23 اردیبهشت 1403
این روزها، تشخیص اتمسفر سیارهای در فاصله دهها یا حتی صدها سال نوری از زمین ممکن است چندان مهم به نظر نرسد. دانشمندان در دو دهه گذشته نشانه هایی از جو را در اطراف ده ها سیاره فراخورشیدی یافته اند. نکته مهم این است که همه آن سیارات دارای جوی ضخیم و تحت سلطه هیدروژن هستند که مطالعه آنها نسبتاً آسان است. پوشش های بسیار نازکتر گازی که تقریباً مطمئناً برخی از سیارات فراخورشیدی کوچک و صخرهای را احاطه کردهاند، ناپیدا ماندهاند
تبریز امروز:
موسسه علوم تلسکوپ فضایی 11 مه 2024
دانشمندان ممکن است با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، گازهای اتمسفر را در 55 Cancri e، یک سیاره فراخورشیدی بسیار داغ و صخره ای شناسایی کرده باشند. این کشف می تواند قطعی ترین شواهد وجود جو در هر سیاره سنگی خارج از منظومه شمسی را نشان دهد.
حباب گاز از سطح پوشیده از گدازه در 55 Cancri e ممکن است جوی غنی از دی اکسید کربن یا مونوکسید کربن را تولید کند.
این روزها، تشخیص اتمسفر سیارهای در فاصله دهها یا حتی صدها سال نوری از زمین ممکن است چندان مهم به نظر نرسد. دانشمندان در دو دهه گذشته نشانه هایی از جو را در اطراف ده ها سیاره فراخورشیدی یافته اند. نکته مهم این است که همه آن سیارات دارای جوی ضخیم و تحت سلطه هیدروژن هستند که مطالعه آنها نسبتاً آسان است. پوشش های بسیار نازکتر گازی که تقریباً مطمئناً برخی از سیارات فراخورشیدی کوچک و صخرهای را احاطه کردهاند، ناپیدا ماندهاند.
محققان بر این باورند که در نهایت ممکن است نگاهی اجمالی به یک اتمسفر غنی از گازی فرار در اطراف یک سیاره سنگی داشته باشند. نور ساطع شده از سیاره فراخورشیدی داغ و با تابش زیاد 55 Cancri e شواهد قانعکنندهای برای جوی، احتمالاً غنی از دی اکسید کربن یا مونوکسید کربن، نشان میدهد که ممکن است از اقیانوس وسیعی از گدازه که سطح سیاره را پوشانده است، به صورت حباب درآید.
ابر سیاره فرازمینی 55 Cancri e
مفهوم تصویر این هنرمند نشان می دهد که سیاره فراخورشیدی 55 Cancri e چگونه می تواند باشد. 55 Cancri e که Janssen نیز نامیده میشود، یک به اصطلاح ابر زمین است، یک سیاره صخرهای بسیار بزرگتر از زمین اما کوچکتر از نپتون، که در فاصله 1.4 میلیون مایلی (0.015 واحد نجومی) به دور ستاره خود میچرخد و یک مدار کامل را تکمیل میکند. در کمتر از 18 ساعت (عطارد 25 برابر دورتر از خورشید از 55 Cancri e از ستاره آن است.) این منظومه که شامل چهار سیاره بزرگ گازی غول پیکر نیز می شود، در فاصله 41 سال نوری از زمین و در صورت فلکی سرطان قرار دارد.
تلسکوپ فضایی وب به جو احتمالی در اطراف سیاره فراخورشیدی صخره ای اشاره می کند
محققان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا ممکن است گازهای جوی اطراف 55 Cancri e، یک سیاره فراخورشیدی سنگی داغ را در فاصله 41 سال نوری از زمین شناسایی کرده باشند. این بهترین شواهد تا به امروز برای وجود جو سیاره سنگی خارج از منظومه شمسی است.
رنیو هو از آزمایشگاه رانش جت ناسا (JPL) در پاسادنا، کالیفرنیا، نویسنده اصلی مقاله ای است که در 8 می در Nature منتشر شده است. هو گفت: «وب مرزهای توصیف سیارات فراخورشیدی را به سمت سیارات سنگی پیش میبرد. "این واقعاً نوع جدیدی از علم را قادر می سازد."
