بررسی دقیق‌تر هابل از جزئیات جوی یک سیاره‌ فراخورشیدی

 

دانشمندان اخیرا  با استفاده از داده‌های چند تلسکوپ مستقر در زمین و فضا به حقایق جدیدی در مورد سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-39b رسیده‌اند.

یک تیم بین‌المللی از دانشمندان از تلسکوپ فضایی هابل NASA/ESA برای بررسی جو داغ یک سیاره‌ی خارجی موسوم به WASP-39b استفاده کردند. آن‌ها توانستند با ترکیب این داده‌های جدید با داده‌های قدیمی‌تر، به کامل‌ترین بررسی از جو سیارات خارجی تا ابه امروز دست پیدا کنند. ترکیب جوی WASP-39b نشان می‌دهد که فرآیند‌های شکل‌گیری سیاره‌های فراخورشیدی می‌توانند تفاوت زیادی با  غول‌های منظومه‌ی شمسی داشته باشند. بررسی جو سیاره‌های فراخورشیدی دیدگاه جدیدی را در مورد چگونگی شکل‌گیری و محل قرارگیری سیاره‌های حول یک ستاره ارائه می‌دهند. هنا واک فورد از دانشگاه اسکتر در بریتانیا و فعال در مؤسسه‌ی تلسکوپ فضایی در ایالات متحده، بر این باورست که برای درک منظومه‌ی شمسی خودمان باید از بیرون به آن نگاه کنیم.

از همین رو، تیم آمریکایی-بریتانیایی برای بررسی دقیق سیاره‌ی خارجی WASP-39b از ترکیب قابلیت‌های تلسکوپ فضایی هابل NASA/ESA با دیگر تلسکوپ‌های مستقر در زمین و فضا استفاده کردند. آن‌ها موفق به تولید کامل‌ترین طیف از جو یک سیاره‌ی خارجی شدند. WASP-39b به دور یک ستاره‌ی شبه‌خورشید می‌چرخد، این سیاره در فاصله‌ی ۷۰۰ سال نوری از زمین قرار گرفته است و در دسته‌ی زحل داغ قرار می‌گیرد، جرم آن مشابه سیاره‌ی زحل در منظومه‌ی شمسی ما است، از نظر فاصله با ستاره‌ی والد خود هم مشابه زحل است. این بررسی نشان می‌دهد دو سیاره با وجود داشتن یک جرم مشابه، تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارند. WASP-39b علاوه بر داشتن سیستمی حلقوی، دارای یک جو پف کرده بدون ابر در ارتفاعات زیاد است. این ویژگی امکان بررسی عمیق جوی را برای تلسکوپ هابل فراهم می‌کند.

تصویر 1تحلیل طیفی نشان‌دهنده‌ی حجم زیادی از آب در جو این سیاره‌ی خارجی است، حجم این آب سه برابر بیشتر از آب موجود در جو زحل است

 تیم پژوهشی با بررسی نور فیلتر‌شده‌ی ستاره که از میان سیاره‌ی مورد نظر عبور کرده است، به شواهد شفافی در مورد بخار آب موجود در جو آن دست یافته است. در واقع آب سطح WASP-39b سه برابر بیشتر از آب موجود در سطح زحل است. اگرچه پژوهشگرها پیش‌بینی‌هایی از وجود بخار آب داشتند؛ اما از حجم آب مشاهده‌شده، شگفت‌زده شدند. این نتیجه، می‌تواند حاکی از وجود مقادیر زیادی از عناصر سنگین‌تر در جو باشد. پس این سیاره با بخش زیادی از مواد یخی که در جو جمع شده‌اند، بمباران شده است. این نوع بمباران تنها در صورتی امکان‌پذیر است که WASP-39b در فاصله‌ای بیشتر از فاصله‌ی کنونی‌اش نسبت به ستاره‌ی میزبان شکل گرفته باشد. به‌گفته‌ی دیوید سینگ از دانشگاه اکستر بریتانیا:

WASP-39b نشان می‌دهد سیاره‌های خارجی سرشار از شگفتی هستند و می‌توانند ترکیب‌هایی بسیار متفاوتی با سیاره‌های منظومه‌ی شمسی ما داشته‌ باشند.

