غالبًا ما يختلف الغلاف الجوي الذي تبدأ به معظم الكواكب عن الغلاف الجوي الذي ينتهي به الأمر. ستكون معظم الغازات الموجودة في تكوين النظام الشمسي هي الهيدروجين والهيليوم. لكن نظرة سريعة على الكواكب الصخرية في نظامنا الشمسي تظهر ثلاثة أغلفة جوية مختلفة (وواحدة ضعيفة جدًا) ، مع كون الهيدروجين والهيليوم مكونين ثانويين نسبيًا. ومع اكتسابنا القدرة على النظر إلى الغلاف الجوي للكواكب الخارجية ، يجب أن يكون لدينا منظور أكبر لجميع الطرق التي يمكن أن تتغير بها الأغلفة الجوية مع تقدم عمر كواكبها.
أبلغ فريق دولي من علماء الفلك هذا الأسبوع عن العثور على غلاف جوي على كوكب لا تتوقع وجوده. ويشير علماء الفلك إلى أن هذا هو في الواقع الغلاف الجوي الثاني على الكوكب ، والذي نتج عن النشاط البركاني بعد أن تبخر الأول في وقت مبكر من تاريخ الكوكب.
تصوير الأجواء
بشكل عام ، ليس لدينا حاليًا التكنولوجيا لتصوير الكواكب الخارجية إلا إذا كانت كبيرة جدًا ، صغيرة جدًا ، وعلى مسافة كبيرة من النجم الذي يدور حوله. ومع ذلك ، لا يزال بإمكاننا الحصول على فكرة عما يوجد في غلافهم الجوي. للقيام بذلك ، نحتاج إلى مراقبة كوكب يعبر خط الرؤية بين الأرض ونجمها. أثناء العبور ، تنتقل نسبة صغيرة من ضوء النجم عبر الغلاف الجوي للكوكب في طريقها إلى الأرض ، وتتفاعل مع الجزيئات الموجودة هناك.
تترك هذه الجزيئات بصمة على طيف الضوء الذي يصل إلى الأرض. هذا توقيع ضعيف للغاية ، لأن معظم ضوء النجم لا يرى الغلاف الجوي أبدًا. ولكن من خلال دمج البيانات من عدة أيام من المراقبة ، من الممكن إبراز توقيع الضوضاء هذا.
هذا ما فعله العلماء مع GJ 1132b ، وهو كوكب خارجي يدور حول نجم صغير على بعد حوالي 40 سنة ضوئية من الأرض. يبلغ حجم الكوكب تقريبًا حجم الأرض وحوالي 1.5 مرة من كتلته. كما أنه يدور بالقرب من نجمه المضيف ، ويكمل مدارًا كاملاً في 1.6 يوم فقط. هذا قريب بما يكفي للتأكد من أنه على الرغم من النجم الداكن الصغير ، فإن GJ 1132b ساخن للغاية.
إنه قريب جدًا وساخن جدًا ، في الواقع ، لدرجة أن الباحثين يقدرون أنه يفقد حاليًا حوالي 10000 كيلوغرام من الغلاف الجوي في الثانية. نظرًا لأنه كان من المتوقع أن يكون النجم المضيف أكثر إشراقًا في وقت مبكر من تاريخه ، يقدر الباحثون أن GJ 1132b كان من الممكن أن يفقد الغلاف الجوي ذي الحجم المعقول خلال المائة مليون سنة الأولى من وجوده. في الواقع ، على مدار عمر الكوكب ، يقدر الباحثون أنه ربما فقد غلافًا جويًا يزن حوالي خمسة أضعاف الكتلة الحالية للكوكب – وهو نوع الشيء الذي يمكنك رؤيته إذا كان الكوكب المتبقي هو جوهر الكوكب. مصغرة نبتون.
(هناك شكوك في هذه الأرقام ، اعتمادًا على عدد المرات التي يرسل فيها نجمه جزيئات عالية الطاقة وقوة المجال المغناطيسي للكوكب. لكنها ليست كبيرة بما يكفي لإبقاء الغلاف الجوي في مكانه لكوكب الخمسة مليارات بأكمله. قصة من السنة.)
