تلسكوب ويب يرصد الغلاف الجوي المستحيل حول الأرض العملاقة القديمة

ملاحظات JWST للأرض الفائقة الحرارة كوكب خارجي يقدم TOI-561 b أقوى دليل حتى الآن على الغلاف الجوي المحيط بكوكب صخري خارج نظامنا الشمسي.

اكتشف فريق من علماء الفلك بقيادة باحثين من جامعة كارنيجي أوضح دليل حتى الآن على أن كوكبًا صخريًا خارج نظامنا الشمسي يمتلك غلافًا جويًا. النتائج، ذكرت في ال رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، بناءً على ملاحظات من ناسا‘s تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). تشير البيانات إلى وجود غلاف جوي في عالم غير محتمل: أرض عملاقة قديمة شديدة الحرارة يُعتقد أنها مغطاة بمحيط عالمي من الصخور المنصهرة.

الكوكب، المسمى TOI-561 b، يبلغ حجمه ضعف كتلة الأرض تقريبًا، ولكنه مختلف تمامًا عن كوكبنا. ظروفها القاسية مدفوعة بمدارها الضيق حول نجمها. في حين أن النجم نفسه أصغر قليلاً وأبرد من الشمس، فإن TOI-561 b يدور حوله على مسافة جزء من أربعين فقط من المسافة بين عطارد والشمس. وبسبب هذا المدار القريب، يكمل الكوكب سنة كاملة في 10.56 ساعة فقط، ويتعرض نصف الكرة الأرضية باستمرار لضوء النجوم.

أوضحت نيكول والاك، زميلة ما بعد الدكتوراه في جامعة كارنيجي للعلوم، والمؤلفة الثانية للدراسة: “استنادًا إلى ما نعرفه عن الأنظمة الأخرى، كان علماء الفلك يتوقعون أن كوكبًا مثل هذا صغير جدًا وحار جدًا بحيث لا يحتفظ بغلاف جوي خاص به لفترة طويلة بعد التكوين”. “لكن ملاحظاتنا تشير إلى أنه محاط بغطاء سميك نسبيا من الغاز، مما يقلب الحكمة التقليدية حول الكواكب ذات الفترة القصيرة جدا”.

تحدي التوقعات الكوكبية

داخل نظامنا الشمسي، لم تتمكن الكواكب الصغيرة والمسخنة بشدة من الاحتفاظ بالأغلفة الغازية الأصلية التي اكتسبتها في وقت مبكر من تاريخها. في المقابل، يبدو أن الكوكب TOI-561 b متمسك بغلافه الجوي على الرغم من أنه يدور حول نجم أقدم بكثير من الشمس.

قد يكون هذا الغلاف الجوي المتبقي أيضًا سببًا في لغز آخر: كثافة الكوكب المنخفضة بشكل مدهش. على الرغم من كونه صخريًا، إلا أن TOI-561 b أخف مما يتوقعه العلماء بناءً على حجمه وحده، وقد يساعد وجود غلاف جوي في تفسير السبب.

أوضحت جوانا تيسكي، عالمة الفلك في مركز كارنيجي للعلوم، والمؤلفة الرئيسية للدراسة: “إنه ليس ما نسميه كوكبًا فائق النفخة – أو كوكب حلوى القطن – ولكنه أقل كثافة مما كنت تتوقعه إذا كان تركيبه مشابهًا للأرض”.

عند تصميم برنامج المراقبة، رأى الفريق أن الكثافة المنخفضة للكوكب يمكن تفسيرها من خلال نواة حديدية صغيرة نسبيًا وغطاء مصنوع من الصخور الأقل كثافة من الصخور التي تشكل باطن الأرض.

يشير تيسكي إلى أن هذا قد يكون منطقيًا: “يتميز كوكب TOI-561 b بين الكواكب ذات الفترة القصيرة جدًا من حيث أنه يدور حول نجم قديم جدًا – عمره ضعف عمر الشمس – وهو نجم فقير بالحديد في منطقة من الشمس”. درب التبانة المعروف باسم القرص السميك. لا بد أنها تشكلت في بيئة كيميائية مختلفة تمامًا عن الكواكب الموجودة في نظامنا الشمسي.

وهذا يعني أن تكوينه يمكن أن يمثل الكواكب التي تشكلت عندما كان الكون صغيرا نسبيا.

لكن التركيبة الداخلية الغريبة لا يمكنها تفسير كل شيء.

البحث عن الغلاف الجوي

عند اتخاذ قرار بدراسة TOI-561 b، اشتبه فريق البحث أيضًا في أنه قد يكون محاطًا بغلاف جوي سميك يجعله يبدو أكبر حجمًا وبالتالي أقل كثافة.

لاختبار وجود الغلاف الجوي للكوكب TOI-561 b، استخدم علماء الفلك أداة مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) التابع لـ JWST لقياس درجة حرارة الجانب النهاري للكوكب بناءً على سطوعه في الأشعة تحت الحمراء القريبة. تشبه هذه التقنية، التي تتضمن قياس الانخفاض في سطوع نظام النجم والكوكب أثناء تحرك الكوكب خلف النجم، تلك المستخدمة للبحث عن الأجواء في نظام TRAPPIST-1 وفي عوالم صخرية أخرى.

إذا كان TOI-561 b عبارة عن صخرة عارية لا يوجد بها غلاف جوي لنقل الحرارة إلى الجانب الليلي، فيجب أن تقترب درجة حرارته أثناء النهار من 4900 درجة. فهرنهايت (2700 درجة مئوية). لكن ملاحظات NIRSpec تظهر أن الجانب النهاري للكوكب يبدو أقرب إلى 3200 درجة فهرنهايت (1800 درجة مئوية)، وهي لا تزال ساخنة للغاية، ولكنها أكثر برودة بكثير من المتوقع.

