سیاره مشتری و زمین چه تفاوت‌هایی باهم دارند؟
از زمانی که گالیلئو گالیله برای اولین‌بار با تلسکوپ دست‌ساز خود سیاره مشتری را رصد کرد این سیاره بارها و بارها دانشمندان و منجمان را مسحور خود ساخته است. سیاره مشتری بزرگ‌ترین سیارۀ منظومۀ شمسی است و با وجود قرن‌ها تحقیقات و مأموریت‌های اکتشافی بسیار دنیای درون آن همچنان به‌صورت راز باقی مانده است. از دلایل آن این است که مشتری عادی نیست! اندازۀ باورنکردنی، جرم، ترکیبات، میدان مغناطیسی و گرانشی، نظام چشم‌نواز قمرها و جوّ آن نشان می‌دهد یک سیاره ممکن است چقدر متفاوت باشد.
اندازه، جرم و چگالی
شعاع زمین ۶۳۷۱ کیلومتر و جرم آن 24^10*۹۷/۵ کیلوگرم است و شعاع سیاره مشتری در حدود ۶۹۹۱۱ کیلومتر و جرم آن 27^10*۸۹۸۶/۱ کیلوگرم است. به‌طور خلاصه، مشتری شعاعی به اندازۀ ۱۱ برابر زمین و جرمی معادل ۳۱۸ برابر آن دارد. چگالی زمین به طرز مشهودی بیشتر است. زمین سیاره‌ای خاکی با چگالی g/cm3 ۵۱۴/۵ است و این مقدار برای مشتری g/cm3 ۳۲۶/۱ است. مشتری گرانش بیشتری در قیاس با زمین دارد. باوجوداینکه مشتری سیاره‌ای گازی است و با صراحت سطح ندارد، دانشمندان باور دارند در جایی که فشار جوّ برابر ۱ بار است مشتری با گرانشی معادل m/s2 ۷۹/۲۴ روبه‌رو است.
ترکیبات و ساختار
زمین سیاره‌ای خاکی است، یعنی از کانی‌های سیلیکاتی و فلز تشکیل شده است و ساختار آن به سه قسمت هسته، گوشته و پوسته تقسیم می‌شود. هستۀ زمین خود به دو قسمت هستۀ داخلی و خارجی تقسیم شده است که خلاف جهت گردش زمین می‌چرخند. وقتی از پوسته شروع می‌کنیم و به درون زمین می‌رویم فشار و دما افزایش می‌یابد. شکل زمین به‌صورت یک کرۀ پخ است، یعنی در امتداد محوری که دو قطب آن را به هم وصل کرده کمی تخت شده است انگار که از بالا و پایین آن را فشار داده باشیم و درنتیجه در قسمت استوایی کمی محدب شده است. این مسئله نتیجۀ گردش زمین است. به همین سبب قطر زمین در امتداد استوا ۴۵ کیلومتر بیشتر از قطر آن در امتدد قطب‌هاست. در مقابل، سیاره مشتری غالباً از گاز و مایع تشکیل شده است. ساختار آن به دو قسمت جوّ گازی خارجی و داخلی تقسیم شده است که قسمت داخلی چگال‌تر است. قسمت خارجی ازنظر حجمی شامل ۸۸ تا ۹۲ درصد هیدروژن و ۸ تا ۱۲ درصد هلیوم تشکیل شده است و ازنظر جرمی شامل ۷۵ درصد هیدروژن، ۲۴ درصد هلیوم و ۱ درصد بقیه عناصر سنگین‌تر است. لایۀ خارجی جوّ آثاری از گاز متان، بخار آب، آمونیاک و ترکیبات سیلیکونی دارد و همچنین ردپای مقداری بنزن، کربن، اتن، هیدروژن سولفید، نئون، اکسیژن، فسفر سولفید و سایر هیدوکربن‌ها نیز در آن وجود دارد. بلورهای منجمد آمونیاک نیز در لایۀ خارجی جوّ دیده شده‌اند. اما قسمت داخلی، که قسمت چگال‌تر جوّ است، ازنظر جرمی