7 نکته ناگفته درباره عطارد
ترجمه: مارال فريدون و اشين ذکريان
عطارد کوچولوي بيچاره! اين سياره کوچک همواره در معرض حملات بي پايان تابش شديد خورشيد، بادهاي نيرومند خورشيدي و برخوردهاي شهاب واره هاي بسيار کوچک پر سرعت قرار دارد. پوشش نازک اطراف سياره يا همان بيرون کره، آن قدر ناچيز است که گويي با خلأ بيرون يکي شده است. به همين سبب دانشمندان بيرون کره عطارد را بازمانده جوّ پيشين آن مي دانند. به هرحال، بيرون کره پي در پي در حال تغيير است و محتوياتش با سديم، پتاسيم، کلسيم، منيزيم، و ذرات ديگري- که از خاک عطارد در پي برخوردهاي شهاب واره ها به هوا بلند مي شوند- تجديد مي شود از ان جايي که اين ذرات و مواد سطح عطارد نسبت به نور خورشيد، باد خورشيدي، ميدان مغناطيسي خود سياره (مغناط کره) و ساير نيروهاي پويا واکنش نشان مي دهند شکل بيرون کره همواره تغيير مي کند. از اين رو، بيرون کره عطارد نه تنها مکاني مرده نيست بلکه محلي شگفت انگيز است که اخترشناسان با بررسي اش اطلاعات بسياري درباره سطح و محيط اين سياره به دست مي آورند.
درباره اين موضوع دانشمندان مرکز پروازهاي فضايي گادرد ناسا در مريلند سه مقاله نوشته اند. در اين مقاله ها جزيياتي از چگونه تجديد شدن بيرون کره آمده و نشان داده شده است که شبه سازي هاي جديد مغناط کره و بيرون کره عطارد برخي از رصدهاي جالب اين سياره را توضيح مي دهد. اين مقاله ها در بخشي از شماره ويژه نامه مجله ايکاروس(Icarus) منتشر شدند که ويژه رصد هاي فضاپيماي مسنجر در نخستين و دومين گذرش از نزديکي عطارد بود. واژه مسنجر (MESSENGER) کوتاه شده عبارت MErcury Surface، Space ENvironment، GEochemistry and Ranging به معني فضاپيماي سنجش سطح، محيط فضايي و ژئوشيمي عطارد است.فضاپيماي مسنجر در آزمايشگاه فيزيک کاربردي دانشگاه جان هاپکينز ساخته شده و از آنجا براي ناسا هدايت مي شود.
1- جايگزين عطارد. هيچ فضاپيمايي تاکنون بر سطح عطارد فرود نيامده از اين رو اختر شناسان ناچارند ترکيبات خاک اين سياره را با روشي غير مستقيم بررسي کنند. يکي از اين روش ها بررسي قمر است جو ماه مانند عطارد، بيرون کره بسيار رقيقي دارد و هر دو اين کره ها فرايندهاي مشابهي مواد را از سطح به سمت جو مي رانند. بنابراين رزماري کيلن، عضو مرکز فضايي گارد و متخصص بررسي جو ماه و عطارد، به همراه همکارانش براي پيا کردن نوع خاکي که موجب تراکم سديم و پتاسيم در جو عطارد مي شود نمونه هاي به دست آمده از سطح ماه را بررسي کردند. شبيه ترين ترکيبات در سنگ هاي پيدا شد که با فضاپيماي لونا 16 روسيه از ماه به زمين آورده شده بود.
2- هرکه به راه خويش. در جو زمين اتم ها و مولکول ها دائماً به هم برخورد مي کنند اما چنين اتفاقي زياد در جو عطارد رخ نمي دهد در عوض، عناصر به راه خود ادامه مي دهند و بيشتر به سطح سياره برخورد مي کنند تا با يکديگر. به گفته کيلن، عضو گروه علمي مسنجر: «داده هاي تلسکوپ زميني و داده هاي اخير مسنجر نشان مي دهند که سديم، کلسيم، و منيزيم طي فرايندهاي مختلفي از سطح سياره آزاد مي شوند و در بيرون کره رفتار متفاوتي دارند».
