يحدد المرصد الياباني الغلاف الجوي لجرم سماوي صغير خارج مدار بلوتو

سجل باحثون مرتبطون بالمرصد الفلكي الوطني في اليابان اكتشافا غير مسبوق يتعلق بحافة نظامنا الكوكبي. وحدد العلماء دليلا واضحا على وجود جو هش حول الجرم السماوي المفهرس رسميا باسم (612533) 2002 XV93. ويبلغ قطر الجسم الصخري الجليدي حوالي 500 كيلومتر. ويدور حول الشمس على مسافة تزيد عن 5.5 مليار كيلومتر. وتقع هذه المنطقة النائية في حزام كويبر، وهي منطقة أبعد حتى من مدار بلوتو.

وتم التقاط البيانات من خلال ظاهرة فلكية محددة تم تسجيلها في يناير 2024. وعملت فرق من علماء الفلك المحترفين والهواة معًا لمراقبة الحدث من قواعد أرضية مثبتة في مدن كيوتو وناغانو وفوكوشيما. أثناء الرصد، انخفض سطوع نجم الخلفية تدريجيًا، بدلاً من أن يختفي فجأة. يوفر نمط الانتقال الضوئي هذا التوقيع المادي اللازم لإثبات وجود طبقة غازية تحيط بالعالم الصغير البعيد.

ديناميات الاحتجاب النجمي وانكسار الضوء

وتتكون التقنية التي يستخدمها الفريق الياباني من تسجيل اللحظة الدقيقة التي يمر فيها جرم سماوي أمام نجم بعيد بالنسبة إلى وجهة نظر الأرض. تعمل هذه الطريقة مثل الكسوف الجزئي المكاني. إذا لم يكن للجسم الذي تم تحليله غلاف جوي، فإن الضوء الصادر من النجم الموجود في الخلفية سيختفي على الفور عندما تحجبه الصخور وسيعود للظهور بنفس السرعة. ومع ذلك، التقطت الأجهزة البصرية سلوكًا مختلفًا أثناء مرور (612533) 2002 XV93.

أظهرت السجلات الضوئية انتقالًا سلسًا في اللمعان استمر حوالي 1.5 ثانية. يشير هذا التغير التدريجي إلى أن ضوء النجم قد انكسر أثناء مروره عبر طبقة من الغاز قبل أن يحجبه الجسم الصلب تمامًا. يعمل انحناء الضوء مثل العدسة الطبيعية. سمحت مدة انخفاض السطوع للباحثين بحساب كثافة ومدى الغلاف الغازي حول الجسم العابر للنبتون.

وسلط العالم كو أريماتسو، قائد الدراسة، الضوء على الدور الأساسي لشبكة التعاون المنشأة بين المراصد الكبيرة والمواطنين المجهزين بتلسكوبات أصغر. وقد ضمن اتحاد نقاط المراقبة المتعددة المنتشرة عبر الأراضي اليابانية الدقة اللازمة للتحقق من صحة الحدث. تتيح تقنية الاحتجاب النجمي التقاط التفاصيل الهيكلية للأجسام الصغيرة التي قد يكون من المستحيل الحصول عليها حتى باستخدام التلسكوبات الفضائية الأكثر تقدمًا اليوم.

التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للكائن

كشف تحليل بيانات الضوء عن معلومات دقيقة حول الظروف القاسية التي يواجهها سطح الجسم السماوي. ويبلغ الضغط الجوي الذي يقدره علماء الفلك ما بين 5 ملايين و10 ملايين مرة أقل من الضغط المسجل عند مستوى سطح البحر على الأرض. على الرغم من الخلخلة الشديدة، فإن كمية الغاز كافية لتغيير انتشار ضوء النجوم. تشير النماذج الديناميكية الحرارية إلى أن الغازات الأكثر احتمالية لتكوين هذا الغلاف الجوي تشمل الميثان أو النيتروجين أو أول أكسيد الكربون.

إن الحجم الصغير للكائن يجعل الاكتشاف أكثر أهمية للمجتمع العلمي الدولي. (612533) يبلغ قطر 2002 XV93 حوالي 500 كيلومتر، وهو حجم متواضع بالمقارنة مع قطر بلوتو البالغ 2377 كيلومترًا. إن قدرة مثل هذا الجسم الصغير على الاحتفاظ بطبقة غازية تتحدى قوانين فيزياء الكواكب المطبقة حتى الآن على المنطقة الخارجية للنظام الشمسي.

• ويدور الجرم السماوي على بعد أكثر من 5.5 مليار كيلومتر من الشمس.
• تم الاكتشاف من خلال التلسكوبات الموجودة في كيوتو وناغانو وفوكوشيما.
• استمر زمن انكسار ضوء النجوم 1.5 ثانية بالضبط.
• الضغط الجوي المحسوب أقل بما يصل إلى 10 ملايين مرة من الضغط على الأرض.
• العناصر الكيميائية الميثان والنيتروجين هي المرشحين الرئيسيين في التركيبة.

