المرصد الياباني يحدد أجواء غير مسبوقة على جرم سماوي صغير إلى جانب بلوتو

وسجل باحثون مرتبطون بالمرصد الفلكي الوطني الياباني وجود غلاف جوي ضعيف حول الجرم السماوي (612533) 2002 XV93. ويبلغ قطر الجسم الصخري الجليدي حوالي 500 كيلومتر ويدور على بعد أكثر من 5.5 مليار كيلومتر من الشمس. وحدث هذا الاكتشاف في المنطقة المعروفة باسم حزام كويبر، وهي منطقة من النظام الشمسي تقع خارج مدار بلوتو. تمثل البيانات علامة فارقة في استكشاف الفضاء المعاصر.

وتم التعرف على الطبقة الغازية من خلال تحليل الاحتجاب النجمي المسجل في يناير 2024. وسمحت هذه الظاهرة الفلكية للعلماء بقياس انكسار الضوء من نجم بعيد أثناء مرور الجسم. فاجأت هذه النتيجة المجتمع العلمي الدولي. وحتى الآن، اعتبر الخبراء أنه من غير المرجح أن تحتفظ الأجسام ذات الأبعاد الصغيرة والجاذبية الضعيفة بأي نوع من الغلاف الغازي المستقر.

يكشف الاحتجاب النجمي عن طبقة غازية غير مسبوقة

وتتكون الطريقة التي يستخدمها الفريق العلمي من رصد اللحظة الدقيقة التي يمر فيها جرم سماوي أمام نجم في الخلفية. تعمل تقنية الاحتجاب النجمي مثل الكسوف المصغر وتوفر قياسات دقيقة لحجم وشكل الجسم المعترض. إذا لم يكن للجسم غلاف جوي، فإن ضوء النجم سيختفي على الفور ويعود فجأة. سجلت الأجهزة البصرية سلوكًا مختلفًا تمامًا أثناء مرور (612533) 2002 XV93.

أظهرت منحنيات الضوء التي التقطتها التلسكوبات انتقالًا سلسًا وتدريجيًا استمر حوالي 1.5 ثانية. يشكل الانخفاض التدريجي في لمعان النجوم التوقيع الكلاسيكي للانكسار الجوي. ويتعرض الضوء للانحراف أثناء مروره عبر طبقة الغاز التي تحيط بالجسم الصخري قبل أن يصل إلى عدسات الأجهزة الموجودة على الأرض. سمح التحليل التفصيلي لهذه الفترة الزمنية للباحثين بحساب كثافة وضغط الغلاف الغازي بهامش دقة كبير.

التعاون بين المراصد وعلماء الفلك الهواة

يعتمد نجاح المسعى العلمي على شبكة مراقبة منسقة في نقاط جغرافية مختلفة. قام الباحث كو أريماتسو، قائد الدراسة المنشورة في مجلة Nature Astronomy، بتنسيق فرق محترفة ومجموعات من المواطنين المهتمين بعلم الفلك. تم وضع التلسكوبات في مواقع استراتيجية في مواقع مثل كيوتو وناغانو وفوكوشيما. وقد أدى توزيع المعدات إلى ضمان التقاط الظاهرة من زوايا متعددة وتقليل هامش الخطأ الناجم عن تداخل الطقس المحلي.

يُظهر تضافر الجهود بين المؤسسات الأكاديمية والمراقبين المستقلين ديناميكية جديدة في البحث الفلكي الحديث. تتطلب مراقبة الاحتجابات النجمية تغطية إقليمية واسعة غالبًا ما تتجاوز قدرة مركز أبحاث واحد. وشكلت البيانات التي تم جمعها في وقت واحد في كيوتو وناغانو وفوكوشيما مجموعة معلومات قوية. أتاحت التقنية المشتركة اكتشاف التفاصيل الهيكلية التي سيكون من المستحيل تسجيلها باستخدام طرق المراقبة المباشرة التقليدية فقط.

• الجسم السماوي (612533) 2002 XV93 يبلغ قطره 500 كيلومتر.
• وبالمقارنة، يبلغ قطر الكوكب القزم بلوتو 2377 كيلومترا.
• استمر التحول المضيء للغاز لمدة 1.5 ثانية بالضبط.
• يصل الضغط الجوي المحسوب إلى مستويات قصوى من التخلخل.
• تمت المراقبة من عدة مدن يابانية.

وأكد الإسناد الترافقي للمعلومات التي تم الحصول عليها من محطات الرصد المختلفة اتساق الاكتشاف. وتشير الحسابات إلى أن الضغط الجوي لهذا الجسم أقل بما يتراوح بين 5 ملايين و10 ملايين مرة من الضغط المسجل على سطح الأرض. التركيب الدقيق للغاز لا يزال يتطلب المزيد من التحقيق. تشير النماذج النظرية إلى أن الطبقة الهشة يجب أن تتكون في الغالب من عناصر متطايرة مثل الميثان أو النيتروجين أو أول أكسيد الكربون في الحالة الغازية.

