التشويق يقتلنا. يحصل الكوكب التالي في نظام TRAPPIST على علاج JWST

يعد نظام TRAPPIST-1 أكثر مجموعة مذهلة من الكواكب الخارجية التي اكتشفها علماء الفلك على الإطلاق. يتكون النظام من سبعة كواكب صخرية تدور حول نجم قزم أحمر شديد البرودة على بعد حوالي 40 سنة ضوئية من الأرض. توجد العديد من الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن في النجم.

مع قدرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي على اكتشاف ودراسة الغلاف الجوي للكواكب البعيدة التي تدور حول نجوم أخرى ، فإن البيانات من TRAPPIST متوقعة للغاية. أصدر علماء الفلك الآن معلومات مفصلة عن كوكب ثان ، TRAPPIST-1 c ، والذي يُعتقد أنه عالم يشبه كوكب الزهرة. ومع ذلك ، على عكس كوكب الزهرة ، لم يجد JWST أي أثر لغلاف جوي سميك من ثاني أكسيد الكربون.

وقال: “شعرت بخيبة أمل كبيرة لأننا لم نشهد غلافًا جويًا كثيفًا لثاني أكسيد الكربون ، لكنني مندهش جدًا من قدرة JWST على اكتشاف مثل هذه الإشارات”. الدكتورة لورا كريتبيرغ على تويتر. وهو مؤلف مشارك ومدير APEx (فيزياء الغلاف الجوي للكواكب الخارجية) في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا. ورقة بحثية جديدة نُشرت اليوم في مجلة Nature. “نحن حقًا ندخل حقبة توصيف الكواكب الخارجية الصخرية! … هذا الكوكب له نفس الحجم والإشعاع مثل كوكب الزهرة ، لكن غلافه الجوي * ليس * مثل كوكب الزهرة. قد يكون له غلاف جوي رقيق بدون الكثير من ثاني أكسيد الكربون ، أو ربما كن صخرة عارية مثل T1b. [TRAPPIST 1 b]. “

في مارس 2023 ، شارك علماء الفلك بيانات JWST على TRAPPIST-1 b ، الكوكب الأعمق. لها مسافة جزء من مائة من مدار الأرض ، وهي ليست ضمن المنطقة الصالحة للسكن في النظام. لم يكتشف JWST أي غلاف جوي ، وهو أمر لم يكن متوقعًا نظرًا للظروف الجهنمية القريبة جدًا من النجم.

تمت ملاحظة جميع الكواكب في نظام TRAPPIST-1 مسبقًا بواسطة تلسكوبات Hubble و Spitzer الفضائيين ، ولم يتم اكتشاف أي ميزات للغلاف الجوي حتى الآن. لكن مع ذلك ، لم يستطع علماء الفلك استبعاد هذا الاحتمال. إلى جانب قدرات الأشعة تحت الحمراء لـ JWST ، لديه القدرة على اكتشاف الجزيئات “الثقيلة” مثل ثاني أكسيد الكربون والأكسجين والميثان ، كما أن TRAPPIST-1 قادر على تحديد ما إذا كان للكواكب أغلفة جوية أم لا ، وإذا كان الأمر كذلك ، فماذا؟ منتهي.

يدور TRAPPIST-1 c حول نجمه على مسافة 0.016 AU (حوالي 2.4 مليون كيلومتر ، 1.5 مليون ميل) ، ويكمل مدارًا واحدًا في 2.42 يوم أرضي فقط. يعتبر TRAPPIST-1c أكبر قليلاً من الأرض ولكنه بنفس الكثافة ، مما يشير إلى أنه يجب أن يكون له تكوين صخري. يشير قياس JWST لضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بحجم 15 ميكرون المنبعث من TRAPPIST-1 c إلى أن الكوكب إما له سطح صخري مكشوف أو غلاف جوي رقيق جدًا من ثاني أكسيد الكربون.

قال سيباستيان سيبا ، طالب الدراسات العليا في ماكس بلانك والمؤلف الأول في الورقة الجديدة: “نريد أن نعرف ما إذا كانت الكواكب الصخرية لها غلاف جوي أم لا”. في بيان صحفي لوكالة ناسا. “في الماضي ، كان بإمكاننا فقط دراسة الكواكب ذات الأغلفة الجوية السميكة الغنية بالهيدروجين. وباستخدام الويب يمكننا أخيرًا البدء في البحث عن أجواء يهيمن عليها الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون.

