نما البحث عن كواكب خارج نظامنا الشمسي بشكل كبير خلال العقود القليلة الماضية. حتى الآن، 4521 كوكب خارج المجموعة الشمسية تم تأكيدها في 3353 نظامًا ، مع وجود 7761 مرشحًا إضافيًا في انتظار التأكيد. مع وجود العديد من العوالم البعيدة المتاحة للدراسة (والأدوات والأساليب المحسّنة) ، كانت عملية دراسات الكواكب الخارجية تنتقل ببطء من الاكتشاف إلى التوصيف.
على سبيل المثال ، أظهر فريق من العلماء الدوليين مؤخرًا كيف أن الجمع بين البيانات من عدة مراصد سمحت لهم بالكشف عن بنية وتكوين الغلاف الجوي العلوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية. كوكب خارج المجموعة الشمسية في السؤال هو WASP-127b ، 'زحل ساخن' يدور حول نجم شبيه بالشمس يقع على بعد حوالي 525 سنة ضوئية. تستعرض هذه النتائج كيف سيقوم علماء الفلك بتوصيف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية وتحديد ما إذا كانت تساعد على الحياة كما نعرفها.
ظهرت الورقة البحثية التي تصف النتائج التي توصلوا إليها في عدد ديسمبر 2020 من علم الفلك والفيزياء الفلكية . كما كان موضوع عرض تم تقديمه خلال الفترة الأخيرة مؤتمر يوروبلانيت للعلوم (EPSC) 2021 ، مؤتمر افتراضي من 13 سبتمبرذحتى 24ذ، 2021. أثناء العرض ، المؤلف الرئيسي د. رومين أظهر Allart كيف أن دمج البيانات من التلسكوبات الفضائية والأرضية اكتشف السحب في الغلاف الجوي العلوي لـ WASP-127b وقياس ارتفاعاتها بدقة غير مسبوقة.
بعض العناصر تجعل WASP-127b فريدة من نوعها ، مقارنة بكواكب نظامنا الشمسي. المراجعون: ديفيد إهرنريتش / جامعة جنيف ، رومان ألار / جامعة مونتريال.
مثل العديد من الكواكب الخارجية التي تم اكتشافها حتى الآن ، فإن WASP-127b هو عملاق غازي يدور بالقرب من نجمه الأصلي وله فترة مدارية قصيرة جدًا - تستغرق أقل من أربعة أيام لإكمال مدار واحد. يبلغ عمر الكوكب أيضًا 10 مليارات سنة ، وهو ما يزيد عن ضعف طول كوكب الأرض (أو زحل 'الخاص بنا'). نظرًا لقرب مداره ، يتلقى WASP-127b إشعاعًا أكثر بـ 600 مرة من الأرض ويتعرض لدرجات حرارة في الغلاف الجوي تصل إلى 1100°سي (2012°F).
نتيجة لذلك ، اتسع الغلاف الجوي للكوكب (أو انتفخ) لدرجة أنه أكبر بمقدار 1.3 مرة من كوكب المشتري ولكنه أقل كثافة بكثير. في الواقع ، يعد WASP-127b أحد الكواكب الخارجية الأقل كثافة (أو 'الأكثر رقة') التي تم اكتشافها حتى الآن. هذا يجعل WASP-127b مرشحًا مثاليًا للباحثين الذين يعملون على توصيف الغلاف الجوي ، لأن الطبيعة الممتدة للكواكب الخارجية الرقيقة تجعلها أسهل في المراقبة.
باستخدام البيانات التي حصلت عليها وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا تلسكوب هابل الفضائي (HST) وقياسات الضوء المرئي من تلسكوب كبير جدا (VLT) في مرصد Paranal التابع لـ ESO في تشيلي ، لاحظ الفريق WASP-127b أثناء قيامه بتمريرتين أمام نجمه. بما يتفق مع طريقة العبور (المعروف أيضًا باسم Transit Photometry) ، قام الفريق بمراقبة WASP-127 للانخفاضات الدورية في اللمعان والتي تشير إلى وجود كوكب خارج المجموعة الشمسية يمر أمام النجم (عابرًا) بالنسبة لفريق المراقبة.
في حين حصل هابل على البيانات الضوئية التي أكدت العبور ، فإن VLT's Echelle Spectrograph للكواكب الصخرية الخارجية والمراقبة الطيفية المستقرة حصلت أداة (ESPRESSO) على أطياف من الضوء الذي يمر عبر الغلاف الجوي العلوي لـ WASP-127b. د. ألارت ، باحث ما بعد الدكتوراه في تروتييه في معهد أبحاث الكواكب الخارجية (iREX) في جامعة مونتريال ، قادت الدراسة.