تحلیل ترکیب جوی و موقعیت فعلی سیاره نشان می‌دهند که WASP-39b یک مهاجرت داخلی بسیار جالب داشته است؛ یک سفر حماسی در طول منظومه‌ی سیاره‌ای خود. به‌گفته‌ی واک فورد، سیاره‌های خارجی نشان می‌دهند که شکل‌گیری یک سیاره بسیار پیچیده‌تر و گیج‌کننده‌تر از تصورات ما هستند. سیاره‌ی WASP-39b با طی این سفر خارق‌العاده، اکنون هشت مرتبه به ستاره‌ی والد خود نزدیک‌تر شده است. فاصله‌ی آن تا ستاره‌ی والدش از فاصله‌ی عطارد تا خورشید هم کمتر است؛ به‌طوری که برای چرخش کامل به دور ستاره تنها به چهار روز زمان نیاز دارد.

آب سطح WASP-39b سه برابر بیشتر از آب موجود در سطح زحل است

این سیاره یک سیاره‌ی قفل‌شده‌ی جزر و مدی است، به این معنی که تنها یک طرف آن در مقابل ستاره‌ی والد قرار می‌گیرد. واکفورد و تیم او دمای سطح WASP 39b را برابر با ۷۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد ارزیابی کردند. اگرچه تنها یک طرف سیاره رو به ستاره‌ی والد است؛ اما بادهای قدرتمند، گرما را از سطح روشن به سطح دیگر سیاره هم منتقل می‌کنند و سمت تاریک را هم داغ نگه‌ می‌دارند. به‌گفته‌ی دیوید سینگ، تنوع سیاره‌های خارجی به محاسبه‌ی روش‌های مختلف شکل‌گیری و ظهور سیاره‌ها کمک می‌کند.

هدف آینده‌ی این تیم استفاده از تلسکوپ جیمز وب NASA/ESA/CSA (از سال ۲۰۱۹ نصب خواهد شد) برای دستیابی به طیفی کامل‌تر از جو WASP-39b است. جیمز وب می‌تواند داده‌هایی را در مورد کربن جو سیاره جمع‌آوری کند، این تلسکوپ نورهایی با طول‌ موج طولانی‌تر را جذب می‌کند که از قدرت تلسکوپ هابل خارج است. به‌عقیده‌ی واک فورد:

 با محاسبه‌ی میزان کربن و اکسیژن موجود در جو، می‌توانیم نکات بیشتری را در مورد مکان و چگونگی شکل‌گیری سیارات بیاموزیم.

برخی نکات قابل توجه در این مورد

۱.  داده‌های به‌کاررفته برای تولید طیف کامل، توسط تلسکوپ فضایی اسپیتز ناسا و تلسکوپ بسیار بزرگ ESO جمع‌آوری شده‌اند. علاوه بر این از داده‌های قدیمی‌تر هابل هم استفاده شد.

۲.  وقتی نور ستاره از جو یک سیاره‌ی خارجی عبور می‌کند، می‌تواند با اتم‌ها و مولکول‌های موجود در سیاره واکنش دهد. همین مسئله اثری ضعیف از جو را در طیف ستاره‌ای به جای می‌گذارد. قله و قعرهای موج در طیف به‌دست‌آمده، متناظر با اتم‌ها و مولکول‌ها هستند و امکان بررسی دقیق عناصر تشکیل‌دهنده‌ی جوی را می‌دهند.

۳. با توجه به بخش بزرگی از عناصر سنگین در جو WASP-39b، واک فارد و تیم او پیش‌بینی می‌کنند که کربن دی‌اکسید، شکل غالب کربنی موجود در سیاره باشد. میزان کربن را می‌توان در طول موج ۴/۵ میکرو متر با واسطه‌ی NIRSpec تلسکوپ جیمز وب اندازه‌گیری کرد. این بررسی‌ها امکان قرار دادن محدودیت‌های بیشتر را روی نسبت کربن به اکسیژن و همین‌طور میزان فلز موجود در جو WASP-39b فراهم می‌کنند.

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید