنه نصف القطر الاستوائي للكوكب، لتوصيف أبعاد هذه الأجسام.

يصدر المشتري طاقة حرارية أكثر مما يمتصه من الإشعاع الشمسي، وهي ظاهرة تعزى إلى آلية كلفن-هيلمهولتز التي تعمل داخل باطنه المتقلص. تؤدي هذه العملية المستمرة إلى انخفاض سنوي في قطر المشتري بحوالي 1 ملم (0.039 بوصة). خلال فترة تكوينه، كان المشتري أكثر سخونة بشكل ملحوظ وكان قطره ضعف حجمه الحالي تقريبًا.

تشير النماذج النظرية إلى أن الزيادة في كتلة المشتري بأكثر من 40% من شأنها أن تؤدي إلى ضغط داخلي عميق لدرجة أن حجمه سينخفض، بغض النظر عن زيادة كمية المادة. وعلى العكس من ذلك، فإن الاختلافات الطفيفة في كتلتها لن تؤدي إلى تغيير كبير في نصف قطرها. وبالتالي، يعتبر كوكب المشتري يمتلك أقصى قطر يمكن الوصول إليه لكوكب بتركيبته المحددة ومساره التطوري. ستستمر عملية التخفيض الإضافي في الحجم، المصاحبة لزيادة الكتلة، حتى بداية الاشتعال النجمي الكبير. في حين أن كوكب المشتري سيحتاج إلى ما يقرب من 75 ضعف كتلته الحالية لبدء اندماج الهيدروجين والتطور إلى نجم، إلا أن قطره الحالي ملحوظ، نظرًا لأن أصغر الأقزام الحمراء يمكن أن يكون نصف قطرها أكبر قليلاً من زحل.

دوران الكوكب

يبلغ الميل المحوري لكوكب المشتري 3.13 درجة، وهو ميل بسيط نسبيًا يجعل التغيرات الموسمية ضئيلة عند مقارنتها بتلك التي تحدث على الأرض والمريخ.

يُظهر كوكب المشتري أسرع دوران محوري بين جميع الكواكب في النظام الشمسي، حيث يكمل دورة كاملة في أقل من عشر ساعات. يؤدي هذا الدوران السريع إلى انتفاخ استوائي واضح، يمكن ملاحظته حتى باستخدام المعدات الفلكية للهواة. وعلى وجه التحديد، فإن نصف قطرها الاستوائي يتجاوز نصف قطرها القطبي بنسبة 7%. نظرًا للتركيبة غير الصلبة لكوكب المشتري، يُظهر غلافه الجوي العلوي دورانًا تفاضليًا. وبالتالي، فإن فترة دوران الغلاف الجوي القطبي أطول بخمس دقائق تقريبًا من فترة دوران الغلاف الجوي الاستوائي.

لرصد دوران الكواكب بدقة، خاصة لرسم خرائط لحركات المعالم الجوية، يتم استخدام ثلاثة أنظمة مرجعية متميزة. يشمل النظام الأول خطوط العرض بين 7 درجات شمالاً و7 درجات جنوبًا، وهو ما يمثل أقصر فترة دوران للكوكب تبلغ 9 ساعات و50 دقيقة و30.0 ثانية. وعلى العكس من ذلك، يُستخدم النظام II لخطوط العرض الواقعة شمال وجنوب هذا النطاق بفترة 9 ساعات و55 دقيقة و40,6 ثانية. يرتبط النظام III، الذي أنشأه علماء الفلك الراديوي، بدوران الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري ويعمل بمثابة فترة دوران الكوكب المعترف بها رسميًا.

البنية الداخلية

قبل أوائل القرن الحادي والعشرين، طرح المجتمع العلمي بشكل عام فرضيتين أساسيتين فيما يتعلق بتكوين كوكب المشتري. اقترحت إحدى الفرضيات أنه إذا تراكم الكوكب في البداية كجسم صلب، فإن تكوينه سيشمل نواة كثيفة، وطبقة مغلفة من الهيدروجين المعدني السائل (تحتوي على بعض الهيليوم) تمتد إلى ما يقرب من 80٪ من نصف قطر الكوكب، وغلاف جوي خارجي يتكون في الغالب من الهيدروجين الجزيئي. على العكس من ذلك، اقترحت النظرية البديلة أنه إذا تشكل المشتري مباشرة من الانهيار الجاذبي للقرص الكوكبي الأولي الغازي، فإنه سيفتقر تمامًا إلى نواة متميزة، وبدلاً من ذلك سيحتوي على سائل أكثر كثافة تدريجيًا (هيدروجين جزيئي ومعدني في المقام الأول) يمتد إلى مركزه. ومع ذلك، كشفت البيانات التي تم الحصول عليها من مهمة جونو أن كوكب المشتري يمتلك نواة منتشرة، تختلط مع وشاحه، وتمتد بنسبة 30-50% من نصف قطر الكوكب، وتتكون من عناصر ثقيلة ذات كتلة تراكمية تعادل 7-25 كتلة الأرض. من الممكن أن يكون هذا الخلط الملحوظ قد نشأ أثناء تكوين الكوكب، حيث تراكمت المواد الصلبة والغازات من السديم المحيط به. الاحتمال الآخر هو أنه نتج عن اصطدام كوكب تبلغ كتلته حوالي عشرة أضعاف كتلة الأرض، والذي حدث بعد عدة ملايين من السنين من تكوين كوكب المشتري، والذي كان من شأنه أن يعطل نواة المشتري المدمجة في البداية.

وراء طبقة الهيدروجين المعدنية، يوجد جو داخلي شفاف من الهيدروجين. في هذه الأعماق، يتجاوز كل من الضغط ودرجة الحرارة الضغط الحرج للهيدروجين الجزيئي البالغ 1.3 ميجا باسكال ودرجة الحرارة الحرجة البالغة 33 كلفن (−240.2 درجة مئوية؛ -400.3 درجة فهرنهايت). وبالتالي، في هذه الحالة السائلة فوق الحرجة، لا يُظهر الهيدروجين أي أطوار سائلة أو غازية مميزة. يتحول غاز الهيدروجين والهيليوم المنحدر من الطبقة السحابية تدريجيًا إلى سائل في الطبقات العميقة، مما قد يشكل محيطًا شاسعًا من الهيدروجين السائل والسوائل فوق الحرجة الأخرى. من الناحية الفيزيائية، تزداد درجة حرارة الغاز وكثافته تدريجيًا مع زيادة العمق.

يترسب الهيليوم والنيون على شكل قطرات تشبه المطر عبر الغلاف الجوي السفلي، مما يقلل تركيز هذه العناصر في طبقات الغلاف الجوي العليا. تشير النماذج النظرية إلى أن قطرات الهيليوم تنفصل عن الهيدروجين المعدني عند نصف قطر كوكبي يبلغ 60,000 كيلومتر (37,000 ميل)، أي 11,000 كيلومتر (6,800 ميل) تحت قمم السحب، ومن ثم تندمج مرة أخرى عند 50,000 كيلومتر (31,000 ميل)، أو 22,000 كيلومتر (14,000 ميل) تحت السحب. علاوة على ذلك، تم افتراض حدوث المطر الماسي، ليس فقط على كوكب المشتري، ولكن أيضًا على زحل وعملاق الجليد أورانوس ونبتون.