تحدي نماذج الاحتفاظ بالغلاف الجوي

إن تأكيد وجود جو في جسم يبلغ قطره 500 كيلومتر يتناقض مع النماذج التي وضعتها الفيزياء الفلكية التقليدية. وكانت النماذج السابقة تنص على أن الأجسام الصغيرة جدًا والبعيدة عن الشمس لا تمتلك قوة جاذبية كافية لحمل جزيئات الغاز. وينبغي لدرجات الحرارة المنخفضة للغاية في المنطقة أن تجبر أي مادة متطايرة على التجمد على الفور. واعتبر فقدان الغازات في فراغ الفضاء مصيرا لا مفر منه للأجسام في هذه الفئة.

كان الكوكب القزم بلوتو هو الاستثناء الوحيد المؤكد والجسم الوحيد عبر نبتون المعروف أنه يأوي غلافًا جويًا، حتى لو كان موسميًا. الاكتشاف الجديد في حزام كويبر يجبر العلماء على مراجعة المعادلات التي تحدد عتبة الكتلة المطلوبة للاحتفاظ بالغلاف الجوي. وتشير قدرة (612533) 2002 XV93 على الحفاظ على غلافه الغازي إلى وجود آليات تجديد مستمر. ويحتاج الغاز المفقود إلى الفضاء إلى استبداله بمصادر داخلية أو خارجية للحفاظ على الاستقرار المرصود.

فرضيات البراكين الجليدية والتأثيرات المكانية

يعمل الخبراء مع فرضيتين رئيسيتين لشرح أصل وصيانة الغلاف الجوي على الجسم البعيد. تتضمن النظرية الأولى حدوث انفجارات بركانية جليدية على سطح الجرم السماوي. تتكون البراكين الجليدية من طرد مواد مثل الماء أو الأمونيا أو الميثان في حالة سائلة أو غازية، مدفوعة بالحرارة الداخلية المتبقية. ومن شأن هذه العملية الجيولوجية النشطة أن تطلق الغازات المحتجزة في الجزء الداخلي الجليدي مباشرة إلى البيئة الخارجية، مما يؤدي إلى تجديد طبقة الغلاف الجوي باستمرار.

يشير السطر الثاني من التحقيق إلى أن الجو قد يكون نتيجة لحدث عنيف وقع مؤخرًا. إن الاصطدام عالي السرعة بجسم صغير آخر من حزام كويبر سيكون له القدرة على تبخير رواسب الجليد السطحية. ستحول الطاقة الحركية للاصطدام المادة الصلبة إلى غاز على الفور، مما يخلق سحابة مؤقتة حول الجسم الرئيسي. يظل كلا الاحتمالين قيد التقييم الدقيق من قبل العاملين في المرصد الفلكي الوطني في اليابان ومراكز البحوث الدولية الأخرى.

الآثار المترتبة على دراسة حزام كويبر

المقال التفصيلي في Nature Astronomy يغير الفهم العام لمحيط النظام الشمسي. غالبًا ما توصف المنطقة الواقعة خلف بلوتو بأنها مقبرة للصخور الخاملة والجليد الطافي الساكن. يشير وجود الغلاف الجوي في جسم ذي أبعاد متواضعة إلى وجود بيئة ديناميكية تخضع لتحولات فيزيائية معقدة. قد يكون النشاط الجيولوجي أو تواتر التأثيرات أكبر بكثير من التقديرات الأولية المتوقعة لهذه المنطقة الغامضة.

تعمل الأجرام السماوية الموجودة في حزام كويبر ككبسولات زمنية لعلم الفلك. وهي تحتفظ بالتركيب الكيميائي الأصلي للقرص الكوكبي الأولي الذي أدى إلى نشوء الشمس والكواكب منذ مليارات السنين. يوفر اكتشاف الغازات المتطايرة في (612533) 2002 XV93 أدلة مهمة حول توزيع المواد في وقت مبكر من تكوين النظام الشمسي. وتساعد دراسة هذه البقايا البدائية على تتبع خريطة تطور الكواكب من البدايات إلى التكوين الحالي.

يقود هذا الاكتشاف التخطيط لحملات مراقبة جديدة تركز على الأجسام الصغيرة العابرة للنبتون. يعتزم علماء الفلك تطبيق تقنية الاحتجاب النجمي بشكل متكرر لرسم خريطة لأهداف محتملة أخرى في نفس الحي الكوني. إن تحسين التلسكوبات الأرضية وإطلاق البعثات الفضائية الروبوتية المستقبلية قد يؤكد ما إذا كانت الظاهرة شذوذًا معزولًا أم سمة مشتركة. يكشف الاستكشاف المستمر لحدود النظام الشمسي عن مستويات جديدة من التعقيد في عوالم كانت تعتبر ذات يوم قطعًا بسيطة من الجليد.