الخميس/2018/06/21
الرئيسية / المجموعة الشمسية / كوكب المُشْتَرِي …Jupiter

كوكب المُشْتَرِي …Jupiter

Jupiter_by_Cassini-Huygens

كوكب المُشْتَرِي هو أضخم كواكب المجموعة الشمسية. سمي بالمشتري لأنه يستشري في سيره أي يلـجُّ ويمضي ويَـجِدُّ فيه بلا فتور ولا انكسار. وكان المشتري معروفاً للفلكيين القدماء وارتبط بأساطير وأديان العديد من الشعوب. وقد أطلق الرومان عليه اسم جوبيتر وهو إله السماء والبرق.ويظهر المشتري من الأرض بسطوع كبير فيبلغ قدره الظاهري −2.94 مما يجعله ثالث الأجرام تألقاً في سماء الليل بعد القمر والزهرة

المشتري خامس الكواكب بعداً عن الشمس وأكبر كواكب المجموعة الشمسية. وهو عملاق غازي وكتلته أقل بقليل من 1/1000 من كتلة الشمس، لكنها تساوي ثلثي كتلة مجموع باقي كواكب المجموعة. ويضم تصنيف العمالقة الغازية كل من زحل وأورانوس ونبتون إضافةً إلى المشتري. ويطلق على هذه الكواكب الأربعة اسم الكواكب الجوفيانية.

480px-SolarSystem_OrdersOfMagnitude_Sun-Jupiter-Earth-Moon

يتكون المشتري بشكل رئيسي من الهيدروجين، ويشكل الهيليوم أقل بقليل من ربع كتلته. وفي الغالب يحتوي على نواة صخرية تتكون من عناصر أثقل. شكل المشتري كروي مفلطح بسبب سرعة دورانه الكبيرة. يظهر الغلاف الجوي الخارجي تمايزاً واضحاً لعدة نطاقات في خطوط طول مختلفة. مما يؤدي إلى الاضطراب والعواصف على طول هذه الحدود. كما تتشكل نتيجة هذه إحدى المعالم المميزة للمشتري وهي البقعة الحمراء العظيمة وهي عاصفة عملاقة معروفة على الأقل منذ القرن السابع عشر عندما تم رصدها لأول مرة بالمرقاب. يحيط بهذا الكوكب نظام حلقات خافت، وحقل مغناطيسي قوي. كما يوجد 63 قمراً تدور حوله، منهم أربعة أقمار كبيرة تدعى بأقمار غاليليو وكانت قد اكتشفت من قبل غاليلو غاليلي سنة 1610. يملك أكبر هذه الأقمار غانيميد قطراً أكبر من قطر كوكب عطارد.

أرسلت عدة بعثات فلكية لاستكشاف المشتري معظمها خلال بداية برنامجي بيونير وفوياجر وفيما بعد بواسطة مركبة غاليليو المدارية. وآخر مركبة حلقت فوق المشتري كانت نيوهورايزونز سنة 2007. وقد استخدم هذا المسبار جاذبية المشتري لتسريعه لمتابعة رحلته نحو بلوتو. تستهدف الرحلات المستقبلية للمشتري والكواكب الجوفيانية استكشاف احتمال وجود محيط سائل تحت الغطاء الجليدي للقمر

البنية

يتكون المشتري بشكل أساسي من مواد في الحالة الغازية والسائلة وهو أكبر الكواكب العملاقة في المجموعة الشمسية. يبلغ قطره عند خط الاستواء 142,984 كم وكثافته 1.326 غ/سم3 مما يجعله ثاني الكواكب الغازية من حيث الكثافة بعد كوكب نبتون، مع العلم أن كثافته أقل من كثافة أي من الكواكب الصخرية الأربعة في المجموعة الشمسية.

التركيب

يتكون الغلاف الجوي العلوي للمشتري من حوالي 88–92% من الهيدروجين و8–12% من الهيليوم.

الكتلة

تبلغ كتلة المشتري ضغفي ونصف كتلة باقي كواكب المجموعة الشمسية. ويقع مركز الثقل الثنائي مع الشمس على بعد 1.068 نصف قطر شمسي من مركز الشمس. وعلى الرغم من أن قطر المشتري أكبر بـ 11 مرة من قطر الأرض، إلا أن كثافته أقل. ويبلغ حجم المشتري حوالي 1,321 ضعفا من حجم الأرض ومع ذلك فإن كتلته أكبر بـ 318 مرة فقط من كتلة الأرض.يبلغ نصف قطر المشتري حوالي عُشر نصف قطر الشمسوكتلته حوالي 0.001 من كتلة الشمس وبذلك تكون الكثافة لكلا الجرمين متشابهة.

560px-Jupiter-Earth-Spot_comparison
مقارنة تقريبة بين الأرض والمشتري تظهر فيها البقعة الحمراء.

البنية الداخلية

يعتقد أن المشتري يحتوي على نواة كثيفة تحوي على مزيج من العناصر. تحاط هذه النواة بطبقة من الهيدروجين المعدني مع بعض الهيليوم، وتتكون الطبقة الخارجية في الغالب من جزيئات الهيدروجين.لكن ماتزال خلف هذه الخطوط العريضة معلومات غير مؤكدة. فتوصف النواة غالباً على أنها نواة صخرية لكن لا تتوافر معلومات حول تركيبها وكذلك خواص المواد ودرجات الحرارة والضغوط في ذلك العمق. وقد أُقترح وجود للنواة في سنة 1997 بسبب قياسات الجاذبية،وأشرت هذه القياسات على وجود كتلة تتراوح ما بين 12 إلى 45 مرة من كتلة الأرض، أو حوالي 3% إلى 15% من كتلة المشتري. ويعتقد أن النواة كانت متواجدة على الأقل في فترة من تاريخ المشتري، وقد أقترح نموذج التشكل أن البنية الداخلية تتألف من الصخور أو الجليد، وكانت كبيرة بمافيه الكفاية من أجل جذب الهيدروجين والهيليوم من السديم النجمي الأولي. ومن ثم تقلصت النواة بسبب تيارات الحمل للهيدروجين المعدني السائل والممتزج مع النواة المنصهرة، لترفع مكونات النواة إلى طبقات أعلى من داخل الكوكب. على أي حال فإن قياسات الجاذبية المأخوذة حتى الآن ليست دقيقة بما فيه الكفاية، لذلك من الممكن أن تكون نواة المشتري متلاشية الآن

Jupiter_diagram.svg
مقطع ربعي لكوكب المشتري يوضح البنية الداخلية له بنواة صخرية محاطة بطبقة من الهيدروجين المعدني.