داخل كوكب المشتري، ترتفع كل من درجة الحرارة والضغط تدريجيًا نحو الداخل، حيث لا يمكن لحرارة التكوين البدائي للكوكب أن تتبدد إلا من خلال الحمل الحراري. عند عمق جوي يتوافق تقريبًا مع جو أرضي قياسي واحد (0.10 ميجا باسكال أو 1 بار)، تبلغ درجة الحرارة حوالي 165 كلفن (−108 درجة مئوية؛ −163 درجة فهرنهايت). تشمل المنطقة الانتقالية التي يتحول فيها الهيدروجين فوق الحرج تدريجيًا من سائل جزيئي إلى سائل معدني نطاقات ضغط تتراوح بين 50-400 جيجا باسكال، مع درجات حرارة مقابلة تتراوح بين 5000-8400 كلفن (4730-8130 درجة مئوية؛ 8540-14660 درجة فهرنهايت). تشير التقديرات إلى أن نواة المشتري المخففة تصل إلى درجة حرارة 20000 كلفن (19700 درجة مئوية؛ 35500 درجة فهرنهايت) وتتعرض لضغوط تبلغ حوالي 4000 جيجا باسكال.

الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري في الغالب من الهيدروجين الجزيئي والهيليوم، بالإضافة إلى كميات صغيرة من المركبات الأخرى، بما في ذلك الماء والميثان وكبريتيد الهيدروجين والأمونيا. ويمتد هذا الغلاف الجوي إلى عمق تقريبي يبلغ 3000 كيلومتر (2000 ميل) أسفل طبقات السحب المرئية.

طبقات السحابة

يتم تغليف كوكب المشتري باستمرار بسحب من بلورات الأمونيا، والتي من المحتمل أن تحتوي على هيدروكبريتيد الأمونيوم. تقع هذه السحب داخل طبقة التروبوبوز في الغلاف الجوي، وتظهر على شكل نطاقات عرضية مُخصصة كمناطق استوائية. يتم تصنيف هذه المناطق إلى مناطق ذات ألوان أفتح وأحزمة داكنة. ديناميات الدورة الدموية العدائية لهذه الأنماط تولد العواصف والاضطرابات. تتم ملاحظة سرعة الرياح البالغة 100 متر في الثانية (360 كم/ساعة; 220 ميل/ساعة) بشكل متكرر داخل التيارات النفاثة المناطقية. على الرغم من أن المناطق تظهر اختلافات في العرض واللون والكثافة سنويًا، إلا أنها حافظت على استقرار كافٍ لتبرير التسميات العلمية.

تمتلك الطبقة السحابية عمقًا تقريبيًا يبلغ 50 كيلومترًا (31 ميلًا) وتتكون من طبقتين متميزتين على الأقل من سحب الأمونيا: طبقة علوية هشة وأكثر شفافية، وطبقة سفلية أكثر كثافة. قد توجد طبقة رقيقة من السحب المائية تحت سحب الأمونيا، كما يتضح من تصريفات البرق التي لوحظت في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. يمكن أن تصل هذه التفريغات الكهربائية إلى مقادير تصل إلى ألف مرة أكبر من البرق الأرضي. من المفترض أن تنتج السحب المائية عواصف رعدية مشابهة للظواهر الأرضية، مدفوعة بالحمل الحراري الداخلي. كشفت مهمة جونو عن وجود "البرق الضحل" المنبعث من سحب ماء الأمونيا الموجودة على ارتفاعات جوية مرتفعة. تنقل هذه التصريفات "كرات الفطر" - وهي تجمعات مغطاة بالجليد من طين الماء والأمونيا - التي تهبط عميقًا في الغلاف الجوي. تم اكتشاف ظاهرة البرق في الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري على شكل ومضات مضيئة عابرة تستمر لمدة 1.4 مللي ثانية تقريبًا. تظهر هذه الظواهر، التي يطلق عليها "الجان" أو "العفاريت"، لونًا أزرق أو ورديًا يعزى إلى الهيدروجين.

تنتج الأشكال البرتقالية والبنية التي لوحظت في سحب المشتري من صعود المركبات التي تخضع لتغيير لوني عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية الشمسية. لا يزال تركيبها الكيميائي الدقيق غير محدد، على الرغم من أنه من المفترض أن تتكون هذه المواد من الفوسفور أو الكبريت أو الهيدروكربونات المحتملة. تتداخل هذه المركبات الملونة، المعروفة باسم حاملات الألوان، مع التكوينات السحابية الأكثر دفئًا في الطبقة السفلى. تتطور المناطق ذات الألوان الفاتحة حيث تعمل خلايا الحمل الحراري الصاعدة على تسهيل تبلور الأمونيا، وبالتالي حجب الكروموفورات.

يُظهر كوكب المشتري حدًا أدنى من الميل المحوري، وبالتالي يضمن أن أقطابه تتلقى باستمرار تشميسًا شمسيًا متناقصًا مقارنة بالمنطقة الاستوائية الكوكبية. يسهل الحمل الحراري الكوكبي الداخلي نقل الطاقة نحو القطب، وبالتالي موازنة درجات الحرارة داخل طبقة السحاب.

البقعة الحمراء الكبرى والدوامات المرتبطة بها

من السمات البارزة لكوكب المشتري البقعة الحمراء الكبرى، وهي دوامة مضادة للأعاصير تقع على بعد حوالي 22 درجة جنوب خط الاستواء. يعود تاريخ الملاحظات الأولية إلى عام 1831، مع مشاهدات محتملة مبكرة في عام 1665. وقد كشفت الصور المأخوذة من تلسكوب هابل الفضائي عن "بقعتين أحمرتين" إضافيتين متجاورتين للبقعة الحمراء العظيمة. يمكن تمييز هذه العاصفة عبر التلسكوبات الأرضية التي تمتلك فتحة تبلغ 12 سم أو أكثر. تظهر العاصفة دورانًا عكس اتجاه عقارب الساعة، وتكمل دورة في ستة أيام تقريبًا. تصل الدوامة إلى أقصى ارتفاع يبلغ حوالي 8 كيلومترات (5 ميل) فوق قمم السحب المجاورة. لا يزال التركيب التركيبي للبقعة الحمراء الكبرى ونشأة لونها الأحمر المميز غير محددين، على الرغم من أن تفاعل الأمونيا المتفككة ضوئيًا مع الأسيتيلين يُفترض كتفسير معقول.

