قمرهای مشتری چه خصوصیاتی دارند؟

بیگ بنگ/ مشتری(Jupiter) توسط رومیان نامگذاری شد که نام خود را از پادشاه خدایان گرفته است. علاوه بر اینکه بزرگترین سیاره در منظومه شمسی ما می باشد- با داشتن جرمی حدود دو و نیم برابر جرم ترکیبی تمام سیارات دیگر – دارای بیشترین قمر در بین سیاره های خورشیدی است. تا کنون، ۶۷ قمرحول این غول گازی کشف شده و حتی ممکن است بیشتر از این هم باشد.

قمرهای مشتری آنقدر متعدد و گوناگون هستند که آنها را به چندین گروه تقسیم می کنیم. اول، بزرگترین قمرها که با نام گالیله ای و یا گروه اصلی شناخته می شوند. همراه با گروه کوچکتر داخلی، آنها قمرهای منظم مشتری را تشکیل می دهند. فراتر از آنها، قمرهای نامنظم بسیاری وجود دارد که همراه با حلقه های آن دور این سیاره می چرخند. چیزهایی که ما در مورد آنها می دانیم در اینجا آمده است…

کشف و نامگذاری

با استفاده از یک تلسکوپ با طراحی خود که بزرگنمایی ۲۰ X را ایجاد می کرد، گالیلئو گالیله قادر به اولین مشاهدات از اجرام آسمانی بود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نبودند. در سال ۱۶۱۰، او اولین کشف ثبت شده از قمرهای مدار مشتری را ایجاد کرد که بعدها به قمرهای گالیله ای شناخته شد. در آن زمان، او تنها سه جرم را مشاهده کرد که به اعتقادش می بایست ستارگان ثابت می بودند. با این حال، بین ماه های ژانویه و مارس ۱۶۱۰، او مشاهده آنها را ادامه داد و به جسم چهارمی نیز اشاره کرد.

در آن زمان، او متوجه شد که این چهار جسم مانند ستارگان ثابت رفتار نمی کنند و در واقع اجرامی هستند که به دور مشتری می چرخیدند. این کشفیات اهمیت استفاده از تلسکوپ برای مشاهده ی اجرام آسمانی که قبلا دیده نشده بودند را ثابت کرد. مهمتر از آن، با نشان دادن اینکه دیگر سیارات به غیر از زمین سیستم مداری و قمری خود را دارند، گالیله ضربه ی قابل توجهی به مدل بطلمیوسی جهان وارد کرد که به طور گسترده تا آن زمان پذیرفته شده بود.

به دنبال حمایت از دوک بزرگ توسکانی، کوزیمو د مدیچی، گالیله در ابتدا به دنبال مجوز برای نامگذاری قمرها به نام “CosmicaSidera” بود. به پیشنهاد کوزیمو، گالیله نام را برای احترام به خانواده مدیچی به MediceaSidera، تغییر داد. این کشف در SidereusNuncius ، اعلام شد که در ونیز و در ماه مارس سال ۱۶۱۰ منتشر شد. با این حال، ستاره شناس آلمانی سیمون ماریوس به طور مستقل این قمرها را همزمان با گالیله کشف کرده بود.

به دستور یوهانس کپلر، او آن قمرها را دوستداران زئوس(معادل یونانی ژوپیتر) نام نهاد. در رساله خود با عنوان Mundus Jovialis ( “جهان مشتری”، منتشر شده در سال ۱۶۱۴) او آنها را آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو نام نهاد. گالیله صبورانه حاضر به استفاده از نام ماریوس نشد و به جای آن طرح شماره گذاری را اختراع کرد که در کنار نام های قمرها هنوز هم استفاده می شود. بر اساس این طرح، قمرها بر اساس نزدیکی آنها به سیاره ی مادر خود اعدادی اختصاص می یافتند و با افزایش فاصله این عدد افزایش می یافت. از این رو، قمر آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو به ترتیب به مشتری I، II، III و IV نام گذاری شد.

نقاشی مشتری که در 1 نوامبر سال 1880 توسط هنرمند و منجم فرانسوی اتین تروولو کشیده شده که گذر سایه های قمر و لکۀ سرخ رنگ قرمز بزرگ را نشان می دهد.

نقاشی مشتری که در ۱ نوامبر سال ۱۸۸۰ توسط هنرمند و منجم فرانسوی اتین تروولو کشیده شده که گذر سایه های قمر و لکۀ سرخ رنگ قرمز بزرگ را نشان می دهد.

