هر آنچه که باید دربارهٔ لکهٔ قرمز بزرگ مشتری بدانید

ایتنا - لکهٔ قرمز بزرگ یک منطقهٔ باستانی پرفشار روی مشتری است. این شرایط باعث ایجاد طوفانی پایدار شده‌اند.

لکهٔ بزرگ قرمز یک طوفان است که در نیمکره جنوبی مشتری قرار دارد. این طوفان بزرگترین طوفان منظومهٔ شمسی است که به صورت یک لکهٔ قرمز غول‌پیکر در سطح مشتری دیده می‌شود. طبق گفته ناسا، این لکه در ۱۵۰ سال گذشته دیده شده و احتمالاً حتی بیشتر از آن نیز وجود داشته است.

به گفته انجمن فیزیک آمریکا، این لکه ممکن است در سال ۱۶۶۴ توسط دانشمند انگلیسی رابرت هوک یا در سال ۱۶۶۵ توسط جووانی کاسینی (ستاره‌شناس ایتالیایی)، کشف شده باشد.

به گزارش ایتنا و به نقل از اسپیس، این امکان وجود دارد که یک یا هر دو دانشمند سایه یکی از قمرهای مشتری یا نقطه دیگری را مشاهده کرده باشند. تصویری با یک لکهٔ قرمز روی مشتری مشابه لکه مدرن در سال ۱۸۳۱ ظاهر شد و این لکه از سال ۱۸۷۸ که دوباره توسط ستاره‌شناس آمریکایی سی‌دبلیو پریچت (C.W. Pritchett) کشف شد، به طور مداوم مشاهده شده است.

گفتنی است که لکهٔ قرمز بزرگ یک طوفان ضد سیکلون است؛ یعنی نوعی طوفان که در زمین و سایر سیارات در مناطق پرفشار نیز رخ می‌دهد. این طوفان تقریباً هر شش روز یک بار در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد و به گفته اسمیتسونیان بادهایی تا ۹۳۳ کیلومتر در ساعت ایجاد می‌کند.

لکهٔ قرمز مشتری چگونه شکل گرفت؟

در زمین، طوفان‌های ضد سیکلون زمانی شکل می‌گیرند که فشار زیاد جوّی باعث شود هوای سرد از ارتفاعات بالاتر به سمت پایین برود. این طوفان‌ها نمونه‌ای از سامانه‌های پرفشار هستند و اغلب با هوای سرد مرتبط می‌باشند.

همچنین این طوفان‌ها می‌توانند طوفان‌های ابرسلولی نیز تولید کنند؛ یعنی نوع نادری از طوفان‌های تندری که می‌تواند گردبادهای ضد سیکلون در پی داشته باشد.

به گفته انجمن سیاره‌ای، اگرچه دانشمندان نحوه شکل‌گیری این طوفان‌ها بر روی زمین را درک می‌کنند، اما هیچ کس دقیقاً نمی‌داند که لکهٔ قرمز بزرگ چگونه و چه زمانی شکل گرفته است.

همچنین کاملاً مشخص نیست که چرا لکهٔ قرمز این قدر قدمت دارد، اگرچه دانشمندان چندین حدس دارند. به گفته اینسایدر، یک فرضیه این است که لکهٔ قرمز بین دو جریان جت با جریان مخالف که مانند دو تسمه نقاله عمل می‌کنند، گیر افتاده است و آن را در دو طرف چرخش نگه می‌دارند.

فرضیهٔ دیگر بیان می‌کند که این که جریان عمودی گرما و سرما در داخل طوفان به پایداری آن کمک می‌کند. بر اساس گزارش JStor Daily، یک عامل مهم در طول عمر لکهٔ قرمز بزرگ این واقعیت است که مشتری به عنوان یک سیاره گازی، سطحی ندارد، و بنابراین هیچ اصطکاکی برای کاهش طوفان وجود ندارد.

وسعت لکهٔ قرمز چقدر است؟
پهنای لکهٔ قرمز بزرگ ۱۶۳۵۰ کیلومتر است که حدود ۱٫۳ برابر عرض زمین (یعنی ۱۲۷۴۰ کیلومتر) می‌باشد. با این حال، این لکه قبلاً بسیار بزرگتر بود. این لکه در اواخر قرن نوزدهم که برای اولین بار با جزئیات مشاهده شد، پهنای آن نزدیک به ۴۸۲۸۰ کیلومتر تخمین زده شد؛ یعنی بیش از سه برابر عرض زمین!

گفتنی است علت کوچک شدن لکهٔ قرمز بزرگ ناشناخته است. ممکن است الگوهای آب‌وهوایی که آن را حفظ می‌کنند، پس از صدها سال بخار خود را از دست داده باشند. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد این لکه نه تنها در طول تاریخ خود کوچک شده است، بلکه رشد نیز کرده است، به طوری که طبق گفته ناسا، در دهه ۱۹۲۰ میلادی، یک رشد برای آن ثبت شد.

علاوه بر کوچک شدن، به نظر می‌رسد که این لکه از لحاظ شکل، رنگ و سایر ویژگی‌ها نیز دچار تغییراتی می‌شود. به عنوان مثال، یک مطالعه در سال ۲۰۱۸ که توسط دانشمندان ناسا و دانشگاه کالیفرنیا انجام شد، نشان داد که به نظر می‌رسد این طوفان با کوچک شدن ارتفاع بیشتری پیدا می‌کند. چند سال بعد، برخی از همان محققان دریافتند که بادهای این نقطه به آرامی در حال افزایش هستند.

با توجه به اینکه دلایل کاهش اندازه لکهٔ قرمز به خوبی درک نشده‌اند، این مسئله نیز مشخص نیست که این لکه ممکن است تا چه زمانی روی مشتری باقی بماند. برخی تحقیقات نشان داده‌اند که این لکه می‌تواند در طی یک یا دو دهه ناپدید شود، اما از سوی دیگر این امکان نیز وجود دارد که قرن‌ها باقی بماند.

علیرغم رنگ نمادین آن، محققان کاملاً مطمئن نیستند که چه چیزی باعث قرمز شدن این لکه شده است. برخی از محققان بر این باور هستند که پیدایش این رنگ می‌تواند به دلیل مواد شیمیایی مانند آمونیاک در قسمت بالایی طوفان باشد.

به نظر می‌رسد این لکه با گذشت زمان در حال تغییر رنگ باشد؛ ولی محققان آن را درک نمی‌کنند. به گفته ناسا، از سال ۲۰۱۴، این لکه رنگ نارنجی مایل به قرمزی به خود گرفته است که به آرامی در حال تشدید شدن است. این تغییر می‌تواند به دلیل تغییر در ترکیب شیمیایی طوفان یا توزیع گازها در داخل و بالای آن باشد.

گفته می‌شود که اگر چه مشتری تفاوت‌های زیادی با زمین دارد، اما دینامیک حاکم بر طوفان‌های آن مشابه است. بنابراین، درک بهتر طوفان‌های مشتری، از جمله لکهٔ قرمز بزرگ، می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر آب‌وهوای روی زمین نیز کمک کند.

لکهٔ قرمز بزرگ مشابه کوچکتری به نام لکهٔ قرمز کوچک یا نقطه قرمز جونیور نیز دارد که در بین سال‌های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۰ از سه طوفان سفید و بیضی‌شکل تشکیل شد.

بر اساس یک مطالعه در سال ۲۰۱۶، دمای گازهای موجود در قسمت بالای لکهٔ قرمز بزرگ، از هر جای دیگری در مشتری بالاتر است. محققان بر این باور هستند دلیل این گرمایش، امواج صوتی است که در اثر تلاطم شدید طوفان ایجاد می‌شود.

سؤالات متداول دربارهٔ لکهٔ قرمز بزرگ مشتری

لکهٔ قرمز بزرگ یک منطقه عظیم و بادوام پرفشار در مشتری است که طوفان ضد چرخه پایدار ایجاد می‌کند. این طوفان‌ها در زمین نیز وجود دارند و اغلب با هوای سرد مرتبط هستند. این طوفان‌ها همچنین می‌توانند با طوفان‌های برفی و در موارد نادر با رعد و برق و گردباد همراه باشند.

لکهٔ قرمز بزرگ مشتری تا چه زمانی پابرجا خواهد بود؟
پاسخ این پرسش را هیچکس به طور قطع نمی‌داند. برخی تحقیقات فرضیه‌ای را مطرح کرده‌اند که این لکه می‌تواند طی چند دهه ناپدید شود، اما از آنجایی که محققان به طور کامل نمی‌دانند که چگونه و چرا این لکه در حال تغییر است، ممکن است برای مدت طولانی‌تری، احتمالاً قرن‌ها، باقی بماند.

لکهٔ قرمز بزرگ مشتری چقدر سن دارد؟
این لکه دست‌کم ۱۵۰ سال قدمت دارد و احتمالاً بسیار قدیمی‌تر هم باشد. تأیید اینکه آیا مشاهدات قرن هفدهم مربوط به همین نقطه‌ای بوده است که امروز می‌شناسیم، دشوار است. اما اگر چنین بوده باشد، این لکه دست‌کم ۳۶۰ سال قدمت دارد و ممکن است حتی قدیمی‌تر نیز باشد.

چرا محققان فکر می‌کنند که لکهٔ قرمز بزرگ در حال کوچک شدن است و همچنین دستخوش تغییرات دیگری مانند ارتفاع گرفتن شده است؟
طوفان‌های چرخشی (سیکلون‌ها و پادسیکلون‌ها) در مشتری معمولاً از یک سامانهٔ آب‌وهوایی بسیار بزرگتر تشکیل می‌شوند که تا حد یک طوفان متمایز متراکم می‌شوند. الگوی متناوب مشتری از بادهای با سرعت بالا (و تقریباً ثابت) به سمت شرق و غرب باعث هدایت طوفان‌ها و محدود کردن آنها به یک نوار عرض جغرافیایی می‌شود. در مورد لکهٔ بزرگ قرمز، می‌توان گفت که تقریباً در داخل کانال باد می‌غلتد.

