بررسی دقیق‌تر هابل از جزئیات جوی یک سیاره‌ فراخورشیدی

یک تیم بین المللی از دانشمندان از تلسکوپ فضاییهابلNASA/ESA برای بررسی جو داغ یک سیاره ی خارجی موسوم بهWASP-39bاستفاده کردند. آن ها توانستند با ترکیب این داده های جدید با داده های قدیمی تر، به کامل ترین بررسی از جو سیارات خارجی تا ابه امروز دست پیدا کنند. ترکیب جوی WASP-39b نشان می دهد که فرآیند های شکل گیری سیاره های فراخورشیدی می توانند تفاوت زیادی با غول های منظومه ی شمسی داشته باشند. بررسی جو سیاره های فراخورشیدی دیدگاه جدیدی را در مورد چگونگی شکل گیری و محل قرارگیری سیاره های حول یک ستاره ارائه می دهند.هنا واک فورداز دانشگاه اسکتر در بریتانیا و فعال در مؤسسه ی تلسکوپ فضایی در ایالات متحده، بر این باورست که برای درک منظومه ی شمسی خودمان باید از بیرون به آن نگاه کنیم.

از همین رو، تیم آمریکایی-بریتانیایی برای بررسی دقیق سیاره ی خارجی WASP-39b از ترکیب قابلیت های تلسکوپ فضایی هابل NASA/ESA با دیگر تلسکوپ های مستقر در زمین و فضا استفاده کردند. آن ها موفق به تولید کامل ترین طیف از جو یک سیاره ی خارجی شدند. WASP-39b به دور یک ستاره ی شبه خورشید می چرخد، این سیاره در فاصله ی ۷۰۰ سال نوری از زمین قرار گرفته است و در دسته یزحل داغقرار می گیرد، جرم آن مشابه سیاره ی زحل در منظومه ی شمسی ما است، از نظر فاصله با ستاره ی والد خود هم مشابه زحل است. این بررسی نشان می دهد دو سیاره با وجود داشتن یک جرم مشابه، تفاوت های زیادی با یکدیگر دارند. WASP-39b علاوه بر داشتن سیستمی حلقوی، دارای یک جو پف کرده بدون ابر در ارتفاعات زیاد است. این ویژگی امکان بررسی عمیق جوی را برای تلسکوپ هابل فراهم می کند.

تحلیل طیفی نشان دهنده ی حجم زیادی از آب در جو این سیاره ی خارجی است، حجم این آب سه برابر بیشتر از آب موجود در جو زحل است

تیم پژوهشی با بررسی نور فیلتر شده ی ستاره که از میان سیاره ی مورد نظر عبور کرده است، به شواهد شفافی در مورد بخار آب موجود در جو آن دست یافته است. در واقع آب سطح WASP-39b سه برابر بیشتر از آب موجود در سطح زحل است. اگرچه پژوهشگرها پیش بینی هایی از وجود بخار آب داشتند؛ اما از حجم آب مشاهده شده، شگفت زده شدند. این نتیجه، می تواند حاکی از وجود مقادیر زیادی از عناصر سنگین تر در جو باشد. پس این سیاره با بخش زیادی از مواد یخی که در جو جمع شده اند، بمباران شده است. این نوع بمباران تنها در صورتی امکان پذیر است که WASP-39b در فاصله ای بیشتر از فاصله ی کنونی اش نسبت به ستاره ی میزبان شکل گرفته باشد. به گفته یدیوید سینگاز دانشگاه اکستر بریتانیا:

WASP-39b نشان می دهد سیاره های خارجی سرشار از شگفتی هستند و می توانند ترکیب هایی بسیار متفاوتی با سیاره های منظومه ی شمسی ما داشته باشند.

تحلیل ترکیب جوی و موقعیت فعلی سیاره نشان می دهند که WASP-39b یک مهاجرت داخلی بسیار جالب داشته است؛ یک سفر حماسی در طول منظومه ی سیاره ای خود. به گفته ی واک فورد، سیاره های خارجی نشان می دهند که شکل گیری یک سیاره بسیار پیچیده تر و گیج کننده تر از تصورات ما هستند. سیاره ی WASP-39b با طی این سفر خارق العاده، اکنون هشت مرتبه به ستاره ی والد خود نزدیک تر شده است. فاصله ی آن تا ستاره ی والدش از فاصله ی عطارد تا خورشید هم کمتر است؛ به طوری که برای چرخش کامل به دور ستاره تنها بهچهار روززمان نیاز دارد.

این سیاره یک سیاره یقفل شده ی جزر و مدیاست، به این معنی که تنها یک طرف آن در مقابل ستاره ی والد قرار می گیرد. واکفورد و تیم او دمای سطح WASP 39b را برابر با ۷۵۰ درجه ی سانتی گراد ارزیابی کردند. اگرچه تنها یک طرف سیاره رو به ستاره ی والد است؛ اما بادهای قدرتمند، گرما را از سطح روشن به سطح دیگر سیاره هم منتقل می کنند و سمت تاریک را هم داغ نگه می دارند. به گفته ی دیوید سینگ، تنوع سیاره های خارجی به محاسبه ی روش های مختلف شکل گیری و ظهور سیاره ها کمک می کند.

هدف آینده ی این تیم استفاده ازتلسکوپ جیمز وبNASA/ESA/CSA (از سال ۲۰۱۹ نصب خواهد شد) برای دستیابی به طیفی کامل تر از جو WASP-39b است. جیمز وب می تواند داده هایی را در مورد کربن جو سیاره جمع آوری کند، این تلسکوپ نورهایی با طول موج طولانی تر را جذب می کند که از قدرت تلسکوپ هابل خارج است. به عقیده یواک فورد:

با محاسبه ی میزان کربن و اکسیژن موجود در جو، می توانیم نکات بیشتری را در مورد مکان و چگونگی شکل گیری سیارات بیاموزیم.

برخی نکات قابل توجه در این مورد

۱. داده های به کاررفته برای تولید طیف کامل، توسط تلسکوپ فضایی اسپیتز ناسا و تلسکوپ بسیار بزرگ ESO جمع آوری شده اند. علاوه بر این از داده های قدیمی تر هابل هم استفاده شد.

۲. وقتی نور ستاره از جو یک سیاره ی خارجی عبور می کند، می تواند با اتم ها و مولکول های موجود در سیاره واکنش دهد. همین مسئله اثری ضعیف از جو را در طیف ستاره ای به جای می گذارد. قله و قعرهای موج در طیف به دست آمده، متناظر با اتم ها و مولکول ها هستند و امکان بررسی دقیق عناصر تشکیل دهنده ی جوی را می دهند.

۳. با توجه به بخش بزرگی از عناصر سنگین در جو WASP-39b، واک فارد و تیم او پیش بینی می کنند که کربن دی اکسید، شکل غالب کربنی موجود در سیاره باشد. میزان کربن را می توان در طول موج ۴/۵ میکرو متر با واسطه یNIRSpecتلسکوپ جیمز وب اندازه گیری کرد. این بررسی ها امکان قرار دادن محدودیت های بیشتر را روی نسبت کربن به اکسیژن و همین طور میزان فلز موجود در جو WASP-39b فراهم می کنند.