 

الغلاف الجوي

يملك المشتري أكبر غلاف جوي بين كواكب المجموعة الشمسية، فغلافه الجوي يمتد حتى ارتفاع 5000 كم. وبما أن المشتري كوكب غازي فقد جرت العادة على اعتبار قاعدة الغلاف الجوي في النقطة التي يكون فيها الضغط الجوي يعادل 10 بار أو عشر أضعاف الضغط الجوي الأرضي

طبقات الغيوم

دائماً يكون المشتري مغطى بالغيوم المركبة من بللورات الأمونيا إضافة إلى احتمال وجود بيكبريتيد الأمونيوم. وتتموضع هذه السحب في التربوبوز، وتكون مرتبة على شكل نطاقات مختلفة وفق خطوط العرض، وتعرف باسم المناطق المدارية. وهذه المناطق مقسمة إلى مناطق ذات ألوان براقة، وأخرى أحزمة معتمة، ويسبب تداخل هذه الدورات المتضاربة إلى نشوء عواصف واضطرابات وتبلغ سرعة الرياح 100 متر/ثانية.كما لوحظ اختلاف المناطق في العرض واللون والكثافة من سنة إلى أخرى، لكنها بقيت ملحوظة بشكل جيد بالنسبة للفلكيين ليميزوها فيما بينها.يبلغ عمق طبقات الغيوم حوالي 50 كم، وتحتوي على الأقل على طبقتين من الغيوم. الطبقة السفلى طبقة سميكة والطبقة العلوية رقيقة وأكثر شفافية. ومن الممكن وجود طبقة رقيقة من غيوم الماء متوضعة تحت طبقة الأمونيا، كدليل ناتج عن ومضات البرق المكتشف في الغلاف الجوي للمشتري.وعادةً ما ينتج البرق بسبب قطبية الماء، مما يجعلها قادرةً على إجراء عمليات التفريغ الكهربائي اللازم لتوليد البرق. وتصل قيمة التفريغ الكهربائي لأكثر من ألف ضعف مما هي عليه على الأرض.وتشكل سحب الماء عواصف رعدية مدفوعة بالحرارة المرتفعة من داخله.

640px-PIA02863_-_Jupiter_surface_motion_animation

تنتج الألوان البنية والبرتقالية لغيوم المشتري من تقلبات العناصر المكونة لها والتي تتغير ألوانها عندما تتعرض للأشعة الفوق بنفسجية القادمة من الشمس. ولكن لايزال التركيب الأكيد لمكونات هذه الغيوم غير مؤكد، ولكن يعتقد أن هذه المركبات عبارة عن مركبات الفوسفور أو الكبريت أو الهيدروكربونات. وتعرف المركبات الملونه بحوامل الألوان والتي تمتزج بالطبقة السفلية الكثيفة والأكثر سخونة، وتحدث هذه المناطق عندما يزداد الحمل الخليوي مؤدياً إلى تشكل بللورات الأمونيا والتي بدورها تخفي الطبقات السفلية عن النظر.

يملك المشتري انحرافا محوريا قليلا، مما يعني أن منطقة القطبين تتلقى دائماً أشعة شمسية أقل مما تتلقاه المنطقة الاستوائية. فيكون انتقالالحمل الحراري ضمن المناطق الداخلية أكثر فعالية مما هو عليه في منطقة القطبين، ويعتقد أن هذا يؤدي إلى توازن في حرارة طبقات الغيوم

البقعة الحمراء العظيمة ودوامات أخرى

تعتبر البقعة الحمراء العظيمة من أكثر ملامح المشتري شهرة، وهي عبارة عن إعصار مضاد مستمر يقع على 22 درجة جنوب خط الاستواء. ومن المعلوم أنه قد تم تمييز هذه البقعة منذ سنة 1831 وربما قبل ذلك في سنة 1665.وتشير بعض النماذج الرياضية إلى أن هذه العاصفة هي عاصفة مستمرة وسمة دائمة لهذا الكوكب.وبسبب كبر هذ العاصفة فيمكن مراقبتها من الأرض باستخدام مقراب بفوهة 12 سم أو أكبر.

شكل هذه البقعة على شكل قطع ناقص وتدور بعكس عقارب الساعة وتتم دورة كاملة كل ست أيام. وتبلغ أبعاد البقعة الحمراء العظيمة 24–40,000 كمX 12–14,000 كم، وبالتالي هي كبيرة بمافيه الكفاية لتستطيع أن تسع كوكبين أو ثلاث كواكب بقطر الأرض.ويبلغ أقصى ارتفاع للعاصفة 8كم فوق السحب المحيطة بها.

507px-Great_Red_Spot_From_Voyager_1
صورة تم الحصول لها للمشتري والبقعة الحمراء العظيمة في 25 فبراير 1979 بواسطة المسبار فوياجر 1 عندما كان المسبار على ارتفاع 9.2 مليون كم من المشتري. ويوجد نمط سحابة مائل إلى اليسار من البقعة الحمراء العظيمة وهي منطقة ذات خصائص حركية معقدة. كما توجد بقعة بيضاء تحت البقعة الحمراء مباشرةً وتساوي تقريباً نصف قطر الأرض.