استخدم زيبا وفريقه نظام MIRI (أداة JWST للأشعة تحت الحمراء المتوسطة) TRAPPIST-1 في أربع مناسبات منفصلة (27 و 30 أكتوبر و 6 و 30 نوفمبر 2022) ، بما في ذلك حدث واحد عندما تحرك 1 ج خلف النجم. يطلق عليه كسوف ثانوي. من خلال مقارنة سطوع الكوكب خلف النجم (ضوء النجوم وحده) بالسطوع بالقرب من النجم (ضوء النجوم وضوء الكوكب مجتمعين) ، تمكن الفريق من حساب كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة مع الأطوال الموجية. 15 ميكرون تعطى خلال ضوء النهار الكوكبي.

ناسا قالت ترتبط كمية ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة المنبعثة من كوكب ما ارتباطًا مباشرًا بدرجة حرارته التي تتأثر بغلافه الجوي. يمتص غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل تفضيلي 15 ميكرون من الضوء ، مما يؤدي إلى تعتيم الكوكب عند هذا الطول الموجي. ومع ذلك ، تعكس الغيوم الضوء ، مما يجعل الكوكب يبدو أكثر إشراقًا ويخفي وجود ثاني أكسيد الكربون.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن جوًا كبيرًا من أي تكوين سيعيد توزيع الحرارة من النهار إلى الليل ، مما يتسبب في أن تكون درجات الحرارة أثناء النهار أقل من درجات الحرارة بدون الغلاف الجوي. نظرًا لأن TRAPPIST-1 c يدور قريبًا جدًا من نجمه – حوالي 1/50 من المسافة بين الزهرة والشمس – يُعتقد أنه مغلق بشكل مدّي ، مع وجود جانب واحد في ضوء النهار الدائم والآخر في ظلام لا نهاية له.

وقال زيبا “نتائجنا تتفق مع كون الكوكب إما صخور عارية بلا غلاف جوي أو به غلاف جوي رقيق للغاية من ثاني أكسيد الكربون (أرق من الأرض أو المريخ) بدون غيوم.” “إذا كان للكوكب غلاف جوي كثيف لثاني أكسيد الكربون ، لكنا قد شهدنا كسوفًا ثانويًا ضحلًا حقًا ، أو لا يحدث خسوفًا على الإطلاق. لأن ثاني أكسيد الكربون سيمتص كل الضوء البالغ 15 ميكرون ، لذلك لن نتمكن من اكتشافه قادمًا من كوكب.

في ورقتهم ، قالت اللجنة ، “سميك ، خالي من ثاني أكسيد الكربون₂يشير الغلاف الجوي الغني في TRAPPIST-1؟ c إلى تاريخ تكوين مضطرب نسبيًا فقير … إذا كانت جميع الكواكب في النظام قد تشكلت بشكل مشابه ، فإن هذا يشير إلى خزان منخفض التقلب للكواكب الصالحة للسكن في النظام.

قال Kreidberg على تويتر عندما تشكل TRAPPIST-1 c ، كان حجم الماء أقل من 10 محيطات أرضية. وقال “هذا من شأنه أن يشير إلى وجود نظام لتشكيل الكواكب بدون مورد مائي كبير (على الرغم من عدم وجود ضمان لتشكل ج مثل الكواكب الخارجية)”.

وقالت ناسا في وقت لاحق من هذا العام ، سيطلق الباحثون مسبار متابعة لتتبع مدار TRAPPIST-1 b و TRAPPIST-1 c بالكامل. سيسمح لنا هذا بمعرفة كيفية تغير درجات الحرارة من النهار إلى الليل لكلا الكوكبين ، وتوفير المزيد من القيود على ما إذا كان لديهم غلاف جوي أم لا. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم أيضًا ملاحظة كواكب TRAPPIST-1 الأخرى. لذا ، ترقبوا إصدار البيانات المثير القادم.