لذلك ، ربما تفاجأ الباحثون عندما اكتشفوا أنه بناءً على بيانات هابل ، يبدو أن للكوكب غلاف جوي.
كيف حدث ذلك هنا؟
أحد التفسيرات المحتملة لذلك هو أن الكوكب تشكل على مسافة أقل برودة من النجم ، ثم هاجر إلى الداخل. لكن هذا يعني أننا اكتشفنا GJ 1132 b في نافذة زمنية ضيقة نسبيًا: بين الاقتراب بدرجة كافية من النجم لفقد غلافه الجوي ، ولكن قبل أن يسخن هذا الغلاف الجوي في الفضاء. من الأفضل أن يكون الكوكب قد تشكل بالقرب من مكان وجوده وولد غلافًا جويًا ثانيًا بعد ضياع الأول.
لحسن الحظ ، تمكنت البيانات التي قدمها هابل من إعطاء فكرة عما يوجد في الغلاف الجوي. يعطي التوقيع الذي تتركه الجزيئات في الغلاف الجوي في ضوء النجوم مؤشراً على ما يمكن أن تكون عليه. هذه الدلالات معقدة – لأن هناك العديد من الجزيئات التي تتداخل توقيعاتها جزئيًا في بعض مناطق الطيف ولكن ليس في مناطق أخرى – وهي تعقد أكثر. لكن من الممكن النظر إلى الإشارة من الغلاف الجوي للكوكب وتحديد مجموعات من الجزيئات المتوافقة مع هذه الإشارة.
وجد الباحثون أنه من المحتمل أن يكون هناك رذاذ في الغلاف الجوي. ولن يكون تركيبه مفاجئًا حقًا على كوكب آخر: في الغالب الميثان والإيثان والهيدروجين وسيانيد الهيدروجين. لكن تذكر ، السبب في أن هذا الغلاف الجوي مثير للاهتمام هو أن الكوكب كان يجب أن يفقد غلافه الجوي في وقت مبكر من تاريخه – وكان يجب أن يرافقه كل الهيدروجين.
الصهيرة
ومع ذلك ، يقترح فريق البحث حلاً محتملاً لهذه المعضلة. في بداية تاريخ الكوكب ، كان يجب أن يكون له غلاف جوي غني بالهيدروجين وسطح كان عبارة عن محيط من الصهارة. اقترحت الدراسات الحديثة أن كمية كبيرة من الهيدروجين يمكن أن ينتهي بها الأمر مخزنة في الصهارة ، وعندما يبرد الكوكب ، يتم حصره تحت القشرة.
لكن يحتمل ألا يكون محاصرا إلى الأبد. يقترح علماء الفلك أن الكوكب يجب أن يكون حارًا جزئيًا بسبب الكميات الكبيرة من الإشعاع الذي يلتقطه من نجمه القريب للغاية ، ولكن أيضًا بسبب قوى المد والجزر التي تمارسها جاذبية النجم على قشرته. يجب أن يكون هذا كافيًا للحفاظ على القشرة رقيقة ومرنة ، مما يسمح للبراكين على نطاق واسع. لذلك ، يقترحون أن الغلاف الجوي الحالي يمكن أن يتشكل ويتجدد من خلال النشاط البركاني ، مع تكوين الصهارة الغنية بالهيدروجين تكوينها المميز.
من الواضح أن هذا لن يكون أسهل شيء يمكن تأكيده ، على الرغم من أن وصول تلسكوب جيمس ويب الفضائي سيفتح مناطق جديدة من الطيف لتوفير تحكم مستقل في التكوين التقديري للغلاف الجوي. لكن أفضل تحكم سيكون ببساطة هو رؤية هذا النوع من الغلاف الجوي الثانوي يظهر على الكواكب الخارجية الأخرى. وبالنظر إلى الاهتمام بصور الغلاف الجوي ، فقد لا نضطر إلى الانتظار طويلاً.
ملف arXiv. رقم مجردة: 2103.05657 (حول arXiv). لتظهر في المجلة الفلكية.