3- قدرت تابش خورشيد. در پي شبيه سازي هاي جديد، نقش نيروي حيرت انگيزي در انتشار سديم به بيرن کره عطارد و دنباله اش آشکار شد. محققان پيش از اين عامل اصلي را ذرات بارداري مي دانستند که به سطح اصابت و سديم را در فرايندي به نام يون پراني (ion sputtering) آزا د مي کنند. اما به نظر مي رسد عامل اصلي فوتون هايي باشند که سديم را طي فرايندي به نام دفع فوتوني (PSD) آزاد مي کنند. اين فرايند در مناطقي که بمباران يوني شده اند تشديد مي شود. اين طرح را متيو برگر، دانشمند محقق دانشگاه مريلند در بالتيمور (UMBC) به همراه کيلن و همکارانش در مرکز گادرد ارايه کرد. آنها داده هاي گذر اول و دوم فضاپيماي مسنجر را برررسي کردند. تابش خورشيد اتم هاي سديم را از سطح سياره مي راند و دنباله اي در پس آن مانند دم دنباله دار تشکيل مي دهد. به گفته برگر: «زماني که عطارد در فاصله متوسطي از خورشيد قرار دارد، شتاب تابش بيشتر است علتش هم آن است که حرکت عطارد در مدارش سريع تر است و اين از عواملي است که تعيين مي کند تابش خورشيد چه ميزان نيرو بر بيرون کره وارد مي کند». پانزده درصد سديم مشاهده شده هم از برخورد ريزشهاب سنگ ها به وجود آمده است.
4- سديم در قطب شمال فراوان تر است. مقدار فراوان تري سديم در قطب شمال و جنوب سياره مشاهده شده است، اما پس از نخستين گذر چيز ديگري آشکار شد: تابش سديم در نيم کره شمالي 30 درصد بيشتر از نيم کره جنوبي سياره بود. شبيه سازي مغناط کره عطارد، که آن را مهدي بنّا، دانشمند تونسي الاصل محقق دانشگاه مريلند و عضو گروه علمي مسنجر و همکارانش انجام دادند. ممکن است به توضيح اين يافته ها کمک کند. اين شبيه سازي نشان مي دهد که برخوردهاي پروتون ها در نزديکي قطب شمال 4 بار بيشتر از قطب جنوب است. به اين معنا که در آن ناحيه اتم هاي سديم بيشتر مي توانند با يون پراني يا روش دفع فوتوني آزاد شوند. به گفته بنّا: «از آنجا که ميدان مغناطيسي ناشي از باد خورشيدي در زمان عبور فضاپيما متمايل بوده، بنابراين اين ميدان در اطراف عطارد شکل متقارني نداشته است، از اين رو ناحيه قطب شمال سياره را نسبت به قطب جنوب بيشتر در معرض ذرات باد خورشيدي قرار داده است».
5- به سوي ابزارهاي پيشرفته. برگر مي افزايد: «افزايش ذرات باردار در نزديکي قطب شمال با فوتون هاي حاصل از دفع فوتوني ترکيب مي شوند. اما اين روش دفع فوتوني فقط در سطح بيروني ذرات خاک تأثير مي گذارد. سطوح به سرعت تخليه مي شوند و مقدار محدودي سديم منتشر مي کنند اما رانده شدن سديم از درون هر ذره به سطح مدتي طول مي کشد ازدياد ذرات باردار در قطب شمال به کل اين فرايند سرعت مي دهد، بنابراين سديم هم به مقدار بيشتر و هم سريع تر منتشر مي شود».
6- ذرات رقصنده: پس از بمباران سطح عطارد با پروتون هايموجود در باد خورشيدي و پرتاب ذرات از سطح سياره، تابش شديد خورشيد به مواد پرتاب شده آنها را به يون ها مثبت تبديل مي کند (طي فرايدن يونش تابشي). بر پايه شبيه سازي بنّا و همکارانش برخي از يون ها مي توانند پيرامون سياره در منطقه اي کمربند مانند در گردش باشند و گاهي بايد يک نيم دور يا چندين مرتبه به گرد سياره بگردند تا از کمربند خارج شوند.بنّا توضيح مي دهد: «اگر چنين کمربندي وجود داشته باشد و تراکم يون ها نيز در آن به اندازه کافي باشد، ممکن است در اين ناحيه افت نيروي مغناطيسي رخ بدهد». با آن که اعضاي گروه علمي مسنجر متوجه کاهش ميدان مغناطيسي در دو طرف عطارد شدند، نمي توان علت آن را کمربند دانست. شبيه سازي بنّا و محققان ديگر نشان مي دهد که کمربند ممکن است به وجود آيد اما آيا در آن يون هاي کافي براي ايجاد شيب ميدان مغناطيسي وجود دارد؟ پاسخ اين پرسش هنوز داده نشده است.