التلسكوب الكبير جدًا في تشيلي يطلق ليزرًا من نظام البصريات التكيفي. الائتمان: ESO
سمحت البيانات المجمعة للباحثين بتتبع ارتفاع السحب إلى طبقة الغلاف الجوي التي تتحرك بسرعة حوالي 13.5 إلى 17 كم / ثانية (48600 كم / ساعة ، 61200 ميل في الساعة). قدروا كذلك أن ارتفاع سطح السحب يتوافق مع نطاق ضغط جوي يتراوح بين 0.3 و 0.5 مليبار. أخيرًا ، اكتشفوا علامات ضعف الصوديوم الذري في الغلاف الجوي ، على الرغم من عدم وجود مؤشرات على أنواع ذرية أخرى أو ماء. كما أوضح في الآونة الأخيرة جمعية Europlanet بيان:
'أولاً ، كما وجد من قبل في هذا النوع من الكواكب ، اكتشفنا وجود الصوديوم ، ولكن على ارتفاع أقل بكثير مما كنا نتوقع. ثانيًا ، كانت هناك إشارات قوية لبخار الماء في الأشعة تحت الحمراء ولكن لم تكن هناك إشارات على الإطلاق عند الأطوال الموجية المرئية. يشير هذا إلى أن بخار الماء عند المستويات المنخفضة يتم غربلته بواسطة السحب غير الشفافة بأطوال موجية مرئية ولكنها شفافة في الأشعة تحت الحمراء.
'نحن لا نعرف بعد تكوين الغيوم ، إلا أنها ليست مكونة من قطرات الماء كما هو الحال على الأرض. نحن أيضًا في حيرة من سبب وجود الصوديوم في مكان غير متوقع على هذا الكوكب. ستساعدنا الدراسات المستقبلية على فهم ليس فقط بنية الغلاف الجوي ولكن أيضًا عن WASP-127b ، والذي يثبت أنه مكان رائع '.
كما أظهرت ملاحظات الفريق ESPRESSO أن WASP-127b له مدار رجعي ، مما يعني أنه يدور في الاتجاه المعاكس لدوران نجمه وأنه يدور على مستوى مختلف عن خط استواء النجم. قال ألارت: 'هذه المحاذاة غير متوقعة بالنسبة لزحل ساخن في نظام نجمي قديم وقد يكون سببها رفيق غير معروف'. 'كل هذه الخصائص الفريدة تجعل WASP-127b كوكبًا سيتم دراسته بشكل مكثف للغاية في المستقبل.'
TOI 1338 b هو كوكب دائري يدور حول نجميه. تم اكتشافه بواسطة TESS. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / كريس سميث
وتشمل هذه المراصد الفضائية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) و تلسكوب نانسي جريس الروماني (RST). ثم هناك المراصد الأرضية مثل ESO تلسكوب كبير للغاية (ELT) ، و تلسكوب ماجلان العملاق (GMT) و تلسكوب ثلاثين مترا (TMT). مع مزيج من التصوير المتقدم ، كوروناجرافس ، و / أو البصريات التكيفية ، ستسمح هذه المرافق لعلماء الفلك بإجراء دراسات مفصلة للأغلفة الجوية للكواكب الخارجية.
من المهم أيضًا حقيقة أن هذه الدراسات ستشمل الكواكب الصخرية التي تدور حول المناطق الصالحة للسكن (HZs) لنجومها ، وليس فقط عمالقة الغاز ذات المدارات البعيدة جدًا أو القريبة جدًا (كما كان الحال هنا). نظرًا لأنه من المتوقع أن يكون هؤلاء المرشحون 'الشبيهون بالأرض' هم المرشحون الأكثر ترجيحًا لصلاحية السكن ، يتوقع علماء الأحياء الفلكية أنه لن يمر وقت طويل قبل أن يعثروا على دليل على وجود حياة خارج كوكب الأرض!
في حين أن نتائج هذه الدراسات محدودة إلى حد ما ، فإن الآثار المترتبة على بحث الفريق ليست إلا. بالإضافة إلى إظهار فعالية دمج البيانات من عدة مراصد ، فإنه يوضح أيضًا كيف يقترب علماء الفلك من النقطة التي يمكنهم من خلالها تمييز الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية بشكل كامل. مع إدخال مراصد الجيل التالي في المستقبل القريب ، ستصبح هذه القدرات أكبر بكثير.
قراءة متعمقة: يوروبلانيت و علم الفلك والفيزياء الفلكية