55 Cancri e، همچنین به عنوان Janssen شناخته می شود، یکی از پنج سیاره شناخته شده است که به دور ستاره خورشید مانند 55 Cancri در صورت فلکی سرطان می چرخند. با قطری نزدیک به دو برابر زمین و چگالی کمی بیشتر، این سیاره به عنوان یک ابر زمین طبقه بندی می شود: بزرگتر از زمین، کوچکتر از نپتون، و احتمالاً از نظر ترکیب شبیه به سیارات سنگی منظومه شمسی است.
با این حال، توصیف 55 Cancri e به عنوان «صخرهای» میتواند تصور اشتباهی را به جا بگذارد. این سیاره به قدری نزدیک به ستاره خود می چرخد (حدود 1.4 میلیون مایل یا یک بیست و پنجم فاصله بین عطارد و خورشید) که سطح آن احتمالاً مذاب است - اقیانوسی متشکل از ماگما. با چنین مداری تنگ، سیاره نیز احتمالاً به صورت جزر و مدی قفل می شود، با یک روز که همیشه رو به ستاره باشد و یک شب در تاریکی همیشگی.
علیرغم مشاهدات متعدد از زمان کشف ترانزیت در سال 2011، این سوال که آیا 55 Cancri e دارای جو است یا نه - یا حتی با توجه به دمای بالای آن و هجوم مداوم تابش و باد ستاره ای از ستاره اش - وجود دارد یا خیر. بی پاسخ ماند
دایانا دراگومیر، محقق سیارات فراخورشیدی در دانشگاه نیومکزیکو و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: "من بیش از یک دهه روی این سیاره کار کرده ام." «این واقعاً ناامیدکننده است که هیچ یک از مشاهداتی که ما دریافت کردهایم این اسرار را به طور قوی حل نکرده است. من خوشحالم که بالاخره در حال دریافت چند پاسخ هستیم!»
بر خلاف اتمسفر سیارات غول پیکر گازی، که تشخیص آنها نسبتاً آسان است (اولین مورد توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا بیش از دو دهه پیش شناسایی شد)، اتمسفر نازک تر و متراکم تر اطراف سیارات سنگی گریزان باقی مانده است.
مطالعات قبلی روی 55 Cancri e با استفاده از دادههای تلسکوپ فضایی اسپیتزر که اکنون بازنشسته شده است، وجود جوی قابل توجهی غنی از مواد فرار (مولکولهایی که به شکل گاز در زمین وجود دارند) مانند اکسیژن، نیتروژن و دیاکسید کربن را نشان میدهد. اما محققان نمیتوانند احتمال دیگری را رد کنند: این که سیاره برهنه است، به جز یک کفه نازک از سنگ تبخیر شده، غنی از عناصری مانند سیلیکون، آهن، آلومینیوم.
متر و کلسیم. هو توضیح داد: «سیاره آنقدر داغ است که مقداری از سنگ مذاب باید تبخیر شود.
سیاره فراخورشیدی 55 Cancri e (منحنی نور کسوف ثانویه Web MIRI)
این منحنی نور تغییر در روشنایی منظومه 55 Cancri را نشان می دهد زیرا سیاره سنگی 55 Cancri e، نزدیکترین سیاره از پنج سیاره شناخته شده در منظومه، در پشت ستاره حرکت می کند. این پدیده به عنوان خسوف ثانویه شناخته می شود.
هنگامی که سیاره در کنار ستاره است، نور مادون قرمز میانی که از ستاره و سمت روز سیاره ساطع می شود به تلسکوپ می رسد و منظومه درخشان تر به نظر می رسد. وقتی سیاره پشت ستاره است، نور ساطع شده از سیاره مسدود می شود و فقط نور ستاره به تلسکوپ می رسد و باعث می شود روشنایی ظاهری کاهش یابد.
