الفضاء الأرشيف

اختلال في توازن الطاقة على كوكب زحل يسبب عواصف عملاقة

توصل علماء في جامعة هيوستن إلى اكتشاف مهم حول كوكب زحل، الكوكب السادس من الشمس. ووجد الفريق، بقيادة البروفيسور ليمينغ لي، أن كوكب زحل يعاني من خلل هائل في توازن الطاقة، وهو ما يسبب عواصف عملاقة على الكوكب. هذا الخلل ليس حدثًا عشوائيًا، بل هو نتيجة طبيعية لمدار زحل الفريد ونظامه الحلقي.

استخدم فريق البحث، بقيادة البروفيسور ليمنج لي من جامعة هيوستن، البيانات التي جمعتها المركبة الفضائية كاسيني في رحلتها إلى زحل في الفترة من 2004 إلى 2017. حيث غاصت كاسيني في الغلاف الجوي للكوكب، وقدمت قياسات قيمة ساعدت العلماء على فهم إنتاج الطاقة على الكوكب. والتلسكوبات الأرضية لتحقيق هذا الاكتشاف. ونشرت الدراسة في مجلة (Nature Communications). لا يعد هذا الاكتشاف مهمًا لفهمنا لكوكب زحل فحسب، بل له أيضًا آثار على دراسة الكواكب الغازية العملاقة الأخرى وتكوينها وتطورها.

التوازن الدقيق لعمالقة الغاز

فكر في الكوكب مثل الأسرة ذات الميزانية. تمامًا مثل الطريقة التي تدير بها دخلك ونفقاتك، يمتلك الكوكب ميزانية الطاقة الخاصة به. حيث يوجد توازن بين الطاقة التي يتلقاها من الشمس والطاقة التي يطلقها مرة أخرى إلى الفضاء. تعتبر ميزانية الطاقة هذه ضرورية لفهم مناخ الكوكب والظروف الجوية والسلوك العام.

بالنسبة لمعظم الكواكب، فإن الطاقة التي تمتصها من الشمس تساوي تقريبًا الطاقة التي تنبعث منها مرة أخرى إلى الفضاء. إلا أن هذا التوازن يمكن أن يتأثر بمصادر الطاقة الداخلية، مثل اضمحلال العناصر المشعة في قلب الكوكب.
على الأرض مثلاً، ميزانية الطاقة لدينا غير متوازنة قليلاً بسبب الأنشطة البشرية، مما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري. ولكن ماذا عن عمالقة الغاز مثل زحل؟ ليس لديهم أسطح مثل الأرض، لذا فإن ميزانية الطاقة الخاصة بهم أكثر تعقيدًا.

التاريخ العلمي لاختلال توازن الطاقة الكوكبية

إن اكتشاف الخلل الهائل في توازن الطاقة في كوكب زحل يرجع الفضل فيه إلى عمل يوهانس كيبلر، عالم الفلك في القرن السابع عشر. كان كيبلر هو أول من حدد الشكل الإهليلجي لمدارات الكواكب (Elliptic orbit). لقد وضع هذا الفهم الأساس للعلماء اللاحقين لاستكشاف آثار الشكل المداري على ميزانية الطاقة للكوكب.

مع تطور فهمنا لعلم الفلك، بدأ الباحثون في تقدير أهمية توازن الطاقة في الحفاظ على مناخ الكوكب والغلاف الجوي. في القرن العشرين، طور العلماء نماذج لوصف ميزانيات الطاقة للكواكب، بما في ذلك التوازن الدقيق بين امتصاص الطاقة من الشمس وانبعاث الطاقة إلى الفضاء.

ومع ذلك، كانت هذه النماذج تعتمد إلى حد كبير على افتراض أن ميزانيات الطاقة الكوكبية كانت في حالة توازن، حيث تساوي مدخلات الطاقة مخرجاتها. وقد أدى الاكتشاف الأخير لاختلال توازن الطاقة في زحل إلى قلب هذا الافتراض. وكشف أنه حتى عمالقة الغاز، بحجمها الهائل وأغلفتها الجوية المعقدة، يمكن أن تواجه اختلالات كبيرة في الطاقة.

سبب أزمة الطاقة

مدار زحل الفريد هو السبب وراء اختلال توازن الطاقة الهائل. على عكس الأرض، التي لها مدار دائري نسبيًا، فإن مسار زحل حول الشمس أكثر استطالة. ويعني هذا الشكل الإهليلجي أن زحل يتلقى كميات متفاوتة من الحرارة من الشمس طوال مداره. عندما يكون أقرب إلى الشمس، فإنه يمتص المزيد من الحرارة، وعندما يكون بعيدًا، فإنه يمتص حرارة أقل. كان من الممكن التحكم في ذلك إذا كان زحل يشبه الأرض، مع مزيج من المحيطات والقارات، لتعقيد عملية امتصاص الحرارة. ومع ذلك، فإن التركيبة الموحدة لهذا الكوكب تسمح بتراكم الحرارة الزائدة، مما يؤدي إلى خلل كبير في توازن الطاقة.

لوضع الأمر في سياقه الصحيح، تخيل أرجوحة. عندما يكون زحل قريبًا من الشمس، فإن الأمر يشبه تكديس أوزان ثقيلة على أحد جوانب الأرجوحة، مما يجعلها تميل بشدة نحو الشمس. وأثناء تحركها بعيدًا عن الشمس، تنزلق الأوزان ببطء إلى الجانب الآخر، لكن الأرجوحة تستغرق وقتًا حتى تتوازن. هذا التأخر في إطلاق الطاقة يساهم في اختلال التوازن الهائل.

عواقب اختلال توازن الطاقة في زحل

إن اختلال توازن الطاقة في زحل له أيضًا عواقب وخيمة على أنماط الطقس على الكوكب ونظام حلقاته المذهل. ويعتقد أن هذا الخلل يساهم في العواصف العملاقة التي تدمر الغلاف الجوي للكوكب بشكل دوري. إحدى هذه العواصف، التي حدثت في الفترة 2010-2011، حيث أطلقت حرارة أكبر من المناطق المحيطة بها، ربما بسبب تراكم الحرارة التي كان لا بد من إطلاقها. يعد هذا الارتباط بين اختلال توازن الطاقة والعواصف أمرًا بالغ الأهمية، لأنه يؤثر على مناخ الكوكب وأنماط دوران الغلاف الجوي.

تلعب الحلقات، والتي تعد سمة مميزة لزحل، دورًا أيضًا في اختلال توازن الطاقة هذا. وتلقي الحلقات ظلالًا كبيرة على الكوكب خلال أجزاء معينة من مداره، مما يؤثر على كمية الطاقة الواردة. ومع ذلك، فإنها يمكن أن تتداخل أيضًا مع قدرتنا على قياس الطاقة التي يبعثها الكوكب من غلافه الجوي. يسلط هذا التفاعل المعقد بين اختلال توازن الطاقة والعواصف والحلقات الضوء على الطبيعة المعقدة والديناميكية لنظام مناخ زحل.

كعلماء، فإن فهم عواقب اختلال توازن الطاقة في زحل أمر بالغ الأهمية لتحسين النماذج والنظريات حول مناخ الكواكب وتطورها. ومن خلال دراسة العلاقات المعقدة بين الطاقة وأنماط الطقس والأنظمة الحلقية، يمكننا الحصول على رؤى قيمة حول طريقة عمل نظامنا الشمسي. إن اكتشاف هذا الخلل في توازن الطاقة هو بمثابة تذكير بتعقيد وجمال العالم الطبيعي، وأهمية الاستكشاف العلمي المستمر.

المصادر:

Saturn Has A Massive Energy Imbalance And It’s Creating Giant Storms / iflscience

اكتشاف وجود أمواج في بحيرات القمر تيتان الهيدروكربونية

غالبًا ما يُشار إلى تيتان، قمر زحل العملاق، على أنه العالم الأكثر شبهًا بالأرض في نظامنا الشمسي. على الرغم من درجات الحرارة التي تبلغ -180 درجة مئوية تحت الصفر، يضم تيتان بحيرات وبحارًا تحتوي على الميثان والإيثان السائلين. بالإضافة إلى شواطئ تبدو وكأنها قد تشكلت بفعل الأمواج. أثار هذا الدليل الجديد التساؤلات بين علماء الكواكب، الذين يتوقون لمعرفة المزيد عن أوجه التشابه الغريبة بين هذا القمر وكوكبنا. بينما تستعد وكالة ناسا لمهمة (Dragonfly) لاستكشاف تيتان، يعمل الباحثون على فهم القوى التي تشكل محيطاته الغريبة.

