يعتقد الباحثون أن الكوكب قد فقد غلافه الجوي الأصلي ، وقام ببناء غلاف جديد

غالبًا ما يختلف الغلاف الجوي الذي تبدأ به معظم الكواكب عن الغلاف الجوي الذي ينتهي به الأمر. سيكون معظم الغاز الموجود في تكوين النظام الشمسي من الهيدروجين والهيليوم. لكن نظرة من خلال الكواكب الصخرية في نظامنا الشمسي تظهر ثلاثة أجواء مختلفة جدًا (وواحد ضعيف جدًا) ، مع كون الهيدروجين والهيليوم مكونات ثانوية نسبيًا. ومع اكتسابنا القدرة على النظر إلى الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، يجب أن نحصل على منظور أكبر لجميع الطرق التي يمكن أن تتغير بها الأغلفة الجوية مع تقدم عمر كواكبها.

أبلغ فريق دولي من علماء الفلك هذا الأسبوع عن العثور على غلاف جوي على كوكب لا يُتوقع وجوده فيه. ويقترح علماء الفلك أنه في الواقع الغلاف الجوي الثاني للكوكب ، والذي نتج عن النشاط البركاني بعد غليان الأول في وقت مبكر من تاريخ الكوكب.

تصوير الأجواء

بشكل عام ، ليس لدينا حاليًا تقنية لتصوير الكواكب الخارجية إلا إذا كانت كبيرة جدًا ، صغيرة جدًا ، وعلى بعد مسافة كبيرة من النجم الذي يدور حوله. ومع ذلك ، لا يزال بإمكاننا التعرف على ما يوجد في أجواءهم. للقيام بذلك ، نحتاج إلى مراقبة كوكب يمر عبر خط الرؤية بين الأرض ونجمها. أثناء العبور ، تنتقل نسبة صغيرة من ضوء النجم عبر الغلاف الجوي للكوكب في طريقها إلى الأرض ، وتتفاعل مع الجزيئات الموجودة هناك.

تترك هذه الجزيئات بصمة على طيف الضوء الذي يصل إلى الأرض. إنه توقيع خافت للغاية ، لأن معظم ضوء النجم لا يرى الغلاف الجوي أبدًا. ولكن من خلال دمج البيانات من عدد من أيام المراقبة ، من الممكن جعل هذا التوقيع متميزًا عن الضوضاء.

هذا ما فعله العلماء مع GJ 1132 b ، وهو كوكب خارجي يدور حول نجم صغير على بعد 40 سنة ضوئية من الأرض. حجم الكوكب تقريبًا هو حجم الأرض وحوالي 1.5 مرة من كتلته. كما أنه يدور بالقرب من نجمه المضيف ، ويكمل مدارًا كاملاً في 1.6 يومًا فقط. هذا قريب بما يكفي للتأكد من أنه على الرغم من النجم الصغير الخافت ، فإن GJ 1132 b حار للغاية.

في الواقع ، إنه قريب جدًا وساخن ، في الواقع ، قدر الباحثون أنه يفقد حاليًا حوالي 10000 كيلوغرام من الغلاف الجوي كل ثانية. نظرًا لأنه كان من المتوقع أن يكون النجم المضيف أكثر إشراقًا في وقت مبكر من تاريخه ، يقدر الباحثون أن GJ 1132 b كانت ستفقد جوًا معقولًا خلال المائة مليون عام الأولى من وجودها. في الواقع ، على مدى عمر الكوكب ، يقدر الباحثون أنه قد يكون فقد غلافًا جويًا يزن حوالي خمسة أضعاف كتلة الكوكب الحالية – وهو نوع الشيء الذي قد تراه إذا كان الكوكب المتبقي هو لب نبتون صغير .

(هناك بعض الشكوك في هذه الأرقام ، بناءً على عدد المرات التي يرسل فيها نجمه جزيئات عالية الطاقة ومدى قوة المجال المغناطيسي للكوكب. لكنها ليست كبيرة بما يكفي للحفاظ على الغلاف الجوي في مكانه لكوكب الكوكب بأكمله البالغ 5 مليارات- تاريخ العام.)

