درجة حرارة كوكب المشتري

درجة حرارة كوكب المشتري

يُعد كوكب المشتري خامس كواكب المجموعة الشمسية بُعداً عن الشمس وأكبرها حجماً وكتلة، وهو عملاق غازي يتميز بخصائص فيزيائية وكيميائية معقدة جعلت دراسة مناخه ودرجة حرارته مجالاً بالغ الأهمية في علم الكواكب. وعلى عكس الكواكب الصخرية مثل الأرض أو المريخ، لا يمتلك المشتري سطحاً صلباً، مما يجعل مصطلح “درجة حرارة سطحه” غير دقيق علمياً. بدلاً من ذلك، يُدرس التوزيع الحراري في طبقات غلافه الجوي المختلفة، بدءاً من الطبقات العليا مرورا بالمتوسطة، وصولاً إلى أعماق داخلية ذات ظروف فيزيائية شديدة القسوة.

أولاً: بنية الغلاف الجوي للمشتري

يتكوّن الغلاف الجوي للمشتري من عدة طبقات رئيسية تتفاوت في درجة الحرارة والضغط والكثافة، وتتداخل في تحديد سلوك الحرارة ونمط انتقالها عبر الكوكب. يضم الغلاف الجوي للمشتري ثلاث طبقات أساسية:

1. الطبقة العليا (الثرموسفير والأيونوسفير): وهي طبقات عليا تتفاعل مع الرياح الشمسية وتُظهر ارتفاعاً غير متوقع في درجات الحرارة.

2. الطبقة المتوسطة (الستراتوسفير والتروبوسفير): وفيها تتكوَّن معظم سُحب الكوكب وتحدث الظواهر الجوية المألوفة مثل العواصف والأحزمة.

3. الطبقة الداخلية (الوشاح الغازي والبنية السائلة تحت الغلاف الجوي): وتشمل أعماق تصل إلى طبقات سائلة ومعدنية للهدروجين.

ثانياً: درجات الحرارة في طبقات المشتري

يمكن تصنيف درجات الحرارة على كوكب المشتري حسب العمق في غلافه الجوي، كما يلي:

تشير هذه البيانات إلى تفاوت حراري حاد جداً بين الطبقات العليا الباردة والطبقات الداخلية شديدة السخونة. هذا التفاوت غير ناتج عن تسخين الشمس فقط، بل عن مصادر حرارية داخلية قوية.

ثالثاً: مصادر حرارة كوكب المشتري

على الرغم من بعد المشتري الكبير عن الشمس، والذي يعادل نحو 5.2 وحدة فلكية (أي أكثر من خمسة أضعاف بعد الأرض عن الشمس)، فإن الكوكب يُصدر من الحرارة أكثر مما يتلقاه. هذه الظاهرة تُعرف باسم “عدم توازن الإشعاع”، وتُعزى إلى مصدرين رئيسيين:

1. الانكماش الجذبوي المستمر (Kelvin–Helmholtz mechanism)

يُنتج المشتري طاقة من خلال الضغط الجذبوي الهائل في داخله، مما يؤدي إلى انكماش بطيء للكوكب وتحرير للطاقة الحرارية من داخله، وهي عملية ما تزال قائمة منذ تشكّل الكوكب قبل نحو 4.5 مليار سنة.

2. تحولات الهيدروجين إلى الحالة المعدنية

في الطبقات الداخلية، يؤدي الضغط الشديد إلى تحوّل الهيدروجين من حالته الغازية إلى الحالة المعدنية، وهي حالة فيزيائية نادرة ينتج عنها تحرير طاقة كبيرة، ويُعتقد أنها تسهم في تسخين المناطق الداخلية.

رابعاً: الحرارة في الغلاف الجوي العلوي

تشير قياسات بعثات ناسا مثل “جونو” و”جاليليو” إلى وجود ظاهرة حرارية غريبة في الغلاف العلوي للمشتري، حيث تصل درجات الحرارة في طبقة الثرموسفير إلى ما يزيد عن 1000 كلفن، رغم أن هذه الطبقة بعيدة عن مصدر التسخين الأساسي وهو مركز الكوكب، كما أن تعرضها للشمس محدود بسبب البعد الكبير. هذه الظاهرة لا تزال غير مفسرة تماماً، ولكن يُعتقد أن للرياح الشمسية والمجال المغناطيسي دوراً في توليد تسخين غير تقليدي في هذه الطبقات، يُعرف بتأثير “الشفق القطبي الحراري”.

