تلسکوپ وب اتمسفری شگفت‌انگیز در سیاره گداخته‌ای کشف کرد

اکنون، محققان سیاره دیگری را به این لیست کوتاه اضافه کرده‌اند. در مطالعه‌ای که در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است، تیمی به رهبری براندون پارک کوی، دانشمند دانشگاه شیکاگو، شواهدی از اتمسفر اطراف HD 3167 b، یک ابرزمین سنگی واقع در 154 سال نوری در صورت فلکی ماهی گزارش می‌دهد. این سیاره به شدت داغ، که به عنوان یک "جهان گداخته" طبقه‌بندی شده است، یک مدار را به دور ستاره خود در عرض تنها یک روز زمینی کامل می‌کند.

"چیزی که بسیار شگفت‌انگیز است این است که هرچه یک سیاره سنگی به ستاره خود نزدیک‌تر باشد، داشتن اتمسفر باید سخت‌تر باشد، زیرا توسط بادهای ستاره‌ای بمباران می‌شود و فوتون‌های پرانرژی بیشتری از ستاره دریافت می‌کند. اما به نظر می‌رسد که بسیاری از این دنیاهای گداخته اینطور هستند،" ادوین کایت، استاد علوم زمین دانشگاه شیکاگو و همکار نویسنده این مطالعه توضیح داد. "این سیارات برای حیات خیلی داغ هستند، اما با مطالعه آنها، می‌توانیم در مورد فرآیندهایی که برای سایر دنیاهای سنگی مهم هستند، صحبت کنیم."

در پرسش و پاسخ زیر، کوی، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در گروه کایت و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد که چرا اتمسفر در دنیاهای گداخته از نظر علمی ارزشمند است، محققان چگونه شواهدی برای این اتمسفر را تشخیص دادند و امیدوارند چه چیزی را یاد بگیرند.

هدف از بررسی که این اتمسفر را یافت چه بود؟

یکی از سوالات اصلی که تلسکوپ فضایی جیمز وب برای پاسخ دادن به آن استفاده می‌شود این است که آیا سیاراتی که به دور ستاره‌هایی بسیار کوچکتر از خورشید می‌چرخند، اتمسفر دارند یا خیر. به نظر می‌رسد که بیشتر این سیارات زمینی اتمسفر ندارند - آنها فقط سنگ لخت هستند.

اما به طور شگفت‌انگیزی، شواهدی یافته‌ایم که نشان می‌دهد اکثریت دنیاهای گداخته - از نظر ترکیب مشابه زمین و زهره اما بسیار، بسیار داغ‌تر - ممکن است دارای اتمسفر باشند. پنج سیاره زمینی که با اتمسفر یافت شده‌اند، همگی فوق‌العاده داغ بوده‌اند.

با این حال، این سیاره سردترین جهان گداخته‌ای است که تا به امروز شواهدی از اتمسفر در آن یافت شده است. این موضوع جالب است زیرا ما سعی می‌کنیم بفهمیم که گذار دما بین سیاراتی که دارای اتمسفر هستند و سیاراتی که اتمسفر ندارند، چگونه است.

این نتیجه اولین نتیجه از برنامه‌ای است که توسط مگان وینر منسفیلد، دکتری 21، که اکنون در دانشگاه مریلند است، رهبری می‌شود. هدف این برنامه، که به 10 جهان گداخته فوق‌العاده داغ نگاه می‌کند، این است که ببیند آیا دمای بحرانی وجود دارد که در آن شروع به دیدن سیاراتی با اتمسفر می‌کنید.

"ما به مطالعه این نوع سیارات علاقه‌مند هستیم زیرا فکر می‌کنیم زمین اولیه ممکن است شبیه یک جهان گداخته به نظر می‌رسیده است." - نویسنده مطالعه، براندون پارک کوی

چگونه می‌توانید بفهمید که یک سیاره فراخورشیدی اتمسفر دارد؟

در حال حاضر، نگاه مستقیم به سیارات شبیه زمین برای یافتن نشانه‌های حیات از دسترس خارج است. در عوض، می‌توانیم از تلسکوپ وب برای تشخیص نور در محدوده طول موج میانی مادون قرمز برای تخمین دمای سیارات فراخورشیدی استفاده کنیم، که می‌تواند به ما بگوید که آیا ممکن است اتمسفر داشته باشند یا خیر.