البروفيسور بيرون وفريقه، بما في ذلك المؤلفة الأولى روز باليرمو، هم العقول المدبرة وراء هذا البحث. تعتمد دراستهم، المنشورة في مجلة (Science Advances)، على عقود من الاستكشاف والبحث على تيتان، بدءًا من مهمات فوييجر وحتى تحليق المركبة الفضائية كاسيني بالقرب من القمر. وبينما نتطلع إلى مهمة (Dragonfly)، المقرر إطلاقها في عام 2027، يكتسب هذا البحث أهمية جديدة، حيث يقدم رؤى قيمة حول عالم تيتان الغامض.

بحيرات تيتان الغريبة

يتمتع تيتان، أكبر أقمار زحل، بميزة فريدة تميزه عن الأجرام السماوية الأخرى في نظامنا الشمسي. إذ تمتلئ بحيراته وبحاره بالهيدروكربون السائل، وليس الماء. وتوجد هذه البحيرات الغريبة، المكونة من الميثان والإيثان، عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -179 درجة مئوية. أي أقل بكثير من نقطة تجمد الماء. أصبحت هذه الظاهرة ممكنة بفضل الغلاف الجوي الكثيف لتيتان، والذي يخلق ظروف ضغط مماثلة لتلك الموجودة على الأرض.

تتغذى البحيرات والبحار الهيدروكربونية على تيتان من أنهار الميثان السائل، الذي يتدفق من الأراضي المرتفعة. هذه العملية لا تشبه أي شيء شوهد على كوكبنا، حيث تتكون الأنهار هنا بشكل أساسي من الماء. يسمح الضغط الجوي على تيتان لهذه السوائل الهيدروكربونية بالبقاء في حالة سائلة، مما يخلق منظرًا طبيعيًا يذكرنا بشكل مخيف بمناظر الأرض، ولكن مع كيمياء مختلفة جذريًا.

وقد أثار اكتشاف هذه المحيطات الهيدروكربونية اهتمامًا علميًا مكثفًا، لأنها توفر نافذة فريدة على الكيمياء والمناخ في عالم يختلف تمامًا عن عالمنا. ومن خلال دراسة بحيرات وبحار تيتان، يأمل العلماء في الحصول على معلومات ثاقبة حول التاريخ الجيولوجي لهذا لقمر، والظروف الجوية، وإمكانات الحياة.

تاريخ موجز لاستكشاف تيتان

في الثمانينيات، حلقت المركبة الفضائية فوييجر 1 و2 التابعة لناسا بالقرب من القمر تيتان، وقدمت أول صور قريبة له. على الرغم من أن عمليات الطيران هذه كانت قصيرة، إلا أنها كشفت عن عالم محاط بضباب كثيف برتقالي وبني. أثارت مهمات فوييجر انبهارًا بتيتان، وبدأ العلماء يتساءلون عن إمكانية وجود حياة على هذا القمر الغامض.

وفي التسعينيات، عندما تم إطلاق مهمة كاسيني-هويجنز. أرسل هذا المشروع المشترك بين ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية مسبار هويجنز إلى سطح تيتان، مما وفّر ثروة من المعلومات الجديدة حول الغلاف الجوي للقمر وتكوينه. كان هبوط هويجنز في عام 2005 بمثابة معلم رئيسي في استكشاف تيتان، حيث قدم لمحة عن سطح القمر وأثار المزيد من التساؤلات.

اليوم، بينما تستعد ناسا لمهمة دراجون فلاي (Dragonfly)، يتوق العلماء إلى البناء على الاكتشافات التي توصلت إليها فوييجر وكاسيني. ستستكشف المركبة، المقرر إطلاقها في عام 2027، سطح تيتان والغلاف الجوي بتفاصيل غير مسبوقة. بفضل أدواتها المتقدمة ومركبتها المصممة للهبوط، ستتعمق المركبة في ألغاز بحيرات وبحار وشواطئ تيتان. كما ستلقي دراجون فلاي الضوء على العمليات الجيولوجية والكيميائية للقمر.

الكشف عن أدلة على وجود موجات في بحيرات تيتان

كان البحث عن الأمواج في بحيرات تيتان لغزًا طويل الأمد. قبل البروفيسور تايلور بيرون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وفريقه التحدي المتمثل في الكشف عن أدلة على التآكل الناجم عن الأمواج على شواطئ بحيرات تيتان. وللقيام بذلك، قاموا بمقارنة أشكال حدود بحيرة تيتان بتلك الموجودة على الأرض، حيث تم توثيق التآكل بفعل الأمواج جيدًا.

بدأ الفريق بنمذجة تطور شواطئ بحيرة تيتان من وديان الأنهار التي غمرتها الفيضانات. ثم تساءلوا عما إذا كانت أنماط التآكل تبدو أشبه بتلك التي خلقتها الأمواج أو العمليات الأخرى. ولمحاكاة التآكل الناجم عن الأمواج، احتاجوا إلى معرفة ارتفاع الموجة، والذي قاموا بتصميمه باستخدام مفهوم “الجلب “(fetch). والجلب هي المسافة التي يمكن أن تهب بها الرياح دون عائق فوق الماء أو سائل آخر.

ومن خلال مقارنة أشكال أربعة من أكبر الأجسام السائلة على تيتان بهذه النماذج، وجد الفريق أن الخطوط الساحلية كانت أكثر اتساقًا مع التآكل الناجم عن الأمواج مقارنة بالتآكل المنتظم أو عدم وجود تآكل على الإطلاق. بمعنى آخر، تشير البيانات إلى أن الأمواج تشكل بالفعل شواطئ بحيرات تيتان.

ماذا سنستفيد من دراسة الأمواج والغلاف الجوي لتيتان وبحيراته؟

إن اكتشاف الأمواج التي تشكل شواطئ بحيرات تيتان له آثار بعيدة المدى تتجاوز محيطات القمر الهيدروكربونية الغامضة. ومن خلال استكشاف عملية التآكل الناجم عن الأمواج على تيتان، قد يفتح علماء مثل باليرمو وبيرون أسرارًا يمكن أن تساعدنا على حماية سواحل الأرض بشكل أفضل من التلف.

فكر في الأمر بهذه الطريقة، عندما ندرس كيف يحدث التآكل في غياب التدخل البشري، يمكننا اكتساب فهم أعمق لكيفية التخفيف من تأثيرات العواصف، وارتفاع منسوب مياه البحر، والأنشطة البشرية على سواحلنا. على الأرض، لا يمكن إنكار تأثير الأنشطة البشرية على السواحل، حيث تهدد التآكل والفيضانات المجتمعات والنظم البيئية في جميع أنحاء العالم.

ومن خلال فحص أنماط الرياح وديناميكيات الأمواج على تيتان، يمكن للباحثين تطوير نماذج أكثر دقة لكيفية تفاعل الرياح والأمواج مع السواحل. ويمكن بعد ذلك تطبيق هذه المعرفة لتحسين توقعاتنا بشأن التآكل الساحلي والفيضانات على كوكبنا.

تخيل أنك قادر على التنبؤ بدقة أكبر بكيفية تأثير إعصار من الفئة الخامسة على المجتمعات الساحلية. أو أنك قادر على التنبؤ بكيفية تشكيل شواطئنا بسبب ارتفاع منسوب مياه البحر المرتبط بالتغير المناخي. يمكن أن يكون للاكتشافات التي ستتم على تيتان تأثير مباشر على قدرتنا على حماية سواحلنا والحفاظ عليها، مما قد يؤدي في النهاية إلى إنقاذ الأرواح وسبل العيش.

المصادر:

The Shores Of Titan’s Lakes Appear To Be Shaped By Waves / iflscience

الأبحاث تكشف مخاطر السفر إلى الفضاء على الأشخاص العاديين

لعقود من الزمن، درس العلماء الآثار الصحية للسفر إلى الفضاء على رواد الفضاء المحترفين، ولكن مع تزايد عدد المدنيين الذين يصعدون إلى السماء، هناك موجة جديدة من الأبحاث الجارية تكشف مخاطر السفر إلى الفضاء على الأشخاص العاديين. وتهدف مجموعة مكونة من 44 تقريرًا علميًا نُشرت في 11 يونيو/حزيران إلى رسم خريطة لآثار الرحلات الفضائية على المدنيين ذوي التاريخ الصحي المتنوع. تكشف الدراسات أنه حتى الرحلات القصيرة إلى الفضاء يمكن أن تسبب اضطرابًا في الخلايا المناعية، والجفاف، والتفكير الضبابي، لكن معظم هذه الحالات تعود إلى طبيعتها بعد وقت قصير من العودة إلى الأرض. ويعد هذا البحث الرائد أكبر كتالوج للبيانات التي توضح بالتفصيل تأثير السفر إلى الفضاء على جسم الإنسان، ويشارك فيه مؤلفون من أكثر من 25 دولة و100 مؤسسة.

المنطقة المجهولة لطب الفضاء

يعد طب الفضاء مجالًا جديدًا نسبيًا يتطور بشكل مطرد منذ أن غامر البشر لأول مرة في الفضاء في الستينيات. أحد أهم التحديات في هذا المجال هو فهم كيفية استجابة جسم الإنسان للظروف القاسية للسفر إلى الفضاء. لعقود من الزمن، ظل الباحثون يدرسون آثار السفر إلى الفضاء على رواد الفضاء المحترفين، ولكن مع بزوغ فجر رحلات الفضاء التجارية، اتسع نطاق طب الفضاء ليشمل سائحي الفضاء ذوي الخلفيات الصحية المتنوعة.
إن مفهوم طب الفضاء معقد ومتعدد الأوجه، ويتضمن فهمًا عميقًا لعلم وظائف الأعضاء والبيولوجيا وعلم النفس البشري. في الفضاء، يتعرض جسم الإنسان للجاذبية الصغرى، والإشعاع، والعزلة، مما قد يسبب مجموعة من التغيرات الفسيولوجية والنفسية. يمكن أن تؤثر هذه التغييرات على كل شيء بدءًا من وظيفة المناعة وصحة القلب والأوعية الدموية وحتى الأداء المعرفي والصحة العقلية.
تاريخيًا، كانت وكالات الفضاء مثل وكالة ناسا في طليعة أبحاث طب الفضاء، حيث أجرت دراسات مكثفة حول الآثار الصحية للسفر إلى الفضاء على رواد الفضاء المحترفين. ومع ذلك، مع تزايد شعبية رحلات الفضاء التجارية، أصبحت الحاجة إلى فهم أكثر شمولاً لطب الفضاء أكثر إلحاحًا.

بيانات غير كافية

معظم البيانات الموجودة حول الآثار الصحية للسفر إلى الفضاء تأتي من رجال بيض تتراوح أعمارهم بين 30 عامًا وما فوق، والعديد منهم لديه خلفية عسكرية. يثير هذا النطاق المحدود مخاوف بشأن المخاطر التي تتعرض لها المجموعات الأخرى، بما في ذلك النساء والأشخاص أصحاب البشرة الملونة وذوي التاريخ الطبي المختلف. ويشير ماثياس باسنر، عالم الأوبئة في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا، بيرلمان، إلى أن الفضاء “بيئة غريبة” يمكن أن تؤثر على الناس بطرق لا يمكن التنبؤ بها.

رحلة (Inspiration4) الرائدة

كانت رحلة هايلي أرسينو إلى الفضاء لحظة تاريخية، حيث كانت المرة الأولى التي يدخل فيها أحد الناجين من مرض السرطان في مرحلة الطفولة بطرف صناعي إلى مدار الأرض. لكن رحلتها كانت أكثر من مجرد علامة فارقة، فقد كانت أيضًا فرصة لكشف أسرار السفر إلى الفضاء على جسم الإنسان. كجزء من الرحلة، قامت أرسينو وطاقمها بمهمة غير مسبوقة، حيث قاموا بجمع البيانات حول آثار السفر إلى الفضاء على المدنيين.
خلال رحلتهم التي استغرقت ثلاثة أيام، جمع الطاقم عينات من اللعاب والبول والدم، وأجروا مسحًا بالموجات فوق الصوتية، وارتدوا أجهزة تتبع اللياقة البدنية لمراقبة علاماتهم الحيوية. ووجد الباحثون تغيرات في وظيفة الخلايا المناعية، وإطالة في التيلوميرات (telomeres)، وغيرها من التغيرات الفسيولوجية التي لم يسبق رؤيتها إلا في رحلات الفضاء الطويلة.
لكن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن هذه التغييرات بدأت تعود إلى طبيعتها بعد وقت قصير من هبوط الطاقم. ويشير هذا التعافي السريع إلى أن جسم الإنسان أكثر مرونة في الفضاء مما كنا نعتقد. ومع ذلك، استمرت بعض التأثيرات لمدة ثلاثة أشهر على الأقل، مما يشير إلى أن السفر إلى الفضاء يمكن أن يكون له عواقب طويلة المدى على جسم الإنسان.

مستقبل السفر إلى الفضاء

ومع تعمقنا في عالم السفر التجاري إلى الفضاء، هناك شيء واحد واضح، نحن بحاجة إلى إعطاء الأولوية لصحة وسلامة سائحي الفضاء. ولكن ماذا يعني هذا بالنسبة لمستقبل السفر إلى الفضاء؟
الحقيقة هي أننا بدأنا للتو في فهم كيفية تأثير السفر إلى الفضاء على المدنيين. ومع إنشاء قواعد بيانات مثل (SOMA)، أصبحنا الآن قادرين على جمع وتحليل البيانات على نطاق أوسع، وهو ما سيمكن الباحثين من تحديد الأنماط والتنبؤ بالمخاطر. حيث يمكننا تصميم نهجنا وفقًا للاحتياجات الفردية والتاريخ الصحي.
على سبيل المثال، سنكون قادرين على التنبؤ بالمدنيين الأكثر عرضة لدوار الحركة الشديد أو اضطراب المناعة في الفضاء. ومن خلال هذه المعرفة، يمكن للأطباء تقديم تدخلات مستهدفة، مما يضمن تجربة أكثر أمانًا ومتعة لسائحي الفضاء. ولا يقتصر الأمر على تقليل المخاطر فحسب؛ بل يتعلق الأمر بجعل السفر إلى الفضاء في متناول الجميع، بغض النظر عن تاريخهم الصحي.
ومع تزايد وتيرة الرحلات الفضائية التجارية، ستتاح لنا الفرصة لجمع البيانات من مجموعات سكانية أكثر تنوعًا. وهذا يعني أننا سنكون قادرين على فهم كيفية استجابة التركيبة السكانية المختلفة للضغوط الفريدة للسفر عبر الفضاء بشكل أفضل. إنها فرصة لإنشاء برنامج فضائي أكثر شمولاً وإنصافًا، حيث تتاح للجميع الفرصة لاستكشاف الكون.

