کشف جدید «تلسکوپ فضایی جیمز وب» در مورد جو یک سیاره فراخورشیدی

یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران از «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) برای محاسبه مقدار انرژی گرمایی که از یک سیاره فراخورشیدی منتشر می‌شود، استفاده کرده‌اند.

به گزارش ایسنا و به نقل از ناسا،نتیجه بررسی‌های یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران نشان می‌دهد که اگر سیاره فراخورشیدی سنگی «تراپیست-۱سی»(TRAPPIST-۱ c) جو داشته باشد، جو آن بسیار نازک است. این گروه پژوهشی از «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) برای محاسبه مقدار انرژی گرمایی استفاده کرده‌اند که از سیاره تراپیست-۱سی منتشر می‌شود.

تراپیست-۱سی با دمای تقریبا ۳۸۰ کلوین در روز، خنک‌ترین سیاره فراخورشیدی سنگی به شمار می‌رود که تاکنون براساس انتشار حرارتی شناسایی شده است. دقت لازم برای این اندازه‌گیری‌ها، کاربرد تلسکوپ فضایی جیمز وب را در شناسایی سیارات فراخورشیدی سنگی نشان می‌دهد که از نظر اندازه و دما به سیاره‌های منظومه شمسی ما شباهت دارند.

نتیجه این پژوهش، گام دیگری در تعیین این موضوع است که آیا سیاراتی که به دور کوتوله‌های قرمز کوچکی مانند «تراپیست-۱»(TRAPPIST-۱) می‌چرخند، می‌توانند جو مورد نیاز برای حمایت از حیات را به آن صورتی که ما می‌شناسیم، حفظ کنند یا خیر.

«سباستین زیبا»(Sebastian Zieba)، دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد «مؤسسه ستاره‌شناسی ماکس پلانک»(MPIA) و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما می‌خواهیم بدانیم که آیا سیارات سنگی دارای جو هستند یا خیر. ما در گذشته فقط می‌توانستیم سیاراتی را مطالعه کنیم که جو غلیظ و غنی از هیدروژن داشتند. با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب بالاخره می‌توانیم جو تحت سلطه اکسیژن، نیتروژن و دی‌اکسید کربن را بررسی کنیم.

«لورا کریدبرگ»(Laura Kreidberg)، از پژوهشگران این پروژه گفت: تراپیست-۱سی از این جهت یک سیاره جالب است که می‌توان آن را به عنوان دوقلوی سیاره زهره در نظر گرفت. این سیاره تقریبا به اندازه زهره است و همان مقدار تابش را از ستاره میزبان خود دریافت می‌کند که زهره از خورشید می‌گیرد. ما با خود فکر کردیم که این سیاره ممکن است مانند زهره، جو غلیظی از دی‌اکسید کربن داشته باشد.

تراپیست-۱سی، یکی از هفت سیاره سنگی است که به دور یک ستاره کوتوله قرمز فوق سرد در فاصله ۴۰ سال نوری از زمین می‌چرخند. اگرچه این سیارات از نظر اندازه و جرم شبیه به سیارات سنگی درونی منظومه شمسی ما هستند اما مشخص نیست که آیا جو مشابهی هم دارند یا خیر. کوتوله‌های قرمز در طول چند میلیارد سال اول زندگی خود، اشعه ایکس و اشعه ماوراءبنفش درخشانی را ساطع می‌کنند که می‌تواند جو یک سیاره‌ جوان را به سادگی از بین ببرد. علاوه بر این، ممکن است هنگام تشکیل شدن سیارات، آب، دی‌اکسید کربن و سایر مواد فرار به اندازه کافی برای ایجاد یک جو قابل توجه وجود داشته یا نداشته باشد.

پژوهشگران برای پاسخ دادن به این پرسش‌ها، از «دستگاه فروسرخ میانی»(MIRI) جیمز وب استفاده کردند تا هنگام حرکت سیاره پشت ستاره، به رصد تراپیست-۱ در چهار نوبت جداگانه بپردازند. با مقایسه کردن روشنایی در زمانی که سیاره پشت ستاره قرار دارد و درخشندگی زمانی که سیاره در کنار ستاره است، پژوهشگران توانستند مقدار نور فروسرخ میانی با طول موج‌ ۱۵ میکرون را که از سمت روز سیاره ساطع می‌شود، محاسبه کنند.

این همان روشی است که توسط یک گروه پژوهشی دیگر برای تعیین این که «تراپیست-۱بی»(TRAPPIST-۱ b) احتمالا فاقد هرگونه جو است، استفاده شد. تراپیست-۱بی، درونی‌ترین سیاره منظومه مورد بررسی است.

مقدار نور فروسرخ میانی که از یک سیاره ساطع می‌شود، به طور مستقیم با دمای آن مرتبط است که به نوبه خود تحت تأثیر جو قرار دارد. گاز دی‌اکسید کربن، نور ۱۵ میکرونی را جذب می‌کند و باعث می‌شود که سیاره در این طول موج، کم‌نورتر به نظر برسد. با وجود این، ابرها می‌توانند نور را منعکس کنند و سیاره را درخشان‌تر نشان دهند و حضور دی‌اکسید کربن را پنهان کنند.

علاوه بر این، یک جو قابل توجه متشکل از هر ترکیبی، گرما را از روز به سمت شب می‌برد و باعث می‌شود که دمای روز کمتر از دمای بدون جو باشد. از آنجا که تراپیست-۱سی بسیار نزدیک به ستاره خود می‌چرخد، تصور می‌شود که از نظر جزر و مد قفل شده است. یک طرف آن در روشنایی دائمی روز و طرف دیگر در تاریکی بی‌پایان قرار دارد.

اگرچه این اندازه‌گیری‌های اولیه، اطلاعات قطعی را در مورد ماهیت تراپیست-۱سی ارائه نمی‌دهند اما به محدود کردن احتمالات کمک می‌کنند. زیبا گفت: نتایج ما با این موضوع مطابقت دارند که این سیاره یا یک سنگ برهنه و بدون جو است یا جو واقعا نازکی از دی‌اکسید کربن بدون ابر دارد که نازک‌تر از جو زمین یا حتی مریخ است. اگر این سیاره دارای جو غلیظ دی‌اکسید کربن بود، یک گرفتگی کم‌عمق را مشاهده می‌کردیم یا اصلا هیچ گرفتگی را نمی‌دیدیم. دلیل این است که دی‌اکسید کربن، همه نور ۱۵ میکرونی را جذب می‌کند؛ بنابراین ما هیچ نشتی را از سیاره تشخیص نمی‌دهیم.

علاوه بر این اطلاعات، داده‌ها نشان می‌دهند که بعید است این سیاره، یک آنالوگ واقعی از سیاره زهره با جو غلیظ دی‌اکسید کربن و ابرهای اسید سولفوریک باشد.

عدم وجود جو غلیظ نشان می‌دهد که این سیاره ممکن است با آب نسبتا کمی تشکیل شده باشد. اگر سیارات سردتر و معتدل‌تر تراپیست-۱ تحت شرایط مشابه شکل گرفته باشند، ممکن است شکل‌گیری آنها نیز با مقدار کمی از آب و سایر اجزای لازم برای قابل سکونت شدن یک سیاره آغاز شده باشد.

حساسیت مورد نیاز برای تمایز قائل شدن بین شرایط جوی متفاوت در چنین سیاره کوچک و تا این اندازه دور، واقعا قابل توجه است. کاهش روشنایی که جیمز وب تشخیص داد، فقط ۰.۰۴ درصد بود. این معادل نگاه کردن به یک نمایشگر متشکل از ۱۰ هزار لامپ کوچک و دیدن خاموش شدن تنها چهار لامپ است.

کریدبرگ گفت: فوق‌العاده است که ما می‌توانیم این جو را اندازه‌گیری کنیم. اکنون چندین دهه است که پرسش‌هایی در مورد این موضوع وجود دارد که آیا سیارات سنگی می‌توانند جو را نگه دارند یا خیر. توانایی جیمز وب به ما امکان می‌دهد تا سیارات فراخورشیدی را با منظومه شمسی خود مقایسه کنیم و این کار را به روشی انجام دهیم که پیشتر هرگز در اختیار نداشته‌ایم.

این پژوهش به عنوان بخشی از برنامه «جنرال آبزرورز»(General Observers) جیمز وب انجام شد. این یکی از هشت برنامه سال اول علوم وب محسوب می‌شود که برای کمک کردن به توصیف کامل منظومه تراپیست-۱ طراحی شده است. پژوهشگران در سال آینده، بررسی‌هایی را برای مشاهده مدارهای کامل تراپیست-۱بی و تراپیست-۱سی انجام خواهند داد. این بررسی‌ها، امکان مشاهده چگونگی تغییر دمای این دو سیاره را از روز تا شب فراهم می‌کنند و محدودیت‌های بیشتری را در مورد داشتن جو یا نداشتن آنها به وجود می‌آورند.

این پژوهش، در مجله «Nature» به چاپ رسید.