تلسکوپ جیمز وب چگونه سیاره فراخورشیدی پوشیده از گدازه را مطالعه خواهد کرد

ستاره شناسان ناسا، آژانس فضایی اروپا و مراکز تحقیقاتی در تمامی دنیا، آماده شده اند تا تلسکوپ جیمز وب، عملیات علمی خود را در تابستان 2022 آغاز کند.

جیمز وب که در دسامبر سال 2021 پرتاپ شد، قدرتمند ترین تلسکوپ فضایی دنیا می باشد و آماده است تا امواجی گسترده  در مطالعات ستارگان ایجاد کند و نگاهی به دور دست ترین کهکشان های دنیا داشته باشد.

اما جیمز وب تنها به مطالعه کهکشان ها و سیاه چاله ها نخواهد پرداخت. این تلسکوپ مطالعه سیارات فرا خورشیدی را نیز تحت شعاع قرار خواهد داد. سیارات فراخورشیدی سیاراتی هستند که خارج از منظومه شمسی قرار دارند.

در گذشته ماموریت هایی همانند ماموریت  TESS ناسا، و تلسکوپ فضایی بازنشسته شده کپلر، موفق به کشف سیاراتی در خارج منظومه شمسی شده اند و امروزه تعداد این سیارات فراخورشیدی که می شناسیم به هزاران عدد می رسد.

اما درباره این سیارات اطلاعات کاملی نداریم و بیشتر داده های پایه، همانند اندازه و چگالی و یا فاصله آن ها با ستارگانشان در دسترس داشته ایم. با اینکه این اطلاعات بسیار جذاب هستند و حتی گاهی میتوانیم دمای سطح این سیارات را تخمین بزنیم، اما چیز های زیادی درباره این سیارات دور دست برای یادگیری وجود دارد.

اینجاست که جیمز وب وارد معرکه می شود. این تلسکوپ به حدی قدرتمند است که امکان جمع آوری اطلاعات بسیار گسترده تری را درباره سیارات فراخورشیدی به ما خواهد داد. به طور مثال آیا این سیارات اتمسفر دارند یا خیر و یا این اتمسفر از چه چیزی تشکیل شده است.

مطالعات سیارات فراخورشیدی توسط وب شامل برخی سیارات عجیب و وحشی همانند یک “ابر زمین” پوشیده شده از گدازه و یا سیارات سنگی دیگر شبیه به زمین که شود که به ستارگان خود بسیار نزدیک تر هستند.

دنیای جهنمی پوشیده از گدازه

د

یکی از سیارات فراخورشیدی که جیمز وب مورد بررسی قرار خواهد داد 55 Cancri e نام دارد که شباهت های متعددی به زمین دارد اما بسیار داغ است. این نوع از سیارات ابر زمین یا Super-Earth نامیده می شوند چرا که همانند زمین سیاراتی سنگی هستند، اما بسیار بزرگتر از سیاره ما هستند، البته نه به بزرگی ابرسیاره یخی منظومه خودمان، نپتون.

این سیاره با مداری 1.5 میلیون مایلی به دور ستاره اش، که فقط 4% فاصله خورشید با عطارد است، هر سال بر روی این سیاره فقط 18 ساعت طول دارد. این بدین معنی است که سیاره به ستاره اش به حدی نزدیک است که به صورت مکرر توسط این ستاره بمب باران تششعاتی می شود و بسیار داغ است.

سطح این سیاره به شکلی داغ است که سنگ ها را ذوب می کند. به همین دلیل محققان بر این باورند که این سیاره پوشیده شده از اقیانوسی از گدازه است که بر اثر ذوب شدن زیر حرارت ستاره ایجاد شده است.

به علاوه مدارک حاکی از آن است که این سیاره فقل کشندی است، بدین معنی که یک طرف سیاره همیشه به سوی خورشید است. این طرف سیاره که طرف روز نامیده می شود، بسیار داغ از طرف دیگر سیاره به سمت فضا است می باشد، که به آن طرف شب گفته می شود. و زمانی که اختلاف دما در دو طرف این سیاره بسیار بالاست، رخداد های آب و هوایی عجیبی ممکن است اتفاق بیافتد.

بر روی سیاره فقل کشندی WASP-121b این تفاوت دمای بالا می تواند به معنی ابر های تشکیل شده از فلز و بارش سنگ های قیمتی باشد. اما بر روی سیاره 55 Cancri e اتفاق عجیبی در حال رخدادن است، و داده های جمع آوری شده از تلسکوپ فضایی اسپیتزر (Spitzer ) نشان دهنده این است که داغ ترین قسمت این سیاره با دیگر بخش های آن به به سمت خورشید است همخوانی ندارد.

سیاره ای پر از معما

محققان میخواهند بدانند که چرا توسعه حرارت بر روی این سیاره با چیزی که انتظار دارند، متفاوت است و برای این مطالعات از تلسکوپ جیمز وب استفاده خواهد شد.

یکی از احتمالات این است که اتمسفر سیاره در حرکت است و حرارت را با خود به سوی دیگر می برد.

محقق رنیو هیو (Renyu Hu) از ناسا که با استفاده از جیمز وب به مطالعه این سیاره خواهد پرداخت می گوید:

55 Cancri e ممکن است اتمسفر ضخیمی داشته باشد که در سلطه اکسیژن و نیتروژن است. اگر این سیاره اتمسفر داشته باشد جیمز وب، حساسیت و بازه طول موج کافی را برای تشخیص آن دارد و میتواند تایین کند از چه چیزی تشکیل شده است.

اما احتمالی دیگری نیز وجود دارد. شاید این سیاره به دیگر سیارات که مدار آنها بسیار به ستارشان نزدیک است، شباهت ندارد. شاید سیاره 55 Cancri e فقل کشندی نیست و الگوی چرخ آن شباهت به عطارد دارد، و سه بار به اعظای هر چرخش به طور ستاره اش می چرخد.

این بدین معنی خواهد بود که در یک طرف سیاره به طور همیشگی روز نیست و همانند زمین روز و شب دارد. یکی دیگر از محققان به نام الکسیس براندکر (Alexis Brandeker) از دانشگاه استکهلم دراینباره می گوید:

این موضوع میتواند توصیف کند چرا داغ ترین منطقه این سیاره جا به جا شده است. و همانند زمین که داغ شدن سطح کمی طول می کشد، گرم ترین زمان روز در بعد از ظهر است و نه ظهر.

این الگوی گرم شدن و سرد شدن میتواند تاثیرات فوق العاده ای، همانند بارش گدازه داشته باشد که بر اثر ذوب سنگ ها و تبخیر آن ها طی روز و سپس سرد شدن و فشرده شدن آن طی شب بشود.

برای تایید صحت این تئوری ها، تلسکوپ جیمز وب، با استفاده از دوربین NIRCam یا مادون قرمز نزدیک و  ابزار MIRI یا مادون قرمز میانی به این سیاره نگاه دقیق تری خواهد داشت. و با نگاه به اتمسفر این سیاره، محققان میتوانند تایین کنند کدام تئوری صحیح است.