 

مثل هذه العواصف أمر شائع في الكواكب الغازية بسبب اضطرابات الغلاف الجوي، فيملك المشتري أيضاً بقعاً بيضاءَ وبقعاً أخرى بنية بيضوية الشكل أيضاً. وتميل البيضاء إلى أن تتواجد في السحب الباردة نسبياً في طبقات الغلاف الجوي العليا. أما البنية فهي أكثر حرارة وتتواجد ضمن طبقات الغيوم العادية. ويمكن أن تمتد هذه العواصف لعدة ساعات وحتى عدة قرون.

كانت هناك أدلة قوية على أن البقعة الحمراء هي عبارة عن عاصفة وليست من الملامح التضاريسية للكوكب وحتى قبل أن يثبت فوياجر أنها عاصفة. فهذه البقعة تدور بشكل تفاضلي بشكل يناسب دوران الغلاف الجوي الكلي، وأحياناً تكون أسرع وأخرى أبطأ. وقد تم رصد دورانها حول الكوكب خلال سجلات تأريخها العديد من المرات بالنسبة لأي ثابت تحتها.

NASA14135-Jupiter-GreatRedSpot-Shrinks-20140515
كوكب المشتري – البقعة الحمراء العظمىآخذة في التناقص في الحجم (15 مايو 2014).

رصد في سنة 2000 تغيرات في ملامح الغلاف الجوي في النصف الجنوبي من الكوكب، وكانت تشبه في المظهر البقعة الحمراء العظيمة لكنها أصغر منها. وقد نشأت هذه العاصفة من عدة عواصف بيضاء صغيرة، وقد لوحظت هذه العواصف سنة 1938. وقد دمجت هذه العواصف البيضاء بعاصفة واحدة وازدادت كثافتها وتغير لونها من الأبيض إلى الأحمر ويطلق عليها اسم البقعة الحمراء الصغيرة..

حلقات المُشْتَرِي

يملك المشتري نظام حلقات خافتاً يتكون من ثلاثة قطاعات رئيسية: الحلقة الداخلية على شكل طارة تعرف باسم هالو، وهي حلقة مضيئة نسبياً، بينما تعرف الحلقة الخارجية باسم حلقة الخيط الرقيق أو حلقة غوسمر.ويعتقد أن هذه الحلقة مكونة بشكل رئيسي من الغبار بالإضافة إلى الجليد مثل باقي حلقات المشتري.بينما تعرف الحلقة المتوسطة باسم الحلقة الرئيسية وتتكون غالباً من مقذوفات قادمة من القمرين أدراستيا وميتس. تسحب المواد الراجعة إلى القمر إلى المشتري بسبب تأثير جاذبيته الكبير. وهكذا ينحرف مدار المواد باتجاه المشتري في حين تضاف مواد جديدة بسبب تأثيرات إضافية. وبشكل مشابه، ينتج القمران ثيبي وأمالثيا الغبار إلى حلقة الخيط الرقيق.كما توجد دلائل على وجود حلقة صخرية على طول مدار أمالثيا والتي قد تكون ناتجة عن حطام صخري اصطدامي مع القمر أمالثيا.

PIA01627_Ringe-ar
حلقات المشتري

الغلاف المغناطيسي

يحد المشتري حقل مغناطيسي أكبر باربع عشرة مرة من الحقل المغناطيسي الأرضي. ويتراوح ما بين 4.2 جاوس عند خط استواء المشتري إلى ما بين 10–14 جاوس عند القطبين. مما يجعله أكبر حقل مغناطيسي في المجموعة الشمسية باستثناء البقع الشمسية.ويعتقد أن هذا الحقل نشأ بفعل التيارات الدوامية للمواد الموصلة ضمن نواة الهيدروجين المعدني. يتأين غاز ثنائي أكسيد الكبريت الصادر عن براكين القمر إيو والمشكل حلقة غازية حول هذا القمر. وينتج عن هذا التأين أيونات الأكسجين والكبريت. وهذا الإيونات بالإضافة إلى إيونات الهيدروجين المتواجدة في الغلاف الجوي للمشتري تشكل غلاف بلازما عند خط استواء المشتري. يتشارك غلاف البلازما بالدوران مع الكوكب مما يؤدي إلى تشوه في المغناطيسية ثنائية القطب للكوكب وتحولها إلى مغناطيسية قرصية. تولد الإلكترونات ضمن غلاف البلازما إشارات راديوية قوية يحث تولد نبضات تتراوح ما بين 0.6–30 ميجا هرتز.

يتسبب التفاعل ما بين الغلاف المغناطيسي للمشتري والرياح الشمسية حصول انحناء صدمي، مما يؤدي إلى إحاطة الغلاف المغناطيسي للمشتري بفاصل مغناطيسي متوضع على الحافة الداخلية للغمد المغناطيسي. تتفاعل الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي في هذه المنطقة مسببة تمدد الغلاف المغناطيس في الجزء المواجه للرياح والذي يمتد للخارج ليصل إلى حدود مدار زحل. يتوضع أربع أكبر أقمار للمشتري ضمن الغلاف المغناطيسي، مما يجعلهم محميين من الرياح الشمسية.

يعتبر الغلاف المغناطيسي للمشتري مسؤول عن الانبعاثات الراديوية الصادرة من المنطقة القطبية للكوكب. ويسبب تفاعل هذا الغلاف مع حلقات الانبعاثات البركانية الصادرة عن القمر إيو والتي يتحرك هذا القمر ضمنها، تسبب إلى أصدار أمواج ألففين التي تحمل أيونات المواد إلى المنطقة القطبية. ونتيجة لهذا تتشكل أمواج راديوية بسبب التسريع الدوراني لآلية المازر (تضخيم الموجات القصار بالإصدار الإشعاعي المنبه). وتصدر هذه الطاقة على طول سطوح مخروطية الشكل. وعندما تتقاطع الأرض مع هذه المخاريط، فإن الأمواج الراديوية الصادرة عن المشتري تزيد عن تلك الصادرة عن الشمس.

Jupiter.Aurora.HST.UV
ظاهرة الشفق القطبي على المشتري وتظهر ثلاث نقاط ساطعة بسبب التدفقات المغناطيسية المتولدة بفعل أقمار المشتري الثلاث أيو وغانيميد وأوروبا بالإضافة إلى منطقة ساطعة جداً دائرية الشكل تدعى الإهليلج الرئيسي.

