يكشف تلسكوب جيمس ويب علامات وجود غازات فوق محيط الصهارة في TOI-561 b

التقط تلسكوب جيمس ويب الفضائي علامات وجود غلاف جوي سميك على الكوكب الخارجي TOI-561 b. ويدور الكوكب الصخري حول نجمه على بعد حوالي 280 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة السدس. يكمل اللفة في 10.56 ساعة فقط.

القرب الشديد يخلق ظروفا قاسية. تظهر القياسات درجات حرارة في النهار تبلغ حوالي 1800 درجة مئوية. هذه القيمة أقل مما يمكن توقعه لسطح صخري مكشوف يتعرض لإشعاع مكثف. جاءت البيانات من الملاحظات التي تم إجراؤها في مايو 2024 باستخدام أداة NIRSpec.

تظهر بيانات NIRSpec أن الكوكب أكثر برودة من المتوقع

يُصنف الكوكب الخارجي TOI-561 b على أنه كوكب أرض فائق الحرارة. تبلغ كثافته المقاسة حوالي 4.3 جم/سم3، وهي قيمة أقل من التركيب الصخري تمامًا المشابه للأرض. وتنبأت النماذج التي لا تحتوي على غلاف جوي بدرجات حرارة نهارية تقترب من 2700 درجة مئوية أو أكثر.

ولاحظ الباحثون توهج الأشعة تحت الحمراء أثناء الكسوف الثانوي، عندما يمر الكوكب خلف النجم. وأشار طيف الانبعاث الذي يتراوح بين 3 و5 ميكرومتر إلى أن الجانب النهاري يشع طاقة أقل من تلك التي تطلقها الصخور النقية. يبدو أن طبقة من الغازات تعيد توزيع الحرارة حول الكوكب.

• يبلغ نصف قطر الكوكب حوالي 1.4 مرة نصف قطر الأرض
• الكتلة المقدرة حوالي ضعف كتلة الأرض
• يبلغ عمر النجم المضيف حوالي 10 مليارات سنة وهو فقير بالحديد
• ويقفل المدار القصير للغاية الكوكب بحيث يواجه أحد جوانبه النجم دائمًا
• الإشعاع الوارد أكبر بعشرات المرات من الإشعاع الذي يصل إلى الأرض

يحافظ هذا التكوين على السطح في حالة منصهرة في معظم الأوقات.

https://twitter.com/NASAWebb/status/1999132374647427401?ref_src=twsrc%5Etfw

يغذي محيط الصهارة دورة متقلبة محتملة

يشكل سطح TOI-561 b محيطًا عالميًا من الصهارة يتحرك باستمرار. تطلق الصخور المتبخرة والعمليات الداخلية غازات تساهم في طبقة الغلاف الجوي أعلاه. وتشير الدراسة المنشورة في مجلة The Astrophysical Journal Letters إلى أن هذا الخزان من المواد المتطايرة يفسر احتباس الغازات على الرغم من الإشعاع النجمي القوي.

قامت الفرق بتحليل أربعة كسوفات ثانوية متتالية على التوالي. ترفض النتائج نموذج الصخور العارية بثقة عالية. وبدلا من ذلك، يعمل الغلاف الجوي الغني بالعناصر المتطايرة على تبريد الجانب النهاري عن طريق نقل الحرارة إلى مناطق أخرى.

ينتمي الكوكب إلى فئة عوالم الحمم البركانية. في ظل هذه الظروف، تتبخر المعادن من السطح المنصهر وتشكل نوعًا من الغلاف الجوي المعدني. تتناسب الكثافة المنخفضة المرصودة بشكل أفضل عند النظر في مساهمة الطبقة الغازية السميكة.

تفاصيل التحليل الطيفي للانبعاث الخصائص الحرارية

تعمل NIRSpec في وضع السلسلة الزمنية للكائن الساطع مع شبكة G395H عالية الدقة. استغرقت المراقبة الإجمالية أكثر من 37 ساعة وغطت ما يقرب من أربعة مدارات كاملة للنظام. تم استخدام خطي أنابيب مستقلين لتقليل البيانات للتحقق من صحة النتائج وتقليل الشوائب.

يُظهر الطيف الذي تم الحصول عليه أنماطًا لا تتكاثر فيها نماذج الأسطح الصخرية العارية بشكل جيد. السيناريوهات ذات الأجواء المتقلبة الكثيفة تقترب من قياسات السطوع. لا تزال الاختلافات الصغيرة تتطلب تحسينًا في التحليلات المستقبلية لتحديد التركيب الدقيق للغازات.

النجم TOI-561 قديم وينتمي إلى القرص السميك لمجرة درب التبانة. ويختلف تركيبه الكيميائي، الغني بعناصر ألفا والفقير بالمعادن، عن الشمس ويؤثر على بيئة تكوين الكوكب. يساعد هذا السياق على فهم سبب امتلاك TOI-561 b لخصائص مختلفة عن الكواكب الخارجية فائقة القصر.

نماذج الخسارة الجوية موضع تساؤل

يجب أن تواجه الكواكب الصخرية ذات المدارات القصيرة هذه هروبًا جويًا مكثفًا. من شأن الإشعاع النجمي أن يزيل الجزيئات الغازية بسهولة مع مرور الوقت. ومع ذلك، تشير ملاحظات جيمس ويب إلى أن TOI-561 b يحتفظ بطبقة كبيرة من الغازات.

