Βραχώδεις καταιγίδες, σεισμοί του Δία και το μέλλον της σεισμολογίας των γιγαντιαίων πλανητών
Η κατανόηση του τυλιγμένου εσωτερικού του Δία είναι ένα ιερό δισκοπότηρο της επιστήμης των πλανητικών και της αστροφυσικής. Ο Δίας έχει πάνω από διπλάσια μάζα από όλους τους άλλους πλανήτες, φεγγάρια, αστεροειδείς και κομήτες όλοι μαζί. Τα πάντα στο ηλιακό σύστημα πιστεύεται ότι έχουν συγχωνευθεί από τον ίδιο δίσκο υλικού λίγο μετά το σχηματισμό του ήλιου. Έτσι, για να καταλάβουμε πώς σχηματίστηκε η Γη και το υπόλοιπο ηλιακό σύστημα, πρέπει να καταλάβουμε από τι κατασκευάστηκε αυτός ο δίσκος και πώς συμπεριφέρθηκε. Δεν υπάρχει μεγαλύτερο δείγμα αυτού του αρχέγονου δίσκου από το εσωτερικό του ίδιου του Δία.
Η σημασία του Δία και του εσωτερικού του δεν έχει χαθεί στην επιστημονική κοινότητα. Η NASA έστειλε εννέα διαστημόπλοια στον Δία, με πιο πρόσφατη αποστολή της αποστολής Juno δισεκατομμυρίων δολαρίων το 2016, αφιερωμένη στην κατανόηση του εσωτερικού του Δία. Μέχρι στιγμής, τα εργαλεία που έχουμε στη διάθεσή μας ήταν να μετρήσουμε τη βαρύτητα, τα μαγνητικά πεδία και τα διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Αυτά τα εργαλεία είναι ισχυρά και απαραίτητα, αλλά κανένα από αυτά δεν μπορεί να χαρακτηρίσει πλήρως το εσωτερικό του Δία — μπορούν μόνο να δοκιμάσουν διαφορετικά θεωρητικά μοντέλα για την εσωτερική του δομή.
Η σεισμολογία έφερε επανάσταση στην κατανόησή μας για το εσωτερικό της Γης και αργότερα για τον ήλιο. Χρησιμοποιώντας τους δακτυλίους του Κρόνου ως σεισμογράφο, οι επιστήμονες άρχισαν πρόσφατα να ανιχνεύουν τη σεισμική δραστηριότητα και στον Κρόνο. Πιο πρόσφατα, μια ομάδα από το Παρατηρητήριο της Νίκαιας πιστεύει τώρα ότι έχει ανιχνεύσει σεισμικά κύματα στον Δία χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο με βάση τη Γη [1]. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να προαναγγέλλει μια θεμελιώδη αλλαγή παραδείγματος στην κατανόησή μας για το εσωτερικό του Δία, και ίσως και άλλους πλανήτες στο ηλιακό σύστημα.
Το αλίευμα είναι ότι η τρέχουσα θεωρητική κατανόηση των πηγών σεισμικής διέγερσης του Jovian (τις οποίες δίνουμε τον εύστοχο αν και κάπως ανακριβή προσδιορισμό:«σεισμοί του Δία») δεν μπορεί να εξηγήσει πώς η σεισμική υπογραφή του Δία είναι τόσο μεγάλη. Στην εργασία μας, «Μηχανισμοί διέγερσης για Jovian Seismic Modes», προσπαθούμε να βρούμε και απλώς να μοντελοποιήσουμε ρεαλιστικούς «σεισμούς του Δία» για να δούμε αν μπορούν να παράγουν το παρατηρούμενο σήμα.
Δοκιμάζουμε χτυπήματα μετεωριτών (που δημιουργούν κύματα στην ατμόσφαιρα της Γης και σεισμικά σήματα στον φλοιό της Γης) [2], τυρβώδη συναγωγή (που δημιουργεί σεισμικά σήματα στον ήλιο) [3] και καταιγίδες. Διαπιστώνουμε ότι ο μόνος τρόπος για να παραχθεί το παρατηρούμενο σήμα από τους μηχανισμούς που εξετάσαμε είναι με καταιγίδες που είναι μεμονωμένα πολύ πιο ενεργητικές από ό,τι περιμένουμε να είναι οι καταιγίδες με βάση το νερό.
Ένας υποψήφιος που προσδιορίζουμε ως πιθανότητα είναι οι καταιγίδες βράχων, οι οποίες μπορεί να υπάρχουν ως τεράστια συγκροτήματα καταιγίδων σχεδόν χίλια μίλια κάτω από την επιφάνεια του Δία. Αυτές οι καταιγίδες θα μπορούσαν να εκτοξευθούν εκατοντάδες μίλια προς τα πάνω ενώ βρέχουν σφαίρες μάγματος—και μπορεί απλώς να είναι αρκετά ενεργητικές ώστε να κάνουν ολόκληρο τον πλανήτη να τρέμει.