تتجاوز البقعة الحمراء الكبرى حجم الأرض. تشير النمذجة الرياضية إلى استقرار العاصفة وحالتها المتوقعة كخاصية كوكبية دائمة. ومع ذلك، فقد حدث انخفاض ملحوظ في أبعاده منذ اكتشافه الأولي. أشارت الملاحظات المبكرة من أواخر القرن التاسع عشر إلى بُعد عرضي تقريبي يبلغ 41,000 كيلومتر (25,500 ميل). بحلول عام 2015، تم تسجيل أبعاد العاصفة بحوالي 16,500 × 10,940 كيلومتر (10,250 × 6,800 ميل)، مع تناقص طولها بحوالي 930 كيلومتر (580 ميل) سنويًا. في أكتوبر 2021، تأكدت مهمة التحليق بالقرب من جونو من أن عمق البقعة الحمراء العظيمة يبلغ حوالي 300-500 كيلومتر (190-310 ميل).

حددت مهمات جونو مجموعات إعصارية متعددة في قطبي المشتري. تتكون المجموعة الشمالية من تسعة أعاصير، وتتميز بدوامة مركزية بارزة محاطة بثمانية أعاصير إضافية. على العكس من ذلك، فإن نظيرها الجنوبي يمثل بالمثل دوامة مركزية، ومع ذلك فهو محاط بخمس عواصف كبيرة وعاصفة واحدة أصغر، يبلغ مجموعها سبعة تكوينات إعصارية.

في عام 2000، ظهرت ظاهرة جوية مميزة في نصف الكرة الجنوبي لكوكب المشتري، تشبه البقعة الحمراء الكبرى من حيث الشكل، وإن كان على نطاق أصغر. نتج هذا التكوين عن اندماج ثلاث عواصف أصغر حجمًا بيضاء الشكل وبيضاوية الشكل، والتي تطورت في الأصل بين عامي 1939 و1940، في كيان واحد. تم تعيين الميزة المدمجة الناتجة على شكل بيضاوي BA. بعد ذلك، تكثفت وخضعت لتحول لوني من الأبيض إلى الأحمر، مما أدى إلى تسميتها الشعبية "البقعة الحمراء الصغيرة".

في أبريل 2017، حدد الباحثون "البقعة الباردة العظيمة" داخل الغلاف الحراري لكوكب المشتري، وتقع في المنطقة القطبية الشمالية. يبلغ طول هذا الشذوذ الجوي 24000 كيلومتر (15000 ميل) وعرضه 12000 كيلومتر (7500 ميل)، مما يظهر فرقًا في درجة الحرارة قدره 200 درجة مئوية (360 درجة فهرنهايت) تحت مادة الغلاف الحراري المحيطة. على الرغم من أن شكلها وكثافتها يتقلبان على مدى فترات قصيرة، إلا أن هذه البقعة احتلت باستمرار موقعها الجوي التقريبي لأكثر من 15 عامًا. من المفترض أنها تمثل دوامة هائلة، مشابهة للبقعة الحمراء الكبرى، وتظهر خاصية شبه مستقرة تشبه دوامات الغلاف الحراري التي يتم ملاحظتها على الأرض. من المحتمل أن يُعزى نشأة هذه الميزة إلى التفاعلات بين الجسيمات المشحونة الناشئة من المجال المغناطيسي القوي لآيو والمشتري، مما يؤدي إلى إعادة توزيع موضعية للطاقة الحرارية.

الغلاف المغناطيسي

يمتلك كوكب المشتري أقوى مجال مغناطيسي بين جميع الكواكب في النظام الشمسي، ويتميز بعزم ثنائي القطب يبلغ 4.170 غاوس (0.4170 طن متري) وميل قدره 10.31 درجة بالنسبة لمحور دورانه. تتراوح شدة المجال المغناطيسي السطحي من 2 غاوس (0.20 طن متري) إلى 20 غاوس (2.0 طن متري). من المفترض أن هذا المجال ينشأ من التيارات الدوامية - الحركات الدائرية للمواد الموصلة - داخل قلب الهيدروجين المعدني السائل للكوكب. على بعد حوالي 75 نصف قطر كوكب المشتري من الكوكب، ينتج عن تفاعل الغلاف المغناطيسي مع الرياح الشمسية صدمة قوسية. يحيط بالغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري الفاصل المغناطيسي، الذي يحدد الحدود الداخلية للغلاف المغناطيسي، وهي منطقة انتقالية تقع بين التوقف المغناطيسي وصدمة القوس. يؤدي تفاعل الرياح الشمسية مع هذه المناطق إلى استطالة الغلاف المغناطيسي على الجانب المواجه للريح من كوكب المشتري، مما يؤدي إلى قذفه إلى الخارج إلى مسافة تقترب تقريبًا من مدار زحل. تحتفظ جميع أقمار المشتري الجليلية الأربعة بمدارات كاملة داخل هذا الغلاف المغناطيسي، مما يوفر لها الحماية من الرياح الشمسية.

يطرد النشاط البركاني على قمر المشتري آيو كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت، والذي يشكل بعد ذلك طارة غازية على طول مساره المداري. داخل الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري، يخضع هذا الغاز للتأين، مما ينتج عنه أيونات الكبريت والأكسجين. تتجمع هذه الأيونات، جنبًا إلى جنب مع أيونات الهيدروجين المستمدة من الغلاف الجوي لكوكب المشتري، لتشكل طبقة بلازما تقع داخل المستوى الاستوائي للكوكب. تدور البلازما الموجودة داخل هذه الورقة مع كوكب المشتري، مما يؤدي إلى تشوه المجال المغناطيسي ثنائي القطب للكوكب إلى تكوين قرص مغناطيسي. تنتج الإلكترونات الموجودة داخل صفيحة البلازما بصمة راديوية مميزة، تتميز بدفقات قصيرة ومتراكبة تمتد في نطاق تردد يتراوح من 0.6 إلى 30 ميجا هرتز، والتي يمكن تمييزها من الأرض باستخدام أجهزة استقبال راديو الموجات القصيرة من الدرجة الاستهلاكية. يؤدي عبور آيو عبر هذا الحيد إلى حدوث تفاعل يولد موجات ألففين، التي تنقل المواد المتأينة نحو المناطق القطبية لكوكب المشتري. وبالتالي، يتم إنتاج موجات الراديو عبر آلية سيكلوترون مازر، حيث تنتشر طاقتها إلى الخارج على طول سطح مخروطي. إذا تزامن موقع الأرض مع مسار الانبعاث المخروطي هذا، فإن الانبعاثات الراديوية لكوكب المشتري يمكن أن تتجاوز إجمالي الناتج الراديوي للشمس.

