نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب به جو یک سیاره فراخورشیدی

ستاره شناسان در این هفته اعلام کردند که شواهدی از واکنش‌های شیمیایی در جو یک سیاره فراخورشیدی در فاصله 700 سال نوری از زمین پیدا کرده‌اند. محققان با نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب به جو یک سیاره فراخورشیدی یک پرتره شیمیایی دقیق از گازهای سوزان در حال چرخش در اطراف سیاره فراخورشیدی WASP-39b ترسیم خواهند کرد.

• انتخاب تلسکوپ جیمز وب و موشک SLS به عنوان اختراعات برتر توسط TIME
• کشف دو کهکشان درخشان توسط تلسکوپ جیمز وب در دوران اولیه هستی

دلایل نگاه تلسکوپ فضایی جیمز وب به جو یک سیاره فراخورشیدی

این سیاره شبیه به “زحل داغ”، به دور ستاره میزبان خود بسیار نزدیک است، به این معنی که دمای آن تا 1600 درجه فارنهایت یا 900 درجه سانتیگراد می‌رسد. از سوی دیگر حالتش بسیار پف کرده است و حدود یک چهارم جرم مشتری اما 1.3 برابر اندازه آن است.

داده‌های اولیه در مورد سیاره WASP-39b در تابستان امسال به اشتراک گذاشته شد؛ دقیقا زمانی که JWST دی اکسید کربن را در اتمسفر آن شناسایی کرد. اهمیت ماجرا آن‌جاست که این اولین باری که این گاز در سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی ما شناسایی شد.

اکنون، تصویر دقیق‌تری از جو آن در مجموعه‌ای از مقالات منتشر شده، اخیراً در arXiv ارائه شده است که سه مورد از آن‌ها برای انتشار در مجله بسیار معتبر Nature پذیرفته شده‌اند و دو مورد از آن‌ها در دست بررسی هستند. این بررسی‌ها به عنوان بخشی از برنامه‌ای که برای انتشار سریع مشاهدات طراحی شده است، در حال انجام هستند و داده‌های ساخته شده توسط این تلسکوپ ارزشمند، به دانشمندان سراسر جهان کمک خواهد کرد.

محققان از سه ابزار تلسکوپ فضایی Webb به نام‌های NIRSpec، NIRCam و NIRISS برای جمع‌آوری اطلاعات طیف‌سنجی در مورد جو سیاره استفاده کردند.

ناتالی باتالا از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز، در بیانیه‌ای گفت:

«ما سیاره فراخورشیدی را با ابزارهای متعددی مشاهده کردیم که با هم طیف وسیعی از طیف مادون قرمز و مجموعه‌ای از اثرانگشت‌های شیمیایی غیرقابل دسترس ما را پوشش می‌دهند. “داده هایی مانند این‌ها می‌توانند شناخت ما از زمین بازی (که در اینجا سیاره فراخورشیدی موردنظر ما است) را تغییر دهد.”

در دهه گذشته، محققان ستاره شناسی تعداد زیادی از سیارات فراخورشیدی یا سیارات خارج از منظومه شمسی را کشف کرده‌اند. با تایید بیش از 5000 سیاره فراخورشیدی تا به امروز، بیشترین چالشی که در حال حاضر برای ما وجود دارد، درک عمیق از این سیارات است. بیش از دانستن اندازه یا جرم یک سیاره فراخورشیدی، اکنون تحقیقات پیشرفته بر یادگیری در مورد جو آن‌ها متمرکز شده است. و ابزارهایی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب امکان دیدن این فضاهای دور را با جزئیات بیشتر از همیشه فراهم می‌کنند.

ابزارهای تلسکوپ فضایی جیمز وب برای انجام تکنیکی به نام طیف‌سنجی عبوری استفاده می‌شوند. آن‌ها نوری را مشاهده می‌کنند که از ستاره میزبان هنگام عبور از جو سیاره می‌آید. این نور به طول موج‌های مختلفی تقسیم می‌شود و از این طریق محققان می‌توانند ببینند کدام طول موج‌ها جذب شده‌اند. مواد شیمیایی مختلف طول موج های مختلف نور را جذب می‌کنند و به محققان اجازه می‌دهد ترکیب جو سیاره را تعیین کنند.

این تحقیق نشان داد که سدیم، پتاسیم، مونوکسید کربن و بخار آب در جو این سیاره فراخورشیدی وجود دارد که یافته‌های قبلی مبنی بر وجود بخار آب WASP-39b در جو خود را تأیید می‌کند. اما نکته‌ی جالب ماجرا اینجاست که علاوه‌بر عناصر یادشده، دی اکسید گوگرد را نیز پیدا کرده است که این اولین باری است که این مولکول در اتمسفر سیاره فراخورشیدی شناسایی شد.

یافتن این مولکول‌ها به فرآیندی شبیه به آنچه در لایه اوزون زمین یافت می‌شود اشاره دارد، زیرا دی اکسید گوگرد از واکنش‌های شیمیایی در جو فوقانی ناشی از نور ستاره میزبان تشکیل می شود.

یکی دیگر از محققان با نام شانگ مین تسای از دانشگاه آکسفورد، گفت:

«این اولین بار است که ما شواهد ملموسی از فتوشیمی (واکنش‌های شیمیایی آغاز شده توسط نور پرانرژی ستاره‌ای) در سیارات فراخورشیدی می‌بینیم. من این را به‌عنوان یک چشم‌انداز بسیار امیدوارکننده برای ارتقای درک ما از جو سیارات فراخورشیدی با [این مأموریت] می‌دانم.»

با توجه به اینکه فاصله سیاره فراخورشیدی WASP-39 b به دور ستاره میزبانش بسیار نزدیک است (تقریبا یک هشتم فاصله بین عطارد و خورشید) مطالعه آن می تواند نشان دهد که چگونه تشعشعات ستاره‌ها با جو سیاره‌ای برهم کنش دارند. در حالی که تشعشع مورد نظر ما می‌تواند برای زندگی در زمین مضر باشد (زمین توسط مگنتوسفر خود از تابش خورشید محافظت می‌شود و بدون آن سیاره غیرقابل سکونت بود). همچنین می‌تواند نقش مهمی در واکنش‌های شیمیایی ایجاد مولکول‌های مورد نیاز برای حفظ یک جو قابل سکونت داشته باشد.