خامساً: عدم وجود سطح صلب وتأثيره على تعريف “درجة الحرارة”

يُعد كوكب المشتري كوكباً غازياً، ولا يملك سطحاً صلباً يمكن قياس درجة حرارته كما في الأرض أو المريخ. وهذا يُعقّد عملية تعريف “درجة حرارة سطحه”. وبالتالي، يتم استخدام مستوى ضغط معين (عادة 1 بار، وهو ما يعادل الضغط الجوي عند سطح البحر على الأرض) كمرجع تعريفي لقياس درجة حرارة المشتري. عند هذا المستوى، تبلغ درجة الحرارة حوالي 165 كلفن (-108°C)، وتُستخدم هذه القيمة بشكل شائع كتمثيل “تقريبي” لدرجة حرارة سطح المشتري.

سادساً: التوزيع الحراري حسب خطوط العرض والطول

المشتري يتميز بوجود أحزمة مدارية وعواصف شديدة الدوران مثل “البقعة الحمراء العظمى”، وهو ما يجعل التوزيع الحراري غير متجانس. فالأحزمة الاستوائية، بفعل الدوران العالي للكوكب وسرعة الرياح، تميل إلى أن تكون أكثر دفئاً نسبياً من المناطق القطبية. ومع ذلك، فإن تأثير التوزيع الشمسي ضعيف نسبياً مقارنة بتأثيرات الحرارة الداخلية.

سابعاً: الفصول المناخية وتأثير الميل المحوري

يميل محور دوران المشتري بزاوية بسيطة نسبياً تبلغ حوالي 3 درجات فقط، مقارنة بميل الأرض البالغ 23.5 درجة. ولهذا فإن المشتري لا يعاني من فصول مناخية حادة كما هو الحال على الأرض، ما يجعل التغيرات الموسمية في درجة حرارته طفيفة جداً وغير مؤثرة في ديناميكية مناخ الكوكب.

ثامناً: قياسات وتحليلات من بعثات الفضاء

أبرز البعثات التي ساهمت في تحليل درجة حرارة كوكب المشتري:

• بعثة بيونير 10 و11 (1973–1974): قدّمت أول بيانات تقريبية عن درجات الحرارة في الغلاف الجوي.

• بعثة فوياجر 1 و2 (1979): ساهمت في تصوير وتحديد أنماط الحرارة حول البقعة الحمراء.

• بعثة جاليليو (1995–2003): كانت أول مسبار يدخل غلاف المشتري وقدم قياسات دقيقة لدرجة الحرارة والضغط على عمق كبير.

• بعثة جونو (منذ 2016): ما تزال تقدم بيانات عالية الدقة عن حرارة الغلاف الجوي وخصائصه المغناطيسية.

تاسعاً: أهمية معرفة درجات الحرارة في دراسة الكوكب

تشكل دراسة درجات الحرارة في المشتري مدخلاً لفهم تركيب الكوكب الداخلي، وآلية تشكله وتطوره، وديناميكية الرياح والعواصف، بالإضافة إلى تأثيراته على الأقمار التابعة له مثل “أوروبا” و”جانيميد”. كما أن فهم التسخين الداخلي قد يساعد في تفسير تطور الكواكب العملاقة في أنظمة شمسية أخرى.

عاشراً: مقارنة بحرارة كواكب أخرى

عند مقارنة درجة حرارة المشتري بالكواكب الأخرى، يمكن ملاحظة الفروق الهائلة الناتجة عن اختلاف البنية والموقع:

ورغم أن المشتري بعيد نسبياً عن الشمس، إلا أن مصدر حرارته الداخلي يمنحه درجة حرارة أعلى مما هو متوقع فقط من إشعاع شمسي.

المراجع

1. Guillot, T. (2005). “The interiors of giant planets: Models and outstanding questions.” Annual Review of Earth and Planetary Sciences.

2. Bolton, S. J. et al. (2017). “Juno’s First Results: Jupiter’s Interior and Magnetic Field.” Science.

العنوان المناسب للمقال:

حرارة كوكب المشتري