المصادر:

How a few days in space can disrupt a person’s biology / nature

بحث جديد يكشف عمر البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري

في الامتداد الشاسع لنظامنا الشمسي، كانت البقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري واحدة من أكثر المشاهد شهرة وإلهامًا، وهي عاصفة ضخمة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تبتلع كوكبنا بأكمله. لعدة قرون، كان علماء الفلك مفتونين بهذا العملاق الغامض، حيث تعجبوا من حجمه الهائل وتساءلوا عن عمره. ولكن على الرغم من مظهرها القديم، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن هذه العاصفة قد تكون أصغر سنًا بكثير مما كنا نعتقد، حيث يبلغ عمرها 193 عامًا فقط، على وجه الدقة. وهذا أصغر من عمر الولايات المتحدة، وأجهزة الكمبيوتر، وحتى السكك الحديدية بين المدن!
ويعود الفضل إلى فريق بقيادة البروفيسور أغوستين سانشيز لافيغا من جامعة ديل بايس فاسكو، الذي كرس أبحاثه لكشف أسرار الغلاف الجوي لكوكب المشتري. ونُشرت دراسة الفريق في مجلة (Geophysical Research Letters)، وسلطت ضوءًا جديدًا على ظاهرة أسرت العلماء والجمهور على حدٍ سواء لعدة قرون. وقد تم رصد البقعة الحمراء العظيمة من الأرض، ولكنها إحدى سمات خطوط العرض الجنوبية المنخفضة إلى المتوسطة لكوكب المشتري، وهي منطقة تمت دراستها على نطاق واسع من قبل علماء الفلك.

الكشف عن العاصفة القديمة

لقرون عديدة، انبهر علماء الفلك بالعاصفة الهائلة التي تحدث على كوكب المشتري، والمعروفة باسم البقعة الحمراء العظيمة. وقد تمت ملاحظة هذه الأعجوبة الغامضة منذ أكثر من 350 عامًا، ويقترح البعض أنها ربما كانت موجودة منذ ملايين السنين.
دعونا نعود خطوة إلى الوراء وننظر إلى تاريخ مراقبة العواصف على كوكب المشتري. في القرن السابع عشر، بدأ علماء الفلك مثل جيوفاني كاسيني في الإبلاغ عن وجود بقع بيضاوية داكنة على سطح الكوكب. ويعتقد أن إحدى هذه البقع، المعروفة باسم “البقعة الدائمة”، استمرت لأكثر من قرن قبل أن تختفي في عام 1713. ثم، في عام 1831، ظهرت بقعة جديدة، والتي أصبحت تعرف فيما بعد باسم البقعة الحمراء العظيمة. تدور هذه البقعة مع كوكب المشتري، مما يجعلها مرئية لمدة خمس ساعات فقط في المرة الواحدة قبل أن تختفي على الجانب البعيد.
تقول القصة التقليدية أن البقعة الحمراء العظيمة هي استمرار للبقعة الدائمة، التي تقلصت ببساطة إلى حجم أصغر من أن تتمكن التلسكوبات المبكرة من اكتشافه. ومع ذلك، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن هاتين البقعتين قد لا تكونا مرتبطتين، مما يجعل البقعة الحمراء العظيمة ظاهرة حديثة نسبيًا. هذه الفكرة الجذرية لها آثار مهمة على فهمنا للغلاف الجوي لكوكب المشتري وديناميكيات تكوين العواصف على العملاق الغازي. وإذا كانت البقعة أصغر بكثير مما كان يعتقد سابقًا، فقد لا تكون سمة شبه دائمة للغلاف الجوي لكوكب المشتري. وبدلًا من ذلك، يمكن أن تكون ظاهرة أقصر عمرًا، وتكافح من أجل أن تتم 200 عام قبل أن تختفي.
إذن، كيف توصل علماء الفلك إلى هذا الاستنتاج؟ من خلال تحليل السجلات التاريخية لملاحظات المشتري، وجد الباحثون أن البقعة الدائمة والبقعة الحمراء العظيمة لهما خصائص مميزة، مثل اللون والحجم. واستخدم الباحثون تقنيات النمذجة المتقدمة لمحاكاة تشكيل عاصفة خارقة مضادة للأعاصير على كوكب المشتري. ومن خلال مقارنة نتائجهم بملاحظات البقعة الحمراء العظيمة، وجدوا أن العاصفة التي تم محاكاتها كانت دائمًا أصغر من العاصفة الحقيقية. وقد قادهم هذا إلى استنتاج أن البقعة الحمراء الكبرى لا يمكن تفسيرها من خلال اندماج دوامات أصغر أو عاصفة عظمى.

دعونا نتعمق في عالم الدورة الجوية لكوكب المشتري. يتميز الغلاف الجوي للكوكب بتيارات نفاثة (jet stream) قوية، تشبه تلك الموجودة على الأرض، ولكنها أقوى بكثير. تنقسم هذه التيارات النفاثة إلى تدفق نطاقي (zonal jet)، يتدفق شرقًا أو غربًا، وتكون مسؤولة عن إنشاء دوامات ضخمة مثل البقعة الحمراء الكبرى. وفقًا للباحثين، يمكن أن يكون الاضطراب في تدفق هذه النفاثات النطاقية قد أدى إلى تكوين البقعة الحمراء الكبرى في عام 1831. وربما تسبب هذا الاضطراب في تغير مفاجئ في الدورة الجوية، مما أدى إلى خلق عاصفة ضخمة مضادة للأعاصير.

كشف أسرار المشتري باستخدام التلسكوب

لقد لعب التلسكوب دورًا أساسيًا في كشف أسرار الكون، والبقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري ليست استثناءً. حيث كشف تعديل جاليليو للتلسكوب من أجل أغراض فلكية في القرن السابع عشر عن ميزات مثل أقمار المشتري والبقع الشمسية لأول مرة. ومع تحسن الأدوات، لاحظ علماء الفلك أن كوكب المشتري لديه أشرطة داكنة وخفيفة موازية لخط الاستواء، مع ظهور بقع داكنة أحيانًا في خطوط العرض البيضاء عادةً.
تدور هذه البقعة مع كوكب المشتري، مما يجعلها مرئية لمدة خمس ساعات فقط في المرة الواحدة قبل أن تختفي على الجانب البعيد. أدى الظهور الدوري للبقعة إلى اعتقاد علماء الفلك بأنها سمة دائمة للكوكب.

مصير جديد للبقعة الحمراء الكبرى

إن الساعة تدق، وتقيس العمر المتبقي لهذه العاصفة الشهيرة. مع مرور الثواني، تستمر البقعة الحمراء العظيمة في الانكماش، ويتلاشى لونها الأحمر النابض بالحياة ببطء مثل غروب الشمس في أفق كوكب المشتري الغائم. وإذا اختفت في نهاية المطاف، فما هي الآثار المترتبة على فهمنا لأنماط الطقس المعقدة على كوكب الأرض؟ وهل يمثل رحيله تحولًا أساسيًا في ديناميكيات الغلاف الجوي لكوكب المشتري، أم أن عواصف جديدة ستظهر لتحل محله؟
إن العواقب المحتملة عميقة، وتتحدث عن جوهر ما يجعل البقعة الحمراء العظيمة رائعة للغاية. هذه العاصفة هي أكثر من مجرد شذوذ ملون على كوكب بعيد؛ إنها نافذة على الأعمال المعقدة للغلاف الجوي لكوكب المشتري، وهو النظام الذي لا يزال يأسرنا ويثير اهتمامنا. عندما ننظر إلى البقعة الحمراء العظيمة، نتذكر الجمال المذهل والغموض الذي يكتنف الكون، وأهمية الاستكشاف والاكتشاف المستمر.

المصادر:

Jupiter’s Great Red Spot May Be Younger Than The United States / iflscience

لماذا نرى نفس الجانب من القمر دائمًا على الرغم من دورانه؟

هل تساءلت يومًا لماذا نرى دائمًا نفس الجانب من القمر؟ إنه سؤال حير البشر لعدة قرون. حيث يستغرق القمر 29 يومًا لإكمال دورة واحدة حول الأرض، ويستغرق أيضًا نفس القدر من الوقت للدوران مرة واحدة حول محوره. وهذا يعني أن نفس الجانب من القمر يواجه الأرض دائمًا، وهي ظاهرة لا تقتصر على القمر الخاص بكوكبنا فقط ،بل تحدث في العديد من الأقمار في نظامنا الشمسي. وتكمن الإجابة في ظاهرة تعرف باسم التقييد المدِّي (الانغلاق المداري) (Tidal Locking)، والتي تحدث عندما تؤثر قوة الجاذبية لجرم سماوي أكبر، مثل الأرض، على دوران جسم أصغر، مثل القمر.
في هذه المقالة، سوف نتعمق أكثر في العلم الكامن وراء التقييد المدِّي، وتاريخه، وآثاره على البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى. وسنستكشف كيف يؤثر على دوران الأقمار.