المدار والدوران

المشتري هو الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية والذي يملك مركز كتلة ثنائي يقع خارج حجم الشمس، وعلى بعد حوالي 7% من نصف قطر الشمس.تبلغ متوسط المسافة ما بين الشمس والمشتري حوالي 778 مليون كم أي حوالي 5.2 ضعف من متوسط المسافة ما بين الأرض والشمس. ويكمل مداره حول الشمس في 11.86 سنة، وهذه الفترة تساوي 2/5 من الفترة المدارية لزحل، مما يشكل رنين مداري 5:2 بين أكبر كوكبين في المجموعة.يميل المدار الإهليلجي للمشتري بمقدار 1.31° مقارنة مع الأرض. وبسبب الشذوذ المداري البالغ 0.048 فإن المسافة بين الشمس والمشتري تتفاوت كل 75 مليون سنة ما بين الحضيض والأوج، أو بين أقرب وأبعد نقطة على الكوكب على طول مسار المدار.

يعتبر الميل المحوري للمشتري صغير نسبياً ويبلغ 3.13° فقط. وكنتيجة لذلك لا يشهد هذا الكوكب تغيرات فصلية كبيرة، على العكس من الأرض وعطارد على سبيل المثال.

دوران المشتري هو الدوران الأسرع بين كواكب المجموعة الشمسية، فيتم دورة كاملة حول محوره في أقل من 10 ساعات. وينتج عن هذا انتفاخ استوائي من السهل رؤويته من خلال المقرابات الأرضية. يتطلب تحقيق هذا الدوران تسارع جاذبية عند خط الاستواء 1.67 م/ثا−2، في حين أن تسارع الجاذبية يصل عند خط الاستواء 24.79 م/ثا−2. وبالتالي فإن صافي فائض التسارع عند خط الاستواء هو 23.12 م/ثا−2. شكل المشتري كروي مفلطح ممايعني أن قطر المشتري عند خط الاستواء أكبر من القطر الواصل بين القطبين. ويزيد القطر الاستوائي عن القطر بين القطبين بما يقارب 9275 كم.

Solarsystem3DJupiter
دوران كوكب المشتري حول الشمس على نصف قطر تقريبي 778 مليون كيلومتر ويتم دورته كل 11.86 سنة.

بما أن المشتري كوكب غير صلب، فإن الغلاف الجوي العلوي يخضع لدوران تفاضلي. فتكون فترة دوران الغلاف الجوي في المنطقة القطبية أطول بخمس دقائق منها في المنطقة الاستوائية. تستخدم ثلاث أنظمة من الأطر المرجعية وخصوصاً عند الحاجة للتمثيل البياني لحركة الغلاف الجوي. يطبق النظام الأول من خط العرض 10 شمالاً إلى الخط 10 جنوباً وينتج عنه الفترة اليومية الأقصر للكوكب وتبلغ وفق هذا النظام 9 ساعة و50 دقيقة و30 ثانية. أما النظام الثاني فيشمل جميع خطوط العرض من الشمال إلى الجنوب وينتج فترة 9 ساعة و55 دقيقة و40.6 ثانية. أما النظام الثالث فعرف بواسطة علم الفلك الكاشوفي ويتوافق مع دوران الغلاف المغناطيسي، وفترة دورانه هي الفترة الرسمية لدوران المشتري.

790106-0203_Voyager_58M_to_31M_reduced

الأقمار:

يملك المشتري 64 قمراً ومن بينها 47 قمرا قطرها أقل من 10 كم واكتشفت منذ عام 1975. تعرف الأقمار الأربع الأكبر باسم أقمار غاليليو

425px-Jupiter_and_Galilean_moons_(Ar.)
المشتري مع الأقمار الغالولية

أقمار غاليليو:

هي أربعة أقمار تابعة لكوكب المشتري اكتشفها جاليليو جاليلي في يناير عام 1610 للميلاد. هذه الأقمار هي أكبر أقمار كوكب المشتري وتم اشتقاق أسمائهم من عشاق زيوس : آيو وأوروبا وغانيميد وكاليستو. يشكل مدار آيو وأوروبا وغانيميد نموذجا يدعى برنين لابلاس. فكل أربع دورات لآيو حول المشتري، يدور أوروبا دورتين تماماً وغانيميد يدور دورة واحدة تماماً. يسبب هذا الرنين تأثيرات جاذبية على هذه الأقمار الثالثة تؤدي إلى تشوه مداراتهم على شكل قطع ناقص، كما أن كل قمر يتلقى سحب إضافي من جاره عند نفس النقطة في كل دورة يقوم فيها. في حين تقوم قوة المد والجزر الناشئة من كتلة المشتري في محاولة تدوير مدارتهم.

lossy-page1-640px-The_Galilean_satellites_(the_four_largest_moons_of_Jupiter).tif
الأقمار الغالولية من اليسار إلى اليمين مع اعتبار المسافة أيو وأوروبا وغانيميد وكاستيلو.

 

يتسبب الشذوذ المداري لمدارات هذه الأقمار في انحناء منتظم لشكل الأقمار الثلاثة. فتقوم جاذبية المشتري بتمديدها للخارج عندما تقترب منه، وبالتقلص للداخل وتصبح أكثر كروية عندما تبتعد عنه. يتسبب هذا التمدد والتقلص بارتفاع الحرارة الداخلية للأقمار نتيجة الاحتكاكات التي تحدث بفعل هذه الآلية. ويعتقد أن قوة المد والجزر هذه تسبب النشاط البركاني الكبير للقمر الأقرب آيو والذي يخضع لقوة مد وجزر أكثر من الباقي. وبدرجات أقل يظهر ذلك النشاط في الأدلة الجيولوجية على سطح أوروبا خلال مراحله الأولى.