الديناميكيات المدارية والمراقبة

يعتبر كوكب المشتري الكوكب الوحيد الذي يقع مركزه مع الشمس خارج الحجم الفيزيائي للشمس، وتحديدًا بحوالي 7% من نصف قطر الشمس. يبلغ متوسط ​​المسافة المدارية له من الشمس 778 مليون كيلومتر (5.20 وحدة فلكية)، مع فترة مدارية كاملة تدوم 11.86 سنة. تشكل هذه المدة تقريبًا خمسي الفترة المدارية لزحل، مما يؤدي إلى إنشاء رنين شبه مداري بين الكوكبين. يُظهر المستوى المداري لكوكب المشتري ميلًا قدره 1.30 درجة بالنسبة إلى المستوى المداري للأرض. نظرًا لانحرافه المداري البالغ 0.049، يقترب المشتري من الشمس بما يزيد قليلاً عن 75 مليون كيلومتر عند الحضيض مقارنة بالأوج، مما يشير إلى مدار دائري تقريبًا. يتناقض هذا الانحراف المنخفض نسبيًا مع ملاحظات أبحاث الكواكب الخارجية، والتي تحدد في كثير من الأحيان الكواكب ذات كتلة المشتري والتي تمتلك انحرافات مركزية أعلى بكثير. تقترح النماذج النظرية أن هذه الخاصية قد تنبع من وجود كوكبين عملاقين فقط داخل نظامنا الشمسي، حيث يرتبط تضمين ثلاثة أو أكثر من الكواكب العملاقة عادةً بتحريض انحرافات مدارية أكبر.

يُصنف كوكب المشتري عادةً على أنه رابع ألمع الأجرام السماوية في السماء، بعد الشمس والقمر والزهرة، على الرغم من أن المريخ يمكن أن يتجاوز لمعانه أثناء المعارضة. يتقلب حجمه البصري بناءً على موقعه بالنسبة للأرض، ويتراوح من ذروة −2.94 عند المعارضة إلى حد أدنى −1.66 أثناء الاقتران مع الشمس. متوسط ​​الحجم الظاهري هو −2.20، مع انحراف معياري قدره 0.33. وبالمثل، يتراوح القطر الزاوي لكوكب المشتري بين 50.1 و30.5 ثانية قوسية. تحدث التعارضات المثالية عندما يكون المشتري في الحضيض المداري، مما يقلل من المسافة بينه وبين الأرض. حول المعارضة، يظهر المشتري حركة تراجعية لمدة 121 يومًا تقريبًا، ويتحرك للخلف بمقدار 9.9 درجة قبل استئناف مساره التقدمي.

وبالنظر إلى أن مدار المشتري يقع خارج مدار الأرض، فإن زاوية طوره، كما لوحظ من الأرض، تظل دائمًا أقل من 11.5 درجة. ونتيجة لذلك، يبدو كوكب المشتري مضاءًا بالكامل تقريبًا عند رؤيته من خلال التلسكوبات الأرضية. تم التقاط مراحل الهلال للكوكب حصريًا خلال مهمات المركبات الفضائية المخصصة. عادةً ما يكشف التلسكوب المتواضع عن أقمار المشتري الجليلية الأربعة وأحزمة السحاب البارزة داخل غلافه الجوي. يمكن لأداة أكبر، تمتلك فتحة 4-6 بوصات (10-15 سم)، أن تكتشف البقعة الحمراء الكبيرة لكوكب المشتري عندما تكون موجهة نحو الأرض.

مجال الجاذبية والتأثير

حلقات الكواكب

يمتلك كوكب المشتري نظام حلقات كوكبية دقيقًا يتكون من ثلاثة مكونات أساسية: طارة داخلية من الجسيمات تسمى الهالة، وحلقة رئيسية مضيئة نسبيًا، وحلقة خارجية أثيرية. تتكون هذه الحلقات في الغالب من الغبار، على عكس حلقات زحل الجليدية. من المفترض أن الحلقة الرئيسية تنشأ من المواد المقذوفة من قبل الأقمار الصناعية Adrastea وMetis، والتي تم سحبها لاحقًا إلى المشتري بواسطة مجال جاذبيتها القوي. تساهم التأثيرات الإضافية بمواد جديدة في النظام. وعلى نحو مماثل، يُعتقد أن القمرين ثيبي وأمالثيا يولدان العنصرين المتميزين للحلقة الخيطية المغبرة. علاوة على ذلك، تشير الأدلة إلى وجود حلقة رابعة، من المحتمل أن تتكون من حطام تصادمي من أمالثيا، موزعة على طول المسار المداري لذلك القمر.

الأقمار

يمتلك كوكب المشتري حاليًا 101 قمرًا صناعيًا طبيعيًا محددًا، ومن المتوقع أن يزداد هذا العدد مع عمليات الرصد التلسكوبي المستمرة. ومن بينها 16 فقط يتجاوز قطرها 10 كيلومترات. يمكن تمييز الأقمار الأربعة الأكبر حجمًا، والمعروفة مجتمعة باسم أقمار غاليليو - جانيميد، وكاليستو، وآيو، ويوروبا (مدرجة بترتيب تنازلي من حيث الحجم) - من الأرض بالمنظار في ليلة صافية.

أقمار جاليليو

تعد الأقمار التي اكتشفها غاليليو -آيو، وأوروبا، وجانيميد، وكاليستو- من بين الأقمار الأكثر أهمية في النظام الشمسي. تُظهِر مدارات آيو وأوروبا وجانيميد تكوينًا يُعرف باسم رنين لابلاس، حيث يكمل آيو أربع مدارات حول المشتري مقابل كل مدارين لأوروبا وواحدة لجانيميد. يؤدي هذا الرنين إلى تفاعلات الجاذبية بين الأقمار الثلاثة الكبيرة، مما يؤدي إلى تشويه مداراتها إلى مسارات بيضاوية حيث يواجه كل قمر اضطرابًا إضافيًا في الجاذبية من جيرانه في نفس المنعطف المداري. على العكس من ذلك، تعمل قوة المد والجزر لكوكب المشتري على تعميم هذه المدارات.

يؤدي الانحراف المداري لهذه الأقمار الثلاثة إلى ثني دوري لأشكالها؛ تعمل جاذبية المشتري على استطالتها عند اقترابها من الكوكب وتسمح لها بالعودة إلى أشكال أكثر كروية عند انحسارها. وينتج عن الاحتكاك الناتج عن ثني المد والجزر حرارة داخلية داخل الأقمار. تظهر هذه الظاهرة بشكل أكثر لفتًا للانتباه في النشاط البركاني للقمر آيو، الذي يتعرض لقوى المد والجزر الأكثر كثافة، وبدرجة أقل في سطح أوروبا الفتي جيولوجيًا، مما يدل على إعادة ظهور السطح الخارجي للقمر مؤخرًا.

التصنيف

تاريخيًا، تم تصنيف أقمار المشتري إلى أربع مجموعات من أربعة، بناءً على الخصائص المدارية المشتركة. ومع ذلك، أصبح مخطط التصنيف هذا أكثر تعقيدًا بسبب اكتشاف العديد من الأقمار الخارجية الأصغر حجمًا منذ عام 1999. وتنقسم أقمار المشتري الآن إلى عدة مجموعات متميزة، على الرغم من أن قمرين معروفين، ثيميستو وفاليتودو، لا يزالان حاليًا غير مخصصين لأي مجموعة محددة.