ولشرح النتائج، نظر الفريق في بعض السيناريوهات المختلفة. يمكن لمحيط الصهارة أن ينشر بعض الحرارة، ولكن بدون غلاف جوي، من المحتمل أن يكون الجانب الليلي صلبًا، مما يحد من التدفق بعيدًا عن الجانب النهاري. من الممكن أيضًا وجود طبقة رقيقة من البخار الصخري على سطح محيط الصهارة، ولكن من المحتمل أن يكون لوحدها تأثير تبريد أقل بكثير مما لوحظ.

وقالت أنجالي بييت، المؤلفة المشاركة في الدراسة: “نحتاج حقًا إلى جو سميك وغني بالمتطاير لتفسير جميع الملاحظات”. جامعة برمنجهام، المملكة المتحدة – زميل سابق لما بعد الدكتوراه في جامعة كارنيجي للعلوم. “تعمل الرياح القوية على تبريد الجانب النهاري عن طريق نقل الحرارة إلى الجانب الليلي. وتمتص الغازات مثل بخار الماء بعض الأطوال الموجية للضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من السطح قبل أن تصل إلى الغلاف الجوي. (سيبدو الكوكب أكثر برودة لأن التلسكوب يكتشف كمية أقل من الضوء.) ومن الممكن أيضًا وجود سحب سيليكات لامعة تعمل على تبريد الغلاف الجوي عن طريق عكس ضوء النجوم”.

كيف ينجو الغلاف الجوي؟

في حين أن ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي توفر أدلة دامغة على وجود مثل هذا الغلاف الجوي، يبقى السؤال: كيف يمكن لكوكب صغير يتعرض لمثل هذا الإشعاع المكثف أن يحتفظ بأي غلاف جوي على الإطلاق، ناهيك عن غلاف جوي كبير جدًا؟ لا بد أن بعض الغازات تتسرب إلى الفضاء، ولكن ربما ليس بكفاءة كما هو متوقع.

قال المؤلف المشارك تيم ليشتنبرغ من جامعة جرونينجن في هولندا، وهو أيضًا عضو في فريق مشروع الأبحاث النظرية والتجريبية للغلاف الجوي (AEThER) بقيادة كارنيجي: “نعتقد أن هناك توازنًا بين محيط الصهارة والغلاف الجوي. في نفس الوقت الذي تخرج فيه الغازات من الكوكب لتغذية الغلاف الجوي، يمتصها محيط الصهارة مرة أخرى إلى الداخل”. “يجب أن يكون هذا الكوكب أكثر تقلبًا بكثير من الأرض لتفسير الملاحظات. إنه حقًا مثل كرة الحمم البركانية الرطبة.”

واختتم تيسكي قائلاً: “الأمر المثير حقًا هو أن مجموعة البيانات الجديدة هذه تفتح أسئلة أكثر مما تجيب عليه.”

ملاحظات JWST والعمل المستقبلي

هذه هي النتائج الأولى من برنامج المراقبين العامين 3860 التابع لـ JWST، والذي تضمن مراقبة النظام بشكل مستمر لأكثر من 37 ساعة بينما أكمل TOI-561 b ما يقرب من أربع مدارات كاملة حول النجم. يقوم الفريق حاليًا بتحليل مجموعة البيانات الكاملة لرسم خريطة لدرجة الحرارة في جميع أنحاء الكوكب وتضييق نطاق تكوين الغلاف الجوي.

تمثل قيادة تيسكي ووالاك في ورقة JWST هذه تقليدًا من التميز العلمي في جامعة كارنيجي يعود تاريخه إلى أول تصور للمهمة قبل ثلاثة عقود ويمتد خلال الدورات الأربع الأولى من تخصيص الوقت على التلسكوب الفضائي الثوري.

منذ أن انتهى تلسكوب جيمس ويب الفضائي من عمليات المعايرة وبدأ في جمع البيانات لبرامج الأبحاث الفلكية، قاد تيسكي ووالاك وغيرهم من العلماء التابعين لمختبر الأرض والكواكب والمراصد التابعة لجامعة كارنيجي أكثر من اثني عشر فريقًا من فرق تلسكوب جيمس ويب الفضائي وأعلنوا عن نتائج رائدة حول أجواء الكواكب الخارجية وتكوين المجرات والمزيد.

قال مايكل والتر، مدير مختبر الأرض والكواكب: “إن هذه الاكتشافات التي يدعمها تلسكوب جيمس ويب الفضائي تستفيد مباشرة من قوتنا الطويلة الأمد في فهم كيفية تشكيل خصائص الكواكب الخارجية من خلال تطور الكواكب وديناميكياتها”. “هناك المزيد من النتائج المثيرة في الأفق، ونحن على استعداد لموجة جديدة من علوم تلسكوب جيمس ويب الفضائي بقيادة كارنيجي في العام المقبل.”

المرجع: “الغلاف الجوي السميك المتطاير على الأرض الفائقة الحرارة TOI-561 b” بقلم جوانا ك. تيسكي، ونيكول إل. والاك، وأنجالي أ.أ. بيت، وليزا دانغ، وتيم ليشتنبرغ، وميخايلو بلوتنيكوف، وريموند بييرهامبرت، وإيما بوستوليك، وصامويل باوتشر، وأليكس ماغينتي، وبو بنغ، وديانا فالنسيا، ومارك هاموند، 11 ديسمبر/كانون الأول 2025, رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/ae0a4c

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.