شامل ۷۱ درصد هیدروژن، ۲۴ درصد هلیوم و ۵ درصد دیگر عناصر سنگین‌تر است. این باور وجود دارد که هستۀ مشتری ممکن است ترکیب چگالی از مواد باشد، به این صورت که قسمت داخلی آن صخره‌ای است و یک لایه هیدوژن مایع اطراف آن قرار دارد که البته هنوز ناشناخته است. وقتی از سطح به درون سیاره حرکت می‌کنیم، همانند زمین، دما و فشار افزایش می‌یابد. در سطح سیارۀ مشتری فشار ۱۰ بار و دما ۳۴۰ کلوین است. در منطقه‌ای که هیدوژن فلزی تشکیل می‌شود دما به حدود هزار کلوین و فشار به Gpa ۲۰۰ می‌رسد. در مرز هسته دما حدود ۳۶ هزار کلوین و فشار داخلی Gpa ۳ هزار تا ۴ هزار و ۵۰۰ است. سیاره مشتری همانند زمین شکل پخی دارد اما تخت‌شدگی قطب‌های مشتری از زمین بیشتر است. علت آن سرعت زیاد مشتری هنگام گردش به دور محور خود است و درنتیجۀ آن شعاع مشتری در استوا ۴ هزار و ۶۰۰ کیلومتر بیشتر از شعاع آن در امتداد قطب است.
بیشتر بخوانید: آرتمیس ۳؛ نخستین مأموریت انسانی ناسا به قطب جنوب ماه
پارامترهای مداری
زمین خروج از مرکز مداری کمی دارد، حدود ۰۱۶۷/۰ و فاصلۀ آن از خورشید در حضیض مداری حدود ۱۴۷ میلیون کیلومتر است و در اوج حدود ۱۵۱ میلیون کیلومتر است. زمین به حرکتش در فاصلۀ میانگین ۱۴۹ میلیون کیلومتری از خورشید ادامه می‌دهد. این مقدار مبنای یک واحد نجومی (AU) قرار داده شده است. دورۀ مداری زمین ۲۵/۳۶۵ روز است. بنابراین تقویم زمینی هر ۴ سال یک بار یک روز اضافه دارد. روز زمینی ۲۴ ساعت در نظر گرفته شده است، درحالی‌که سیارۀ ما برای یک گردش به دور خودش ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه زمان لازم دارد. ترکیب این امر با دورۀ مداری زمین به دور خورشید باعث می‌شود فاصلۀ یک طلوع تا طلوع بعدی خورشید ۲۴ ساعت باشد. اگر ناظر در قطب شمال سماوی قرار بگیرد، حرکت زمین و چرخش محور آن پادساعت‌گرد به نظر می‌رسد. همچنین از یک نقطۀ منتخب روی قطب شمالِ هر دو جرم زمین و خورشید این طور به نظر می‌رسد که زمین خورشید را در جهت پادساعت‌گرد دور می‌زند. محور زمین 4/23 درجه به سمت خورشید کج شده است که باعث تغییرات فصلی در سیارۀ ما می‌شود. این انحراف علاوه بر اختلاف دما موجب تفاوت در مقدار تابش خورشید به نیم‌کره‌های متفاوت نیز می‌شود.
اما دربارۀ مشتری باید گفت این سیاره در فاصلۀ متوسط AU ۲/۵ به دور خورشید می‌گردد، این فاصله از AU ۹۵/۴ در حضیض تا AU ۴۵/۵ در اوج متغیر است. در این فاصله ۸۶۱۸/۱۱ سال زمینی طول می‌کشد تا مشتری یک بار به دور خورشید بگردد. به بیان دیگر، یک سال روی مشتری ۵۹/۴۳۳۲ روز زمینی است. سرعت چرخش مشتری به دور خودش در میان سیارات منظومۀ شمسی دارای رتبۀ اول است. این سیاره در ۹ ساعت و ۵۵ دقیقه و ۳۰ ثانیه یک دور به دور خودش می‌چرخد.
