وب ناسا جو ضخیم را در اطراف سیارهٔ لاوا داغ کشف میکند
تیم مأموریت وب ناسا
مرکز پرواز فضایی گودارد
پژوهشگرانی که با تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا کار میکنند، قویترین شواهد تاکنون برای وجود جو در یک سیاره سنگی خارج از منظومه خورشیدیمان را شناسایی کردهاند؛ در حالی که ناسا پیشرو در کشف جهان از ماه تا مریخ و فراتر است. مشاهدات از سیاره فوقگرم فراسرزمینی TOI‑561 b نشان میدهد که این سیاره توسط لایهای ضخیم از گازها بر فراز یک اقیانوس جهانی ماگما احاطه شده است. این نتایج به توضیح چگالی غیرعادی پایین این سیاره کمک میکند و باور رایج اینکه سیارههای نسبتاً کوچک در فاصلهی بسیار نزدیک به ستارههای خود نمیتوانند جو حفظ کنند را به چالش میکشد.
تصویر A: سیاره فراسرزمینی TOI‑561 b و ستارهاش (طرح هنری)
با شعاعی تقریباً ۱٫۴ برابر زمین و دورهٔ مداری کمتر از ۱۱ ساعت، TOI‑561 b در دستهی نادر اشیایی به نام سیارههای با دورهی فوقکوتاه قرار میگیرد. اگرچه ستارهی میزبانی آن کمی کوچکتر و خنکتر از خورشید است، TOI‑561 b آنقدر به ستاره نزدیک شده است — کمتر از یک میلیون مایل (یکچهلام فاصلهی بین عطارد و خورشید) — که بهاحتمال زیاد قفل جزر و مدی شده است و دمای سمت روز دائمی آن بسیار بیشتر از نقطه ذوب سنگهای معمولی است.
«چه چیزی واقعاً این سیاره را متمایز میکند؟ چگالی غیرعادی پایین آن است»، میگوید يوهانا تسکه، پژوهشگر در آزمایشگاه زمین و سیارات علم کارنگی و نویسندهٔ اصلی مقالهای که پنجشنبه در «نامههای اخترفیزیکی» منتشر شد. «این یک سوپ‑پاف نیست، اما چگالی آن کمتر از آنچه اگر ترکیب شبیه به زمین داشت، انتظار میرفت.»
تصویر B: سیاره فراسرزمینی TOI‑561 b (طرح هنری)
یکی از توضیحاتی که تیم برای چگالی کم این سیاره در نظر گرفت، این بود که ممکن است هستهی آهنی نسبتاً کوچکی داشته باشد و مانتل سنگی که چگالیاش کمتر از سنگهای داخل زمین است. تسکه اشاره میکند که این میتواند معقول باشد: «TOI‑561 b در میان سیارههای با دورهٔ فوقکوتاه متمایز است زیرا به دور ستارهای بسیار قدیمی (دو برابر سن خورشید) و کمآهن در ناحیهای از راه شیری که بهعنوان دیسک ضخیم شناخته میشود، میچرخد. این سیاره باید در محیط شیمیایی بسیار متفاوتی نسبت به سیارههای منظومهخورشیدی ما شکل گرفته باشد.» ترکیب این سیاره میتواند نمایانگر سیارههایی باشد که در زمانی که جهان نسبتاً جوان بود، شکل گرفتهاند.
اما ترکیب غیرمعمول نمیتواند همه چیز را توضیح دهد. تیم همچنین گمان میکرد که TOI‑561 b ممکن است توسط جوی ضخیم احاطه شده باشد که باعث میشود از اندازهٔ واقعیاش بزرگتر بهنظر برسد. اگرچه سیارههای کوچکی که میلیاردها سال در تابش سوزان ستارهها سپری کردهاند، انتظار نمیرود جو داشته باشند، برخی نشانههایی نشان میدهند که آنها فقط سنگ یا لاوا نیستند.
برای آزمون این فرضیه که TOI‑561 b دارای جو است، تیم از NIRSpec (طیفسنج نزدیک بهامواج فروسرخ) وب استفاده کرد تا دمای سمت روز سیاره را بر پایهٔ روشنایی نزدیکامواج فروسرخ آن اندازهگیری کند. این تکنیک، که شامل اندازهگیری کاهش درخشانی سامانهٔ ستاره‑سیاره هنگام عبور سیاره پشت ستاره است، مشابه روشی است که برای جستجو جوها در سامانهٔ TRAPPIST‑1 و سایر جهانهای سنگی بهکار رفته است.
