“الدليل الميداني” للكواكب الخارجية الغامضة المعروفة باسم كواكب المشتري الساخنة
مفهوم الفنان جوبيتر الساخن

مفهوم فنان عن كوكب خارج المجموعة الشمسية “كوكب المشتري الساخن”. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

من خلال الجمع بين تلسكوب هابل الفضائي الملاحظات باستخدام النماذج النظرية ، اكتسب فريق من علماء الفلك رؤى ثاقبة في التركيب الكيميائي والفيزيائي لمجموعة متنوعة من الكواكب الخارجية المعروفة باسم كوكب المشتري الحار. توفر النتائج “دليلًا ميدانيًا” جديدًا ومحسّنًا لهذه المجموعة من الكواكب وتفيد بالأفكار حول تكوين الكواكب بشكل عام.

أصبحت كواكب المشترى الساخنة – وهي كواكب غازية عملاقة تتسابق حول نجومها المضيفة في مدارات ضيقة للغاية – أقل غموضًا إلى حد ما بفضل دراسة جديدة تجمع بين النمذجة النظرية والملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل الفضائي.

بينما ركزت الدراسات السابقة في الغالب على العوالم الفردية المصنفة على أنها “كواكب المشترى الساخنة” نظرًا لتشابهها السطحي مع عملاق الغاز في نظامنا الشمسي ، فإن الدراسة الجديدة هي الأولى التي تبحث في مجموعة أوسع من العوالم الغريبة.

الدراسة التي تم نشرها في علم الفلك الطبيعي، يوفر لعلماء الفلك “دليلًا ميدانيًا” غير مسبوق لكوكب المشتري الحار ويقدم نظرة ثاقبة لتكوين الكواكب بشكل عام. وقادته ميغان مانسفيلد من مرصد ستيوارد بجامعة أريزونا ويضم مؤلفًا مشاركًا في جامعة ولاية أريزونا وأستاذًا مساعدًا مايكل لاين من مدرسة استكشاف الأرض والفضاء. من بين المؤلفين الإضافيين في جامعة ولاية أريزونا ، طالبة الدكتوراه الحالية ليندسي ويزر وطالب الدكتوراه السابق إحسان غريب-نزاد ، حاليًا من ناسا مركز أبحاث أميس.

على الرغم من أن علماء الفلك يعتقدون أن حوالي 1 من كل 10 نجوم فقط تستضيف كوكب خارج المجموعة الشمسية في الحر كوكب المشتري تشكل الكواكب الغريبة جزءًا كبيرًا من الكواكب الخارجية المكتشفة حتى الآن ، نظرًا لحقيقة أنها أكبر وأكثر إشراقًا من الأنواع الأخرى من الكواكب الخارجية ، مثل الكواكب الصخرية التي تشبه الأرض أو الكواكب الغازية الأصغر والأبرد. يتراوح حجمها من حوالي ثلث حجم كوكب المشتري إلى 10 كتل كوكب المشتري ، جميع كواكب المشترى الساخنة تدور حول نجمها المضيف من مسافة قريبة للغاية ، وعادة ما تكون أقرب بكثير من كوكب عطارد ، الكوكب الأعمق في نظامنا الشمسي ، من الشمس. تدوم “سنة” على كوكب المشتري الحار النموذجي لساعات ، أو بضعة أيام على الأكثر. للمقارنة ، يستغرق عطارد ما يقرب من ثلاثة أشهر لإكمال رحلة حول الشمس.

بسبب مداراتهم القريبة ، يُعتقد أن معظم ، إن لم يكن كل ، كواكب المشتري الحارة محبوسين في احتضان عالي السرعة مع نجومهم المضيفة ، حيث يتعرض أحد الجانبين إلى الأبد لإشعاع النجم والآخر يكتنفه ظلام دائم. يمكن أن تصل درجة حرارة سطح كوكب المشتري الحار النموذجي إلى ما يقرب من 5000 درجة فهرنهايت، حيث تصل العينات “الأكثر برودة” إلى 1400 درجة – وهي ساخنة بدرجة كافية لصهر الألومنيوم.

استخدم البحث الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي والتي سمحت للفريق بقياس أطياف الانبعاث مباشرة من كواكب المشترى الساخنة ، على الرغم من حقيقة أن هابل لا يمكنه تصوير أي من هذه الكواكب مباشرة.

قال مانسفيلد: “هذه الأنظمة ، هذه النجوم وكواكبها الساخنة ، بعيدة جدًا عن حل مشكلة النجم الفردي وكوكبه”. “كل ما يمكننا رؤيته هو نقطة – مصدر الضوء المشترك للاثنين.”

استخدمت مانسفيلد وفريقها طريقة تُعرف باسم الكسوف الثانوي لاستخراج المعلومات من الملاحظات التي سمحت لهم بالتعمق في الغلاف الجوي للكواكب واكتساب نظرة ثاقبة على هيكلها وتركيبها الكيميائي. تتضمن هذه التقنية ملاحظات متكررة لنفس النظام ، حيث تلتقط الكوكب في أماكن مختلفة في مداره ، بما في ذلك عندما ينخفض ​​خلف النجم.

قال مانسفيلد: “نقيس بشكل أساسي الضوء المشترك القادم من النجم وكوكبه ونقارن هذا القياس بما نراه عندما يكون الكوكب مختبئًا خلف نجمه”. “هذا يسمح لنا بطرح مساهمة النجم وعزل الضوء المنبعث من الكوكب ، على الرغم من أننا لا نستطيع رؤيته مباشرة.”