با این حال، این لکه در واقع بزرگتر از کانال است، به این معنی که آن بادها را نیز منحرف می‌کند و فشار خارجی مداوم بر روی آن وجود دارد. با گذشت زمان، لکهٔ قرمز بزرگ مشتری هم در طول و هم در طول جغرافیایی به کوچک شدن خود ادامه خواهد داد ولی گاهی اوقات ارتفاع آن افزایش پیدا می‌کند، زیرا پیوسته خود را طوری تطبیق می‌دهد تا حرکت داخلی و بادهای بیرونی را متعادل کند.

ما نمی‌دانیم که یک طوفان دقیقاً در چه اندازه و شکلی و برای چه مدت ممکن است تثبیت شود. در اوایل سال ۲۰۲۳، لکهٔ قرمز مشتری هنوز کمی بزرگتر از کانال عرض جغرافیایی خود بود و تقریباً ۱۰۵۰۰ کیلومتر عرض و ۱۴۷۵۰ کیلومتر طول داشت.

ما دقیقا نمی‌دانیم که چه چیزی باعث قرمز شدن لکهٔ بزرگ مشتری شده است. البته رنگ آن می‌تواند از قرمز بسیار کم‌رنگ به قرمز نارنجی سیر تغییر کند. با استفاده از مدل‌سازی تصاویر به دست آمده در طول موج‌های مختلف نور، به نظر می‌رسد که ذرات رنگی در مه‌های بالایی نزدیک یا بالای بالای طوفان قرار دارند.

در این ارتفاعات، تعدادی هیدروکربن و دیگر مولکول‌های پیچیده وجود دارند که در تعامل با نور خورشید می‌توانند به رنگ‌بندی متمایز آن کمک کنند. مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهند که بسیاری از این ترکیبات زمانی که در معرض پرتو فرا بنفش قرار می‌گیرند، نارنجی می‌شوند.

رنگ دقیق لکهٔ بزرگ مشتری در هر زمان معین اغلب به این بستگی دارد که آیا ابرهای تازه (که سفید هستند) به داخل طوفان کشیده شده‌اند یا خیر. نظارت مستمر نشان می‌دهد که آیا این تعاملات با کوچکتر شدن لکهٔ بزرگ مشتری تغییر می‌کند یا خیر.

چه نوع مشاهدات تاریخی در مورد لکهٔ قرمز بزرگ در دسترس است و چگونه می‌تواند به ما در درک بهتر آن کمک کند؟
گزارش‌هایی مبنی بر مشاهدات پیوسته از لکهٔ بزرگ مربوط به در اواسط دهه ۱۸۰۰ میلادی وجود دارند که یک رکورد تاریخی واقعاً باورنکردنی است (توجه: مشاهدات اولیه در دهه ۱۶۶۰ نیز به همین لکه اشاره می‌کنند، اما آن لکه بسیار کوچک‌تر و احتمالاً در عرض جغرافیایی متفاوت بوده است).

از روی سوابق رصدی، می‌دانیم که لکهٔ بزرگ قرمز مشتری در دهه ۱۸۷۰ بسیار بزرگتر بود و بیش از ۴۵ هزار کیلومتر طول جغرافیایی را در بر می‌گرفت. این گسترهٔ طولانی‌مدت از داده برای درک این مسئله که تعاملات با بادها چگونه ممکن است در طول زمان تغییر کرده باشد، می‌تواند مفید واقع شود.

این مطالب اکنون و با استفاده از شبیه‌سازی کامپیوتری پارامترهای اندازه، شکل و حرکت طوفان شروع نیز در حال کشف شدن هستند.

درک بهتر لکهٔ قرمز بزرگ چگونه می‌تواند به درک ما پیرامون آب‌وهوای زمین کمک کند؟
لکهٔ قرمز بزرگ یک آنتی سیکلون (سامانهٔ پرفشار) است و آنتی سیکلون‌ها به اندازه طوفان‌ها در زمین معمولی نیستند. با این حال، گرداب‌های آتلانتیک میانی وجود دارند که می‌توانند چندین سال دوام بیاورند که شبیه به لکهٔ قرمز بزرگ مشتری هستند.

این مطالعه دو هدف دارد؛ زیرا می‌توانیم اطلاعات دقیق‌تری از طوفان‌های پایدار زمین را در نظر بگیریم و ببینیم رفتار و ساختار آنها در مشتری چگونه اعمال می‌شود.

از سوی دیگر، ما همچنین می‌توانیم پایداری لکهٔ بزرگ قرمز مشتری را که در طول زمان تغییر می‌کند، برای مقایسه با شرایط بسیار متفاوت روی زمین مورد مطالعه قرار دهیم: توده‌های خشکی، بادهای متغیر سطح بالا و غیره که باعث از بین رفتن طوفان‌ها می‌شوند.

در اصل، ما از مشتری (و تمام سیارات غول‌پیکر) به عنوان یک آزمایشگاه دینامیک سیال استفاده می‌کنیم تا بفهمیم کدام شرایط بیشتر بر شکل‌گیری، شدت و طول عمر طوفان تأثیر می‌گذارد.