اگر TOI‑561 b تنها یک سنگ خام باشد و جو نداشته باشد تا حرارت را به سمت شبطرف منتقل کند، دمای سمت روز آن باید نزدیک به ۴٬۹۰۰ درجه فارنهایت (۲٬۷۰۰ درجه سانتیگراد) باشد. اما مشاهدات NIRSpec نشان میدهد که دمای سمت روز سیاره به حدود ۳٬۲۰۰ درجه فارنهایت (۱٬۸۰۰ درجه سانتیگراد) نزدیک است — همچنان بسیار گرم، اما بهمراتب خنکتر از حد انتظار.
تصویر C: سیاره فراسرزمینی TOI‑561 b (طیف انتشار NIRSpec)
برای توضیح نتایج، تیم چندین سناریوی مختلف را در نظر گرفت. اقیانوس ماگما میتواند مقداری گرما را درونیکشی کند، اما بدون جو، شبطرف احتمالاً جامد خواهد بود و جریان حرارت از سمت روز محدود میشود. لایهای نازک از بخار سنگ بر روی سطح اقیانوس ماگما نیز ممکن است، اما بهتنهایی تأثیر خنککنندگی بسیار کمتری نسبت به مشاهدات دارد.
«ما واقعاً به یک جو ضخیم غنی از مواد فرار برای توضیح تمام مشاهدات نیاز داریم»، میگوید آنجالی پیته، همنویسنده از دانشگاه بیرمنگام، بریتانیا.
«بادهای قوی میتوانند با انتقال حرارت به سمت شبطرف، سمت روز را خنک کنند. گازهایی مثل بخار آب میتوانند برخی از طولموجهای نور نزدیکامواج فروسرخ ساطعشده از سطح را جذب کنند پیش از این که به بالای جو برسند. (سیاره سردتر بهنظر میرسد چون تلسکوپ نور کمتری را دریافت میکند.) همچنین امکان دارد که ابرهای سیلیکاتی روشن وجود داشته باشند که با بازتاب نور ستاره، جو را خنک میکنند.»
در حالی که مشاهدات وب شواهد قانعکنندهای برای وجود چنین جوی ارائه میدهد، سؤال باقی میماند: چگونه یک سیارهٔ کوچک که تحت تابش شدید قرار دارد میتواند هر گونه جوی، بهویژه جوی اینچنین فراوان، را حفظ کند؟ برخی گازها حتماً به فضا فرار میکنند، اما شاید بهاندازهٔ انتظار کارآمد نباشند.
«ما بر این باوریم که تعادلی بین اقیانوس ماگما و جو برقرار است. همانطور که گازها از سیاره به جو میریزند، اقیانوس ماگما آنها را بهدرون سیاره میکشد»، میگوید همنویسنده تیم لیتنبرگ از دانشگاه گرونینگن، هلند. «این سیاره باید بسیار، بسیار غنیتر از زمین از نظر مواد فرار باشد تا مشاهدات را توجیه کند. واقعاً شبیه یک توپ لاوا مرطوب است.»
اینها نخستین نتایج برنامهٔ ناظرین عمومی ۳۸۶۰ وب هستند که شامل مشاهدهٔ پیوستهٔ این سامانه بهمدت بیش از ۳۷ ساعت بود، در حالی که TOI‑561 b تقریباً چهار گردش کامل به دور ستارهاش انجام داد. تیم در حال حاضر در حال تجزیه و تحلیل کامل دادهها برای نقشهبرداری دما در تمام نقاط سیاره و محدود کردن ترکیب جو است.
«چیزی که واقعاً هیجانانگیز است این است که این مجموعهٔ جدید دادهها بهجای ارائهٔ پاسخهای واضح، سؤالات بیشتری را بهوجود میآورد»، میگوید تسکه.
تلسکوپ فضایی جیمز وب، برترین رصدخانهٔ علمی فضایی جهان است. وب در حال حل معماهای سامانه خورشیدی ما، نگریستن به جهانهای دوردست اطراف ستارگان دیگر و بررسی ساختارها و ریشههای اسرارآمیز کیهان و جایگاهمان در آن است. وب برنامهای بینالمللی است که توسط ناسا بههمراه شریکانش یعنی ESA (آژانس فضایی اروپا) و CSA (آژانس فضایی کانادا) هدایت میشود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره وب، به این آدرس مراجعه کنید:
https://science.nasa.gov/webb