7- منيزيم مستقل. نخستين بار با بررسي داده هاي فضاپيماي مسنجر بود که منيزيم در بيرون کره عطارد پيدا شد. به گفته کيلن، يکي از اعضاي پروژه مسنجر: «اختر شناسان انتظار داشتند تراکم منيزيم در سطح سياره بيشتر باشد و آن چنان که انتظار مي رود به تدريج با فاصله گرفتن از سطح مقدارش کمتر شود اما او و همکارانش با بررسي داده هاي گذر سوم مسنجر دريافتند که مقدار منيزيم در قطب شمال سياره ثابت بوده اما پس از آن به طور ناگهاني کاهش يافته است. اين رخدادي غير منتظره بوده و تا پيش از آن چنين توزيع عجيبي از منيزيم ديده نشده بود. افزون بر اين، دماي منيزيم ممکن است به ده ها هزار کلوين برسد که به مراتب بالاتر از دماي 800 درجه فارنهايتي سطح سياره است. فعل و انفعالات سطحي سياره نمي تواند سبب اين گرماي زياد باشد. کيلن در ادامه مي افزايد: «فقط فرايندي بسيار پر انرژي ممکن است منيزيمي چنين داغ توليد کند و ما هنوز چگونگي آن را نمي دانيم».
منبع: نجوم، شماره 203.
درباره اين موضوع دانشمندان مرکز پروازهاي فضايي گادرد ناسا در مريلند سه مقاله نوشته اند. در اين مقاله ها جزيياتي از چگونه تجديد شدن بيرون کره آمده و نشان داده شده است که شبه سازي هاي جديد مغناط کره و بيرون کره عطارد برخي از رصدهاي جالب اين سياره را توضيح مي دهد. اين مقاله ها در بخشي از شماره ويژه نامه مجله ايکاروس(Icarus) منتشر شدند که ويژه رصد هاي فضاپيماي مسنجر در نخستين و دومين گذرش از نزديکي عطارد بود. واژه مسنجر (MESSENGER) کوتاه شده عبارت MErcury Surface، Space ENvironment، GEochemistry and Ranging به معني فضاپيماي سنجش سطح، محيط فضايي و ژئوشيمي عطارد است.فضاپيماي مسنجر در آزمايشگاه فيزيک کاربردي دانشگاه جان هاپکينز ساخته شده و از آنجا براي ناسا هدايت مي شود.
1- جايگزين عطارد. هيچ فضاپيمايي تاکنون بر سطح عطارد فرود نيامده از اين رو اختر شناسان ناچارند ترکيبات خاک اين سياره را با روشي غير مستقيم بررسي کنند. يکي از اين روش ها بررسي قمر است جو ماه مانند عطارد، بيرون کره بسيار رقيقي دارد و هر دو اين کره ها فرايندهاي مشابهي مواد را از سطح به سمت جو مي رانند. بنابراين رزماري کيلن، عضو مرکز فضايي گارد و متخصص بررسي جو ماه و عطارد، به همراه همکارانش براي پيا کردن نوع خاکي که موجب تراکم سديم و پتاسيم در جو عطارد مي شود نمونه هاي به دست آمده از سطح ماه را بررسي کردند. شبيه ترين ترکيبات در سنگ هاي پيدا شد که با فضاپيماي لونا 16 روسيه از ماه به زمين آورده شده بود.
2- هرکه به راه خويش. در جو زمين اتم ها و مولکول ها دائماً به هم برخورد مي کنند اما چنين اتفاقي زياد در جو عطارد رخ نمي دهد در عوض، عناصر به راه خود ادامه مي دهند و بيشتر به سطح سياره برخورد مي کنند تا با يکديگر. به گفته کيلن، عضو گروه علمي مسنجر: «داده هاي تلسکوپ زميني و داده هاي اخير مسنجر نشان مي دهند که سديم، کلسيم، و منيزيم طي فرايندهاي مختلفي از سطح سياره آزاد مي شوند و در بيرون کره رفتار متفاوتي دارند».
3- قدرت تابش خورشيد. در پي شبيه سازي هاي جديد، نقش نيروي حيرت انگيزي در انتشار سديم به بيرن کره عطارد و دنباله اش آشکار شد. محققان پيش از اين عامل اصلي را ذرات بارداري مي دانستند که به سطح اصابت و سديم را در فرايندي به نام يون پراني (ion sputtering) آزا د مي کنند. اما به نظر مي رسد عامل اصلي فوتون هايي باشند که سديم را طي فرايندي به نام دفع فوتوني (PSD) آزاد مي کنند. اين فرايند در مناطقي که بمباران يوني شده اند تشديد مي شود. اين طرح را متيو برگر، دانشمند محقق دانشگاه مريلند در بالتيمور (UMBC) به همراه کيلن و همکارانش در مرکز گادرد ارايه کرد. آنها داده هاي گذر اول و دوم فضاپيماي مسنجر را برررسي کردند. تابش خورشيد اتم هاي سديم را از سطح سياره مي راند و دنباله اي در پس آن مانند دم دنباله دار تشکيل مي دهد. به گفته برگر: «زماني که عطارد در فاصله متوسطي از خورشيد قرار دارد، شتاب تابش بيشتر است علتش هم آن است که حرکت عطارد در مدارش سريع تر است و اين از عواملي است که تعيين مي کند تابش خورشيد چه ميزان نيرو بر بيرون کره وارد مي کند». پانزده درصد سديم مشاهده شده هم از برخورد ريزشهاب سنگ ها به وجود آمده است.
