نمایی بی‌سابقه از جو شفاف یک سیاره داغ

در کهکشان ما، سیاراتی به نام «زیرنپتونی‌ها» بسیار رایج‌اند. این سیارات از زمین بزرگ‌تر، اما از نپتون کوچک‌تر هستند و اگرچه در منظومه شمسی ما یافت نمی‌شوند، فراوان‌ترین نوع سیارات خارج از منظومه شمسی محسوب می‌شوند.

با اینکه این سیارات به‌وفور کشف شده‌اند، بسیاری از ویژگی‌های آن‌ها همچنان ناشناخته باقی مانده است؛ به‌ویژه در مورد جو ضخیم و ابری آن‌ها.

اما حالا به لطف تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، چشم‌اندازی جدید از این سیارات در حال گشوده شدن است. یکی از این کشفیات، مربوط به سیاره‌ای به نام TOI-421 b است که نمایی بی‌سابقه از جو شفاف آن ارائه داده است.

پیشرفتی مهم در پژوهش‌های مربوط به سیارات فراخورشیدی

آرزوی دیرینه محققان به واقعیت پیوست

دانشمندان دانشگاه مریلند مدت‌ها در انتظار چنین فرصتی بودند. «الایزا کمپتون» در این باره می‌گوید:

«من تمام دوران حرفه‌ای‌ام منتظر تلسکوپ جیمز وب بودم تا بتوانیم جو سیارات کوچک‌تر را به‌صورت دقیق بررسی کنیم.»

مطالعه جو این سیارات، به ما کمک می‌کند که بفهمیم زیرنپتونی‌ها چگونه شکل گرفته‌اند و چرا در منظومه شمسی ما وجود ندارند.

جو نادر و شفاف TOI-421 b

زیرنپتونی‌ها به‌طور کلی مشاهده‌پذیری دشواری دارند. آن‌ها بزرگ‌تر از زمین اما کوچک‌تر و سردتر از غول‌های گازی مانند مشتری هستند و همین موضوع، تشخیص محتوای جوی آن‌ها را دشوار می‌کند.

خط طیفی صاف؛ نشانه‌ای از ناکامی‌های گذشته

تا پیش از جیمز وب، اکثر مشاهدات از این سیارات فقط یک «طیف انتقالی صاف» را نشان می‌داد؛ یعنی بدون هیچ اثر شیمیایی مشخصی. این موضوع ناشی از وجود مه یا ابرهای متراکم در جو آن‌ها بود.

اما TOI-421 b متفاوت بود و امیدی تازه ایجاد کرد.

ترکیب شیمیایی جو TOI-421 b

انتخاب هدف بر پایه احتمال نبود مه

«کمپتون» می‌گوید:

«ما این سیاره را انتخاب کردیم چون فکر می‌کردیم احتمالاً فاقد مه باشد.»

داده‌های پیشین نشان داده بودند که سیارات با دمای بالاتر از حدود ۵۷۷ درجه سانتی‌گراد (۱۰۷۰ درجه فارنهایت) کمتر در معرض تشکیل مه و ابر هستند، زیرا متان در این دماها نمی‌تواند باقی بماند.

داده‌های تلسکوپ وب چه می‌گویند؟

جو TOI-421 b که دمایی حدود ۷۲۷ درجه سانتی‌گراد (۱۳۴۰ درجه فارنهایت) دارد، فاقد ابر و مه است. طیف‌نگاری انجام‌شده با جیمز وب نشان‌دهنده موارد زیر بود:

وجود آب (H2O)
احتمال وجود دی‌اکسید گوگرد (SO2)
احتمال وجود منواکسید کربن (CO)
⛔ بدون هیچ نشانی از:
دی‌اکسید کربن (CO2)
متان (CH4)

کشف گازهای غیرمنتظره

حضور غیرمنتظره هیدروژن فراوان

تیم تحقیقاتی با مشاهده طیف‌های جو این سیاره متوجه شد که ترکیب شیمیایی آن بسیار غنی از هیدروژن است. برای بسیاری از سیارات مشابه، مه مانع از تشخیص چنین گازهایی می‌شد.

برایان داونپورت، دانشجوی دکتری دانشگاه مریلند و تحلیل‌گر اصلی داده‌ها، توضیح می‌دهد:

«اکنون که دید شفافی داریم، می‌توانیم حضور بخار آب و دیگر ترکیبات را مشاهده کنیم؛ چیزی که قبلاً ممکن نبود.»

تناقض با فرضیه‌های قبلی

کمپتون می‌گوید:

«ما انتظار داشتیم جو این سیاره شامل مولکول‌های سنگین‌تری باشد، اما برعکس، ترکیبی سبک و هیدروژنی یافتیم.»

این موضوع می‌تواند نشان دهد TOI-421 b مسیر متفاوتی در تشکیل و تکامل طی کرده است.

تشابه ترکیب جو سیاره با ستاره مادر

جو TOI-421 b شباهت زیادی به ترکیبات گازی ستاره‌ای دارد که به دور آن می‌چرخد. کمپتون می‌افزاید:

«اگر گازهای سازنده ستاره مادر را بگیریم و آن را در دمای پایین‌تر روی یک سیاره بگذاریم، همین ترکیب به‌دست می‌آید.»

این ویژگی بیشتر به غول‌های گازی منظومه شمسی ما شباهت دارد تا دیگر زیرنپتونی‌هایی که تاکنون رصد شده‌اند.

ویژگی منحصربه‌فرد ستاره میزبان

بیشتر زیرنپتونی‌هایی که تاکنون مشاهده شده‌اند، به دور ستاره‌های کوتوله سرخ می‌چرخند. اما TOI-421 b به دور ستاره‌ای شبیه خورشید می‌گردد. این تفاوت شاید دلیل بخشی از ویژگی‌های خاص آن باشد، یا شاید این سیاره واقعاً استثنایی باشد.

آینده پژوهش: یافتن سیارات مشابه

گام بعدی چیست؟

دانشمندان می‌خواهند بررسی‌های بیشتری روی سیارات زیرنپتونی در محدوده دمایی مشابه انجام دهند. اگر بتوانند سیارات بیشتری مانند TOI-421 b بیابند، می‌توانند درک بهتری از نحوه شکل‌گیری این دسته از سیارات به‌دست آورند.

داونپورت می‌گوید:

«ما روشی جدید برای بررسی زیرنپتونی‌ها پیدا کردیم. سیارات با دمای بالا برای مطالعه بسیار مناسب‌تر هستند.»