مقارنة بين أقمار غاليلو وقمر الأرض
الاسم القطر الكتلة نصف القطر المداري الفترة المدارية
كم  % كغ  % كم  % يوم  %
إيو 3643 105 8.9×1022 120 421,700 110 1.77 7
أوروبا 3122 90 4.8×1022 65 671,034 175 3.55 13
غانيميد 5262 150 14.8×1022 200 1,070,412 280 7.15 26
كاليستو 4821 140 10.8×1022 150 1,882,709 490 16.69 61
 

تصنيف الأقمار

صنفت أقمار المشتري قبل اكتشافات مهمة فوياجر إلى أربع مجموعات، وصنفت كل مجموعة على أساس العوامل المدارية المشتركة. لكن تعقدت الصورة منذ نجاح مهمة فوياجر واكتشاف عدد كبير من الأقمار الصغير الخارجية. وتصنف أقمار المشتري حالياً ضمن ثماني مجموعات رئيسية، على الرغم من أن بعض هذه المجموعات أكثر تمايزاً من غيرها.

تقسم أقمار المشتري إلى قسمين رئيسيين، القسم الأول ويحوي على ثمانية أقمار داخلية ذات مدارت دائرية تقريباً وتدور في مستوي خط استواء المشتري وهي أقمار نظامية ويعتقد أنها تشكلت من المشتري. أما باقي الأقمار فهي أقمار غير نظامية وهي غير معروفة العدد وصغيرة وذات مدارات إهليلجية، ويعتقد أنه كويكبات أو شظايا كويكبات تم أسرها بسبب جاذبية المشتري. تتشارك الأقمار الغير النظامية بعناصر المدارية متشابهة مما يرجح فرضية الأصل المشترك لكل مجموعة، ومن الممكن أن قمر كبير أو جسم أسر وتحطم مشكلاً هذه الأقمار.

الأقمار النظامية
الأقمار الداخلية تتألف المجموعة الداخلية من أربعة أقمار صغيرة كل منها قطره أقل من 200 كم ونصف قطر مداري أقل من 200000 كم ولديها انحراف مداري أقل من نصف درجة
أقمار غاليلو تتألف من أربعة أقمار اكتشفها غاليلو وسيمون موريس ويتراوح مدارهم بين 40000 و2000000 كم وتتضمن بعض من أكبر أقمار المجموعة الشمسية
الأقمار غير النظامية
ثيميستو وهذه المجموعة عبارة عن قمر وحيد ويقع مداره في منتصف بين أقمار غاليلو ومجموعة هيمالايا
مجموعة هيمالايا وهي مجموعة عنقودية من الأقمار يتوضع مداراتها ما بين 11,000,000–12,000,000 كم من المشتري.
كاربو وهي حالة تحوي قمر وحيد أخرى ويقع على الحافة الداخلية لمجموعة أنانك ويدور حول المشتري بحركة تراجعية
مجموعة أنانك مجموعة من الأقمار بحركة تراجعية وحدود مداراتها غير معروفة تماماً وتتراوح ما بين 21,276,000 من المشتري إلى مع متوسط في الانحراف المداري يصل إلى 149 درجة.
مجموعة كارم وهي أيضاً مجموعة من الأقمار تدور بحركة تراجعية وبمتوسط مدار 23,404,000 كم مع متوسط انحراف مداري 165 درجة.
مجموعة باسيفي هي مجموعة مكونة من أقمار تتحرك بحركة تراجعية دائرة حول المشتري على مسافة تتراوح بين 22.8 و24.1 جيجامتر وزاوية ميلان تتراوح تقريباً بين 144.5° و158.3°

 

640px-Jupiter.moons1
صورة لملامح أقمار المشتري.

الرصــد :

عادة مايكون المشتري رابع جرم من حيث الإضاء في سماء الأرض (بعد الشمس والقمر والزهرة).على الرغم من أن المريخ أحياناً يكون أكثر إضاءة من المشتري. ويعتمد ذلك على تموضع المشتري بالنسبة للأرض، والذي سيؤدي إلى تغير القدر الظاهري له من -2.9 في الوضع الأكثر إضاءة إلى -1.6 في الوضع المقابل أثناء الاقتران مع الشمس. وبالمثل يتنوع القطر الزاو له من 50.1 إلى 29.8 ثانية قوسية.ويحدث الوضع المقابل عندما يمر المشتري خلال الحضيض، ويحدث هذا مرة خلال الفترة المدارية. واقترب المشتري من الحضيص في شهر مارس سنة 2011.

تجتاز الأرض المشتري كل 398.9 يوم خلال دورانها حول الشمس وتدعى هذه المدة فترة اقترانية وعندما يحدث هذا يبدو أن المشتري أنه يخضع لحركة تراجعية بالنسبة للنجوم. لذلك يبدو لفترة أن المشتري يتحرك إلى الخلف في سماء الليل منجزاً حركة حلقية.

640px-Conjunction_of_Jupiter_and_Moon
اقتران المشتري مع القمر

تتكون الفترة المدارية للمشتري من 12 عام تقريباً وهي تتوافق مع الأبراج الفلكية لدائرة البروج، ومن الممكن أن هذه الدورة هي أساس الأبراج الفلكية.

لا تزيد زاوية الطور عند رؤويتها من الأرض عن 11.5 درجة لأن مدار المشتري يقع خارج مدار الأرض. كما أن المشتري يظهر مضيئأ بشكل كامل عند رؤويته بواسطة المقرابات. وقد تمت رؤويته بشكل هلال من خلال البعثات الفضائية.

Retrogadation1
الحركة التراجعية لكواكب المجموعة الشمسية الخارجية نتيجة تموضعها النسبي مع الأرض.