إن وجود هذه العناصر المتطايرة في الحالة الغازية يتطلب درجة حرارة وضغط محددين. في البيئة المتجمدة لحزام كويبر، يجب أن تظل معظم الغازات في حالة صلبة، مترسبة على السطح على شكل جليد. يعد التسامي المستمر، أو الإطلاق النشط للمواد الداخلية، آليات ضرورية لتجديد الغلاف الجوي الهش، ومنعه من التبدد تمامًا في فراغ الفضاء على مدى آلاف السنين.

Leia Tambem

عالم فلكي يشرح الضوء الأبيض المسجل بعد سقوط نيزك بالقرب من بركان في الفلبين

يكشف الممثل الكوميدي ساكاموتو تشان عن شفاء مرض السكري من النوع الثاني بعد تغيير نمط الحياة

يقول آفي لوب إن اكتشاف الذكاء الفضائي يمكن أن يوحد البشرية وسط الأزمات العالمية

التحدي لنماذج تشكيل الكواكب

تاريخيًا، اعتقد العلماء أن مثل هذه الأجسام الصغيرة الباردة تفتقر إلى القدرة الجاذبية للحفاظ على غلاف جوي مستقر. إن الجاذبية الضعيفة لجسم يبلغ طوله 500 كيلومتر، بالإضافة إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، ساهمت في الفقد السريع لأي غاز في الفضاء الخارجي. يغير السجل الضوئي الجديد بشكل جذري هذه النظرة الراسخة لسلوك الأجسام العابرة للنبتون.

وإلى أن تم تأكيد هذا الحدث، ظل بلوتو المثال الوحيد المؤكد لجسم له غلاف جوي في تلك المنطقة من الفضاء. ونُشر البحث المفصل في المجلة العلمية Nature Astronomy، وهي إحدى المجلات الأكثر احتراما في هذا المجال. تمهد هذه الورقة الطريق لمراجعة كاملة للكتالوجات الفلكية وتشجع حملات المراقبة الجديدة التي تستهدف الأجسام الأصغر الأخرى في حزام كويبر.

ويعتبر خبراء الديناميكيات المدارية أن الظاهرة المكتشفة يمكن أن تشير إلى نشاط جيولوجي أكبر بكثير مما كان مفترضا سابقا على أطراف النظام الشمسي. ويشير وجود غلاف جوي نشط إلى أن المناطق الداخلية من هذه العوالم الصغيرة قد تحتوي على مصادر حرارية متبقية من وقت تكوين النظام الشمسي، والذي حدث قبل حوالي 4.6 مليار سنة.

فرضيات البراكين والتأثيرات المكانية

يعمل علماء الفيزياء الفلكية حاليًا على عمليتين رئيسيتين لشرح أصل وصيانة هذه الطبقة الغازية غير المتوقعة. تتضمن الفرضية الأولى حدوث ثوران البراكين الجليدية. على عكس البراكين الأرضية التي تقذف الصهارة الساخنة، تطلق البراكين الجليدية خليطًا من الماء والأمونيا والميثان من المناطق الداخلية الجليدية للكوكب القزم. تصل هذه المادة المتطايرة إلى السطح وتتسامى على الفور، مما يؤدي إلى تغذية الغلاف الجوي.

يشير السطر الثاني من التحقيق إلى حدث خارجي عنيف. قد يكون الاصطدام الأخير بجرم سماوي آخر أصغر، مثل مذنب أو كويكب طائش، قد أدى إلى تسخين سطح (612533) 2002 XV93. ستكون الطاقة الحركية الناتجة عن الاصطدام كافية لإذابة وتبخير الطبقات العميقة من الجليد، مما يؤدي إلى إطلاق سحابة من المواد المتطايرة التي ظلت محاصرة بسبب الجاذبية المحلية الضعيفة. وتخضع كلتا الفرضيتين لتقييم رياضي صارم من قبل مراكز الأبحاث.

ويعزز هذا الكشف الاهتمام الاستراتيجي لوكالات الفضاء في المهمات المستقبلية التي تستهدف المنطقة الخارجية. تحتوي الأجسام البدائية على أدلة كيميائية سليمة حول تكوين النظام الشمسي. إنها تمثل البقايا المجمدة للقرص الكوكبي الأولي الذي أدى إلى ظهور الأرض والكواكب العملاقة الأخرى. لم يعد يُنظر إلى حزام كويبر على أنه بيئة خاملة، بل يُنظر إليه الآن على أنه مساحة ديناميكية للعمليات الجيوفيزيائية المعقدة.