لذا ، ربما تفاجأ الباحثون عندما اكتشفوا أنه بناءً على بيانات من هابل ، يبدو أن للكوكب غلاف جوي.

كيف وصل هذا إلى هنا؟

أحد التفسيرات المحتملة لذلك هو أن الكوكب تشكل على مسافة أقل من النجم ثم هاجر إلى الداخل. لكن هذا يعني أننا اكتشفنا GJ 1132 b في نافذة زمنية ضيقة نسبيًا: بين الاقتراب بدرجة كافية من النجم لفقد غلافه الجوي ، ولكن قبل أن يتم تسخين كل هذا الغلاف الجوي في الفضاء. من الأفضل أن يكون الكوكب قد تكوّن بالقرب من مكان وجوده وقد ولّد غلافًا جويًا ثانيًا بعد ضياع الأول.

لحسن الحظ ، كانت البيانات التي قدمها هابل قادرة على توفير بعض التلميح لما هو موجود في الغلاف الجوي. يوفر التوقيع الذي تتركه الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي على ضوء النجوم بعض المؤشرات على ما يمكن أن تكون عليه. هذه الدلالات معقدة – نظرًا لوجود العديد من الجزيئات التي لها توقيعات تتداخل جزئيًا في بعض مناطق الطيف دون غيرها – وهي تزيد من التعقيد. لكن من الممكن النظر إلى الإشارة من الغلاف الجوي للكوكب وتحديد مجموعات الجزيئات المتوافقة مع هذه الإشارة.

وجد الباحثون أنه من المحتمل أن يكون هناك بعض الهباء الجوي عالياً في الغلاف الجوي. ولن يكون تركيبه مفاجئًا حقًا على كوكب آخر: في الغالب الميثان والإيثان والهيدروجين وسيانيد الهيدروجين. لكن تذكر ، السبب الكامل في أن هذا الغلاف الجوي مثير للاهتمام هو أن الكوكب كان يجب أن يفقد غلافه الجوي في وقت مبكر من تاريخه – وكل الهيدروجين كان يجب أن يختفي معه.

الصهارة

ومع ذلك ، يقترح فريق البحث حلاً محتملاً لهذه المعضلة. في وقت مبكر من تاريخ الكوكب ، كان يجب أن يكون له غلاف جوي غني بالهيدروجين وسطح كان عبارة عن محيط من الصهارة. اقترحت الدراسات الحديثة أن كمية كبيرة من الهيدروجين يمكن أن ينتهي بها الأمر مخزنة في الصهارة ، وعندما يبرد الكوكب ، يجد نفسه محاصرًا تحت القشرة.

لكن يحتمل ألا يكون محاصرا إلى الأبد. يقترح علماء الفلك أن الكوكب يجب أن يكون حارًا جزئيًا بسبب الكميات الكبيرة من الإشعاع الذي يلتقطه من نجمه القريب للغاية ، ولكن أيضًا بسبب قوى المد والجزر التي تمارسها جاذبية النجم على قشرته. يجب أن يكون هذا كافيًا للحفاظ على القشرة رقيقة ومرنة ، مما يسمح للبراكين على نطاق واسع. لذلك ، يقترحون أن الغلاف الجوي الحالي قد يتشكل ويتجدد من خلال النشاط البركاني ، مع تكوين الصهارة الغنية بالهيدروجين تكوينها المميز.

من الواضح أن هذا لن يكون أبسط شيء يمكن تأكيده ، على الرغم من أن وصول تلسكوب جيمس ويب الفضائي سيفتح مناطق جديدة من الطيف لتوفير فحص مستقل للتكوين التقديري للغلاف الجوي. لكن أفضل اختبار سيكون ببساطة اكتشاف أن هذا النوع من الغلاف الجوي الثانوي يظهر على الكواكب الخارجية الأخرى. وبالنظر إلى الاهتمام بتصوير أجواءهم ، فقد لا ننتظر وقتًا طويلاً حتى ننتظر ذلك.

ملف arXiv. رقم مجردة: 2103.05657 (حول ملف arXiv). للنشر في المجلة الفلكية.