التقييد المدِّي في أقمار اخرى

يتمتع مفهوم التقييد المدِّي بتاريخ غني، يعود إلى القرن السابع عشر عندما لاحظ عالم الفلك الإيطالي غاليليو جاليلي أقمار كوكب المشتري لأول مرة. وأشار جاليلي إلى أن نفس الجانب من قمر آيو (Io)، يواجه كوكب المشتري دائمًا. كان هذا لغزًا، حيث يتوقع المرء أن يدور القمر بحرية، ويكشف لمن يراقبه عن جوانبه مختلفة. ولكن الجواب يكمن في قوى الجاذبية المؤثرة. وكانت جاذبية المشتري تشوه دوران القمر، وتزامنه مع فترته المدارية.
ومع استمرار علماء الفلك في استكشاف السماء ليلاً، اكتشفوا المزيد من الأمثلة على التقييد المدِّي. وقد لوحظت هذه الظاهرة في قمر بلوتو المسمى شارون (Charon)، حيث يكون الكوكب القزم وقمره مرتبطين ببعضهما البعض من الناحية المدِّية. وهذا التزامن هو نتيجة مباشرة لتفاعل الجاذبية.

العلم وراء هذه الظاهرة

يعود مفهوم التقييد المدِّي إلى القرن السابع عشر عندما وصف السير إسحاق نيوتن لأول مرة قوى الجاذبية التي تنشأ بين جرمين سماويين. وأوضح أن قوة الجاذبية بين جسمين تعتمد على كتلتهما والمسافة بينهما. كلما كانت الأجسام أكثر ضخامة وأقرب من بعضها البعض، كلما كانت قوة الجاذبية أقوى.
وبالتقدم سريعًا إلى القرن العشرين، عندما بدأ العلماء بدراسة تأثيرات قوى الجاذبية على دوران الأجرام السماوية. اكتشفوا أنه عندما يدور القمر حول كوكبه، تخلق قوى المد والجزر انتفاخًا على سطح القمر، سواء على الجانب المواجه للأرض أو على الجانب المقابل. مما يؤدي إلى استطالة طفيفة. القمر، كونه أصغر بكثير من الأرض، معرض بشكل خاص لسحب الجاذبية الأرضية. وأثناء دوران القمر، تسحب جاذبية الأرض بقوة أكبر انتفاخ نحو الأرض، مما يؤدي إلى إبطاء دوران القمر حتى يتطابق مع الفترة المدارية (Orbital period). فإذا كان القمر يدور بشكل أسرع من دورته المدارية، فإن جاذبية الأرض ستبطئه، وإذا كان دورانه أبطأ، ستسرعه. ولهذا السبب نرى نفس وجه القمر طوال الوقت.
إن الآثار المترتبة على التقييد المدِّي تتجاوز القمر ونظامنا الشمسي. بينما نستكشف الكون، فإننا نكتشف الكواكب الخارجية التي من المحتمل أن تكون مقيدة مديًا بنجومها. وهذا له عواقب كبيرة على إمكانية الحياة على هذه الكواكب.

الآثار المترتبة على الحياة الفضائية

إن التقييد المدِّي ليس مجرد ظاهرة تقتصر على الأقمار. تنطبق نفس المبادئ على الكواكب التي تدور بالقرب من نجومها. في الواقع، يعتقد العلماء أن العديد من الكواكب الخارجية، وخاصة تلك التي تدور حول نجوم قزمة حمراء باردة، يمكن أن تكون مقيدة مديًا. وهذا له آثار كبيرة على إمكانية الحياة على هذه الكواكب.
على كوكب مقيد مديًا، سيواجه أحد الجانبين النجم بشكل دائم، بينما يظل الجانب الآخر في الظلام. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى اختلافات شديدة في درجات الحرارة، حيث يكون أحد الجانبين ساخنًا للغاية والآخر باردًا جدًا. وستقتصر المنطقة الصالحة للسكن، حيث درجات الحرارة المناسبة للحياة، على منطقة صغيرة من الكوكب، مما يخلق بيئة فريدة من نوعها.
والسؤال هو: هل يمكن للحياة أن تزدهر في مثل هذه المنطقة؟ ربما يمكن أن يوجد نظام بيئي صغير ومستقر، حيث تكون درجات الحرارة مقبولة. ومع ذلك، فمن غير المؤكد ما إذا كانت الحياة يمكن أن تتطور وتعيش في مثل هذه الظروف.
تكمن أهمية ذلك في حقيقة أن النجوم القزمة الحمراء هي النوع الأكثر شيوعًا من النجوم في المجرة، ومن المحتمل أن تكون العديد من الكواكب الصخرية التي تدور حولها مقيدة مديًا. إذا كانت هذه الكواكب غير قادرة على دعم الحياة، فقد يفسر ذلك سبب عدم مواجهتنا بعد لأي علامات على وجود حياة خارج كوكب الأرض.

المصادر:

Why Do We Always See The Same Side Of The Moon? / iflscience

رياح صادرة عن الثقوب السوداء قد تؤثر على تطور المجرات المحيطة!

توصل فريق من علماء الفلك، بقيادة الأستاذة بجامعة ويسكونسن ماديسون كاثرين جرير وحديث التخرج روبرت ويتلي، إلى اكتشاف رائد بأن رياح الثقوب السوداء تؤثر على تطور المجرات. ويتيح لنا التعمق أكثر في الثقوب السوداء فائقة الكتلة وقوتها الهائلة. ومن خلال تحليل سنوات من البيانات من نجم زائف (quasar) يقع على بعد مليارات السنين الضوئية في كوكبة العواء (Boötes)، وجد الفريق أن الغاز المحيط به يتسارع، وينطلق بسرعة متزايدة باستمرار.
استخدم فريق جرير وويتلي أكثر من ثماني سنوات من الملاحظات من مسح سلون الرقمي للسماء (Sloan Digital Sky ) لتتبع الرياح المكونة من الكربون الغازي. واكتشفوا الضوء المفقود من النجم الزائف، وهو الضوء الذي كان يمتصه الغاز. ولكن بدلاً من رؤية الامتصاص المتوقع، وجدوا أن الظل قد تغير موضعه، مما يشير إلى أن الغاز كان يتحرك بشكل أسرع مع كل ملاحظة عابرة. وهذا يعني أن الرياح تتسارع، مدفوعة بالإشعاع الذي ينطلق من القرص المتراكم المحيط بالثقب الأسود. وهذا الاكتشاف له آثار مهمة على فهمنا لكيفية تأثير الثقوب السوداء على تطور المجرات.

رياح الثقوب السوداء تؤثر على تطور المجرات

لغز النجم الزائف

في قلب معظم المجرات يوجد ثقب أسود فائق الكتلة (Supermassive black hole)، وهو عملاق الجاذبية الذي يشوه نسيج الزمكان. يُعتقد أن هذه الوحوش الكونية هي المسؤولة عن تشكيل تطور المجرات، إلا أن طريقة عملها تظل محاطة بالغموض. أحد الجوانب الأكثر غموضًا للثقوب السوداء هو قدرتها على تغذية النجوم الزائفة. والنجوم الزائفة هي عبارة عن ثقوب سوداء فائقة الكتلة محاطة بأقراص من المادة يتم سحبها إلى الداخل بواسطة قوة الجاذبية الهائلة للثقب الأسود.

القرص المُزوِّد ( accretion disk) للثقوب السوداء، يقوم بسحب المادة من المجرة نحو ثقب أسود هائل في مركزها، والمركز هو منطقة ذات حرارة وضوء شديدين تزود النجوم الزائفة بالطاقة. ويعد القرص المُزوِّد عنصرًا حاسمًا في ظاهرة النجوم الزائفة، ولطالما كان العلماء مفتونين بديناميكياتها.