بعد از اینکه گالیله اولین کشف ثبت شده از گروه اصلی را ایجاد کرد، برای تقریبا سه قرن هیچ قمر اضافی کشف نشد – نه تا زمانی که ای ای بارنارد، قمر آمالتیا را در سال ۱۸۹۲ مشاهده کرد. در واقع، این کشف تا قرن ۲۰ ام نبود و با کمک عکاسی تلسکوپی و دیگر بهبودهای صورت گرفته، بسیاری از قمرهای مشتری کشف شدند. قمرهای هیمالیا در سال ۱۹۰۴، الارا در سال ۱۹۰۵ ، پاسیفائه در سال ۱۹۰۸، سینوپ در سال ۱۹۱۴، لیسیتئا و کارم در سال ۱۹۳۸، آنانکی در سال ۱۹۵۱ و لدا در سال ۱۹۷۴ کشف شدند. زمانی که کاوشگر فضایی ویجر در سال ۱۹۷۹ به نزدیکی مشتری رسید، ۱۳ قمر کشف شده بود، در حالی که ویجر خودش سه قمر دیگر با نام های متیس، آدرستیا و تبه را کشف کردد.

بین اکتبر ۱۹۹۹ و فوریه سال ۲۰۰۳، محققان با استفاده از آشکارسازهای زمینی حساس ۳۴ قمر دیگر را پیدا و نامگذاری کردند که اکثر آنها توسط تیم “اسکات اس شپرد و دیوید سی جویت” کشف شد. از سال ۲۰۰۳ تا کنون، ۱۶ قمر دیگر کشف شده، اما هموز نامگذاری نشدند که تعداد کل قمرهای شناخته شده مشتری را به تعداد ۶۷ می رسانند.

هر چند اقمار گالیله، مدت کوتاهی پس از کشف آنها در سال ۱۶۱۰ نامگذاری شدند؛ نام های آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو تا قرن ۲۰ استفاده نمی شدند. آمالتیا (با نام مستعار ژوپیتر V) نامگذاری نشد تا اینکه یک کنوانسیون غیر رسمی در سال ۱۸۹۲ صورت گرفت و نامی بود که برای اولین بار ستاره شناس فرانسوی، کامیل فلاماریون استفاده کرد.

قمرهای دیگر، در اکثر ادبیات نجومی، به سادگی با اعداد لاتین خود (به عنوان مثال مشتری IX) تا دهه ی ۱۹۷۰ نشاندار شدند. این طرح در سال ۱۹۷۵ آغاز شد زمانی که گروه ضربت اتحادیه بین المللی نجوم (IAU) برای نامگذاری منظومه شمسی بیرونی نام هایی را روی قمرهای V-XIII دادند، در نتیجه برای هر قمری که در آینده کشف شد، باعث ایجاد یک فرایند نامگذاری رسمی شدند. این عمل برای نام گذاری قمرهای تازه کشف شده دوستداران مشتری و علاقه مندان خدای ژوپیتر(زئوس) بود؛ و از سال ۲۰۰۴، همچنین از نام های فرزندان آنها نیز استفاده می شد.

قمرهای منظم

قمرهای منظم مشتری به این خاطر نامگذاری شدند که مدارهای سیاره ای دارند – یعنی آنها در همان جهت چرخش سیاره خود می چرخند. این مدارها تقریبا دایره ای هستند و کمی به پایین تمایل دارند، بدین معنی که نزدیک به خط استوای مشتری می چرخند. از این تعداد، قمرهای گالیله ای(با نام مستعار گروه اصلی) بزرگترین و شناخته شده ترین هستند.

اینها قمرهای بزرگ مشتری هستند، آنها تقریبا ۹۹٫۹۹۹٪ از جرم کل در مدار اطراف مشتری را در بر می گیرند و بین ۴۰۰۰۰۰۰ و ۲،۰۰۰،۰۰۰ کیلومتر از این سیاره را می چرخند. آنها همچنین با شعاعی بزرگتر از سیارات کوتوله در میان بزرگترین اجرام در منظومه شمسی به غیر از خورشید و هشت سیاره، هستند. آنها عبارتند از آیو، اروپا، گانیمد و کالیستو و همه توسط گالیله کشف شدند و به افتخار او نامگذاری شدند. نام این قمرها که از دوستداران زئوس در اساطیر یونانی مشتق شده، به زودی پس از کشف گالیله توسط سیمون ماریوس ۱۶۱۰ نامگذاری شدند. از این رو، قمر درونی آیو از نام یک کشیش هرا گرفته شده که عاشق زئوس بود.

