حلقات المشتري

صورة توضح نظام حلقات المشتري مع توضيح للحلقات وأماكن تواجد الأقمار

الحلقة الرئيسية الضيقة والرفيعة نسبيًا هي ألمع جزء في نظام المشتري الحلقي، وتقع حافتها الخارجية على مسافة 129000 كيلومتر تقريبًا حيث تتزامن مع مدار أصغر قمر صناعي داخلي -أدراستيا-[2][4] وتقع حافتها الداخلية على مسافة 122500 كيلومتر؛[2] نتيجة لذلك فإن عرض الحلقة الرئيسية حوالي 6500 كيلومتر.

في الضوء المتناثر إلى الأمام[lower-alpha 1] يبدأ سطوع الحلقة الرئيسية بالانخفاض بشكل حاد عند 128600 كيلومتر، ويصل إلى مستوى إضاءة الخلفية عند 129300 كيلومتر.[2] تستمر زيادة السطوع في اتجاه المشتري ويبلغ الحد الأقصى بالقرب من مركز الحلقة عند 126000 كيلومتر بالرغم من وجود فجوة واضحة بالقرب من مدار قمر ميتيس عند 128000 كيلومتر.[2] على عكس ذلك يبدو أن الحدود الداخلية للحلقة الرئيسية تتلاشى ببطء من 124000 إلى 120000 كيلومتر لتندمج في حلقة الهالة.[2][4]

يُحدَدْ مدار القمر بفجوة موجودة في الحلقة ولذا فهناك حليقة رفيعة خارج مداره، وتوجد حليقة صغيرة أخرى داخل مدار أدراستيا تتبعها فجوة مجهولة المصدر على بعد 128500 كيلومتر.[9] عُثر على الحلقة الثالثة نحو الداخل للفجوة المركزية خارج مدار قمر ميتيس.

اكتُشفت البيئة الدقيقة للحلقة الرئيسية من المركبة الفضائية غاليليو وهي مرئية بوضوح في صور عُثر عليها من نيوهورايزونز في فبراير ومارس 2007.[6][10]

أظهرت أطياف الحلقة الرئيسية التي تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي،[7] ومرصد كيك،[11] ومسبار غاليليو الفضائي،[12] وكاسيني[8] أن الجسيمات التي تشكلها لونها أحمر أي أن الوضاءة تكون أعلى عند الأطوال الموجية الأكثر طولًا، وتمتد الأطياف الموجودة في النطاق من 0.5 إلى 2.5 ميكرومتر.[8] لم يتم العثور على خصائص طيفية حتى الآن والتي يمكن أن تعزى إلى مركبات كيميائية معينة على الرغم من أن ملاحظات كاسيني أسفرت عن أدلة على نطاقات الامتصاص القريبة من 0.8و 2.2 ميكرومتر؛[8] كما تتشابه أطياف الحلقة الرئيسية مع أدريستيا[7] وأملثيا.[11]

يمكن تفسير خصائص الحلقة الرئيسية بالفرضية القائلة بأنها تحتوي على كميات كبيرة من الغبار بأحجام جزيئات 0.1 - 10 ميكرومتر، وهذا يفسر تشتت الضوء للأمام بشكل أقوى مقارنة بالانتثار الخلفي؛[9][13] ومع ذلك فهناك هيئات أكبر لشرح الانتثار الخلفي القوي والبنية الدقيقة في الجزء الخارجي المضيء للحلقة الرئيسية.[9][13]

تحليل الطور المتوفر وبيانات الطيف يؤدي إلى الستنتاج أن توزيع حجم الجزيئات الصغيرة في الحلقة الرئيسية يخضع لقانون الطاقة.[8][14][15]

${\displaystyle n(r)=A\times r^{-q}}$

• حيث n(r) dr عبارة عن عدد من الجسيمات ذات نص القطر بين r و r + dr • ${\displaystyle A}$ هو معامل متغير تم اختياره لمطابقة إجمالي تدفق الضوء المعروف من الحلقة. • معامل التغير q هو 0.2 ± 2.0 للجسميات عندما r > 15 ± 0.3 ميكرومتر • q هو 5 ± 1 عندما r < 15 ±0.3.

قانون الطاقة يسمح بتقدير العمق الضوئي[lower-alpha 2] ${\displaystyle \scriptstyle \tau }$ للحلقة الرئيسية : ${\displaystyle \scriptstyle \tau _{l}\,=\,4.7\times 10^{-6}}$ للأجسام الكبيرة، و ${\displaystyle \scriptstyle \tau _{s}=1.3\times 10^{-6}}$ للغبار.هذا العمق الضوئي يعني أن إجمالي المقطع العرضي لجميع الجسيمات داخل الحلقة حوالي 5000 كيلومتر مربع.