ستاره شناسان می توانند روشنایی ستاره را از درخشندگی ترکیبی ستاره و سیاره کم کنند تا محاسبه کنند که چه مقدار نور مادون قرمز از سمت روز سیاره می آید. سپس از این برای محاسبه دمای روز و استنباط اینکه آیا این سیاره جو دارد یا نه استفاده می شود.
اندازه گیری تغییرات ظریف در رنگ های مادون قرمز
برای تمایز بین این دو احتمال، این تیم از NIRCam (دوربین مادون قرمز نزدیک) و MIRI (ابزار مادون قرمز میانی) برای اندازهگیری نور فروسرخ 4 تا 12 میکرونی که از سیاره میآید استفاده کرد.
اگرچه وب نمی تواند تصویر مستقیمی از 55 Cancri e بگیرد، اما می تواند تغییرات ظریف در نور منظومه را در حین گردش سیاره به دور ستاره اندازه گیری کند.
با کم کردن روشنایی در طول کسوف ثانویه (تصویر بالا را ببینید)، زمانی که سیاره در پشت ستاره قرار دارد (فقط نور ستاره)، از درخشندگی زمانی که سیاره درست در کنار ستاره قرار دارد (نور ستاره و سیاره با هم)، تیم بررسی شد. قادر به محاسبه مقدار طول موج های مختلف نور مادون قرمز است که از سمت روز سیاره می آید.
این روش که به عنوان طیفسنجی کسوف ثانویه شناخته میشود، مشابه روشی است که توسط تیمهای تحقیقاتی دیگر برای جستجوی جو در سایر سیارات فراخورشیدی سنگی مانند TRAPPIST-1 b استفاده میشود.
سیاره فراخورشیدی 55 Cancri e (Webb NIRCam + طیف انتشار MIRI)
طیف تابش حرارتی که توسط NIRCam (دوربین مادون قرمز نزدیک) وب در نوامبر 2022 و MIRI (ابزار مادون قرمز میانی) در مارس 2023 ثبت شد، روشنایی (محور y) طول موج های مختلف نور مادون قرمز (محور x) ساطع شده را نشان می دهد. توسط سیاره فراخورشیدی 55 Cancri e. این طیف نشان می دهد که سیاره ممکن است توسط جوی غنی از دی اکسید کربن یا مونوکسید کربن و سایر مواد فرار احاطه شده باشد، نه فقط سنگ بخار شده.
این نمودار داده های جمع آوری شده توسط NIRCam (نقاط نارنجی) و MIRI (نقاط بنفش) را با دو مدل مختلف مقایسه می کند. مدل A، به رنگ قرمز، نشان می دهد که اگر اتمسفری از سنگ تبخیر شده باشد، طیف انتشار 55 Cancri e چگونه باید باشد. مدل B، به رنگ آبی، نشان میدهد که اگر سیاره دارای جوی غنی از فرار باشد که از یک اقیانوس ماگمایی خارج شده و دارای محتوای فراری مشابه گوشته زمین است، طیف انتشار چگونه باید باشد. هر دو داده MIRI و NIRCam با مدل غنی از فرار سازگار هستند.
مقدار نور مادون قرمز میانی ساطع شده توسط این سیاره (MIRI) نشان می دهد که دمای روز آن به طور قابل توجهی کمتر از آن چیزی است که اگر جوی برای توزیع گرما از روز به سمت شب نداشت. شیب در طیف بین 4 تا 5 میکرون (داده های NIRCam) را می توان با جذب این طول موج ها توسط مولکول های مونوکسید کربن یا دی اکسید کربن در جو توضیح داد.
اعتبار: ناسا، ESA، CSA، جوزف اولمستد (STScI)، رنیو هو (NASA-JPL)، آرون بلو-آروفه (NASA-JPL)، مایکل ژانگ (دانشگاه شیکاگو)، مانتاس زیلینسکاس (SRON)
خنک تر از حد انتظار
اولین نشانهای که نشان میدهد 55 Cancri e میتواند اتمسفر قابلتوجهی داشته باشد، از اندازهگیریهای دما بر اساس گسیل گرمایی آن (تصویر بالا را ببینید)، یا انرژی گرمایی که به شکل نور مادون قرمز منتشر میشود، به دست آمد. اگر سیاره از سنگ مذاب تیره پوشیده شده باشد و پرده نازکی از سنگ تبخیر شده باشد یا اصلا جو وجود نداشته باشد، دمای روز باید حدود 4000 درجه فارنهایت (2200 درجه سانتیگراد) باشد.
