Αν ζητήσει κανείς από ένα παιδί να ζωγραφίσει τον Δία, το πρώτο πράγμα που θα αποτυπώσει στο χαρτί είναι οι χαρακτηριστικές, πολύχρωμες ρίγες του. Αυτές οι ζώνες και οι ζώνες καταιγίδων, που σαρώνουν τον πλανήτη με τεράστιες ταχύτητες, αποτελούν την «ταυτότητα» του μεγαλύτερου πλανήτη του Ηλιακού μας Συστήματος. Ωστόσο, για την επιστημονική κοινότητα, αυτές οι λωρίδες αποτελούσαν επί δεκαετίες έναν άλυτο γρίφο: Γιατί σχηματίζονται; Πόσο βαθιά φτάνουν; Και κυρίως, τι τις σταματά;
Μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο έρχεται να δώσει την οριστική απάντηση, φωτίζοντας τις αθέατες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από τα πυκνά νέφη. Οι ερευνητές, χρησιμοποιώντας εξελιγμένα υπολογιστικά μοντέλα, ανακάλυψαν πως το «κλειδί» βρίσκεται στο ισχυρό μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, το οποίο λειτουργεί ως ένα είδος «τροχονόμου» ή, καλύτερα, ως ένα αόρατο φράγμα για τους ατμοσφαιρικούς ανέμους.
Η ανατομία ενός γίγαντα
Για να κατανοήσουμε τη σημασία της ανακάλυψης, πρέπει να κοιτάξουμε κάτω από την επιφάνεια. Η αποστολή Juno της NASA, που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Δία από το 2016, προσέφερε τα πρώτα κρίσιμα στοιχεία. Οι μετρήσεις του σκάφους έδειξαν ότι οι άνεμοι του Δία είναι επιφανειακοί μόνο φαινομενικά· στην πραγματικότητα εκτείνονται σε βάθος περίπου 3.000 χιλιομέτρων. Ξαφνικά όμως, σε αυτό το βάθος, σταματούν ή αλλάζουν δραματικά συμπεριφορά.
Το ερώτημα που βασάνιζε τους αστροφυσικούς ήταν γιατί συμβαίνει αυτή η ξαφνική διακοπή. Η θεωρία μέχρι σήμερα αδυνατούσε να εξηγήσει πώς ένας πλανήτης που αποτελείται κυρίως από αέριο και ρευστό υλικό διατηρεί τόσο διακριτές ζώνες στην επιφάνεια, οι οποίες όμως δεν φτάνουν μέχρι τον πυρήνα.
Το πείραμα της προσομοίωσης
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγο, Robert Teed και Jeffrey Parker, προσέγγισαν το πρόβλημα όχι μέσω τηλεσκοπίων, αλλά μέσω μαθηματικών και φυσικής. Δημιούργησαν ένα εξαιρετικά περίπλοκο μοντέλο που προσομοιώνει τις συνθήκες στο εσωτερικό του Δία, λαμβάνοντας υπόψη μια κρίσιμη παράμετρο που συχνά παραβλέπεται στα απλούστερα μοντέλα: τον μαγνητισμό.
Ο Δίας δεν είναι απλώς μια μπάλα αερίου. Λόγω των τεράστιων πιέσεων στο εσωτερικό του, το υδρογόνο μετατρέπεται σε «μεταλλικό υδρογόνο», μια κατάσταση της ύλης που συμπεριφέρεται ως ηλεκτρικός αγωγός. Όταν αυτή η αγώγιμη μάζα κινείται, παράγει μαγνητικό πεδίο.
Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έδειξαν κάτι εντυπωσιακό. Στην επιφάνεια και στα ανώτερα στρώματα, όπου η ατμόσφαιρα είναι ουδέτερη (μη αγώγιμη), οι αέριες μάζες μπορούν να κινούνται ελεύθερα, σχηματίζοντας τους ισχυρούς πίδακες (jet streams) που βλέπουμε ως ρίγες.
Το μαγνητικό «φρένο»
Καθώς όμως κατεβαίνουμε βαθύτερα, η πίεση και η θερμοκρασία αυξάνονται και το αέριο ιονίζεται. Εκεί ξεκινά η δράση του μαγνητικού πεδίου. Σύμφωνα με τη μελέτη, το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που παράγεται στον πυρήνα αντιστέκεται στην κίνηση του ρευστού που προσπαθεί να το διασχίσει.
Ουσιαστικά, ο μαγνητισμός λειτουργεί ως ένα ισχυρό «φρένο» ή ιξώδες. Ενώ ψηλά οι άνεμοι τρέχουν ανεμπόδιστοι, βαθύτερα το μαγνητικό πεδίο καταστέλλει αυτές τις κινήσεις, εμποδίζοντας την ανάμειξη των στρωμάτων και σταματώντας τους ανέμους από το να διεισδύσουν βαθύτερα. Αυτό το φαινόμενο εξηγεί ακριβώς γιατί οι ρίγες του Δία έχουν συγκεκριμένο βάθος και δεν συνεχίζονται μέχρι το κέντρο του πλανήτη.
Πέρα από τον Δία: Η σημασία για την αστροφυσική
Η σημασία της έρευνας δεν περιορίζεται μόνο στον Δία. Το νέο μοντέλο προσφέρει στους επιστήμονες ένα εργαλείο για την κατανόηση της εσωτερικής δυναμικής και άλλων αέριων γιγάντων, τόσο στο Ηλιακό μας Σύστημα (όπως ο Κρόνος) όσο και σε εξωπλανήτες που ανακαλύπτονται κατά εκατοντάδες τα τελευταία χρόνια.
Η κατανόηση του πώς τα μαγνητικά πεδία αλληλεπιδρούν με τις ατμόσφαιρες των πλανητών είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία μιας ολοκληρωμένης εικόνας της πλανητικής εξέλιξης. Μέχρι πρότινος, οι επιστήμονες είχαν τα δεδομένα από το Juno (το «τι» συμβαίνει), αλλά τους έλειπε ο φυσικός μηχανισμός (το «γιατί» συμβαίνει).
Η εργασία των Teed και Parker γεφυρώνει αυτό το χάσμα. Αποδεικνύει ότι η εντυπωσιακή εικόνα που βλέπουμε στα τηλεσκόπια είναι το αποτέλεσμα μιας βίαιης αλλά ισορροπημένης μάχης μεταξύ της ρευστοδυναμικής και του ηλεκτρομαγνητισμού.
Το τέλος ενός μυστηρίου
Με τη βοήθεια των υπερυπολογιστών, οι ερευνητές κατάφεραν να κοιτάξουν εκεί που κανένα ανθρώπινο μάτι και καμία κάμερα δεν μπορεί να φτάσει. Η λύση στο μυστήριο των λωρίδων του Δία αποδεικνύει πως η φύση, ακόμη και στις πιο εξωτικές της μορφές, υπακούει σε νόμους που μπορούμε να κατανοήσουμε, αρκεί να έχουμε τα κατάλληλα εργαλεία.