الاستكشافات:

ما قبل المقراب

يرجع رصد المشتري إلى القرن السابع أو الثامن قبل الميلاد لعلماء الفلك البابليين. كما علق الباحث في تاريخ علم الفلك الصيني كسي زيزونغ بأن غان دي قد اكتشف أحد أقمار المشتري بالعين المجردة في سنة 365 قبل الميلاد. وإذا صح هذا فإنه سيكون قد اكتشف قمر للمشتري قبل غاليلو بألفي سنة.ووفقاً لكتاب المجسطي فإن كلاوديوس بطليموس قام بتشيد نموذج فلكي يظهر أن الأرض هي مركز الكون وقام بالاعتماد على فلك التدوير بحساب حركة المشتري بالنسبة للأرض ويقدر الفترة المدارية للمشتري حول الأرض بـ 4332.38يوم أي 11.86 سنة.قام أريابهاتا الرياضي والفلكي الهندي في سنة 499 باستخدام نموذج مركزية الأرض ليحسب مدار المشتري حول الأرض وقدره بـ 4332.2722 يوم وهو مايعادل 11.86 سنة

Almagest-planets.svg
نموذج من المجسطي يبين حركة المشتري (☉) بالنسبة إلى الأرض (⊕)

الرصد باستخدام المقرابات الأرضية

اكتشف غاليلو في سنة 1610 أكبر أربع أقمار من أقمار المشتري وهم أيو وأوروبا وغانيميدا وكاستيلو باستخدام مقراب. ويعتقد أنه أول اكتشاف لأقمار كواكب باستخدام المقربات باستثناء قمر الأرض. كما أن غاليلو كان أول من اكتشف بأن الحركة السماوية لم تكن متمركزة حول الأرض. وكانت هذه النقطة الرئيسية التي تدعم نظرية مركزية الشمس لكوبرنيكوس، وبذلك دعم غاليلو نظرية حركة الكواكب لكوبرنيكوس مما جعله تحت تهديد محاكم التفتيش.كما رصد جيوفاني كاسيني باستخدام مقرابه خلال سنة 1660 شرائط وبقع ملونة على سطح المشتري، كما لاحظ تفلطح الكوكب عند القطبين. كما قدر فترة دوران الكوكب. ولاحظ في سنة 1690 بأن الغلاف الجوي يتحرك بدوران تفاضلي.

ويعتقد أن البقعة الحمراء العظيمة رصدت لأول مرة سنة 1664 بواسطة روبرت هوك وفي سنة 1665 من قبل كاسيني. كما نشر الصيدلاني هنريش شوب أول رسمة تظهر تفاصيل البقعة الحمراء العظيمة في سنة 1831.

567px-Jupiter_from_Voyager_1
صورة بألوان غير حقيقة ملتقطة بواسطة فوياجر تبين تفاصيل الغلاف الجوي للمشتري والبقعة الحمراء إضافة إلى إعصار أبيض.

 

لكن رصد البقعة الحمراء العظيمة غاب خلال الفترة ما بين 1665 و1708، قبل أن تصبح واضحة جداً في سنة 1878. كما سجل أنها تلاشت عن الرؤيا في سنة 1883 وبداية القرن العشرين.

قام كل من جيوفاني بورلي وكاسيني بعمل جداول دقيقة لحركة أقمار المشتري، مما سمح بالتنبؤ بالأوقات التي تكون فيها الأقمار أمام أو خلف المشتري.

 الرصد باستخدام المقراب الراديوي

حدد بيرنارد بوركي وكينيث فرانكين في سنة 1955 نبضات راديوية بتردد 22.2 MHz قادمة من المشتري..وقد تطابقت فترة النبضات مع دوران الكوكب، مما جعلهم قادين على إعادة تحديد سرعة الدوران. وقد وجد أن النبضات القادمة من المشتري تنقسم إلى نوعين: النبضات الطويلة والتي تصل مدتها لعدة ثوانٍ، والنبضات القصيرة والتي تستمر لأجزاء بالمئة من الثانية.

اكتشف العلماء لاحقاً وجود ثلاث أنواع من الموجات الراديوية منبعثة من المشتري:

  • نبضات ديسمترية (طول الموجة بعشرات الأمتار) تتغير مع دوران المشتري، وتتأثر بتداخل آيو مع غلاف المشتري المغناطيسي..
  • أمواج بنبضات ديسمترية (ويكون طول الموجة بالسنتيمترات وقد اكتشفت عن طريق فرانك دراكي وهين هفاتوم في سنة 1959. وأساس هذه الإشارة ناتج عن الحزام نتوئي الشكل المتواجد حول خط استواء المشتري. وتنتج هذه الإشارة عن إشعاع سيكلوتروني من الإلكترونات والتي تتسارع في حقل المشتري المغناطيسي.
  • إشعاعات حرارية تنتج عن حرارة الغلاف الجوي للمشتري..
480px-Jupiter_MAD
صورة بالأشعة تحت الحمراء للمشتري ملتقطة بواسطة المرصد الأوروبي الجنوبي

الاستكشاف بواسطة المركبات الفضائية

زار المشتري منذ سنة 1973 العديد من المركبات الفضائية، وكان من أهم هذه الرحلات المسبار بيونير 10، وهو أول مسبار أقترب إلى مسافة كافية من أكبر كواكب المجموعة الشمسية وأرسل إلى الأرض اكتشافات حول خصائص والظواهر المتعلقة بالكوكب.

رحلات التحليق:

مهمات التحليق
المسبار أكثر اقتراب المسافة
بيونير 10 3 ديسمبر، 1973 130,000 كم
بيونير 11 4 ديسمبر, 1974 34,000 كم
فوياجر 1 5 مارس, 1979 349,000 كم
فوياجر 2 9 يوليو, 1979 570,000 كم
يوليوس 8فبراير, 1992 408,894 كم
4 فبراير, 2004 120,000,000 km
كاسيني 30 ديسمبر, 2000 10,000,000 كم
نيوهورايزونز 28 فبراير, 2007 2,304,535 كم

 

مع بداية سنة 1973 قامت العديد من المركبات الفضائية بمناورات كوكبية جعلتهم قادرين على استكشاف مجالات من المشتري. وقد نجحت مهمتي بيونير في الحصول على صور قريبة للغلاف الجوي للمشتري والعديد من أقماره. وقد اكتشفت حقل إشعاعي أكبر مما هو متوقع بالقرب من الكوكب، وقد تمكنت كلا المركبتين من النجاة في هذه البيئة. وقد استخدمت مدارات المركبتين لإعادة تقدير كتلة نظام المشتري. وأعطت قياسات الإشارة الراديوية نتائج جيدة وأفضل النتائج كانت حول قطر الكوكب ومقدار التفلطح في القطبين.

