لقد حصلنا للتو على العرض الأكثر تفصيلاً لجو كوكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن

WASP-39b ، عملاق الغاز على بعد حوالي 700 سنة ضوئية ، تبين أنه كنز كوكب خارج المجموعة الشمسية.

في وقت سابق من هذا العام ، كان WASP-39b موضوع أول اكتشاف على الإطلاق من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب خارج النظام الشمسي.

الآن ، أعطانا التحليل المتعمق للبيانات المأخوذة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) منجمًا ذهبيًا مطلقًا للمعلومات: نظرة أكثر تفصيلاً عن الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن.

تتضمن النتائج معلومات حول سحب WASP-39b ، وأول اكتشاف مباشر على الإطلاق للكيمياء الضوئية في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ، وجرد شبه كامل للمحتويات الكيميائية للغلاف الجوي الذي يكشف عن تلميحات محيرة لتاريخ تكوين الكواكب الخارجية.

تم نشر هذه الاكتشافات الملحمية في خمس ورقات في طبيعة سجية، ويمهد الطريق للكشف النهائي عن البصمات الكيميائية للحياة خارج النظام الشمسي.

“هذه الملاحظات المبكرة هي نذير لعلم أكثر مدهشًا يأتي مع JWST ،” تقول عالمة الفيزياء الفلكية لورا كريدبيرجمدير معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا.

“لقد وضعنا التلسكوب في خطواته لاختبار الأداء ، وكان لا تشوبه شائبة تقريبًا – بل إنه أفضل مما كنا نأمل.”

منذ اكتشاف الكواكب الخارجية الأولى في أوائل التسعينيات ، سعينا لمعرفة المزيد عن هذه العوالم التي تدور حول النجوم الغريبة.

لكن التحديات كانت شديدة. يمكن أن تكون الكواكب الخارجية صغيرة جدًا وبعيدة جدًا. لم نر معظمهم أبدًا: نحن نعرف فقط وجودهم بناءً على تأثيرهم على النجوم المضيفة.

تحدث إحدى هذه التأثيرات عندما يمر كوكب خارج المجموعة الشمسية بيننا وبين النجم ، وهو حدث يُعرف باسم العبور. يؤدي هذا إلى تعتيم ضوء النجوم قليلاً ؛ تشير أحداث التعتيم الدورية إلى وجود جسم في مدار. يمكننا حتى معرفة حجم هذا الجسم المداري ، بناءً على تأثيرات التعتيم والجاذبية على النجم.

وهناك شيء آخر يمكننا قوله ، بناءً على بيانات النقل. عندما يمر ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي لكوكب خارجي عابر ، يتغير. بعض الأطوال الموجية على الطيف تكون باهتة أو مشرقة ، اعتمادًا على كيفية امتصاص الجزيئات في الغلاف الجوي للضوء وإعادة إرساله.

الإشارة ضعيفة ، ولكن مع وجود تلسكوب قوي بما فيه الكفاية ، ومجموعة من العبور ، يمكن فك تشفير خصائص الامتصاص والانبعاث المتغيرة على الطيف لتحديد محتويات الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية.

JWST هو أقوى تلسكوب فضائي تم إطلاقه على الإطلاق. مع ثلاثة من أجهزتها الأربعة ، حصلت على أطياف الأشعة تحت الحمراء المفصلة من النجم WASP-39. ثم بدأ العلماء في تحليل الرموز الملونة.

في البداية كان تعداد الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي لـ WASP-39b. بالإضافة إلى ما سبق ثاني أكسيد الكربوناكتشف الباحثون بخار الماء والصوديوم وأول أكسيد الكربون. لم يتم الكشف عن الميثان ، مما يعني أن فلزية WASP-39b أعلى من تلك الموجودة في الأرض.

كما تكشف وفرة هذه العناصر. على وجه الخصوص ، تشير نسبة الكربون إلى الأكسجين إلى أن الكوكب الخارجي قد تشكل بعيدًا عن نجمه المضيف أكثر من موقعه الحالي القريب ، حيث احتل مدارًا لمدة أربعة أيام. وتشير بيانات النمذجة والمراقبة إلى أن سماء كوكب خارج المجموعة الشمسية مأهولة بسحب مكسورة – ليس من الماء ، بل من السيليكات والكبريتات.

أخيرًا ، كشفت الملاحظات عن وجود مركب يسمى ثاني أكسيد الكبريت. هنا في النظام الشمسي ، على عوالم صخرية مثل كوكب الزهرة وجوفيان مون آيوثاني أكسيد الكبريت هو نتيجة النشاط البركاني. لكن في عوالم الغاز ، يكون لثاني أكسيد الكبريت قصة منشأ مختلفة: فهو ينتج عندما يتفكك كبريتيد الهيدروجين بالضوء إلى الأجزاء المكونة له ، ويتأكسد الكبريت الناتج.

تُعرف التفاعلات الكيميائية التي يسببها الفوتون باسم الكيمياء الضوئية، ولها آثار على قابلية السكن ، واستقرار الغلاف الجوي ، وتكوين الهباء الجوي.

لكي نكون واضحين ، من غير المحتمل أن يكون WASP-39b صالحًا للحياة كما نعرفها لمجموعة كاملة من الأسباب ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر درجة الحرارة الحارقة والتركيب الغازي ، ولكن اكتشاف الكيمياء الضوئية له آثار على دراسات الغلاف الجوي للعوالم الأخرى ، وفهم تطور WASP-39b نفسه.

كان علماء الكواكب يستعدون لسنوات للحصول على رؤى حول الأجواء التي كان من المتوقع أن يوفرها JWST. مع أول تحليل تفصيلي للغلاف الجوي خارج المجموعة الشمسية ، يبدو أن التلسكوب الفضائي سوف يفي بوعده.

بالإضافة إلى ذلك ، تقوم الفرق المشاركة في هذا البحث بإعداد التوثيق حتى يتمكن العلماء الآخرون من تطبيق تقنياتهم على عمليات رصد الكواكب الخارجية المستقبلية لـ JWST.

قد لا نكتشف بصمات الحياة في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية باستخدام JWST – ربما ستكون هناك حاجة إلى تلسكوب أكثر قوة لتقديم هذا المستوى من التفاصيل الدقيقة – ولكن مع تحليل WASP-39b ، فإن هذا الاكتشاف يشعر بمزيد من الإثارة في متناول اليد. .

“بيانات مثل هذه” ، تقول عالمة الفلك ناتالي باتالها من جامعة كاليفورنيا سانتا كروز ، “تغير قواعد اللعبة”.

سيتم نشر البحث طبيعة سجية ويمكن قراءتها في طبعات ما قبل الطباعة هناو هناو هناو هنا، و هنا.