تقدر كتلة إجمالي الغبار بحوالي 10⁷−10⁹ كجم، وكتلة الأجسام -باسثناء ميتيس وأدراستيا- هي 10¹¹−10¹⁶ كجم. هذا الكتل يمكن مقارنتها بكتل أدراستيا 10¹¹−10¹⁶ كجم، وأملثيا 2x 10¹⁸ كجم، وقمر الأرض 7.4x 10²² كجم

إن وجود مجموعتين من الجسيمات في الحلقة الرئيسية يفسر سبب اعتمادها على العرض الهندسي، حيث الغبار ينثر الضوء بشكل أفضل في الاتجاه الأمامي ويشكل حلقة متجانسة وسميكة نسبيًا يحدها مدار أدراستيا،[9] والجسيمات الكبيرة التي تتناثر في الاتجاه الخلفي تنحصر في عدد من الحليقات بين مداري ميتيديان وأدراستيا.[9][13]

يتم إزالة الغبار باستمرار من الحلقة الرئيسية عن طريق مزيج من قوة سحب بوينتنج وروبرتسون، والقوى الكهرومغناطيسية لكوكب المشتري.[15][16] عمر جزيئات الغبار في الحلقة تتراوح من 100 إلى 1000 سنة[9][16] لذلك يجب تجديد الغبار باستمرار في التصادمات بين أجسام كبيرة بأحجام تتراوح من 1 سنتيمتر إلى 0.5 كيلومتر،[17] وبين نفس الأجسام الكبيرة والجسيمات عالية السرعة القادمة من خارج نظام المشتري.[9][16] عمر الحلقة الرئيسية غير معروفة حاليًا ولكنه قد يكون آخر مجموعة متبقية من الأجسام الصغيرة القريبة من المشتري.[5]

تُظهر الصور المأخوذة من مسبار الفضاء نيوهورايزونز وغاليليو وجود مجموعتين من التموج الرأسي في الحلقة الرئيسية.

صورة بألوان غير حقيقية لحلقة الهالة من مسبار جاليليو

حلقة الهالة هي الأكثر توغلًا وأكثر حلقات المشتري سمكًا من الناحية الرأسية. تتزامن حافتها الخارجية مع الحدود الداخلية للحلقة الرئيسية على مسافة نصف قطر 122500 كيلومتر تقريبًا.[2][4] لا يُعرف المدى الرأسي الحقيقي للهالة ولكن تم الكشف عن وجود موادها على ارتفاع يصل إلى 10000 كيلومتر فوق مستوى الحلقة.[2][3] الحدود الداخلية للهالة تكون حادة نسبيًا وتقع عند نصف القطر 100000 كيلومتر[3] ولكن بعض المواد موجودة في الداخل إلى مايقرب من 92000 كيلومتر؛[2] ونتيجة لذلك فإن حلقة الهالة سمكها حوالي 30000 كيلومتر.

تبدو حلقة الهالة ألمع في الضوء المتناثر للأمام حيث تم تصويره على نطاق واسع من قِبل غاليليو.[2] وفي حين أن سطوع سطحه أقل بكثير من الحلقة الرئيسية، إلا أن تدفق الفوتونات الخاصة به بشكل عمودي يكون مماثل نتيجة لسماكته الكبيرة. سطوع الهالة يتركز بقوة نحو المستوى الدائري بالرغم من وجود نطاق رأسي يزيد عن 20000 كيلومتر ويتبع قانونًا للطاقة على شكل z^−0.6 إلى z^−1.5 حيث Z هو الارتفاع فوق مستوى الحلقة. في الضوء المتناثر للخلف فإن مظهر الهالة -كما لاحظه كيك وتلسكوب هابل الفضائي- هو نفسه، ومع ذلك فإن تدفق الفوتونات أقل بأضعاف من الحلقة الرئيسية ويتركز بقوة أكبر بالقرب من مستوى الحلقة مقارنةً بالضوء المتناثر للأمام.[9]

تختلف الخصائص الطيفية لحلقة الهالة عن الحلقة الرئيسية حيث أن انتشار التدفق في نطاق 0.5-2.5 ميكرون هو أكثر اتساعًا من الحلقة الرئيسية،[7] فالهالة ليست حمراء وإنما قد تكون زرقاء.[11]

يمكن تفسير الخصائص البصرية لحلقة الهالة من خلال الفرضية القائلة بأنها تتكون فقط من غبار ذات أحجام جسيمية أقل من 15 ميكرومتر.[7][9][14] هذه التركيبة المتربة تشرح الانتثار الأمامي الأكثر قوة، والألوان الأكثر زرقة، وعدم وجود بنية مرئية في الهالة. من المحتمل أن يكون الغبار قد نشأ في الحلقة الرئيسية، وهذا ادعاء مدعوم بحقيقة أن العمق الضوئي${\displaystyle \scriptstyle \tau _{s}\,\sim \,10^{-6}}$ لحلقة الهالة مشابه للغبار في الحلقة الرئيسية،[4][9] كما يمكن أن تُعزى السماكة الكبيرة للهالة إلى تحفيز زاوية الميلان والانحراف المداري لجزيئات الغبار بواسطة القوى الكهرومغناطيسية الموجودة في الغلاف المغناطيسي للمشتري.