نجحت مهمة فوياجر بعد ست سنوات إلى تطوير الفهم حول أقمار غاليلو واكتشف حلقات المشتري. كما أكدت أن البقعة الحمراء العظيمة عبارة عن إعصار. ولوحظ بمقارنة الصور الملتقطة بواسطة فوياجر وبيونير حدوث تغيرات في البقعة، فقد تغير لونها من البرتقالي إلى بني غامق. كما اكتشف حيز من الذرات المتأينة على طول مسار مدار آيو، كما لوحظ ومضات من البرق في الجانب المظلم من الكوكب.

كانت المهمة التالية لاستكشاف المشتري المسبار العامل على الطاقة الشمسية يوليوس. وتم إجراء مناورة تحليق لتحقيق مدار قطبي حول الشمس. وخلال مرور المركبة تم دراسة الغلاف المغناطيسي للمشتري، لكن لم يتم التقاط صور لأن المسبار لم يكن مجهز بكميرات. كما تم إجراء تحليق آخر بعد 6 سنوات لكنها كانت على مسافة كبيرة جداً.

حلق المسبار كاسيني في سنة 2000 فوق زحل والمشتري وزود العلماء بصور عالية الدقة لم تحقق من قبل لهذا الكوكب. وفي 19 ديسمبر 2000 التقط المسبار صور للقمر هيمالايا، لكن دقة الصورة كانت منخفضة بحيث لم تسمح برؤوية تفاصيل سطحه.

500px-PIA02879_-_A_New_Year_for_Jupiter_and_Io
صورة ملتقطه من المسبار كاسيني للمشتري واحد اقماره

 

حلق المسبار نيوهورايزونز وهو في طريقه إلى بلوتو فوق المشتري بمساعدة الجاذبية وحقق أكثر اقتراب من المشتري في 28 فبراير 2007. وقد حددت كاميرات المسبار بلازما خارجة من براكين آيو ودرس كل الأقمار الغاليلية الأربعة بتفصيل، كما رصد عن مسافة بعيد القمرين هيمالايا وإلارا.كما بدأ بتصوير نظام المشتري في 4 سبتمبر من سنة 2006.

مهمة غاليلو

لم يتم توجيه مركبة مخصصة إلى مدار المشتري حتى الآن سوى غاليليو. والذي دخل في مدار حول المشتري في 7 ديسمبر من سنة 1995. وقد دار في مدار حول المشتري أكثر من سبع سنوات. وأجرى عدة عمليات تحليق فوق أقمار غاليلو وأمالثيا. كم شهد المسبار أقتراب النيزك شومخر ليفي 9 من المشتري في سنة 1994، معطياً وجهة نظر فريدة من نوعها لهذا الحدث. لقد كانت المعلومات المكتسبة من نظام المشتري كبيرة، لكن تصميم المسبار غاليليو كان محدود وفشل الهوائي في إرسال تلك المعلومات.

حرر مسبار صغير من المركبة الفضائية في يوليو من سنة 1995 لكشف الغلاف الجوي. ودخل الغلاف الجوي للمشتري في 7 ديسمبر. وهبط بمساعدة المظلة مسافى 150 كم في الغلاف الجوي، وجمع بيانات لمدة 57.6 دقيقة، ومن ثم حطم نتيجة الضغط (حوالي 22 ضعف الضغط الجوي وعند حرارة تصل إلى 153 درجة مئوية).ويحتمل أنه صهر بعد ذلك، وربما تبخر. وقد خاض المسبار غاليليو نفس التجربة عندما وجه عمداً إلى الكوكب فب 21 سبتمبر من سنة 2003 بسرعة أكبر من 50 كم/سا لتجنب إمكانية التحطم واحتمال التلوث من القمر أوروبا الذي كان يؤمل أن يوجد عليه احتمال للحياة.

317px-Galileo_orbiter_arrival_at_Jupiter

المهمات المستقبلية

تخطط ناسا لإجراء مهمة لدراسة تفاصيل المشتري من خلال مدار قطبي وتدعى بمهمة جونو وقد إطلق هذا المسبار في سنة 2011.

العلاقة مع النظام الشمسي

تأثر جاذبية المشتري مع الشمس على شكل المجموعة الشمسية. فأغلب مدارات كواكب المجموعة الشمسية تتموضع بشكل أقرب لمدار المشتري منها لمستوي استواء الشمس باستثناء عطارد، فهو الكوكب الوحيد الأقرب لخط استواء الشمس. كما أن فجوة كيركوود ضمن حزام الكويكبات ناتجة بسبب تأثير المشتري. كما يحتمل أن المشتري مسؤول عن القصف الشديد المتأخر الذي حصل في تاريخ النظام الشمسي الداخلي.

تتحكم جاذبية المشتري مع أقماره بعدد هائل من الكويكبات التي تغزو مناطق نقاط لاغرانج التي تسبق وتلي المشتري في مداره حول الشمس. وتعرف هذه الكويكبات بكويكبات طروادة، وتقسم هذه الكويكبات إلى كويكبات إغريقية وأخرى طروادية حسب الإلياذة. وأول هذه الكويكبات المكتشفة كان أخيل 588 وقد اكتشفه ماكس ولف في سنة 1906. ومنذ ذلك الوقت اكتشف أكثر من ألفي كويكب.وأكبر هذه الكويكبات هو هيكتور 624.

تنتمي معظم المذنبات الدورية قصيرة المدار إلى عائلة المشتري، وتعرف كمذنبات بنصف المحور الرئيسي أقل من مماهو عليه للمشتري. ويعتقد أن منشأ هذه المذنبات هو حزام كايبر خارج مدار نبتون. وتضرب مدار هذه المذنبات خلال اقترابه من المشتري ليصل لأقل فترة ومن ثم يتدور مداره بسبب التأثير المنتظم لجاذبية كل من المشتري والشمس.

