قد يعرف العلماء أخيرًا سبب اختلاف أنماط الطقس بين كوكبي المشتري وزحل عند قطبيهما، على الرغم من تشابه الأحجام والتركيبات. يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف الباحثين على التعمق في الأجزاء الداخلية لهذه الكواكب الغازية العملاقة.

ملاحظات الاثنين النظام الشمسي لقد كشفت عمالقة الغاز عن ذلك كوكب المشترييستضيف القطب الشمالي دوامة قطبية مركزية محاطة بثماني دوامات أصغر زحل لديه دوامة جوية ضخمة واحدة سداسية الشكل بشكل غريب فوق قطبه الشمالي.

أثناء إجراء عمليات محاكاة معقدة لهذه الأنواع من دوامات عمالقة الغاز، وجد الفريق الذي يقف وراء هذا البحث أن الفرق بين تكوين دوامة واحدة ونمط متعدد الدوامات يعتمد على مدى "صلابة" قاعدة الدوامة، مما يعني مدى ثقل الغاز في هذه المنطقة (كلما كان الغاز أكثر ليونة، كان أخف وزنا). وترتبط هذه "الصلابة" بدورها بالتركيب الداخلي للعملاق الغازي.

"تظهر دراستنا أنه اعتمادًا على الخصائص الداخلية ونعومة الجزء السفلي من الدوامة، فإن هذا سيؤثر على نوع نمط السوائل الذي تلاحظه على السطح، كما يقول عضو فريق البحث وانينج كانج، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)،" قال في بيان. "لا أعتقد أن أي شخص قد قام بهذا الارتباط بين نمط السوائل السطحية والخصائص الداخلية لهذه الكواكب. أحد السيناريوهات المحتملة هو أن زحل لديه قاع أصلب من كوكب المشتري."

ليونة من زحل؟

تم إلهام كانغ وزملاؤه لإجراء عمليات المحاكاة الخاصة بهم بعد مشاهدة صور كوكب المشتري التي التقطتها المركبة الفضائية المركبة الفضائية جونو, الذي يدور حول أكبر كواكب المجموعة الشمسية منذ عام 2016، ومن خلال صور زحل التي ألقاها كاسيني أكثر من 13 عامًا من الملاحظات قبل أن يتم إسقاطها عمدًا في الكوكب الحلقي في نهاية مهمتها في عام 2017. كشفت صور جونو عن النطاق الهائل للعواصف القطبية لكوكب المشتري، والتي يبلغ عرضها حوالي 3000 ميل (4800 كيلومتر). للسياق، هذا حوالي نصف عرض الأرض. وفي الوقت نفسه، أظهرت ملاحظات كاسيني لزحل أن دوامته السداسية الوحيدة يبلغ عرضها 18000 ميل (29000 كيلومتر). علماء الفلك ليسوا متأكدين من سبب وجود مثل هذا التناقض في الحجم بين دوامات الكوكبين. وقال جيارو شي، قائد الفريق والعالم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "لقد قضى الناس الكثير من الوقت في فك رموز الاختلافات بين كوكب المشتري وزحل". "إن الكواكب لها نفس الحجم تقريبًا، وكلاهما مصنوع في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. ومن غير الواضح سبب اختلاف دواماتها القطبية".

للإجابة على هذا السؤال، طور الفريق نموذجًا ثنائي الأبعاد لكيفية تطور الدوامات في أقطاب الكواكب الغازية العملاقة مثل زحل والمشتري بمرور الوقت، وتطبيق ذلك على مجموعة من السيناريوهات المختلفة. وشمل ذلك تغير الخصائص مثل أحجام الكواكب، وسرعة دورانها، وتسخينها الداخلي، وصلابة السائل الدوار داخل دواماتها. وبعد التأكد من تدفق السائل في هذه الدوامات بأنماط عشوائية، أصبح العلماء مستعدين لتحديد كيفية تطور السائل في ظل ظروف محددة. أدى هذا إلى اكتشاف أن آلية واحدة يمكن أن تحدد ما إذا كانت قد تطورت دوامة واحدة أو دوامات متعددة؛ فكلما كان الغاز الذي يدور في قاع الدوامة أكثر ليونة، كلما كانت الدوامة أصغر. وهذا يسمح بتكوين دوامات متعددة، تمامًا كما يظهر في قطبي المشتري. إذا كان الفريق على حق، فهذا يعني أن كوكب المشتري يتكون من غاز أكثر ليونة، وبالتالي أخف وزنا، في حين يبدو أن زحل يتكون من مادة غازية أثقل. واختتم شي حديثه قائلاً: "ما نراه من السطح، وهو نمط السوائل على المشتري وزحل، قد يخبرنا شيئًا عن الداخل، مثل مدى ليونة القاع، وهذا مهم لأنه ربما تحت سطح زحل، يكون الجزء الداخلي أكثر ثراءً بالمعادن ويحتوي على مواد أكثر قابلية للتكثيف، مما يسمح له بتوفير طبقات طبقية أقوى من كوكب المشتري". "وهذا من شأنه أن يضيف إلى فهمنا لهذه العمالقة الغازية." وقد تم قبول بحث الفريق للنشر في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.