يمكن أن يعمل محيط الصهارة كمصدر مستمر للمواد المتطايرة. تتسرب الغازات إلى الغلاف الجوي، لكن الصهارة تستعيدها في دورة ديناميكية. ترفض هذه الآلية فكرة أن العوالم شديدة الحرارة تفقد غلافها الجوي تمامًا.

ويفتح هذا الاكتشاف إمكانيات لدراسة الجيوفيزياء المتطرفة من خلال أطياف الغلاف الجوي. وقد أظهرت القليل من الكواكب الخارجية الصخرية القريبة من النجوم أدلة مماثلة حتى الآن. قام ويب بتوسيع نوافذ المراقبة بالأشعة تحت الحمراء لهذه الكائنات.

الكوكب الخارجي لا يوفر ظروف الحياة كما نعرفها. درجات الحرارة القصوى والإشعاع المستمر تجعلها غير صالحة للسكن. ومع ذلك، فهو بمثابة مختبر طبيعي للعمليات الكوكبية في البيئات المعادية.

المقارنة مع المراحل المبكرة من الأرض تكتسب قوة

مرت الأرض المبكرة أيضًا بفترات كان سطحها منصهرًا جزئيًا ونشاطًا بركانيًا مكثفًا. على الرغم من أن TOI-561 b أكثر سخونة بكثير، إلا أنه يسمح لنا باختبار الأفكار حول كيفية تفاعل الغلاف الجوي مع محيطات الصهارة على نطاق كوكبي.

تساعد دراسة هذه العوالم على تحسين نماذج تطور الكواكب. قد تلعب العمليات الداخلية، مثل الحمل الحراري في الوشاح المنصهر، دورًا أكبر مما كان مفترضًا سابقًا في الحفاظ على الغلاف الجوي. تصبح العلاقة بين الجيولوجيا والغلاف الجوي أكثر وضوحًا في هذه الحالات القصوى.

لقد أثارت الكثافة المنخفضة لـ TOI-561 b اهتمام الباحثين بالفعل في القياسات السابقة. اقترحت بعض التقديرات الأولية تكوينًا يحتوي على نسبة عالية من الماء، لكن الملاحظات الجديدة تشير إلى وجود جو ثانوي غني بالمواد المتطايرة فوق الصهارة.

تفاصيل المراقبة تعزز قدرات الأداة

تضمنت الحملة عمليات رصد مستمرة من 1 إلى 3 مايو 2024. وقد أتاح لنا وضع السلسلة الزمنية للكائن الساطع التقاط الاختلافات الدقيقة في سطوع النجم عندما كان الكوكب مخفيًا. غطت شبكة G395H نطاقًا يتراوح من 2.67 إلى 5.14 ميكرومتر بدقة عالية.

تخفيضات مستقلة مع خطوط أنابيب يوريكا! وأنتج ExoTiC JEDI أطيافًا متسقة مع بعضها البعض. كانت درجة الحرارة الفعلية في النهار حوالي 1740 درجة مئوية إلى 1830 درجة مئوية اعتمادًا على النموذج، أي أقل بكثير من 3000 درجة مئوية المتوقعة للصخور العارية.

وتؤكد هذه الأرقام أن الحرارة لا تتركز فقط في الجانب النهاري. يقوم الغلاف الجوي بتوزيع الطاقة، كما يقوم أيضًا بتسخين الجانب الليلي والحفاظ على حركة الصهارة.

الآثار المترتبة على عوالم الحمم البركانية الأخرى

يعد TOI-561 b جزءًا من فئة متنامية من الكواكب الخارجية المعروفة باسم عوالم الحمم البركانية. ومع تقدم التلسكوبات مثل جيمس ويب، أصبح العلماء قادرين على اختبار النظريات في بيئات غير موجودة في النظام الشمسي. تزداد كمية البيانات حول هذه الكائنات بسرعة.

يمكن لعمليات الرصد المستقبلية رسم خريطة للتغيرات في جميع أنحاء المدار وإجراء مزيد من التحقيق في الجانب الليلي. ومن المخطط أيضًا إجراء تحليلات طيف الإرسال أثناء عمليات العبور لاستكمال بيانات البث.

يعزز هذا الاكتشاف الدور المركزي الذي لعبه جيمس ويب في توصيف الكواكب الصخرية الخارجية. يكتشف الجهاز الإشارات التي لم تتمكن التلسكوبات السابقة من التعرف عليها بوضوح.

التقدم يوسع فهم التنوع الكوكبي

تضيف الدراسة المنشورة في ديسمبر 2025 دليلاً على أن الأجواء يمكن أن تستمر في الظروف القاسية. تحتاج النماذج الكلاسيكية للهروب الجوي إلى التعديل لتشمل الدورات مع محيطات الصهارة.

وشاركت في التحليل فرق من مؤسسات مثل جامعة كارنيجي للعلوم والجامعات الشريكة. تسلط النتائج الضوء على أهمية مراقبة ليس فقط الكواكب التي يحتمل أن تكون صالحة للحياة، ولكن أيضًا الكواكب المتطرفة.

ومن خلال تحديد حدود البقاء في الغلاف الجوي، يقوم العلماء بتحسين معايير تحديد العوالم ذات الظروف الأكثر اعتدالًا. يوضح TOI-561 b أن الكون يحمل سيناريوهات غير متوقعة حتى في البيئات المعادية.

يستمر البحث باستخدام بيانات جديدة من Webb حول مرشحين آخرين مماثلين. تساعد كل ملاحظة في رسم صورة أكثر اكتمالاً لتكوين وتطور الكواكب خارج النظام الشمسي.