القرص المُزوِّد عبارة عن هيكل على شكل قرص يتكون من مادة تدور حول الثقب الأسود. وتنجذب النجوم والغاز والغبار نحو أفق حدث (Event horizon) الثقب الأسود. ومع سقوط المادة، فإن المادة تكتسب طاقة بسبب قوة الجاذبية الشديدة. يتم إطلاق هذه الطاقة على شكل حرارة، مما يتسبب في إشعاع القرص عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. وهذا يجعل النجوم الزائفة مرئية من مسافات شاسعة تصل إلى 13 مليار سنة ضوئية. تختلف درجة حرارة القرص بشكل كبير، من شديدة الحرارة في مركزه إلى أكثر برودة نسبيًا عند حوافه، ولهذا السبب تبعث النجوم الزائفة الضوء عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية.

عملية فك لغز النجوم الزائفة

لفك لغز النجوم الزائفة، قام الباحثون بقيادة البروفيسور كاثرين جرير وروبرت ويتلي بجمع أكثر من 8 سنوات من البيانات من نجم زائف يسمى (SBS 1408 + 544)، تم التقاطه بواسطة مشروع رسم خرائط صدى الثقب الأسود التابع لمسح سلون الرقمي للسماء (Sloan Digital Sky).

من خلال مراقبة ضوء النجم الزائف، قام الفريق بتتبع امتصاص الكربون الغازي لأطوال موجية محددة، والتي تحولت مع مرور الوقت. كشف هذا التحول عن علاقة ديناميكية بين إشعاع النجم الزائف والغاز المحيط به. عندما ينفجر الإشعاع من القرص المُزوِّد، فإنه يدفع الغاز، مما يؤدي إلى تسارعه، وهي ظاهرة يمكن ملاحظتها من خلال أنماط الامتصاص.
أتاحت الملاحظات الـ 130 لهذا النجم الزائف، والتي امتدت لما يقرب من عقد من الزمان، فرصة فريدة لتحديد هذا التسارع بدقة عالية. يسمح هذا الاكتشاف للعلماء بفهم أفضل لكيفية تأثير النجوم الزائفة على المجرات المضيفة، مما يشكل تطور هذه العمالقة الكونية.

ولهذا الاكتشاف آثار مهمة على فهمنا لكيفية تفاعل الثقوب السوداء الهائلة مع المجرات المضيفة لها. يمكن للرياح التي تنفخ الغاز بعيدًا عن النجم الزائف أن تؤثر على تكوين النجوم الجديدة، إما عن طريق تغذية ولادتها أو قمع نموها. إنها علاقة معقدة بين الثقب الأسود ومجرته، حيث تلعب الرياح دورًا حاسمًا في تشكيل تطور المجرة. وبينما يواصل العلماء دراسة هذه الرياح، فقد يكشفون المزيد من الأسرار حول العلاقات المعقدة بين الثقوب السوداء ومجراتها.

المصادر:

Wind from black holes may influence development of surrounding galaxies / science daily

الكشف عن أسرار نمو الثقب الأسود فائق الكتلة

الثقوب السوداء فائقة الكتلة (Supermassive black hole) هي عبارة عن ثقوب سوداء هائلة الحجم، توجد في مراكز المجرات، وتبلغ كتلتها ملايين إلى مليارات المرات من كتلة شمسنا. لعقود من الزمن، كان علماء الفلك مفتونين بهذه الوحوش الكونية، ويتساءلون عن كيفية وصولها إلى هذه الأحجام الهائلة. توصل فريق من الباحثين، بقيادة فان زو، طالب الدراسات العليا في ولاية بنسلفانيا، ودبليو نيل براندت، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية، إلى اكتشاف رائد يلقي ضوءًا جديدًا على أسرار نمو الثقب الأسود فائق الكتلة. ومن خلال استكشاف الطريقتين الرئيسيتين لنمو الثقب الأسود، التنامي والاندماج، أنشأ الباحثون الصورة الأكثر واقعية لنموهم حتى الآن
يتكون البحث من ورقتين، واحدة منشورة في (The Astrophysical Journal) والأخرى لم تُنشر بعد، ويستخدم مزيجًا من بيانات الرصد بالأشعة السينية الرائدة والمحاكاة باستخدام الكمبيوتر الفائق (supercomputer) لتتبع نمو الثقوب السوداء الهائلة على مدى مليارات السنين. سيتم تقديم النتائج التي توصل إليها الفريق في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية في يونيو 2024.

كيف تهيمن الثقوب السوداء فائقة الكتلة على المجرات؟

توجد الثقوب السوداء فائقة الكتلة في قلب معظم المجرات، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة. لقد فتنت هذه الوحوش الكونية العلماء والجمهور على حد سواء، بقوتها الهائلة وطبيعتها الغامضة. ولكن كيف لها أن تهيمن على المجرات المضيفة لها، وتتحكم في حركة النجوم والغاز على حد سواء؟ تكمن الإجابة في كتلتها المذهلة.
تخيل مكنسة كهربائية عملاقة، تمتص كل ما يجرؤ على الاقتراب منها. وهذا تقريبًا ما يفعله الثقب الأسود فائق الكتلة، ولكن بدلاً من امتصاص الغبار والأوساخ، فإنه يستهلك كميات هائلة من الغاز والغبار من المجرة المضيفة له. تُطلق هذه العملية، التي تسمى التنامي (accretion)، كمية هائلة من الطاقة، مما يجعل هذه الثقوب السوداء من أكثر الأجسام سطوعًا في الكون.
وبينما تتغذى، تنمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة، وتزداد قوة جاذبيتها، مما يؤدي إلى تشويه نسيج المكان والزمان من حولها. تنجذب النجوم والغاز، وغالبًا ما تندمج مع الثقوب السوداء الأخرى عندما تصطدم المجرات. تعتبر العلاقة بين الغاز والنجوم هذه ضرورية لفهم كيفية تشكيل الثقوب السوداء لتطور المجرات، وفي نهاية المطاف، الكون كما نعرفه.

تاريخ الثقوب السوداء فائقة الكتلة

يرتبط تكوين هؤلاء العمالقة بشكل معقد بالكون المبكر. في المليار سنة الأولى بعد الانفجار الكبير، بدأت المجرات في التبلور، وبداخلها زُرعت بذور الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
خلال هذه الحقبة، كان الكون عبارة عن فوضى من الغاز والغبار، مع اصطدام المجرات واندماجها بمعدل ينذر بالخطر. لقد كانت البيئة المثالية لنمو هذه الثقوب السوداء، والتغذي على الغاز والغبار المتوفر. عندما اصطدمت المجرات، اندمجت الثقوب السوداء المركزية، مما أدى إلى خلق ثقوب سوداء أكثر ضخامة.
وبالتقدم سريعًا إلى ما يقرب من 7 مليارات سنة مضت، شهد الكون تحولًا كبيرًا. لقد نضجت المجرات، وتباطأ معدل الاصطدامات والاندماجات. ومع ذلك، استمرت الثقوب السوداء فائقة الكتلة في النمو، وإن كان بوتيرة أبطأ. كانت هذه فترة حرجة في تطورها، حيث بدأت بالسيطرة على مراكز المجرات المضيفة لها.
استخدم الباحثون أحدث عمليات المحاكاة، مثل (IllustrisTNG)، لنمذجة تكوين المجرات وتطورها، بما في ذلك اندماج ونمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة. ومن خلال الجمع بين هذه المحاكاة وبيانات الرصد، تمكنوا من إعادة بناء التاريخ القديم لهذه الوحوش الكونية.
وكشفت النتائج التي توصلوا إليها أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة نمت بسرعة عندما كان الكون فتيًا. تم تسوية العدد الإجمالي لهذه الكائنات العملاقة تقريبًا قبل 7 مليارات سنة، مع ظهور أكبرها نتيجة للاصطدامات والاندماجات المبكرة. يقدم هذا التاريخ القديم رؤى مهمة حول دورة حياة الثقوب السوداء الهائلة ودورها في تشكيل الكون كما نعرفه اليوم.