آیو با قطر ۳۶۴۲ کیلومتر، چهارمین قمر بزرگ در منظومه شمسی است. با بیش از ۴۰۰ آتشفشان فعال، از نظر زمین شناسی بیشترین فعالیت را در منظومه شمسی دارد. سطح آن با بیش از ۱۰۰ ها کوه پر شده که برخی از آنها از قله اورست زمین بلندتر هستند. بر خلاف بسیاری از قمرها در قسمت بیرونی منظومه شمسی (که با یخ پوشیده شده) آیو عمدتا از سنگ سیلیکات تشکیل شده که حول یک هسته آهنی یا آهن سولفید مذاب کشیده شده است. آیو جو بسیار نازکی دارد که عمدتا از دی اکسید گوگرد(SO2) ایجاد شده است.

دومین قمر گالیله ای اروپاست که نام خود را از اشراف زاده فنیقی افسانه ای گرفته است که توسط زئوس استقبال شد و ملکه ی کرت شد. با ۳۱۲۱٫۶ کیلومتر قطر، کوچکترین قمر گالیله ای است و کمی کوچکتر از ماه ِ زمین است. سطح اروپا متشکل از یک لایه آب حول گوشته است که تصور می شود ۱۰۰ کیلومتر ضخامت داشته باشد. بخش بالایی یخ جامد است، در حالی که اعتقاد بر این است پایین آن آب مایع باشد که با توجه به انرژی گرمایی و فرایندهای جزر و مدی گرم شده می شود. اگر درست باشد، پس ممکن است که حیات فرازمینی بتواند در این اقیانوس زیرسطحی وجود داشته باشد، شاید نزدیک یک سری از منافذ هیدروترمال در اعماق اقیانوس.

سطح اروپا نیز یکی از مسطح ترین سطوح در منظومه شمسی است، واقعیتی که از ایده آب مایع موجود در زیر سطح پشتیبانی می کند. اینکه این قمر در سطح خود بدون دهانه است به سطح جوان و فعال بودنش از نظر تکتونیکی آن نسبت داده می شود. اروپا در درجه اول از سنگ سیلیکات ساخته شده است و به احتمال زیاد یک هسته آهنی و یک فضای شکننده دارد که عمدتا از اکسیژن تشکیل شده است.

قمر بعدی گانیمد است. با ۵۲۶۲٫۴ کیلومتر قطر، گانیمد بزرگترین قمر در منظومه شمسی است. در حالی که بزرگتر از سیاره عطارد است، اما در حقیقت جهانی یخ زده است، بدین معنی که تنها نیمی از جرم عطارد را دارد. همچنین تنها قمر شناخته شده در منظومه شمسی است که میدان مغناطیسی دارد و به احتمال زیاد از طریق جریان همرفت در داخلش هسته ی آهن مذاب ایجاد شده است.

گانیمد در درجه اول از سنگ سیلیکات و یخ آب تشکیل شده و به نظر می آید اقیانوسی از آب شور نزدیک به ۲۰۰ کیلومتر زیر سطح گانیمد وجود داشته باشد – هر چند اروپا محتمل ترین نامزد برای این موضوع باقی مانده است. گانیمد دارای تعداد زیادی دهانه است که بسیاری از آنها از یخ پوشیده شده و دارای اکسیژن نازک است که شامل O، O2، و احتمالا O3(ازن) و برخی از هیدروژن ِ اتمی میباشد.

کالیستو چهارمین و دورترین قمر گالیله ای است. با ۴۸۲۰٫۶ کیلومتر قطر، دومین قمر بزرگ گالیله ای و سومین قمر بزرگ در منظومه شمسی است. کالیستو نام خود را از دختر کینگ آرکادیان، لیکائون و همراه شکارچی الهه آرتمیس گرفته است. متشکل از مقدار تقریبا برابری سنگ و یخ است، کم چگال ترین قمرهای گالیله ای بوده و تحقیقات نشان می دهد که کالیستو نیز ممکن است اقیانوس داخلی با عمقی بیش از ۱۰۰ کیلومتر در زیر سطحش داشته باشد.

همچنین کالیستو یکی از قمرهایی در منظومه شمسی است که با دهانه های حجیمی پوشانده شده است- بزرگترین آن ۳۰۰۰ کیلومتر گستردگی دارد که توسط اتمسفر بسیار نازکی متشکل از دی اکسید کربن و احتمالا مولکول اکسیژن احاطه شده است. مدت طولانی است که کالیستو مناسب ترین مکان برای پایگاه انسانی در اکتشاف آینده سیستم مشتری در نظر گرفته شده، زیرا از تابش شدید مشتری دورتر است.

