کشف جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب/ وجود اتمسفر نازک در یک سیاره فراخورشیدی

به گزارش ایسنا به نقل از ناسا، نتیجه بررسی های یک گروه بین المللی از پژوهشگران نشان می دهد 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 کرده اند که از سیاره تراپیست- ۱سی منتشر می شود.

تراپیست- ۱سی با دمای تقریباً ۳۸۰ کلوین در روز، خنک ترین سیاره فراخورشیدی سنگی به شمار می رود که تاکنون براساس انتشار حرارتی شناسایی شده است. دقت لازم برای این اندازه اندازه‌گیری ها، کاربرد تلسکوپ فضایی جیمز وب را در شناسایی سیارات فراخورشیدی سنگی نشان می دهد که از نظر اندازه و دما به سیاره های منظومه شمسی (Solar System) ما شباهت دارند.

نتیجه این پژوهش، گام دیگری در تعیین این موضوع است که آیا سیاراتی که به دور کوتوله های قرمز کوچکی مانند «تراپیست- ۱» (TRAPPIST- ۱) می چرخند، میتوانند جو موردنیاز برای حمایت از حیات را به آن صورتی که ما می شناسیم، حفظ کنند یا خیر.

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

«لورا کریدبرگ» (Laura Kreidberg)، از پژوهشگران این پروژه گفت: تراپیست- ۱سی از این جهت یک سیاره جالب است که میتوان آنرا بعنوان دوقلوی سیاره زهره در نظر گرفت. این سیاره تقریباً به اندازه زهره است و همان مقدار تابش را از ستاره میزبان خود دریافت می کند که زهره از خورشید می گیرد. ما با خود فکر کردیم که این سیاره امکان دارد مانند زهره، جو غلیظی از دی اکسید 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 می چرخند. 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. کوتوله های قرمز در طول چند میلیارد سال اول زندگی خود، اشعه ایکس و اشعه ماوراءبنفش درخشانی را ساطع می کنند که می تواند جو یک سیاره جوان را به سادگی از بین ببرد. علاوه‌براین، امکان دارد هنگام تشکیل شدن سیارات، آب، دی اکسید 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 پرسش ها، 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 می شود، 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، درونی ترین سیاره منظومه مورد بررسی است.

مقدار نور فروسرخ میانی که از یک سیاره ساطع می شود، بطور مستقیم با دمای آن مرتبط است که به نوبه خود تحت تأثیر جو قرار دارد. گاز دی اکسید کربن، نور ۱۵ میکرونی را جذب می کند و باعث می شود که سیاره در این طول موج، کم نورتر بنظر برسد. با وجود این، ابرها میتوانند نور را منعکس کنند و سیاره را درخشان تر نشان دهند و حضور دی اکسید کربن را پنهان کنند.

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

اگرچه این اندازه اندازه‌گیری های اولیه، اطلاعات قطعی را در مورد ماهیت تراپیست- ۱سی ارائه نمی دهند اما به محدود کردن احتمالات کمک می کنند. 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 دی اکسید کربن بدون ابر دارد که نازک تر از جو زمین یا حتی مریخ (Mars) است. اگر این سیاره دارای جو غلیظ دی اکسید کربن بود، یک گرفتگی کم عمق را مشاهده می کردیم یا اصلا هیچ گرفتگی را نمی دیدیم. دلیل این است که دی اکسید کربن، همه نور ۱۵ میکرونی را جذب می کند؛ بنابراین ما هیچ نشتی را از سیاره تشخیص نمی دهیم.

علاوه بر این اطلاعات، داده ها نشان می دهند که بعید است این سیاره، یک آنالوگ واقعی از ونوس (Venus) با جو غلیظ دی اکسید کربن و ابرهای اسید سولفوریک باشد.

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

حساسیت موردنیاز 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: فوق العاده است که ما می توانیم این جو را اندازه گیری کنیم. اکنون چندین دهه است که پرسش هایی در مورد این موضوع وجود دارد که آیا سیارات سنگی می توانند جو را نگه دارند یا خیر. توانایی جیمز وب به ما امکان می دهد تا سیارات فراخورشیدی را با منظومه شمسی خود مقایسه کنیم و این کار را به روشی انجام دهیم که پیشتر هرگز در اختیار نداشته ایم.

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 می شود که برای کمک کردن به توصیف کامل منظومه تراپیست- ۱ طراحی شده است. پژوهشگران در سال آینده، بررسی هایی را برای مشاهده مدارهای کامل تراپیست- ۱بی و تراپیست- ۱سی انجام خواهند داد. این بررسی ها، امکان مشاهده چگونگی تغییر دمای این دو سیاره را از روز تا شب فراهم می کنند و محدودیت های بیشتری را در مورد داشتن جو یا نداشتن آن ها به وجود می آورند.

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