الرؤية بالأشعة السينية

تستهلك الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات الغاز البارد من المجرة المضيفة لها، وتشع أشعة سينية قوية في هذه العملية. تعمل هذه الأشعة السينية كمنارة، وتشير إلى نمو الثقب الأسود فائق الكتلة من خلال التنامي. ومن خلال قياس بيانات الرصد بالأشعة السينية الرائدة على مدار أكثر من 20 عامًا من ثلاثة من أقوى مرافق الأشعة السينية التي تم إطلاقها إلى الفضاء على الإطلاق، تمكن الباحثون من تحديد هذه الظاهرة المهمة.
استخدم الفريق بيانات من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، ومهمة نيوتن متعددة المرايا للأشعة السينية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (XMM-Newton)، وتلسكوب (eROSITA) التابع لمعهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض لقياس النمو الناتج عن التنامي في عينة من 1.3 مليون مجرة. أتاحت مجموعة البيانات الضخمة هذه للباحثين تحديد أكثر من 8000 ثقب أسود سريع النمو، مما يوفر رؤية غير مسبوقة لأنماط نموها.
وكانت النتائج مذهلة، فالمجرات الأكثر ضخامة نمت ثقوبها السوداء عن طريق التنامي بشكل أسرع، مع حدوث هذه الظاهرة في جميع العصور الكونية. ومن خلال الجمع بين هذه البيانات ومحاكاة اندماج المجرات، تمكن الباحثون من رسم صورة شاملة لنمو الثقب الأسود فائق الكتلة. هيمن التنامي على نمو الثقوب السوداء، حيث قدمت عمليات الاندماج مساهمات ثانوية ملحوظة، خاصة بالنسبة لأغلب الثقوب السوداء الضخمة.

عصر جديد من فهم الثقوب السوداء

يمكن للعلماء الآن تتبع تاريخ نمو الثقب الأسود فائق الكتلة على مدى مليارات السنين. سيسمح هذا الفهم للباحثين بوضع نموذج أفضل لتكوين المجرات، وتسليط الضوء على العلاقة المعقدة بين الثقوب السوداء والمجرات والكون نفسه.
بالنسبة للشخص العادي، قد يبدو هذا الاكتشاف بمثابة مجال متخصص من البحث العلمي، ولكن له آثار مهمة على فهمنا للكون. من خلال فهم كيفية نمو الثقوب السوداء وتطورها، يمكن للعلماء فهم القوانين الأساسية للفيزياء التي تحكم الكون بشكل أفضل. وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى اكتشافات في مجالات مثل الفيزياء الفلكية، وعلم الكونيات، وحتى فيزياء الجسيمات.

المصادر:

How do supermassive black holes get super massive? / science daily

الكشف عن معدن مهم في تكوين الأرض الفائقة

في دراسة رائدة نُشرت في مجلة (Science Advances)، توصل الباحثون بقيادة جون ويكس، الأستاذ المساعد في علوم الأرض والكواكب في جامعة جونز هوبكنز، إلى اكتشاف معدن مهم في تكوين الأرض الفائقة (super-Earth). تشير النتائج التي توصل إليها الفريق إلى أن أكسيد المغنيسيوم، وهو معدن شائع موجود في الكواكب الصخرية، يلعب دورًا حاسمًا في تشكيل الجزء الداخلي من هذه الأجرام السماوية.

أكسيد المغنيسيوم

إن أكسيد المغنيسيوم، وهو معدن موجود في كل مكان في وشاح الأرض، هو لاعب حاسم في تكوين الأرض الفائقة. هذا المركب، الذي غالبًا ما يتم تجاهله في المخطط الكبير لتكوين الكواكب، وجد أنه يمتلك خاصية فريدة تميزه عن المعادن الأخرى، وهي أن درجة حرارة انصهاره عالية للغاية. هذه الخاصية تجعل من أكسيد المغنسيوم المادة الصلبة الأكثر أهمية التي تتحكم في الديناميكا الحرارية للأرض الفائقة الناشئة.
تخيل سيناريو حيث يبرد كوكب صخري حار، وينفصل الجزء الداخلي منه إلى قلب ووشاح. سيكون أكسيد المغنيسيوم، بدرجة حرارة انصهاره غير العادية، أول مادة صلبة تتبلور، مما يمهد الطريق لتطور الكوكب في المستقبل. سيكون لهذه العملية تأثير عميق على الديناميكا الحرارية للكوكب، مما يؤثر على تكوين قلبه ووشاحه وقشرته.

تاريخ موجز للأرض الفائقة وتكوينها

إن الكواكب الأرضية الفائقة، وهي أكبر من كوكبنا ولكنها أصغر من عمالقة الغاز مثل نبتون أو أورانوس، قد فتنت العلماء منذ فترة طويلة بسبب قدرتها على إيواء الحياة. يُعتقد أن هذه الكواكب الخارجية، الموجودة عادة في الأنظمة الشمسية الأخرى، تحتوي على كميات كبيرة من أكسيد المغنيسيوم، وهو معدن يلعب دورًا حاسمًا في تكوينها وتطورها.
يعود تاريخ اكتشاف الكواكب الأرضية الفائقة إلى التسعينيات، عندما اكتشف علماء الفلك لأول مرة كواكب تدور حول نجوم أخرى. ومنذ ذلك الحين، أحرز الباحثون تقدمًا هائلاً في فهم تركيبة هذه العوالم البعيدة. وفي حين يُعتقد أن بعض الكواكب الأرضية الفائقة غنية بالغاز، يُعتقد أن بعضها الآخر صخري، ولها أسطح مشابهة لتلك الموجودة على الأرض.
ومن المتوقع أن يكون أكسيد المغنيسيوم، وهو معدن شائع موجود في الصخور على كوكبنا، مكونًا رئيسيًا في الكواكب الصخرية الفائقة. إن الخصائص الرائعة لهذا المعدن، بما في ذلك درجة حرارة ذوبانه العالية للغاية، تجعله مرشحًا مثاليًا للتأثير على المجال المغناطيسي والبراكين والجيوفيزياء لهذه الكواكب الخارجية.

محاكاة الظروف القاسية

تخيل إعادة إنشاء الحرارة الشديدة والضغوط الساحقة الموجودة في أعماق الكوكب الصخري، كل ذلك في إطار السعي لفهم كيفية تشكل الكواكب الأرضية الفائقة. وهذا هو بالضبط ما فعله فريق من العلماء باستخدام منشأة (Omega-EP laser) في مختبر طاقة الليزر بجامعة روتشستر.
ولوضع أكسيد المغنسيوم، وهو معدن رئيسي في تكوين الأرض الفائقة، تحت الاختبار، أخضعه الفريق لظروف قاسية. وقاموا بتفجير بلورات صغيرة من المعدن باستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة، لمحاكاة الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة الموجودة في أعماق قلب الكوكب. ومن خلال القيام بذلك، تمكنوا من ملاحظة كيفية تغير بنية المعدن استجابة لهذه الظروف القاسية.
وباستخدام الأشعة السينية، تتبع العلماء كيفية إعادة ترتيب ذرات المعدن تحت الضغط، مع ملاحظة النقطة الدقيقة التي تحول عندها من الحالة الصلبة إلى السائلة. يعد هذا التحول حاسمًا في فهم كيفية تأثير أكسيد المغنيسيوم على تكوين الكواكب الأرضية الفائقة، حيث يمكن أن يؤثر على التوصيل الحراري للكوكب، والبراكين، وحتى مجاله المغناطيسي.

وأظهرت النتائج أن أكسيد المغنيسيوم يمكن أن يتواجد في كلا حالتيه عند ضغوط تتراوح بين 430 إلى 500 جيجاباسكال ودرجات حرارة تبلغ حوالي 9700 كلفن (ما يقرب من ضعف درجة حرارة سطح الشمس). وهذا التحول من مرحلة إلى أخرى له آثار مهمة على فهمنا لتكوين وتطور الكواكب الصخرية. كما يمكن أن يتحمل ضغوطًا تصل إلى 600 غيغا باسكال قبل أن يذوب تمامًا، وهو إنجاز رائع بالنظر إلى أن هذا يعادل حوالي 600 ضعف الضغط الموجود في أعمق خنادق المحيط.