گروه داخلی (یا گروه آمالتیا) شامل چهار قمر کوچک هستند که قطری کمتر از ۲۰۰ کیلومتر دارند و در شعاعی کمتر از ۲۰۰،۰۰۰ کیلومتر می چرخند و انحراف مداری کمتر از نیم درجه دارند. این گروه شامل قمرهای متیس، آدرستیا، آمالتیا و تبه می باشد. همراه با تعدادی از قمرهای درونی که هنوز دیده نشده اند، این قمرها دوباره سیستم حلقه ای مات مشتری را تشکیل می دهند- متیس و آدرستیا به تشکیل حلقه اصلی مشتری کمک می کند، در حالی که آمالتیا و تبه حلقه بیرونی کم نور خود را حفظ می کنند.

متیس نزدیک ترین قمر به مشتری در فاصله ۱۲۸۰۰۰ کیلومتری آن قرار دارد. تقریبا ۴۰ کیلومتر قطر دارد، از نظر گرانشی-قفل شده است و شکل بسیار نامتقارنی دارد(یکی از قطرها تقریبا دو برابر قطر کوچکتر است). متیس زمان گذر کاوشگر فضایی ویجر ۱ در سال ۱۹۷۹ کشف شد و در سال ۱۹۸۳ به نام اولین همسر زئوس نامگذاری شد. دومین قمر نزدیک آدرستیا است که حدود ۱۲۹۰۰۰ کیلومتر از مشتری فاصله دارد و ۲۰ کیلومتر قطرش میباشد. همچنین با نام مشتری XV شناخته می شود، آمالتیا بر اساس فاصله دومین و کوچکترین قمر از چهار قمر داخلی مشتری است. فضاپیمای ویجر ۲ از این قمر در طول یک پرواز در سال ۱۹۷۹ عکس گرفت.

آمالتیا، همچنین به مشتری V شناخته می شود، این قمر از نظر فاصله از تا مشتری سومین قمر است. در تاریخ ۹ سپتامبر ۱۸۹۲، توسط ادوارد امرسون بارنارد کشف شد و به نام حوری اساطیر یونانی نامیده شد. تصور می شود که از یخ آب متخلخل با مقادیر ناشناخته از مواد دیگر تشکیل شده است. ویژگی های سطح آن شامل دهانه بزرگ و پشته است.

تبه (با نام مستعار مشتری چهاردهم) چهارمین و آخرین قمر درونی مشتری است. شکل نامنظم و رنگ قرمز دارد و تصور می شود مانند آمالتیا از یخ آب متخلخل با مقادیر ناشناخته از مواد دیگر تشکیل شده است. ویژگی های سطح آن نیز شامل دهانه های بزرگ و کوههای بلند می باشد- که برخی از آنها قابل مقایسه با اندازه ماه است.

قمرهای نامنظم

قمرهای نامنظم آنهایی هستند که بطور قابل ملاحظه ای کوچکتر هستند و مدارهای دورتر و غیر عادی تری از قمرهای منظم دارند. این قمرها به خانواده هایی تقسیم بندی می شوند که دارای شباهت مداری و ترکیبی هستند. اعتقاد بر این است که حداقل تا حدی در نتیجه ی برخورد، توسط سیارک هایی تشکیل شده اند که توسط میدان گرانشی مشتری گیر افتادند.

آنها به خانواده هایی گروه بندی می شوند که نام بزرگترین عضو خود را می گیرند. به عنوان مثال، گروه هیمالیا از هیمالیا نامیده شده است – قمری با میانگین شعاع ۸۵ کیلومتر، و پنجمین قمر در مدار مشتری است. اعتقاد بر این است که هیمالیا زمانی سیارکی بوده که توسط گرانش مشتری گیر افتاده است که پس از آن قمرهای لدا، لیسیتئا و الارا ایجاد شدند. این قمرها همه چرخش های سیاره ای دارند، بدین معنی که در همان جهت چرخش مشتری می چرخند.

گروه کارم، نام خود را از قمری به همین نام گرفته است. با شعاع متوسط ۲۳ کیلومتر، کارم بزرگترین عضو خانواده از قمرهای مشتری است که مدار و ظاهر (یکنواخت قرمز) مشابه دارد و بنابراین تصور می شود که منشاء مشترکی دارد. قمرهای این خانواده همه عقب گرد می چرخند، بدین معنی که مشتری در جهت مخالف چرخش آن می چرخد.