دو روش اصلی وجود دارد که ما سیارات فراخورشیدی را مطالعه می‌کنیم. یکی عبور است، زمانی که سیاره در مقابل ستاره میزبان قرار می‌گیرد. دیگری خورشیدگرفتگی ثانویه است، که روشی است که ما در این مطالعه استفاده کردیم، زمانی که سیاره پشت ستاره خود می‌گذرد و می‌توانیم اندازه‌گیری کنیم که چه مقدار نور از دست می‌رود. این تفاوت به ما می‌گوید که چه مقدار نور میانی مادون قرمز از خود سیاره می‌آید، که اساساً به ما می‌گوید که سیاره چقدر داغ است.

اگر سیاره اتمسفر نداشته باشد، سمت روز رو به ستاره آن باید به اندازه حداکثر ممکن از نظر تئوری بر اساس میزان بازتابندگی سطح آن و فاصله آن از ستاره داغ باشد. اما یک اتمسفر به توزیع گرما از سمت روز به سمت شب کمک می‌کند. ما این را در زهره می‌بینیم - تقریباً هیچ تفاوتی در دمای سطح بین سمت روز و شب یا بین قطب‌ها و استوا وجود ندارد. اگر سیاره اتمسفر داشته باشد، ممکن است ابرها نیز داشته باشد که نور ورودی ستاره را منعکس کرده و سمت روز را خنک کنند. بنابراین اگر سمت روز سیاره خنک‌تر از حداکثر ممکن باشد، احتمالاً اتمسفر دارد.

موضوع این مطالعه، HD 3167 b، به طور قابل توجهی خنک‌تر از حداکثر مورد انتظار خود است و شواهد قوی‌ای وجود دارد که اتمسفر دارد.

فکر می‌کنید اتمسفر HD 3167 b از چه چیزی ساخته شده است؟

این دنیاهای گداخته به این دلیل گداخته نامیده می‌شوند که سطحی که به سمت ستاره خود رو دارد، احتمالاً سنگ مذاب است. ما فکر می‌کنیم که HD 3167 b ممکن است دارای ترکیبی غنی از سیلیکات باشد، با مخلوطی مشابه از مواد معدنی که گوشته زمین را تشکیل می‌دهند. قبل از این مطالعه، انتظار داشتیم که هر اتمسفری در این سیارات فوق‌العاده داغ از سنگ بخار شده تشکیل شده باشد، اما در حال حاضر شواهدی وجود دارد که برخی ممکن است گازهای سنگین‌تری مانند دی‌اکسید کربن، مونوکسید کربن یا آب در اتمسفر خود داشته باشند.

ترکیب اتمسفر HD 3167 b هنوز در هوا معلق است. این یکی از دلایلی است که ما به دنبال دریافت مشاهدات جدید هستیم.

چرا این نتیجه مهم است؟

از آنجایی که چهار جهان گداخته دیگری که دارای اتمسفر یافت شده‌اند در رژیم فوق‌العاده داغ قرار دارند، این سوال را مطرح می‌کند که آیا دمای بحرانی وجود دارد که در آن اتمسفرهای سیلیکاتی شروع به ضخیم شدن می‌کنند. آیا دمایی وجود دارد که در آن این سیارات ابرهای سیلیکاتی تشکیل دهند که ممکن است تابش ورودی را به فضا منعکس کرده و سمت روز را خنک کنند؟ این سیاره نسبتاً خنک‌تر به ما کمک می‌کند تا این گذار را بهتر مشخص کرده و تثبیت کنیم.

علیرغم اینکه برای حیات چقدر غیرقابل سکونت هستند، ما همچنین به مطالعه این نوع سیارات علاقه‌مند هستیم زیرا فکر می‌کنیم زمین اولیه ممکن است شبیه یک جهان گداخته به نظر می‌رسیده است. ما فکر می‌کنیم که در اوایل تاریخ منظومه شمسی، زمانی که سیارات زمینی تشکیل شدند، به دلیل انرژی ناشی از تمام برخورد سیاره‌وارها بسیار داغ بودند. زمین دارای چیزی به نام مرحله اقیانوس ماگما بود که یک سطح کاملاً مایع داشت. این نتیجه به ما پنجره‌ای می‌دهد تا شرایطی را که ممکن است در 2 میلیون سال اول زمین وجود داشته است، مطالعه کنیم.