إن ظاهرة بوينتنج وروبرتسون تسبب انحراف بطيء للجزيات ناحية المشتري ولذلك تُحفز زاوية الميلان أثناء مرورهم من خلاله.

صورة للحلقات الرقيقة حصلت عليها مركبة الفضاء جاليليو في الضوء المتناثر للخلف

حلقة أمالثيا الرقيقة عبارة عن هيكل خافت للغاية مع مقطع عرضي مستطيل الشكل، ويمتد من مدار أمالثيا على مسافة 182000 كيلومتر إلى حوالي 129000 كيلومتر؛[2][9] كما لم يتم تعريف حدودها الداخلية بشكل واضح بسبب وجود حلقة الهالة والحلقة الرئيسية الأكثر سطوعًا بشكل كبير.[2] يبلغ سمك الحلقة حوالي 2300 كيلومتر بالقرب من مدار أملثيا وينخفض بشكل طفيف في اتجاه المشتري.[lower-alpha 3][3] في الواقع حلقة أمالثيا الرقيقة تكون ألمع بالقرب من حوافها العلوية والسفلية وتصبح أكثر إشراقًا بشكل تدريجي نحو المشتري؛ وأما الحد الخارجي للحلقة فهو حاد نسبيًا،[2] ويسقط سطوع الحلقة فجأة إلى الداخل مباشرة من مدار أملثيا على الرغم من أنه قد يكون له امتداد صغير خارج مدار القمر الصناعي المنتهي بالقرب من رنين 4 : 3 مع ثيبي.[19]

في الضوء المتناثر إلى الأمام تبدو الحلقة وكأنها خافتة بشكل أكثر 30 مرة من الحلقة الرئيسية،[2] وتُظهر الصور المتناثرة للخلف هيكل إضافي في الحلقة: زروة في السطوع داخل مدار أمالثيا وتقتصرعلى الحافة العلوية أو السفلية للحلقة.[3][19]

في الفترة 2002 - 2003 مرت المركبة الفضائية غاليليو بمسارَين عبر الحلقات الرقيقة، وأثناء ذلك كشف عداد الغبار عن جزيئات الغبار في نطاق الحجم 0.2-5 ميكرومتر.[20][21] بالإضافة إلى ذلك رصد الماسح النجمي لمركبة غاليليو الفضائية أجسام صغيرة منفصلة -أقل من 1 كيلومتر- بالقرب من أمالثيا،[22] والتي قد تمثل حطام تصادمي ناتج من التصادم مع قمره الصناعي.

حلقة ثيبي الرقيقة هي أكثر حلقات المشتري خفوتًا حيث تبدو كهيكل خافت جدًا مع مقطع عرضي مستطيل الشكل، وتمتد من مدار ثيبي من مسافة 226000 كيلومتر إلى حوالي 129000 كيلومتر.[2][9] حدود الحلقة الداخلية غير محددة بشكل واضح بسبب وجود الحلقة الرئيسية وحلقة الهالة الأكثر سطوعًا،[2] ويبلغ سمكها حوالي 8500 كيلومتر بالقرب من مدار ثيبي ويقل قليلًا في اتجاه الكوكب.[lower-alpha 3][3] مثل حلقة أمالثيا فإن حلقة ثيبي الرقيقة ألمع بالقرب من حوافها العلوية والسفلية وتصبح أكثر سطوعًا بشكل تدريجي نحو المشتري.[18] الحدود الخارجية للحلقة ليست حادة بشكل خاص وتمتد على نحو 15000 كيلومتر،[2] وهناك استمرارية مرئية بالكاد خارج مدار ثيبي وتمتد حتى 280000 كيلومتر وتسمى امتداد ثيبي.[2][21]

في الضوء المتناثر للأمام تبدو الحلقة وكأنها خافتة بشكل أكثر 3 مرات من حلقة أمالثيا الرقيقة،[2] وتُظهر صور التناثر الخلفي ذروة في السطوع داخل مدار ثيبي مباشرة.[3] كشف عداد الغبار لمركبة غاليليو الفضائية في الفترة 2002-2003 عن جسيمات غبار حجمها 0.2-5 ميكرومتر مشابهة لتلك الموجودة في حلقة أمالثيا.