يُفترض أن الأقمار الثمانية المنتظمة الداخلية، والتي تتميز بمداراتها الدائرية تقريبًا بالقرب من المستوى الاستوائي لكوكب المشتري، قد تشكلت مع الكوكب. وعلى العكس من ذلك، يُعتقد أن الأقمار غير المنتظمة المتبقية هي كويكبات تم الاستيلاء عليها أو شظايا منها. ومن المفترض أيضًا أن الأقمار غير المنتظمة ضمن مجموعات محددة قد تشترك في أصل مشترك، ومن المحتمل أن ينبع من تفتيت قمر أكبر أو جرم سماوي تم التقاطه مسبقًا.

التفاعل مع النظام الشمسي

باعتباره الكوكب الأكثر ضخامة في النظام الشمسي، فقد ساهم تأثير الجاذبية الكبير لكوكب المشتري بشكل كبير في تكوينه العام. بصرف النظر عن عطارد، فإن المستويات المدارية للكواكب الأخرى في النظام تكون أكثر توافقًا مع المستوى المداري لكوكب المشتري مقارنة بالمستوى الاستوائي للشمس. كوكب المشتري هو المسؤول الأول عن فجوات كيركوود التي لوحظت داخل حزام الكويكبات، ويُفترض أيضًا أنه لعب دورًا في حدث القصف الثقيل المتأخر في التاريخ المبكر للنظام الشمسي الداخلي.

بعيدًا عن نظام الأقمار الصناعية، يمارس مجال جاذبية المشتري السيطرة على العديد من الكويكبات الموجودة في نقاط لاغرانج، والتي إما تسبق الكوكب أو تتبعه في مداره الشمسي. تم تصنيف هذه الأجرام السماوية على أنها كويكبات طروادة وتم تصنيفها إلى معسكرات "يونانية" و"طروادة"، وهي تسمية تكريمًا للقصيدة الملحمية الإلياذة. الاكتشاف الأولي، 588 أخيل، تم بواسطة ماكس وولف في عام 1906، وبعد ذلك، تم التعرف على أكثر من ألفين من هذه الكويكبات، مع كون 624 هيكتور أكبر الكويكبات المعروفة.

تتميز عائلة مذنبات المشتري بمحور شبه رئيسي أصغر من محور المشتري، يشمل غالبية المذنبات قصيرة الدورة. ويعتقد أن هذه المذنبات تنشأ في حزام كويبر، الواقع خلف مدار نبتون. من خلال مواجهات الجاذبية القريبة مع كوكب المشتري، تضطرب مداراتها في فترات أقصر، والتي تخضع لاحقًا للدوران بسبب تفاعلات الجاذبية المستمرة مع كل من الشمس والمشتري.

التأثيرات

يشار إلى كوكب المشتري في كثير من الأحيان باسم "المكنسة الكهربائية" للنظام الشمسي بسبب جاذبيته العميقة وقربه من النظام الشمسي الداخلي. ونتيجة لذلك، يتعرض كوكب المشتري لتكرار أعلى من التأثيرات، خاصة من المذنبات، مقارنة بأي كوكب آخر في النظام الشمسي؛ على سبيل المثال، فهو يتحمل ما يقرب من 200 مرة من تأثيرات الكويكبات والمذنبات أكثر من الأرض. تاريخيًا، افترض العلماء أن كوكب المشتري يقدم درعًا جزئيًا للنظام الشمسي الداخلي ضد قصف المذنبات. ومع ذلك، تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجريت في عام 2008 إلى أن كوكب المشتري لا يؤثر على انخفاض صافي في عدد المذنبات التي تعبر النظام الشمسي الداخلي، حيث أن تأثير جاذبيته يزعج مداراتها إلى الداخل بتردد مماثل لتراكم هذه الأجسام أو قذفها. لا يزال هذا الموضوع محل خلاف داخل المجتمع العلمي، حيث يقترح بعض الباحثين أن المشتري يجذب المذنبات نحو الأرض من حزام كويبر، بينما يؤكد آخرون أنه يحمي الأرض من الأجسام التي تنشأ في سحابة أورت.

في يوليو 1994، اصطدم المذنب شوميكر-ليفي 9 بالمشتري. تمت ملاحظة هذه التأثيرات بدقة من خلال المراصد العالمية، بما في ذلك تلسكوب هابل الفضائي والمركبة الفضائية جاليليو. حصل الحدث على تغطية إعلامية واسعة النطاق.

وقد حددت تحليلات السجلات الفلكية التاريخية والرسوم التوضيحية ثماني حالات لملاحظات الاصطدام المحتملة بين عامي 1664 و1839. ومع ذلك، خلصت مراجعة أجريت عام 1997 إلى أن هذه الملاحظات تمتلك احتمالًا ضئيلًا أو معدومة لتمثيل أحداث الاصطدام الفعلية. أشارت التحقيقات اللاحقة التي أجرتها نفس المجموعة البحثية إلى أن سمة السطح الداكن التي وثقها عالم الفلك جيوفاني كاسيني في عام 1690 ربما كانت ندبة اصطدام.

سجل المراقبة والاستكشاف

أبحاث ما قبل التلسكوب

تعود الأدلة على ملاحظات كوكب المشتري إلى علماء الفلك البابليين خلال القرنين السابع والثامن قبل الميلاد. أشار علماء الفلك الصينيون القدماء إلى كوكب المشتري على أنه "sui النجم" (Suìxīng 歲星) وقاموا بصياغة دورة فروعهم الأرضية الاثني عشر بناءً على الفترة المدارية التقريبية للكوكب حول الشمس. تستمر اللغة الصينية في استخدام اسمها (歲؛ والمبسط كـ 岁) عند الإشارة إلى سنوات العمر. بحلول القرن الرابع قبل الميلاد، تطورت هذه الملاحظات الفلكية إلى دائرة الأبراج الصينية، حيث تم ربط كل عام بنجم تاي سوي والإله الذي يحكم المنطقة السماوية المقابلة لموقع المشتري الليلي. تستمر هذه المعتقدات التقليدية في بعض الممارسات الدينية الطاوية والشعبية، وكذلك في الحيوانات الاثني عشر في دائرة الأبراج في شرق آسيا. أكد المؤرخ الصيني شي زيزونغ أن غان دي، عالم الفلك الصيني القديم، وثق وجود نجم صغير "في تحالف" مع كوكب المشتري، مما قد يشير إلى رؤية أحد أقمار المشتري بالعين المجردة. وإذا تم إثبات هذه الملاحظة، فإنها ستسبق اكتشاف جاليليو بما يقرب من ألفي عام.

تشير ورقة بحثية صدرت عام 2016 إلى أن البابليين استخدموا قاعدة شبه المنحرف قبل عام 50 قبل الميلاد لدمج سرعة المشتري على طول مسار الشمس. بعد ذلك، في عمله المجسطي، الذي يرجع تاريخه إلى القرن الثاني، بنى عالم الفلك الهلنستي كلوديوس بطليموس نموذجًا لكوكب مركز الأرض، استنادًا إلى المؤجلات وأفلاك التدوير، لشرح حركة المشتري الملحوظة بالنسبة إلى الأرض، وحساب الفترة المدارية لكوكب المشتري بـ 4332.38 يومًا، أو 11.86 سنة.