4- سديم در قطب شمال فراوان تر است. مقدار فراوان تري سديم در قطب شمال و جنوب سياره مشاهده شده است، اما پس از نخستين گذر چيز ديگري آشکار شد: تابش سديم در نيم کره شمالي 30 درصد بيشتر از نيم کره جنوبي سياره بود. شبيه سازي مغناط کره عطارد، که آن را مهدي بنّا، دانشمند تونسي الاصل محقق دانشگاه مريلند و عضو گروه علمي مسنجر و همکارانش انجام دادند. ممکن است به توضيح اين يافته ها کمک کند. اين شبيه سازي نشان مي دهد که برخوردهاي پروتون ها در نزديکي قطب شمال 4 بار بيشتر از قطب جنوب است. به اين معنا که در آن ناحيه اتم هاي سديم بيشتر مي توانند با يون پراني يا روش دفع فوتوني آزاد شوند. به گفته بنّا: «از آنجا که ميدان مغناطيسي ناشي از باد خورشيدي در زمان عبور فضاپيما متمايل بوده، بنابراين اين ميدان در اطراف عطارد شکل متقارني نداشته است، از اين رو ناحيه قطب شمال سياره را نسبت به قطب جنوب بيشتر در معرض ذرات باد خورشيدي قرار داده است».
5- به سوي ابزارهاي پيشرفته. برگر مي افزايد: «افزايش ذرات باردار در نزديکي قطب شمال با فوتون هاي حاصل از دفع فوتوني ترکيب مي شوند. اما اين روش دفع فوتوني فقط در سطح بيروني ذرات خاک تأثير مي گذارد. سطوح به سرعت تخليه مي شوند و مقدار محدودي سديم منتشر مي کنند اما رانده شدن سديم از درون هر ذره به سطح مدتي طول مي کشد ازدياد ذرات باردار در قطب شمال به کل اين فرايند سرعت مي دهد، بنابراين سديم هم به مقدار بيشتر و هم سريع تر منتشر مي شود».
6- ذرات رقصنده: پس از بمباران سطح عطارد با پروتون هايموجود در باد خورشيدي و پرتاب ذرات از سطح سياره، تابش شديد خورشيد به مواد پرتاب شده آنها را به يون ها مثبت تبديل مي کند (طي فرايدن يونش تابشي). بر پايه شبيه سازي بنّا و همکارانش برخي از يون ها مي توانند پيرامون سياره در منطقه اي کمربند مانند در گردش باشند و گاهي بايد يک نيم دور يا چندين مرتبه به گرد سياره بگردند تا از کمربند خارج شوند.بنّا توضيح مي دهد: «اگر چنين کمربندي وجود داشته باشد و تراکم يون ها نيز در آن به اندازه کافي باشد، ممکن است در اين ناحيه افت نيروي مغناطيسي رخ بدهد». با آن که اعضاي گروه علمي مسنجر متوجه کاهش ميدان مغناطيسي در دو طرف عطارد شدند، نمي توان علت آن را کمربند دانست. شبيه سازي بنّا و محققان ديگر نشان مي دهد که کمربند ممکن است به وجود آيد اما آيا در آن يون هاي کافي براي ايجاد شيب ميدان مغناطيسي وجود دارد؟ پاسخ اين پرسش هنوز داده نشده است.
7- منيزيم مستقل. نخستين بار با بررسي داده هاي فضاپيماي مسنجر بود که منيزيم در بيرون کره عطارد پيدا شد. به گفته کيلن، يکي از اعضاي پروژه مسنجر: «اختر شناسان انتظار داشتند تراکم منيزيم در سطح سياره بيشتر باشد و آن چنان که انتظار مي رود به تدريج با فاصله گرفتن از سطح مقدارش کمتر شود اما او و همکارانش با بررسي داده هاي گذر سوم مسنجر دريافتند که مقدار منيزيم در قطب شمال سياره ثابت بوده اما پس از آن به طور ناگهاني کاهش يافته است. اين رخدادي غير منتظره بوده و تا پيش از آن چنين توزيع عجيبي از منيزيم ديده نشده بود. افزون بر اين، دماي منيزيم ممکن است به ده ها هزار کلوين برسد که به مراتب بالاتر از دماي 800 درجه فارنهايتي سطح سياره است. فعل و انفعالات سطحي سياره نمي تواند سبب اين گرماي زياد باشد. کيلن در ادامه مي افزايد: «فقط فرايندي بسيار پر انرژي ممکن است منيزيمي چنين داغ توليد کند و ما هنوز چگونگي آن را نمي دانيم».
منبع: نجوم، شماره 203.
