تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) از یک چرخه روزانه و شگفتانگیزِ ابر در یک سیاره فرامنظومهایِ «مشتری داغ» پرده برداشته که به دانشمندان دید واضحتری از اتمسفر آن میدهد. در سیاره WASP-94A b، پیشبینی وضعیت هوا به سرعت تغییر میکند. ابرهایی که از مواد معدنیِ سنگساز تشکیل شدهاند، در آسمان صبحگاهی سیاره تجمع میکنند و سپس با حرکت اتمسفر به سمت مناطق گرمتر، تا قبل از عصر ناپدید میشوند.
این جهان یک «مشتری داغ» است؛ یعنی سیاره غولپیکری که در فاصلهای بسیار نزدیک به دور ستاره خود میچرخد. سیاره WASP-94A b که در فاصله نزدیک به ۷۰۰ سال نوری از زمین و در صورت فلکی «میکروسکوپ» (Microscopium) قرار دارد، بسیار دورتر از آن است که بتوان با جزئیات معمولی از آن تصویربرداری کرد. در عوض، دانشمندان از تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده کردند تا تغییرات ظریف نور ستاره را هنگام عبور سیاره از مقابل آن، ردیابی و تحلیل کنند.
نتیجه این کار، یکی از واضحترین مشاهدات ثبتشده از چرخه روزانه ابر در این نوع از سیارات فراخورشیدی است. این تیم با جداسازی مناطق ابری از بخشهای صافتر اتمسفر، توانست درک خود را از ساختار شیمیایی سیاره بهبود ببخشد و معمای قبلی درباره ترکیبات آن را حل کند.
«دیوید سینگ» (David Sing)، یکی از نویسندگان این پژوهش، محقق اصلی این برنامه و استاد برجسته علوم زمین و سیارهای در دانشگاه جانز هاپکینز، میگوید:
من ۲۰ سال است که به سیارات فراخورشیدی نگاه میکنم و وجود تودههای ابری همیشه مثل استخوانی در گلو برای ما بوده است. ما مدتهاست میدانیم که ابرهای فراگیری در سیارات مشتری داغ وجود دارند؛ موضوعی که آزاردهنده است، چون مثل این میماند که بخواهید از پشت یک پنجره مهآلود به سیاره نگاه کنید. ما نه تنها توانستهایم این دید را واضح کنیم، بلکه بالاخره میتوانیم دقیقاً مشخص کنیم که این ابرها از چه چیزی ساخته شدهاند و چگونه با حرکت در اطراف سیاره، متراکم و تبخیر میشوند.
یافتههای این پژوهش در مجله معتبر علمی Science منتشر شده است.
جیمز وب چرخه آبوهوایی روزانه یک سیاره را آشکار میکند
برای بررسی سیاره WASP-94A b، سینگ و همکارانش این سیاره را هنگام عبور از مقابل ستارهاش مطالعه کردند. جیمز وب به آنها اجازه داد تا لبه جلویی سیاره (هنگام شروع عبور) و لبه عقبی آن را (هنگام خروج از مقابل قرص ستاره) اندازهگیری کنند.
این دو لبه، نشاندهنده زمانهای مختلفی از شبانهروز در آن سیاره هستند. در لبه جلویی، هوا از سمت شب به سمت روز حرکت میکند و شرایط صبحگاهی را پدید میآورد. در لبه عقبی، هوا از روز به شب میرود که نشاندهنده زمان عصر است.
این تفاوت بسیار چشمگیر بود. صبحهای سیاره WASP-94A b مملو از ابرهایی از جنس سیلیکات منیزیم (یک ماده معدنی سنگساز) است، در حالی که عصرها آسمان آن کاملاً بدون ابر به نظر میرسد.
این تیم دو توضیح احتمالی برای این پدیده متصور است:
- ۱. بادهای شدید ممکن است ابرها را در سمت خنکتر سیاره به سمت بالای اتمسفر برانند و سپس در سمت داغتر (روز)، آنها را به سمت پایین هدایت کنند و تا قبل از عصر، آنها را در اعماق سیاره پنهان سازند.