الأبحاث التلسكوبية الأرضية

في عام 1610، قام العالم الإيطالي جاليليو جاليلي باكتشاف تلسكوبي رائد لأقمار المشتري الأربعة الأكبر، والتي سُميت فيما بعد بالأقمار الجاليلية. يعتبر هذا الحدث على نطاق واسع بمثابة المراقبة التلسكوبية الافتتاحية للأجرام السماوية التي تدور حول كوكب آخر غير الأرض. ومن اللافت للنظر أن سيمون ماريوس حدد بشكل مستقل الأقمار التي تدور حول المشتري بعد يوم واحد فقط من غاليليو، على الرغم من أن النتائج التي توصل إليها لم تنشر رسميًا حتى عام 1614. وفي نهاية المطاف، أصبحت تسميات ماريوس لهذه الأقمار الصناعية الرئيسية - آيو، ويوروبا، وجانيميد، وكاليستو - معتمدة عالميًا. قدم هذا الاكتشاف دليلًا تجريبيًا جوهريًا يدعم نموذج نيكولاس كوبرنيكوس لحركة الكواكب، وهو الموقف الذي أدى تأييد جاليليو الصريح له إلى محاكمته وإدانته من قبل محاكم التفتيش.

خلال خريف عام 1639، لاحظ اختصاصي البصريات النابولي فرانشيسكو فونتانا، أثناء اختباره لتلسكوب يبلغ طوله 22 كفًا من صنعه، وحدد نطاقات الغلاف الجوي المميزة للكوكب. الكوكب.

طوال ستينيات القرن السابع عشر، استخدم جيوفاني كاسيني تلسكوبًا جديدًا لتحديد المواقع داخل الغلاف الجوي لكوكب المشتري، والتأكد من الشكل الكروي المفلطح للكوكب، وتقريب فترة دورانه. بحلول عام 1692، أدركت كاسيني أيضًا أن الغلاف الجوي لكوكب المشتري يُظهر دورانًا تفاضليًا.

ربما تم رصد البقعة الحمراء العظيمة في البداية بواسطة روبرت هوك في عام 1664 وكاسيني في عام 1665، على الرغم من أن هذه المشاهدات المبكرة لا تزال موضوعًا للنقاش. تم إنشاء أول رسم موثق يوضح تفاصيل البقعة الحمراء الكبرى من قبل الصيدلي هاينريش شوابي في عام 1831. وتشير الروايات التاريخية إلى أن البقعة الحمراء كانت غير قابلة للرصد بشكل متقطع بين عامي 1665 و1708، قبل أن تصبح بارزة بشكل ملحوظ في عام 1878. وتظهر السجلات اللاحقة أنها تضاءلت في الرؤية مرة أخرى في عام 1883 وفي بداية القرن العشرين.

جيوفاني بوريلي وكاسيني تم تجميع الجداول بدقة لتوثيق حركات أقمار المشتري، مما يتيح تنبؤات دقيقة بعبورها واحتجاباتها بالنسبة للكوكب. بحلول سبعينيات القرن السابع عشر، لاحظت كاسيني تأخيرًا ثابتًا قدره 17 دقيقة تقريبًا في هذه الأحداث المتوقعة عندما تم وضع كوكب المشتري على الجانب الآخر من الشمس من الأرض. استنتج أولي رومر لاحقًا من هذا التناقض الزمني أن الضوء يمتلك سرعة محدودة - وهو استنتاج رفضته كاسيني سابقًا - وكانت هذه الملاحظة مفيدة في تقديم أول تقدير كمي لسرعة الضوء.

في عام 1892، اكتشف إي إي بارنارد قمرًا صناعيًا خامسًا لجوفيان باستخدام منكسر مقاس 36 بوصة (910 ملم) في مرصد ليك في كاليفورنيا. تم تسمية هذا القمر لاحقًا باسم أمالثيا. ويتميز بكونه القمر الكوكبي الأخير الذي تم تحديده مباشرة بواسطة مراقب بصري عبر التلسكوب. قبل تحليق المسبار فوييجر 1 عام 1979، تم اكتشاف ثمانية أقمار صناعية إضافية.

في عام 1932، نجح روبرت ويلدت في تحديد نطاقات الامتصاص المقابلة للأمونيا والميثان ضمن البيانات الطيفية لكوكب المشتري. بعد ذلك، في عام 1938، لوحظت ثلاثة تكوينات مضادة للأعاصير المستمرة، يشار إليها باسم "الأشكال البيضاوية البيضاء". وقد استمرت هذه المعالم ككيانات جوية متميزة لعدة عقود، وتقترب من بعضها البعض ولكنها لم تتحد أبدًا. وفي نهاية المطاف، اندمجت اثنتان من هذه الأشكال البيضاوية في عام 1998، ثم استوعبت الثالثة في عام 2000، مما أدى إلى تشكيل البيضاوي BA.

أبحاث التلسكوب الراديوي

في عام 1955، اكتشف برنارد بيرك وكينيث فرانكلين أن كوكب المشتري يصدر رشقات نارية منفصلة من موجات الراديو بتردد 22.2 ميغاهيرتز. ارتبطت دورية هذه الانفجارات بدوران الكوكب، مما مكنهم من استخلاص قياس أكثر دقة لمعدل دوران كوكب المشتري. تم تصنيف الاندفاعات الراديوية لكوكب المشتري لاحقًا إلى نوعين متميزين: الاندفاعات الطويلة (الانفجارات L)، والتي يمكن أن تستمر لعدة ثوانٍ، والانفجارات القصيرة (الانفجارات S)، مع فترات عادةً أقل من جزء من مائة من الثانية.

لقد حدد الباحثون ثلاث فئات متميزة من إشارات الراديو الصادرة من كوكب المشتري:

• تُظهر الدفقات الراديوية العشرية، التي تتميز بأطوال موجية تمتد لعشرات الأمتار، تقلبًا مرتبطًا بدوران المشتري ويتم تعديلها عن طريق التفاعل بين آيو والمجال المغناطيسي للمشتري.
• تم اكتشاف الانبعاث الراديوي العشري، الذي يمتلك أطوال موجية يمكن قياسها بالسنتيمتر، في البداية بواسطة فرانك دريك وهاين هفاتوم في عام 1959. تنشأ هذه الإشارة من حزام حلقي يحيط بخط استواء المشتري، حيث يتم إنتاج إشعاع السيكلوترون بواسطة تسارع الإلكترونات داخل المجال المغناطيسي للكوكب.
• يولد الغلاف الجوي للمشتري إشعاعات حرارية بسبب حرارته الداخلية.