 

الاصطدامات

عُرف المشتري بشفاط المجموعة الشمسية، بسبب تأثير الجاذبية الكبير، وتموضع المشتري بالقرب من نظام الداخلي للمجموعة الشمسية. فهو يتلقى بشكل متكرر أكثر المذنبات في المجموعة الشمسية.وكان يعتقد أن المشتري يخدم كدرع واقي يحمي النظام الشمسي الداخلي من قصف المذنبات. على أي حال، تبين دراسات المحاكاة الحاسوبية بالكمبيوترات الحديثة أن المشتري لا يقوم بإنقاص عدد المذنبات التي تمر في النظام الشمسي الداخلي، فجاذبية المشتري تقوم بحرف مدارات عدد من المذنبات للداخل بشكل مساوي تقريباً لعدد المذنبات التي تقذفه. ما زال هذا الموضوع محل جدل بين الفلكيين. فيعتقد البعض أنها تسحب مذنبات نحو الأرض، في حين يعتقد الآخرين أنها تحمي الأرض من مذنبات سحابة أورط.

عمل مسح على الرسومات الفلكية التاريخية في سنة 1997، وأُقترح أنه من الممكن أن الفلكي “كاسيني” قد سجل أثر لاصطدام في سنة 1690. كما أن المسح حدد ثماني حالات رصدية مرشحة لاصطدامات صغيرة.

Jupiter-SL-impact-in-UV-ar
بقع غامقة نشأت في مواقع اصطدامات أجزاء كويكب “شوميكار-ليفي 9” على الجزء الجنوبي للمشتري. يوليو 1994 ،(NASA).

اصطدام يوليو 1994

اكتشف الكويكب شوميكار-ليفي 9 عام 1993 وكان قريبا من المشتري. وعد اجراء القياسات الفلكية عليه في عام 1994، تبين من الدراسة الحاسوبية له أنه سوف يسقط علي المريخ خلال شهرين نظرا لشدة انجذابه إلى المشتري. واستعد الفلكيون لتسجيل هذا الحدث الفريد في المجموعة الشمسية. ورأوا كيف تجزأ الكويكب الذي كانت مقاييسه تبلغ نحو 2 كيلومتر إلى 21 قطعة وأصبحت مرتبة في هيئة سلسلة متوالية ومتجه نحو المشتري. وطبقا للحسابات اصطدمت ال 21 شظية متتالية بالمشتري في الفترة ما بين 16-22 يوليو من سنة 1994 في النصف الجنوبي للكوكب، وهو أول رصد مباشر لاصطدامات بين جرمين من النظام الشمسي. وقدرت الطاقة الناتجة عن تلك الاصطدامات بطاقة نحو 50 قنبلة هيروشيما. زودت هذه الاصطدامات بيانات مفيدة عن تركيب الغلاف الجوي للمشتري.

640px-Shoemaker-Levy_9_on_1994-05-17
صورة تلسكوب هابل الفضائي.حطام الكويكب شوميكار-ليفي (في 21 قطعة)، أثناء سقوطه على المشتري، 17 مايو 1994

اصطدام عام 2009

اكتشف في 19 يوليو من سنة 2009 موقع اصطدام على خط طول 216 درجة تقريباً وفق النظام الثاني. ويقع هذا الاصطدام خلف البقعة السوداء المتواجدة في الغلاف الجوي للمشتري، وقريبة في الحجم لحجم البقعة الاندماجية الناتجة من اندماج ثلاث أعاصير. أظهر الرصد بقعة مضيئة في المكان الذي حدث فيه الاصطدام، مما يعني أن الاصطدام أدى إلى تسخين الطبقات السفلى من الغلاف الجوي في المنطقة القريبة من القطب الجنوبي.

بمقارنة اصطدامي شوميكار-ليفي 9 وحدث المشتري 2009 يقدر العلماء أن حدث المشتري نتج عن سقوط كويكب يبلغ قطره أقل من 1 كيلومتر على المشتري.

Hs-2009-23-crop
صورة ملتقطة بواسطة مرصد هابل تظهر بقعة بطول يصل لحوالي 5000 ميل نتيجة اصطدام المشتري عام 2009.

إحتمالية الحياة:

أظهرت تجربة ميلر-يوري المجراة سنة 1953 بأن يمكن لتفاعل البرق والمركبات الكيميائية الموجودة في الغلاف الجوي البدائي للأرض أن تنشأ مركبات عضوية (من ضمنها الحموض الأمينية) وهي البنية الأساسية لبناء الوحدة الحية. وتضمن الغلاف الجوي في عملية المحاكاة وجود الماء والميثان والأمونيا وجزيئات الهيدروجين، وقد وجدت جميع هذه الجزيئات في الغلاف الجوي للمشتري. لكن يوجد في الغلاف الجوي للمشتري تيارات هوائية عمودية قوية، والتي ستحمل هذه المركبات إلى الطبقات السفلى، وستؤدي الحرارة العالية في الطبقات السفلى إلى إيقاف هذه العملية الكيميائية، مما سيمنع أي تشكل للمركبات العضوية كما هو على الأرض.

ويعتبر أنه من غير المحتمل وجود حياة مشابه للأرض على المشتري، فلا يوجد سوى كميات قليلة من الماء في الغلاف الجوي. كما أن احتمال وجود أي سطح صلب على المشتري سيقع في طبقات عميقة مما يعني أنه سيخضع لضغط هائل. قبل مهمة فوياجر كانت هناك فرضية بوجود نوع من الحياة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للمشتري على أساس الأمونيا أو الماء. وتعتمد هذه الفرضية على نمط البيئة البحرية في البحار التي تعتمد على وجود عوالق بحرية في الطبقات العليا تقوم بعملية التمثيل الضوئي. قد يقود احتمال وجود محيطات تحت القشرة لبعض أقمار المشتري إلى احتمال وجود الحياة هناك.