كيف ترصد آيو وأوروبا وغانيميد وكاليستو؟

اكتشاف غاليليو

في يناير 1610 لاحظ غاليليو غاليلي ثلاث نقاط قرب المشتري ثم أربعًا بعد ليالٍ. تغيرت مواقعها، فكانت تارةً على جانب وتارةً على الآخر واختفى بعضها أحيانًا. استنتج أنها تدور حول الكوكب، ونشر الرصد في السنة نفسها في Sidereus Nuncius. رصدها سيمون ماريوس في الفترة نفسها تقريبًا، وارتبطت الأسماء المتداولة باستخدامه وباقتراح من يوهانس كبلر.

أظهر الاكتشاف أن الأجرام لا تدور كلها حول الأرض، فكان دليلًا مهمًا في تاريخ التصور الشمسي المركزي. تشمل تسمية أقمار غاليليو آيو وأوروبا وغانيميد وكاليستو. للمشتري أقمار أخرى كثيرة، لكن معظمها صغير وخافت للأدوات المعتادة؛ لا يحتاج تعريف هذه الأهداف الأربعة إلى رقم إجمالي حديث سريع التغير.

أربعة أقمار وإيقاعات مختلفة

السطوع متغير مع هندسة الرؤية والمسافة. يرتبط آيو وأوروبا وغانيميد برنين 1:2:4؛ مقابل دورة لغانيميد يكمل أوروبا نحو دورتين وآيو أربعًا. تقيد العلاقة أطوارها المدارية فلا تصطف الثلاثة على الجانب نفسه في الترتيب المداري البسيط. ولا يعني ذلك أن صورها المسقطة لا يمكن أن تتقارب في السماء.

ليس كاليستو عضوًا في هذا الرنين. قد يمر مساره الواسع في بعض السنوات فوق قرص المشتري أو تحته فلا يُحجب. أما آيو فيبدل الصورة بسرعة تكفي لظهور فرق خلال ساعة؛ الأبعد أبطأ عمومًا وأوسع فصلًا.

بالمنظار والتلسكوب

لو انفصلت الأقمار عن وهج المشتري لاقترب بعضها من حد العين، لكن ضوء الكوكب يغلبها. قد يبين منظار 7–10 أضعاف ثابت على حامل أو دعامة النقاط الدقيقة. اهتزاز اليد أو قرب القمر من الكوكب قد يخفيه. رؤية نقطتين إلى أربع أمر معتاد، ولا يعني غياب نقطة أن القمر نفسه اختفى من النظام.

تقاربها من خط واحد ناتج من وجود مداراتها قرب استواء المشتري ورؤيتنا لذلك المستوى من زاوية قريبة من الحافة. ميل محور المشتري نحو 3° فقط. وقد تبين الأدوات الأكبر أقراصًا صغيرة وفروق لون؛ يميل آيو قليلًا إلى الصفرة وكاليستو إلى مظهر أغمق ورمادي، مع اعتماد الإدراك على الأداة والجو.

أشهر المقابلة، التي تتكرر نحو كل 13 شهرًا، مناسبة غالبًا. لكن الرؤية الليلية تخضع للميل والأفق. في الرياض قد تشوش حرارة الأسطح المرتفعة المشهد، وفي العلا قد تحجب المرتفعات الهدف المنخفض. ارتفاع جيد وهواء مستقر قد يكونان أهم من الالتزام بليلة المقابلة نفسها.

انظر أيضًا إلى الكوكب: يدور في أقل من عشر ساعات، وتختلف سرعة أحزمته السحابية مع العرض. يستخدم النظام I للمنطقة الاستوائية والنظام II لعروض أخرى تضم البقعة الحمراء الكبرى. لمعرفة مواجهة البقعة لوسط القرص تقارن خط الزوال المركزي مع طولها المناسب للتاريخ؛ طولها يتغير، فلا تعتمد رقمًا ثابتًا لكل الأعوام.

أربع ظواهر مختلفة

• الاحتجاب: يختفي القمر خلف قرص المشتري.
• الخسوف: يدخل ظل المشتري فيخفت حتى لو بدا خارج حافة القرص.
• العبور: يمر أمام القرص وقد يصعب تمييزه بسبب التباين.
• عبور الظل: تقع بقعته الظلية الداكنة على السحب، وقد تظهر بوضوح في تلسكوب صغير وظروف مناسبة.

حول فترات تتكرر نحو كل ست سنوات تقترب اتجاهات الأرض والشمس من مستوى مدارات الأقمار فتحدث احتجابات وخسوفات متبادلة بينها. ليس تسلسلها نفسه متاحًا كل عام. وطابق الشمال والشرق الحقيقيين مع الصورة، فقد يدورها التلسكوب أو يعكسها.

استخدم أولي رومر فروق توقيت خسوفات آيو عام 1676 ليستدل على سرعة الضوء المحدودة. يتغير طول طريق الضوء مع المسافة بين الأرض والمشتري خلال السنة بما يزيد على ربع ساعة في المقياس العام. لهذا يختلف وقت الحدث الهندسي عن وقت وصول خبره الضوئي، وهو فرق مهم في الحساب الدقيق أيضًا.