الاستكشاف

تقوم المركبات الفضائية الآلية باستكشاف كوكب المشتري منذ عام 1973، بدءًا من التحليق القريب للمسبار Pioneer 10، والذي قدم معلومات أولية عن خصائص الكوكب وظواهره. تتطلب المهمات الفضائية التي تستهدف كوكب المشتري إنفاقًا كبيرًا للطاقة، يتم قياسه من خلال التغير في السرعة الصافية للمركبة الفضائية، أو دلتا-v. على سبيل المثال، يتطلب تحقيق مدار نقل هوهمان من مدار أرضي منخفض إلى كوكب المشتري دلتا-في تبلغ 6.3 كم/ث، وهي قيمة مماثلة لـ 9.7 كم/ث المطلوبة للوصول إلى مدار أرضي منخفض نفسه. ومع ذلك، يمكن لمساعدات الجاذبية الناتجة عن تحليق الكواكب أن تخفف بشكل كبير من متطلبات الطاقة للوصول إلى كوكب المشتري.

مهام التحليق

بدءًا من عام 1973، نفذت عدة مركبات فضائية مناورات طيران بالقرب من الكواكب، ووضعتها ضمن مسافة رصد كوكب المشتري. أسفرت مهمات بايونير عن الصور المقربة الافتتاحية للغلاف الجوي لكوكب المشتري والعديد من أقماره الصناعية. كشفت هذه المهمات عن مجالات إشعاعية كثيفة بشكل غير متوقع بالقرب من الكوكب؛ ومع ذلك، عملت كلتا المركبتين الفضائيتين بنجاح في هذه البيئة الصعبة. تم استخدام مسارات هذه المجسات لاحقًا لتعزيز دقة التقديرات الجماعية لنظام جوفيان. علاوة على ذلك، سهلت أحداث الاحتجاب الراديوي التي شملت الكوكب قياسات محسنة لقطر المشتري وتسطيحه القطبي.

بعد ست سنوات، ساهمت مهمات فوييجر في تطوير فهم أقمار غاليليو بشكل ملحوظ وأدت إلى اكتشاف نظام حلقات المشتري. أكدت هذه المهمات أيضًا الطبيعة المضادة للأعاصير للبقعة الحمراء الكبرى. أشار التحليل المقارن للصور إلى أن لون البقعة قد تغير منذ مهمات بايونير، حيث تحول من اللون البرتقالي إلى اللون البني الداكن. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد حلقة من الذرات المتأينة على طول المسار المداري لآيو، ويعزى أصلها إلى البراكين النشطة على سطح القمر. أثناء عبور المركبة الفضائية خلف الكوكب، لوحظت ومضات برق داخل الغلاف الجوي الليلي.

كانت المهمة اللاحقة لمواجهة كوكب المشتري هي مسبار يوليسيس الشمسي. وفي فبراير 1992، نفذت مناورة طيران للوصول إلى مدار قطبي حول الشمس. خلال هذا العبور، قامت المركبة الفضائية بدراسة الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري، على الرغم من افتقارها إلى قدرات التصوير الفوتوغرافي للكوكب نفسه. أجرى المسبار تحليقًا آخر حول كوكب المشتري بعد ذلك بست سنوات، وإن كان ذلك على مسافة أكبر بكثير.

في عام 2000، أجرى المسبار كاسيني تحليقًا حول المشتري في طريقه إلى زحل، مما أدى إلى الحصول على صور ذات دقة أعلى.

أجرى المسبار نيو هورايزنز تحليقًا حول المشتري في عام 2007، مستخدمًا مساعدة الجاذبية في مساره نحو بلوتو. قامت الكاميرات الموجودة على متن المسبار بقياس كمية انبعاثات البلازما الصادرة عن براكين آيو وأجرت تحقيقات تفصيلية لجميع أقمار غاليليو الأربعة.

مهمة جاليليو

كانت مهمة جاليليو هي أول مركبة فضائية تصل إلى مدار حول كوكب المشتري، حيث وصلت في 7 ديسمبر 1995. وحافظت على وجودها المداري لأكثر من سبع سنوات، ونفذت العديد من الرحلات الجوية حول جميع أقمار غاليليو وأمالثيا. رصدت هذه المركبة الفضائية أيضًا حدث اصطدام المذنب شوميكر-ليفي 9 بكوكب المشتري في عام 1994. ومع ذلك، فقد تعرضت بعض أهداف المهمة للخطر بسبب خلل في هوائي جاليليو عالي الكسب.

تم إطلاق مسبار جوي من التيتانيوم بوزن 340 كيلوغرامًا من المركبة الفضائية في يوليو 1995، ثم دخل الغلاف الجوي لكوكب المشتري في 7 ديسمبر. ونزل هذا المسبار بالمظلة عبر 150 كيلومترًا (93 ميلًا) من الغلاف الجوي بسرعة 2575 كيلومترًا في الساعة (1600 ميل في الساعة تقريبًا)، وجمع البيانات لمدة 57.6 دقيقة قبل تدميره. واجه المسبار جاليليو نفسه نهاية مماثلة، وإن كانت أسرع، عندما تم توجيهه عمدًا نحو الكوكب في 21 سبتمبر 2003. نظمت وكالة ناسا تدمير المركبة الفضائية لمنع أي اصطدام محتمل بالقمر يوروبا أو تلوثه لاحقًا، وهو جرم سماوي يُفترض أنه يأوي الحياة.

أشارت بيانات المهمة إلى أن الهيدروجين يشكل ما يصل إلى 90% من الغلاف الجوي لكوكب المشتري. تكوين. تجاوزت درجات الحرارة المسجلة 300 درجة مئوية (572 درجة فهرنهايت)، وتجاوزت سرعة الرياح 644 كم/ساعة (>400 ميل في الساعة) قبل تبخر المسبار.

مهمة جونو

نفذت جونو اثني عشر مدارًا قبل اختتام خطة مهمتها الأولية المدرجة في الميزانية في يوليو 2018. وبعد ذلك، في يونيو 2018، مددت وكالة ناسا المرحلة التشغيلية حتى يوليو 2021. وحدثت تمديدات أخرى في يناير 2021، عندما تلقت المهمة تمديدًا حتى سبتمبر 2025، متضمنة أربع رحلات جوية على القمر: واحدة لجانيميد، وواحدة لأوروبا، واثنتين لأيو. عند انتهاء مهمتها، تمت برمجة Juno لتنفيذ دوران مداري خاضع للتحكم، مما يؤدي إلى تفككه داخل الغلاف الجوي لكوكب المشتري، وبالتالي التخفيف من مخاطر الاصطدام والتلوث المحتمل للأقمار الصناعية الطبيعية لكوكب المشتري.