تأثير أكسيد المغنسيوم على تطور كواكب الأرض الفائقة الناشئة

مع انخفاض حرارة الكوكب، سيؤثر تحول أكسيد المغنيسيوم بشكل كبير على كيفية تحرك الحرارة داخل الكوكب، مما يؤثر على تكوين اللب والوشاح. وهذا بدوره سيحدد تطور المحيطات والغلاف الجوي وغيرها من السمات الرئيسية للأرض الفائقة الفتية. بفضل قدرته على التحكم في تدفق الحرارة، يصبح أكسيد المغنيسيوم وكيلًا لفهم الديناميكيات الداخلية لهذه العوالم البعيدة.
ولهذا الاكتشاف آثار بعيدة المدى على فهمنا لكيفية تطور الكواكب الأرضية الفائقة وتميزها عن بعضها البعض. ومن خلال فهم دور أكسيد المغنيسيوم في هذه العمليات، يمكن للعلماء تحسين نماذجهم واكتساب رؤى أعمق حول أسرار تكوين الكواكب. بينما نواصل استكشاف الامتداد الشاسع للمجرة، فإن معرفة أهمية أكسيد المغنيسيوم ستساعدنا على فهم أفضل لمجموعة متنوعة من العوالم الموجودة، من الحرارة الحارقة إلى الجليد البارد، وكل شيء بينهما.

المصادر:

Laser tests reveal new insights into key mineral for super-Earths / science daily

إمكانية تواجد الجاذبية بدون كتلة في الكون

الجاذبية، وهي القوة الأساسية التي تحكم سلوك الأجسام في الكون، كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالكتلة. من قوانين السير إسحاق نيوتن الرائدة إلى نظرية النسبية العامة الثورية لألبرت أينشتاين، كان مفهوم الجاذبية متجذرًا بعمق في وجود الكتلة. ومع ذلك، هناك دراسة جديدة مثيرة من المقرر أن تحطم هذه الفكرة السائدة منذ فترة طويلة، مما يشير إلى إمكانية تواجد الجاذبية بلا كتلة في الواقع.

العلاقات التقليدية بين الجاذبية والكتلة

لعدة قرون، ارتبط مفهوم الجاذبية ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الكتلة. من قوانين نيوتن الثورية التي تصف تأثير الجاذبية العالمي إلى النظرية النسبية الثورية لألبرت أينشتاين، كانت فكرة أن الكتلة هي المحرك الأساسي للجاذبية ركيزة أساسية لفهمنا للكون.

إن فكرة أن كل نقطة كتلة تجتذب كل نقطة أخرى بواسطة قوة تعمل على طول الخط الذي يتقاطع مع النقطتين كانت حجر الزاوية في الميكانيكا الكلاسيكية. في القرن العشرين، اعتمد عمل أينشتاين على أسس نيوتن، حيث قدم مفهوم انحناء الزمكان في وجود الكتلة والطاقة. لقد عززت المعادلة الشهيرة (E=mc²) العلاقة بين الكتلة والطاقة، مما يعني أن أي جسم له كتلة يشوه نسيج الزمكان، مما يؤدي إلى ظهور القوة التي نختبرها كالجاذبية. هذه العلاقة المعقدة بين الكتلة والطاقة وانحناء الزمكان قادنا إلى الاعتقاد بأن الجاذبية، بحكم تعريفها، هي مظهر من مظاهر الكتلة. ومع ذلك، فإن الدراسة الأخيرة تقترح بديلًا جذريًا، يتحدى فهمنا التقليدي لعلاقة الجاذبية بالكتلة.

لغز المادة المظلمة

لعدة قرون، كان العلماء يتصارعون مع لغز المادة المظلمة، وهي مادة افتراضية يُعتقد أنها تشكل 85% من إجمالي كتلة الكون. تم تقديم المادة المظلمة في البداية لتفسير سبب تماسك المجرات معًا على الرغم من دورانها عالي السرعة. ومع ذلك، على الرغم من قبولها على نطاق واسع، تظل المادة المظلمة كيانًا بعيد المنال، مع عدم ملاحظاتها بشكل مباشر حتى الآن.

أدى البحث عن المادة المظلمة إلى قيام الفيزيائيين باقتراح مجموعة متنوعة من الأفكار غير التقليدية لتجنب هذه المادة الغامضة كوسيلة لسد الثغرات في النظريات الحالية. إحدى هذه الأفكار هي مفهوم العيوب الطوبولوجية، والذي يمكن أن يوفر منظورًا ثوريًا جديدًا حول الجاذبية وعلاقتها بالكتلة. يشير نهج ليو الثوري إلى أن العيوب الطوبولوجية، وليس المادة المظلمة، يمكن أن تكون مسؤولة عن قوة الجاذبية التي تربط المجرات والأجرام السماوية الأخرى معًا.

أثارت فرضية المادة المظلمة جدلاً حادًا داخل المجتمع العلمي، حيث جادل البعض بأن وجودها ضروري لتفسير السلوك المرصود للكون. ويقترح آخرون، مثل عالم الفيزياء الفلكية ريتشارد ليو، حلولاً بديلة تتحدى فهمنا التقليدي للجاذبية وعلاقتها بالكتلة.

العيوب الطوبولوجية

تدور الفكرة الثورية لعالم الفيزياء الفلكية ريتشارد ليو حول مفهوم العيوب الطوبولوجية، وهي طبقات رقيقة تشبه القشرة قد تحدث في مناطق مدمجة من الفضاء ذات كثافة عالية للغاية. تحتوي هذه القشور متحدة المركز على طبقة رقيقة من الكتلة الموجبة مدسوسة داخل طبقة خارجية من الكتلة السالبة. الجانب اللافت للنظر في هذه الهياكل هو أن الكتلتين تلغي بعضهما البعض، مما يؤدي إلى كتلة إجمالية تساوي صفر. ويمكن اعتبار هذه الظاهرة بمثابة “الجاذبية عديمة الكتلة”، حيث توجد الجاذبية دون الحاجة إلى أجسام ضخمة.

يعد اقتراح ليو بمثابة تغيير جذري، لأنه يتحدى فهمنا الحالي للجاذبية ودور المادة المظلمة. إذا تم تأكيد ذلك، فقد يجعل البحث عن المادة المظلمة أمراً عفا عليه الزمن، ويفتح آفاقاً جديدة لأبحاث الجاذبية. إن الآثار المترتبة عميقة، ودراسة ليو هي خطوة مهمة نحو إعادة التفكير في فهمنا للكون.

مستقبل أبحاث الجاذبية

إن الآثار المترتبة على اكتشاف ليو بعيدة المدى، والتطبيقات المحتملة في حياتنا اليومية واسعة. تخيل مستقبلًا يسمح لنا فيه فهمنا للجاذبية باستغلال قوتها وتسخيرها لإنشاء مصادر طاقة مستدامة، وإحداث ثورة في وسائل النقل، وحتى إنشاء مستعمرات في الفضاء. الاحتمالات لا حصر لها، وكل ذلك يبدأ بفهم أعمق للجاذبية بدون كتلة.

يمكن أن يكون أحد أهم الإنجازات في مجال استكشاف الفضاء. ومع القدرة على خلق جاذبية اصطناعية دون الحاجة إلى أجسام ضخمة، يمكن للبشرية بناء هياكل ضخمة تتحدى قيود قوى الجاذبية التقليدية. وهذا يمكن أن يتيح إنشاء سفن توليد ضخمة، وأنظمة بيئية مكتفية ذاتيًا يمكن أن تدعم حياة الإنسان لفترات طويلة، مما يجعل السفر بين النجوم حقيقة واقعة.

علاوة على ذلك، فإن إمكانية التلاعب بالجاذبية يمكن أن تؤدي إلى تطوير تقنيات متقدمة تغير الطريقة التي نعيش بها ونعمل بها. تخيل مدنًا بها ناطحات سحاب مقلوبة، تتحدى الجاذبية، أو أنظمة نقل تستخدم الجاذبية الاصطناعية لدفع المركبات بسرعات لا تصدق. الاحتمالات لا حصر لها، ومستقبل أبحاث الجاذبية يحمل المفتاح لفتح الإمكانات الحقيقية للبشرية.

المصادر:

Wild New Study Suggests Gravity Can Exist Without Mass / science alert