جو
جو زمین از ۵ لایۀ اصلی تشکیل شده است: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر. درواقع هرچه از سطح زمین فاصله می‌گیریم فشار و چگالی کاهش می‌یابد، اما رابطه میان دما و ارتفاع کمی پیچیده است و در بعضی موارد ممکن است با افزایش ارتفاع افزایش پیدا کند.
تروپوسفر تقریباً ۸۰ درصد جرم جوّ زمین را تشکیل می‌دهد و قطر آن ۶/۵ کیلومتر است. این لایه چگال‌ترین لایۀ جوّ زمین است. تروپوسفر از ۷۸ درصد نیتروژن، ۲۱ درصد اکسیژن و مقداری بخار آب و کربن دی اکسید و دیگر مولکول‌های گازی تشکیل شده است. تقریباً تمام بخار آب موجود در جوّ در این لایه قرار دارد و پدیده‌های هواشناسی (مانند ابر، باران و برف) در این لایه اتفاق می‌افتند. شفق‌های قطبی شمالی و جنوبی مورد استثنائی در این زمینه است که در لایۀ ترموسفر به وقوع می‌پیوندد.
همچنان که قبلاً ذکر شد، بیشتر جوّ مشتری از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است و آثاری از دیگر عناصر در آن وجود دارد. به مانند زمین، سیاره مشتری نیز در نزدیکی قطب‌هایش پدیدۀ شفق قطبی دارد. اما فعالیت این پدیده در مشتری بسیار بیشتر است و به‌ندرت متوقف می‌شود. تابش شدیدی که براثر میدان مغناطیسی مشتری اتفاق می‌افتد و همچنین فراوانی عناصر ناشی از فوران‌های آتشفشانی قمر آیو که با یونوسفر مشتری واکنش می‌دهند نورهایی را به وجود می‌آورد که به‌شدت تماشایی‌اند. سیاره مشتری الگوهای آب‌وهوایی متغیری دارد: بادهایی با سرعت ۳۶۰ کیلومتر بر ساعت معمول‌اند و سرعت آن‌ها می‌تواند تا ۶۲۰ کیلومتر بر ساعت افزایش یابد؛ طوفان‌هایی که در عرض چند ساعت شکل می‌گیرند و می‌توانند هزاران کیلومتر را یک‌شبه بپیمایند. یکی از این طوفان‌ها لکۀ بزرگ قرمز مشتری است. این طوفان در طول تاریخش گاهی گسترش یافته و گاهی کاهش یافته است و البته در ۲۰۱۲ این احتمال می‌رفت که ناپدید شود.
مشتری کاملاً با ابرهایی پوشانده شده که ترکیبات آن بلورهای آمونیاک و احتمالاً آمونیوم هیدروسولفید است. قطر ابرها حدود ۵۰ کیلومتر است و به دو دسته تقسیم می‌شوند: لایۀ ضخیم پایینی و یک منطقۀ نازک و شفاف .
در اینجا ممکن است در زیر لایۀ آمونیاک یک لایۀ نازک ابرِ تشکیل‌شده از آب وجود داشته باشد. گواه این مسئله رعدو‌برق‌هایی است که در جوّ مشتری آشکار شده است و علت آن امکان دارد قطبیده شدن مولکول‌های آب باشد. رصدکنندگان این تخلیۀ الکتریکی بیان کرده‌اند این اتفاق روی مشتری هزاران بار شدیدتر از چیزی است که روی زمین اتفاق می‌افتد.