المهمات المنتهية والمبادرات المرتقبة

يوجد اهتمام علمي كبير بالبعثات المخصصة لدراسة الأقمار الجليدية الأكبر حجمًا لكوكب المشتري، والتي يُفترض أنها تؤوي محيطات سائلة تحت سطح الأرض. أعاقت القيود المالية التقدم، مما أدى إلى إلغاء مهمة ناسا JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) في عام 2005. وفي وقت لاحق، تم اقتراح مهمة تعاونية لناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، سُميت EJSM/Laplace، مع نافذة إطلاق مبدئية متوقعة في عام 2020 تقريبًا. كان من المفترض أن تتألف بنية EJSM/Laplace من مركبة Jupiter Europe Orbiter التي تقودها وكالة ناسا. ومركبة المشتري جانيميد المدارية التي تقودها وكالة الفضاء الأوروبية. ومع ذلك، أنهت وكالة الفضاء الأوروبية الشراكة رسميًا في أبريل 2011، وأرجعت القرار إلى تحديات ميزانية ناسا وتداعياتها على الجدول الزمني للمهمة. وبالتالي، اختارت وكالة الفضاء الأوروبية المضي قدمًا في مهمة أوروبية حصريًا للتنافس ضمن اختيار برنامج L1 Cosmic Vision. تجسدت هذه الخطط الإستراتيجية مع إطلاق مستكشف القمر الجليدي للمشتري (JUICE) التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في 14 أبريل 2023، وتلته مهمة Europa Clipper التابعة لناسا، والتي تم إطلاقها في 14 أكتوبر 2024.

تشمل المهام الإضافية المقترحة مهمة Tianwen-4 التابعة لإدارة الفضاء الوطنية الصينية، والتي تهدف إلى نشر مركبة مدارية إلى نظام المشتري، ومن المحتمل أن تشمل ذلك كاليستو، حوالي عام 2035. علاوة على ذلك، تم تصميم Interstellar Express التابع لـ CNSA وInterstellar Probe التابع لناسا للاستفادة من مساعدة جاذبية المشتري في مساراتهما نحو الحدود الخارجية للغلاف الشمسي.

الأهمية الثقافية

تم التعرف على كوكب المشتري منذ العصور القديمة. ويمكن تمييزه بالعين المجردة في السماء ليلاً ويمكن ملاحظته أيضًا خلال ساعات النهار عندما تكون الشمس قريبة من الأفق. بالنسبة للبابليين، كان كوكب المشتري يرمز إلى مردوخ، الإله البارز في آلهةهم خلال عصر حمورابي. وقد استخدموا فترتها المدارية التقريبية البالغة 12 عامًا على طول مسير الشمس لتحديد مجموعات الأبراج الخاصة بهم.

في الأساطير اليونانية، تم تعريف الكوكب باسم زيوس (Ζεύς)، والمعروف أيضًا باسم دياس (Δίας)، وهي تسمية لا تزال قائمة في اللغة اليونانية المعاصرة للكوكب. أشار اليونانيون القدماء إلى الكوكب باسم فايثون (Φαέθων)، وهو مصطلح يشير إلى "النجم الساطع" أو "النجم المتوهج". أظهرت الأساطير اليونانية في عصر هوميروس المتعلقة بزيوس تشابهات ملحوظة مع آلهة محددة في الشرق الأدنى، مثل إل وبعل الساميين، وإنليل السومري، والإله البابلي مردوخ. نشأ هذا الارتباط الكوكبي بالإله اليوناني زيوس من تأثيرات الشرق الأدنى، وترسّخ بحلول القرن الرابع قبل الميلاد، كما يتضح من إبينوميس لأفلاطون وكتابات معاصريه.

يعمل كوكب المشتري، الإله الروماني، بمثابة النظير لزيوس اليوناني ويحتل منصب الإله الرئيسي في الأساطير الرومانية. في البداية، أطلق الرومان على كوكب المشتري لقب "نجم المشتري" (Iuppiter Stella)، معتبرين إياه مقدسًا للإله الذي سمي باسمه. يعود أصل أصل هذا الاسم إلى مركب النداء البدائي الهندي الأوروبي *Dyēu-pəter (بصيغة الاسم *Dyēus-pətēr)، والذي يُترجم إلى "Father Sky-God" أو "Father Day-God". بصفته الإله الأعلى للبانثيون الروماني، كان جوبيتر يشرف على الرعد والبرق والعواصف، وكان يُقدس أيضًا باعتباره إله النور والسماء.

في علم التنجيم الفيدي، أطلق المنجمون الهندوس على الكوكب اسم "المعلم"، أي "المعلم"، تكريمًا لبريهاسباتي، المعلم الإلهي للآلهة. تشير الأساطير التركية في آسيا الوسطى إلى كوكب المشتري باسم Erendiz أو Erentüz، وهي تسمية مشتقة من eren (يظل معناها غير محدد) وyultuz، وتعني "نجم". حسب علماء الفلك الأتراك الفترة المدارية لكوكب المشتري على أنها 11 سنة و300 يوم، مما يفترض وجود علاقة بين بعض الظواهر الاجتماعية والطبيعية وحركات إرينتوز السماوية. بالاعتماد على نظام العناصر الخمسة الصيني، حددته الثقافات الصينية واليابانية والكورية والفيتنامية بشكل جماعي على أنه "نجم الخشب" (الصينية: 木星; بينيين: mùxīng). بعد ذلك، في الصين، حصلت على تسمية "نجمة العام" (الصينية: 歲星; بينيين: suìxīng)، وهي تسمية نابعة من ملاحظات علماء الفلك الصينيين، مع تعديلات دورية، اجتازت كوكبة زودياك واحدة سنويًا. علاوة على ذلك، تشير بعض النصوص الصينية القديمة إلى أن السنوات تم تسميتها بشكل أساسي وفقًا لعلامات دائرة الأبراج لجوفيان.

ملاحظات

ملاحظات

المراجع

باجينال، فران؛ داولينج، تيموثي E.؛ ماكينون، وليام ب. (2006). كوكب المشتري: الكوكب والأقمار الصناعية والغلاف المغناطيسي. مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-52-103545-3، ويمكن الوصول إليه من خلال كتب Google.

• باجينال، فران؛ داولينج، تيموثي E.؛ ماكينون، وليام ب. (2006). المشتري: الكوكب والأقمار الصناعية والغلاف المغناطيسي. مطبعة جامعة كامبريدج. رقم ISBN 978-0-52-103545-3 – عبر كتب Google.Lohninger, Hans; et al. (2 نوفمبر 2005). "كوكب المشتري، كما يراه فوييجر 1." رحلة إلى الفضاء. المعهد الافتراضي للعلوم التطبيقية.
  • نظرة عامة على كوكب المشتري من قبل مديرية المهام العلمية التابعة لناسا
  • محاكاة أقمار كوكب المشتري الـ 62 من موقع Gravity Simulator الخاص بـ Tony Dunn.
  • محاكاة تفاعلية ثلاثية الأبعاد للجاذبية لنظام المشتري.
  • "جوبيتر" - في زماننا، راديو بي بي سي 4
  • رسوم متحركة على YouTube لتحليق مركبة الفضاء جونو بالقرب من جانيميد والمشتري بواسطة وكالة ناسا.