قدمت بيانات الكسوف للباحثين نظرة ثاقبة على التركيب الحراري للأغلفة الجوية لكوكب المشتري الحار وسمحت لهم ببناء ملفات تعريف فردية لدرجات الحرارة والضغط لكل منها. قام الفريق بعد ذلك بتحليل ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة ، وهو عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية خارج النطاق الذي يمكن للإنسان رؤيته ، قادمًا من كل نظام كوكب المشتري الساخن لما يسمى بخصائص الامتصاص. لأن كل جزيء أو ذرة لديه ملف امتصاص خاص به ، مثل بصمة الإصبع ، فإن النظر في أطوال موجية مختلفة يسمح للباحثين بالحصول على معلومات حول التركيب الكيميائي لكواكب المشتري الساخنة. على سبيل المثال ، إذا كان الماء موجودًا في الغلاف الجوي للكوكب ، فسوف يمتص الضوء عند 1.4 ميكرون ، والذي يقع في نطاق الأطوال الموجية التي يمكن أن يراها هابل جيدًا.

قال مانسفيلد: “بطريقة ما ، نستخدم الجزيئات لمسح الغلاف الجوي على هذه المشتري الحارة”. “يمكننا استخدام الطيف الذي نلاحظه للحصول على معلومات حول مكونات الغلاف الجوي ، ويمكننا أيضًا الحصول على معلومات حول شكل هيكل الغلاف الجوي.”

ذهب الفريق إلى أبعد من ذلك من خلال قياس بيانات الرصد ومقارنتها بالنماذج ، التي طورها لاين ، للعمليات الفيزيائية التي يعتقد أنها تعمل في أجواء كواكب المشتري الساخنة. تتوافق المجموعتان بشكل جيد للغاية ، مما يؤكد أن العديد من التنبؤات حول طبيعة الكواكب بناءً على العمل النظري تبدو صحيحة ، وفقًا لما قاله مانسفيلد ، الذي قال إن النتائج “مثيرة لأنها لم تكن مضمونة بأي شيء.”

تشير النتائج إلى أن جميع كواكب المشترى الساخنة ، وليس فقط الـ19 المدرجة في الدراسة ، من المحتمل أن تحتوي على مجموعات مماثلة من الجزيئات ، مثل الماء وأول أكسيد الكربون ، إلى جانب كميات أصغر من الجزيئات الأخرى. يجب أن ترقى الاختلافات بين الكواكب الفردية إلى كميات نسبية متفاوتة من هذه الجزيئات. كشفت النتائج أيضًا أن خصائص امتصاص الماء الملحوظة تباينت قليلاً من كوكب المشتري الساخن إلى الآخر.

قال مانسفيلد: “إذا أخذناها معًا ، فإن نتائجنا تخبرنا أن هناك فرصة جيدة لأن تكون لدينا عناصر الصورة الكبيرة التي تم اكتشافها والتي تحدث في كيمياء هذه الكواكب”. “في الوقت نفسه ، لكل كوكب تركيبته الكيميائية الخاصة به ، وهذا يؤثر أيضًا على ما نراه في ملاحظاتنا.”

قال مؤلف مشارك Line ، “كان هناك الكثير من النتائج المثيرة وغير المتوقعة فيما يتعلق بأجواء المشتري الحارة على مدى العقد الماضي. الشيء الجميل في هذا التحقيق هو أنه ربما لم تكن هذه العوالم غريبة كما توقعنا في البداية ؛ تظهر بشكل جيد بما يتماشى مع توقعاتنا النموذجية “.

وفقًا للمؤلفين ، يمكن استخدام النتائج لتوجيه التوقعات حول ما قد يتمكن علماء الفلك من رؤيته عند النظر إلى كوكب المشتري الساخن الذي لم تتم دراسته من قبل. إطلاق تلسكوب الأخبار الرائد لوكالة ناسا ، The تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، المقرر عقده في 18 كانون الأول (ديسمبر) ، لديه صائدو الكواكب الخارجية متحمسون لأن Webb يمكنه الرؤية في نطاق أوسع بكثير من ضوء الأشعة تحت الحمراء وسيسمح بإلقاء نظرة أكثر تفصيلاً على الكواكب الخارجية ، بما في ذلك كوكب المشتري الحار.

“هناك الكثير الذي ما زلنا لا نعرفه عن كيفية تشكل الكواكب بشكل عام ، وإحدى الطرق التي نحاول أن نفهم بها كيف يمكن أن يحدث ذلك هي من خلال النظر إلى الغلاف الجوي لهذه كواكب المشترى الساخنة ومعرفة كيف يجب أن تكون قال مانسفيلد. “باستخدام بيانات هابل ، يمكننا النظر إلى الاتجاهات من خلال دراسة امتصاص الماء ، ولكن عندما نتحدث عن تكوين الغلاف الجوي ككل ، هناك العديد من الجزيئات المهمة الأخرى التي تريد النظر إليها ، مثل أول أكسيد الكربون والكربون ثاني أكسيد ، و JWST ستمنحنا فرصة لرصد ذلك أيضًا “.

المرجع: “تسلسل طيفي فريد من نوعه للمشتري مع دليل على التنوع التركيبي” بقلم ميغان مانسفيلد ، ومايكل آر لاين ، وجاكوب إل بين ، وجوناثان ج. كمبتون ، وإحسان غريب-نهاد ، وديفيد ك. سينغ ، ومرسيدس لوبيز موراليس ، وكلير باكستر ، وجان ميشيل ديزرت ، ومارك آر. سوين ، وجايل إم رودييه ، 21 أكتوبر 2021 علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01455-4

كتب هذا المقال دانيال ستولت من جامعة أريزونا ، بمساهمة من كارين فالنتين من كلية استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.