قمرهای مشتری
زمین فقط یک قمر دارد که به دور آن می‌گردد: ماه. طبق دانسته‌های ما، وجود آن به دوران ماقبل تاریخ برمی‌گردد و سهم بزرگی در اساطیر و افسانه‌های بشر داراست. همچنین بر جذر و مد مؤثر است. در عصر جدید نیز ماه در کانون توجه‌های علمی و اکتشافات فضایی قرار گرفته است. درواقع ماه تنها جسم سماویِ خارج از زمین است که بشر واقعاً توانسته بر آن گام بگذارد. اولین فرود روی ماه در ۲۰ ژوئیۀ ۱۹۶۹ میلادی صورت گرفت و نیل آرمسترانگ نخستین کسی بود که روی آن قدم گذاشت. بعد از آن درمجموع ۱۳ فضانورد روی ماه قدم گذاشتند. پژوهش‌های آن‌ها در شناخت ترکیبات ماه و نحوه شکل‌گیری آن بسیار مؤثر بوده است. بر اساس آزمایش‌های انجام‌شده روی قطعاتی که به زمین آورده شده‌اند، ماه ۴۵ میلیون سالِ قبلْ درنتیجۀ برخورد زمین و جرمی به اندازۀ مریخ به وجود آمده است. براثر این برخورد ابر سنگینی بر جا مانده که شروع به گردش به دور سیاره کرده است و درنهایت به شکل آنچه امروز ماه می‌نامیم درآمده است. ماه از بزرگ‌ترین قمرهای طبیعی در منظومۀ شمسی است و دومین قمر چگال منظومۀ شمسی بعد از آیو به شمار می‌رود. ماه در برابر زمین در قفل مداری قرار دارد، یعنی همواره یک سمت آن به طرف زمین است. سمت دیگر را سمت تاریک می‌نامند و بشر کاوشگرهایی را برای عکاسی از این قسمت به ماه فرستاده است.
از سوی دیگر، سیاره مشتری بیش از ۸۰ قمر شناخته‌شده دارد. چهار تا از بزرگ‌ترین‌های آن‌ها قمرهای گالیله‌ای نامیده می‌شوند. علت این نام‌گذاری این است که گالیله آن‌ها را کشف کرده است. این قمرها آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو هستند. آیو جرمی است که فعال‌ترین آتشفشان‌ها را در منظومۀ شمسی دارد؛ گمان می‌رود اروپا اقیانوس زیرسطحی عظیمی داشته باشد؛ گانیمید بزرگ‌ترین قمر منظومۀ شمسی است؛ و تصور می‌شود کالیستو اقیانوسی زیرسطحی داشته باشد و همچنین امکان دارد برخی از قدیمی‌ترین مواد منظومۀ شمسی در آن قرار داشته باشند.
گروهی به نام گروه داخلی قمرها وجود دارد که شامل ۴ قمر کوچک با قطر کمتر از ۲۰۰ کیلومتر است. شعاع مداری آن‌ها به دور مشتری کمتر از ۲۰۰ هزار کیلومتر است و انحراف مداری آن‌ها کمتر از نیم درجه است. قمرهای این گروه را متیس، آدرستیا، آمالتیا و تبه تشکیل می‌دهند و البته تعداد دیگری قمر که همچنان ناشناخته مانده‌اند.
مشتری تعدادی قمر نامعمول نیز دارد که به طرز چشمگیری کوچک‌ترند. آن‌ها فاصلۀ بیشتری از مشتری دارند و مدارهایشان نیز خروج از مرکز بیشتری دارد. این قمرها به گروه‌های گوناگونی تقسیم شده‌اند که خصوصیات مداری و ترکیبات مشابه یکدیگر دارند.
هر جور که تصور کنیم مشتری و زمین نمی‌توانند خیلی متفاوت باشند. و البته هنوز چیزهای بسیاری در مورد سیارۀ مشتری مجهول است!
مترجم: سوگند متقی
ویراستار: نازنین‌زهرا بابایی