یونس بخشی

بر اساس شبیه سازی های رایانه ای شرایط درونی میزان جداگانه هیدروژن و هیلیوم توسط متخصصین ژئوفیزیک دانشگاه برکلی در کالیفرنیا، سیاره مشتری یک هسته سنگی دارد که در مقایسه با تصور قبلی دو برابر بزرگتر است. نتایج این تحقیقات در مجله اخترفیزیک منتشر شد.

این شبیه سازی، ذرات مختلط و آمیخته هیدروژن و هیلیوم در فشار و دمای بسیار شدیدی را که در قسمت درونی مشتری اتفاق می افتد قابل ذکر است که نمی توان آن قسمت را در شرایط آزمایشگاهی تجربه کرد، پیش بینی می کند.

روش های بکار رفته که اولأ بخاطر مطالعه نیمه هادی ها (semiconductor) توسط یک پروفسور همکار در رشته علوم زمین، سیارات و اخترشناسی ساخته شده بود، بخاطر محاسبه دما، غلظت و فشار ذرات هیدروژن و هیلیوم در سطح تا مرکز سیاره طراحی شده بود.

مقایسه این روش با جرم، شعاع، دما یا حرارت سطح، جاذبه و برآمدگی استوایی آشکار سیاره دلالت بر آن دارد که هسته مشتری یک سیاره سنگی شبیه زمین اما با جرم 14 تا 18 مرتبه بزرگتر از زمین یا یک بیستم کل جرم سیارت مشتری می باشد. نمونه های قبلی گفته بودند این سیاره هسته ای 7 برابر جرم زمین و یا هیچ هسته ندارد.

شبیه سازی نشان می دهد که هسته سیاره ترکیبی از لایه فلزات، سنگ و یخ متان، آمونیاک و آب می باشد و بالاتر از آن یک اتموسفری مرکب از هیلیوم و هیدروژن وجود دارد. در مرکز این هسته سنگی احتمالأ یک گوی فلزی مرکب از آهن، نیکل درست شبیه هسته زمین وجود دارد.

به گفته میلیتزر " شبیه سازی های ما نشان می دهد که یک جرم سنگی بزرگ در مرکز مشتری وجود دارد که با لایه از یخ چنان محکم پوشانیده شده که در هیچ جای دیگر سیاره به این صورت یخ وجود ندارد. در مقایسه با نمونه های قبلی که به مشکل یک هسته کوچکتر و ترکیبی از یخ ها را در سراسر اتموسفر پیش بینی نموده بودند این یک نتیجه  بسیار دشوار برای ساختار داخلی مشتری بود.

اساسأ هسته درونی مشتری همانند سیاره زحل با یک نپتون یا اروانوس در مرکز آن می باشد. نپتون و اورانوس "غول های یخی" نامیده می شدند، زیرا بنظر میرسد که این دو سیاره هم هسته سنگی پوشیده از یخ هیدروژن و هیلیم اما بدون پوشش گازی مشتری یا زحل دارند.

این شبیه سازی شک و تردید های 19 ساله را از بین برد. روش جدید ترمو دینامیک در واقع شرح دقیق علمی از آنچه که در درون مشتری می گذرد، می باشد.

هسته بزرگ سنگی اشاره بر این دارد، که حدود 4.5 میلیارد سال قبل زمانی که مشتری و دیگر غول های گازی در حال شکل گیری بودند، این سیارات به وسیله سقوط سنگ های کوچکی بوجود آمدند که اتموسفر عظیمی از هیدروژن و هیلیوم را تصرف نموده اند.

بر اساس نمونه بهم پیوستن هسته، در زمانیکه سحابی اولیه سیاره ای سرد شد، پیش سیارات یا سیارات کوچک سرد شدند و در اثر گریز یا فرار به هم پیوستند که در نتیجه این هسته ها را بوجود آوردند. اگر صحیح باشد، بدین معنی است که که سیارات هسته های بزرگی دارند که شبیه سازی ها هم پیش بینی می کنند. ساختن یک سیاره با هسته کوچک به مراتب مشکل است.

بخاطر مطابقت گرانش یا جاذبه مشاهده شده مشتری، شبیه سازی آقای میلیتزر پیش بینی می کند که بخش های مختلف مشتری با میزان سرعت متفاوت در گردش می باشند. مشتری را می توان مجموعه ای از سیلندر (استوانه) های تصور کرد که بدور محور چرخشی می گردند و سیلندر های بیرونی در مناطق استوایی در مقایسه با سیلندر های درونی سریعتر می چرخند. این چرخش همانند چرخش خورشید می باشد.

بر اساس شبیه سازی تحت فشار و دمای زیاد در اعماق سیاره هیدروژن از ساختار مالکولی به وضعیت فلزی تغییر می کند که رسانایی یا انتشار الکتریکی را بوجود می آورد و باعث بوجود آمدن میدان های مغناطیسی مشتری می شود. بر خلاف پیش بینی های قبلی این انتقال یا تغییر حالت بصورت تدریجی می باشد.

نمونه جدید مشتری نشان می دهد که بیشتر یخ ها در لایه بیرونی هسته متمرکز شده اند و فقط یک مقدار کم آن بصورت پوشش گاز های مختلط هیدروژن و هیلیوم می باشد که 95 درصد جرم مشتری را تشکیل داده. "یخ های سیاره ای" در این پوشش حدود 4 برابر جرم زمین و یا 1 درصد جم مشتری می باشد.

مشتری فراتر از خط یخی تشکیل شده و یخ با فلزات سنگی بهم پیوسته. در نتیجه، یخ بخشی از هسته است و در این پوشش نمی باشد.

باید گفت که شبیه سازی ها با اندازه گیری های کاوشگر گالیله که در سال 1995 از میان اتموسفر مشتری پائین رفت، بخوبی مطابقت دارد.

آقای میلیتزر قصد دارد تا از این شبیه سازی برای مطالعه ساختار درونی دیگر سیارات و تحقیق در مورد تشکیل سیارات خارج از منظومه شمسی استفاده کند. اطلاعات بعدی  مأموریت جونو که در سال 2011 توسط ناسا فرستاده می شود و در سال 2016 به مشتری میرسد و بخاطر اندازه گیری میدان مغناطیسی و جاذبه این سیاره می باشد، می تواند پیش بینی های میلیتزر را بررسی کند.