گروه آنانکی از بزرگترین قمر خود نام گرفته است که دارای شعاع متوسط ۱۴ کیلومتر است. اعتقاد بر این است که آنانکی یک سیارک بوده که توسط گرانش مشتری گیر افتاده و پس از آن در طی یک برخورد به قطعاتی تقسیم شد. آن قطعات ۱۵ قمر دیگر در گروه آنانکی را تشکیل دادند که تمامی آنها عقب گرد می چرخند و خاکستری رنگ هستند.

گروه پاسیفائه گروه بسیار متنوعی است که طیف رنگ آن از قرمز تا خاکستری رنگ است- و این امکان را که از برخوردهای متعددی ایجاد شده تقویت میکند. پیسافائه از روی همین نام گرفته شد که دارای شعاع متوسط ۳۰ کیلومتر است، این قمرها عقب گرد هستند و همچنین تصور می شود در نتیجه ی سیارکی باشد که توسط مشتری گیر افتاده و در اثر یک سری برخوردها تکه تکه شده است. همچنین چند قمر نامنظم که در خانواده خاصی قرار نمی گیرند نیز وجود دارد. این قمرها شامل تمیستو و کارپو هستند، درونی ترین و بیرونی ترین قمر نامنظم که هر دوی آنها جلوگرد می چرخند. S / 2003 J 12 و S / 2011 J 1 درونی ترین قمرهای عقب گرد هستند، در حالی که S / 2003 J 2 خارجی ترین قمری مشتری است.

ساختار و ترکیب

به عنوان یک قاعده، چگالی متوسط قمرهای مشتری با فاصله آنها از سیاره کاهش می یابد. کالیستو، کم چگالترین در بین چهار قمر است که دارای چگالی متوسطی بین یخ و سنگ بوده، در حالی که آیو دارای چگالی است که نشان می دهد از سنگ و آهن ساخته شده است. همچنین کالیستو دارای سطح یخی پر گودالی است، و طریقه چرخش آن نشان می دهد که چگالی آن یکسان توزیع شده است. این نشان می دهد که کالیستو هسته سنگی یا فلزی ندارد، اما متشکل از یک مخلوط همگن یخ و سنگ می باشد.

در مقابل چرخش سه قمر درونی، تمایزی بین هسته ماده چگال(مانند سیلیکات، سنگ و فلزات) و گوشته مواد سبک تر(آب یخ) را نشان می دهد. فاصله از مشتری نیز با تغییرات قابل توجهی در ساختار سطح قمرهای آن وفق دارد. گانیمد جنبش تکتونیکی گذشته از سطح یخ را نشان می دهد، که بدان معنی است لایه های زیر سطحی تحت ذوب جزئی در هر چند وقت هستند. اروپا جنبش دینامیک دارد و این طبیعت، پوستۀ یخی نازک تری را نشان می دهد. در نهایت، آیو، قمر درونی، دارای سطح گوگردی، آتشفشان فعال بوده و هیچ نشانه ای از یخ ندارد.

تمام این شواهد نشان می دهد که نزدیکترین قمر به مشتری، داخل آن داغتر است- با مدل هایی که سطح گرمایش جزر و مدی را در نسبت معکوس با مجذور فاصله آنها از این سیاره نشان می دهد. به گفته ی محققان همه اقمار مشتری ممکن است زمانی ترکیب داخلی ِ شبیه به ترکیب کنونی کالیستو را داشتند، در حالی که بقیه در طول زمان و در نتیجه گرمایش جزر و مدی ناشی از میدان گرانشی مشتری تغییر یافتند.

این بدان معنی است که برای همه اقمار مشتری، به جز کالیستو، یخ داخلی ذوب شده است و اجازه می دهد سنگ و آهن به داخل نفوذ کند و آب سطح را بپوشاند. در گانیمد، پوسته یخ ضخیم و جامد تشکیل می شود در حالی که در اروپا پوسته گرم تر و نازک تری که به راحتی شکسته می شود تشکیل می شود. در آیو، نزدیک ترین سیاره به مشتری، حرارت به قدری شدید است که تمام سنگ ها ذوب شده و آب به فضا می رود. مشتری، یک غول گازی با ابعاد بسیار بزرگ، نامش را از پادشاه پانتئون روم گرفته است. چه نیکوست که چنین سیاره ای قمرهای بسیاری دارد که دور آن می چرخد. با توجه به فرآیند کشف آن و مدت زمان توجه ما، تعجب آور نخواهد بود اگر قمرهای بیشتری در انتظار کشف شدن در اطراف مشتری وجود داشته باشند. ۶۷ قمر و شاید بیشتر…!