Μπορεί να υπάρχουν άλλες πιο γνωστές πηγές διέγερσης που δεν έχουν ληφθεί υπόψη σε αυτό το πιλοτικό έγγραφο. Για παράδειγμα, οι λεγόμενες «βαροκλινικές αστάθειες» είναι γνωστό ότι αναπτύσσονται στην ατμόσφαιρα του Δία [4] λόγω της διαφοράς στην ένταση του ηλιακού φωτός μεταξύ του ισημερινού και των πόλων. Αυτές οι αστάθειες παράγουν μεγάλες ποσότητες αναταράξεων, οι οποίες μπορεί να συνδεθούν με τους κανονικούς τρόπους του Δία (τα κβάντα της σεισμικής δραστηριότητας του Δία) αρκετά ισχυρά για να δημιουργήσουν μια σεισμική υπογραφή. Η διερεύνηση αυτής της πιθανότητας, καθώς και η λεπτομερέστερη μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ καταιγίδων και σεισμικών τρόπων, αποτελούν θέματα μελλοντικής και εν εξελίξει έρευνας.
Εάν μπορούμε να σχηματίσουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των πηγών διέγερσης για τη σεισμικότητα σε γιγάντιους πλανήτες, ίσως μπορέσουμε να κάνουμε τη θεωρία προγνωστική, ώστε να μπορούμε να μαντέψουμε πόσο σεισμικά ενεργός πρέπει να είναι ένας πλανήτης. Αυτό έχει σημαντικές εφαρμογές για μελλοντικές αποστολές διαστημικών σκαφών. Το εσωτερικό του Ουρανού και του Ποσειδώνα δεν είναι επί του παρόντος καθόλου κατανοητό, και η NASA έχει ορίσει έναν από αυτούς τους δύο πλανήτες ως στόχους για αποστολή ναυαρχίδα διαστημικού σκάφους κατηγορίας τις επόμενες δεκαετίες. Τέσσερις από τις πέντε προτεινόμενες αποστολές περιλαμβάνουν χώρο για τα απαραίτητα εργαλεία για τη σεισμολογία από την τροχιά. Εάν μπορούμε να προβλέψουμε πόσο σεισμικά ενεργοί αναμένουμε να είναι αυτοί οι πλανήτες, αυτό θα μπορούσε να παράσχει τις απαραίτητες πληροφορίες βαθμονόμησης για αυτά τα όργανα, που θα μπορούσαν ενδεχομένως να έχουν συνέπειες πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων για την επιτυχία της αποστολής.
Η σεισμολογία ήταν η μοναδική μεγαλύτερη επιστημονική και τεχνολογική πρόοδος για την κατανόησή μας για το εσωτερικό της Γης. Προσδιορίσαμε τον πυρήνα υγρού σιδήρου της Γης, τον συμπαγή εσωτερικό πυρήνα της και ένα μεγάλο μέρος της λεπτομερούς δομής του μανδύα της Γης χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική. Η ηλιοσεισμολογία, μελετώντας τις συχνότητες των κανονικών τρόπων στον ήλιο για να συμπεράνει λεπτομέρειες σχετικά με την εσωτερική του δομή και συμπεριφορά, προώθησε επίσης την κατανόησή μας για το εσωτερικό του ήλιου, αποκαλύπτοντας τη διαφορική περιστροφή του και το βαθύ όριο ακτινοβολίας-συναγωγής του. Και στις δύο αυτές περιπτώσεις, καταλαβαίνουμε από πού προέρχονται οι πηγές διέγερσης:οι σεισμοί στη Γη και η μεγάλης κλίμακας κύλιση στον ήλιο, καθώς η θερμότητά του προσπαθεί να διαφύγει από το εσωτερικό προς την επιφάνεια. Τώρα είμαστε μόλις στην αρχή της εφαρμογής αυτών των τεχνικών σε πλανήτες όπως ο Δίας, και είναι πιθανό να μάθουμε πολύ περισσότερα τόσο για το εσωτερικό του Δία όσο και για τους μυστηριώδεις «σεισμούς του Δία» καθώς αυτό το πεδίο συνεχίζει να αναπτύσσεται.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Μηχανισμοί διέγερσης για σεισμικούς τρόπους Jovian, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Steve Markham και Dave Stevenson από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.
Αναφορές:
- Σ. Gaulme et al., Ανίχνευση σεισμικών κυμάτων Jovian:ένας νέος ανιχνευτής της εσωτερικής δομής του. Astronomy &Astrophysics, 531 A104 (2011)
- W.N. Edwards et al., Seismic observations of meteors:Coupling theory and observations. Εκδόσεις AGU (2008)
- Σ. Goldreich et al., Excitation of solar p-modes. Astrophysical Journal, 424 (1). σελ. 466-479 (1994)
- P.J. Gierasch et al., Baroclinic instabilities in Jupiter’s zoneal flow. Icarus 40, 2 (1979)