- ۲. احتمال دیگر شبیه به از بین رفتن مه صبحگاهی در زمین است، اما در شرایطی بسیار باز هم شدیدتر. ابرها ممکن است در تاریکیِ سمت شب شکل بگیرند و سپس با ورود به سمت روز (جایی که دما از ۱,۰۰۰ درجه سانتیگراد یا ۱,۸۳۲ درجه فارنهایت فراتر میرود) تبخیر شوند.
سینگ گفت:
این یک شگفتی بزرگ بود. مردم انتظار تفاوتهایی را داشتند، مثلاً اینکه صبح خنکتر از عصر باشد؛ این یک امر طبیعی است که ما اینجا روی زمین هم تجربه میکنیم. اما آنچه ما دیدیم، یک دوشاخگی و تضاد واقعی میان آبوهوای دو طرف سیاره و تفاوتهای عظیم در پوشش ابرها بود، و این موضوع کل تصویر ما از این سیاره را تغییر میدهد.
دیدی واضحتر به اتمسفر سیاره
از آنجاییکه سمت عصر سیاره صاف و بدون ابر است، محققان توانستند این بخش از اتمسفر را با جزئیات بالا مطالعه کنند؛ کاری که تلسکوپ هابل قادر به انجامش نبود.
«ساگنیک موکرجی» (Sagnick Mukherjee)، نویسنده اول این مقاله و پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه ایالتی آریزونا (که در زمان انجام این تحقیق، دانشجو در دانشگاه جانز هاپکینز و دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز بود)، میگوید:
زمانی که با تلسکوپ هابل این نوع مشاهدات را انجام میدادیم، یک دید میانگین از کل سیاره به دست میآوردیم که در آن دادههای مربوط به ابرها و اتمسفر در هم فشرده و غیرقابل تشخیص بودند. این رویکرد با جیمز وب به ما اجازه میدهد مشاهدات خود را نقطهای و متمرکز کنیم، که همین امر به ما در دیدن چرخه ابر کمک کرد.
دید واضحترِ بخش عصر نشان داد که WASP-94A b بیش از آنچه دادههای قبلی نشان میدادند، به سیاره مشتری خودمان شباهت دارد. اندازهگیریهای قبلی که مناطق ابری و صاف را با هم ترکیب میکردند، نشان میدادند که این سیاره صدها برابر بیشتر از مشتری اکسیژن و کربن دارد؛ فرضیهای که توجیه آن با مدلهای تشکیل سیاره بسیار دشوار بود.
تحلیلهای جدید نشان میدهند که میزان اکسیژن و کربن در WASP-94A b تنها حدود ۵ برابر بیشتر از مشتری است.
چرخههای ابری مشابه ممکن است در جاهای دیگر نیز وجود داشته باشند
سیارات مشتری داغ در فاصلهای بسیار نزدیک به ستارههای خود میچرخند؛ حتی نزدیکتر از فاصله مدار عطارد به خورشید. در نتیجه، آنها به شدت داغ شده و در معرض تابشهای قوی قرار میگیرند، که این امر آنها را به مکانهای مفیدی برای مطالعه شیمی اتمسفر و رفتار ابرها تبدیل میکند.
با استفاده از WASP-94A b به عنوان یک نقطه مرجع، این تیم هشت غول گازی داغ دیگر را بررسی کرد. آنها همین نوع چرخه ابری را در دو سیاره دیگر یعنی WASP-39 b و WASP-17 b نیز پیدا کردند.
سینگ و تیمش در گام بعدی از دادههای یک برنامه بزرگ و جدید جیمز وب استفاده خواهند کرد تا چرخههای ابری را در انواع مختلفی از سیارات فراخورشیدی، از جمله یک سیاره غولپیکر گازی با مدار بیضیشکل (Eccentric) در کمربند حیات، بررسی کنند.
منبع: Scitechdaily