هو گفت: «در عوض، دادههای MIRI دمای نسبتاً پایینی در حدود 2800 درجه فارنهایت (~1540 درجه سانتیگراد) را نشان داد. "این نشانه بسیار قوی است که انرژی از روز به شب توزیع می شود، به احتمال زیاد توسط یک جو غنی از فرار." در حالی که جریانهای گدازه میتوانند مقداری گرما را به سمت شب منتقل کنند، اما نمیتوانند آن را به اندازه کافی کارآمد حرکت دهند تا اثر خنککننده را توضیح دهند.
وقتی تیم به دادههای NIRCam نگاه کرد، الگوهایی را دیدند که با یک جو غنی از فرار سازگار بود.
آرون بلو-آروفه، نویسنده همکار، همچنین از JPL ناسا، توضیح داد: ما شواهدی از افت در طیف بین 4 تا 5 میکرون میبینیم – کمتر از این نور به تلسکوپ میرسد. این نشان دهنده وجود اتمسفر حاوی مونوکسید کربن یا دی اکسید کربن است که این طول موج های نور را جذب می کند. سیاره ای بدون جو یا جوی که فقط از سنگ بخار شده تشکیل شده باشد، این ویژگی طیفی خاص را نخواهد داشت.
«ما سال را صرف کرده ایم
یامیلا میگل یکی از نویسندگان از رصدخانه لیدن و موسسه تحقیقات فضایی هلند (SRON) گفت: در ده سال مدلسازی سناریوهای مختلف، تلاش برای تصور اینکه این جهان ممکن است چه شکلی باشد. "در نهایت دریافت تاییدیه کار ما قیمتی ندارد!"
حباب اقیانوس ماگما
این تیم فکر میکند که گازهای پوشاننده 55 Cancri e به جای اینکه از زمان شکلگیری سیاره وجود داشته باشند، از داخل خارج میشوند. بلو-آروفه گفت: «اتمسفر اولیه به دلیل دمای بالا و تشعشعات شدید ستاره مدت زیادی از بین رفته است. این یک جو ثانویه خواهد بود که به طور مداوم توسط اقیانوس ماگما دوباره پر می شود. ماگما فقط کریستال و سنگ مایع نیست. مقدار زیادی گاز محلول در آن نیز وجود دارد.»
در حالی که 55 Cancri e بسیار داغ است که قابل سکونت نیست، محققان فکر میکنند که میتواند پنجرهای منحصربفرد برای مطالعه برهمکنشهای بین جو، سطوح و فضای داخلی سیارات سنگی ایجاد کند و شاید بینشی از شرایط اولیه زمین، زهره و مریخ ارائه دهد. تصور می شود که در گذشته بسیار دور در اقیانوس های ماگما پوشیده شده اند. هو میگوید: «در نهایت، ما میخواهیم بفهمیم که چه شرایطی برای یک سیاره صخرهای امکان حفظ جوی غنی از گاز را فراهم میکند: یک عنصر کلیدی برای یک سیاره قابل سکونت.»
این تحقیق به عنوان بخشی از برنامه رصدگران عمومی وب (GO) در سال 1952 انجام شد. تجزیه و تحلیل مشاهدات کسوف ثانویه اضافی از 55 Cancri e در حال حاضر در حال انجام است.
تلسکوپ فضایی جیمز وب برترین رصدخانه علوم فضایی جهان است. وب در حال حل اسرار در منظومه شمسی ما است، به دنیاهای دوردست در اطراف ستارگان دیگر نگاه می کند، و ساختارهای اسرارآمیز و منشأ جهان ما و مکان ما در آن را بررسی می کند. وب یک برنامه بین المللی است که توسط ناسا با شرکای خود، ESA (آژانس فضایی اروپا) و آژانس فضایی کانادا هدایت می شود
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.