في تصور هذا الفنان، يظهر الجسم الشبيه بالكوكب المكتشف مؤخرًا، والملقب بـ “سيدنا”، حيث يتواجد عند الحدود الخارجية للنظام الشمسي المعروف. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائيلاحظ علماء الفلك ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبرواكتشاف الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات المعقدة. تعمل هذه الاكتشافات على تحسين فهمنا للأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي وتسلط الضوء على قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي في استكشاف الفضاء.
ال حزام كويبرتعد المنطقة الشاسعة الواقعة على حافة نظامنا الشمسي والتي يسكنها عدد لا يحصى من الأجسام الجليدية، بمثابة كنز من الاكتشافات العلمية. كشف وتوصيف كائنات حزام كويبر (KBO)، ويسمى أحيانًا الأجسام العابرة للنبتون (شمال غرب البلاد) أدى إلى فهم جديد لتاريخ النظام الشمسي. يعد ترتيب أجسام حزام كايبر مؤشرًا لتيارات الجاذبية التي شكلت النظام الشمسي ويكشف عن تاريخ ديناميكي للهجرات الكوكبية. منذ أواخر القرن العشرين، أراد العلماء إلقاء نظرة فاحصة على أجسام حزام كويپر لمعرفة المزيد عن مداراتها وتكوينها.
ملاحظات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي
تعد دراسة الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي أحد الأهداف العديدة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). استخدام البيانات التي حصل عليها ويب بالقرب من مطياف الأشعة تحت الحمراء (NIRSpec)، قام فريق دولي من علماء الفلك برصد ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبر: سيدنا، جونجونج وكوار. كشفت هذه الملاحظات عن العديد من الأشياء المثيرة للاهتمام حول مداراتها وتكوينها، بما في ذلك الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات العضوية المعقدة التي يُعتقد أنها نتاج تشعيع الميثان.
وقاد البحث جوشوا إيمري، أستاذ علم الفلك وعلوم الكواكب في جامعة شمال أريزونا. وانضم إليه باحثون من ناسامركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) معهد الفيزياء الفلكية الفضائية (جامعة باريس ساكلاي). معهد بينهيدال معهد فلوريدا للفضاء (جامعة سنترال فلوريدا). مرصد لويلال معهد أبحاث الجنوب الغربي (سويري)، و معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI)، الجامعة الأمريكية. وجامعة كورنيل. تم نشر نسخة أولية من مقالتهم على الإنترنت وتتم مراجعتها للنشر بواسطة إيكاروس.
منذ آخر تحليق لها بالقرب من جسم أروكوث في حزام كويبر، قامت مهمة نيو هورايزنز باستكشاف أجسام حزام كويبر وأجرت عمليات رصد للغلاف الشمسي والفيزياء الفلكية. حقوق الصورة: ناسا/JHUAPL/SwRI//رومان تكاتشينكو
تاريخ استكشاف حزام كويبر
على الرغم من كل التقدم في علم الفلك والمستكشفين الآليين، إلا أن ما نعرفه عن منطقة ما وراء نبتون وحزام كويبر لا يزال محدودًا. حتى الآن، مهمة الدراسة الوحيدة أورانوس, نبتونوكانت أقمارهم الصناعية الرئيسية هي المسافر 2 المهمة التي حلقت فوق هذين العملاقين الجليديين في عامي 1986 و1989 على التوالي. علاوة على ذلك، آفاق جديدة كانت المهمة أول مركبة فضائية للدراسة بلوتو وأقمارها الصناعية (في يوليو 2015) والوحيدة التي واجهت جسمًا في حزام كويبر، وهو ما حدث في 1 يناير 2019، أثناء تحليقها فوق حزام كويبر المعروف باسم أروكوث.
توقعات علماء الفلك لـ JWST
وهذا هو أحد الأسباب العديدة التي تجعل علماء الفلك ينتظرون بفارغ الصبر إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي. بالإضافة إلى دراسة الكواكب الخارجية والمجرات الأولى للكون، تم توجيه قدرات التصوير القوية بالأشعة تحت الحمراء أيضًا نحو الفناء الخلفي لنا، لتكشف عن صور جديدة لـ المريخ, كوكب المشتريو له أكبر الأقمار الصناعية. من أجل دراستهم، قام إيمري وزملاؤه بمراجعة بيانات الأشعة تحت الحمراء القريبة التي حصل عليها ويب على ثلاثة كواكب في حزام كويبر: سيدنا، جونجونج، وكوار. يبلغ قطر هذه الأجسام حوالي 1000 كيلومتر (620 ميل)، مما يجعلها في المنطقة تسمية IAU للكواكب القزمة.
رؤى حول الكواكب القزمة
وكما قال إيمري لموقع Universe Today عبر البريد الإلكتروني، فإن هذه الأجسام مثيرة للاهتمام بشكل خاص لعلماء الفلك بسبب أحجامها ومداراتها وتركيباتها. وقد احتفظت الأجسام الأخرى بعد نبتون – مثل بلوتو وإيريس وهوميا وماكيماكي – بالجليد المتطاير على أسطحها (النيتروجين والميثان وما إلى ذلك). الاستثناء الوحيد هو هوميا، الذي فقد مواده المتطايرة أثناء الاصطدام الكبير (على ما يبدو). وكما قال إيمري، فقد أرادوا معرفة ما إذا كانت Sedna وGonggong وQuaoar تحتوي أيضًا على مواد متطايرة مماثلة على أسطحها:
“لقد أظهر العمل السابق أنهم قد يكونون قادرين على ذلك. على الرغم من أن جميعها ذات أحجام متشابهة تقريبًا، إلا أن مداراتها مختلفة. سيدنا هو جسم داخلي في سحابة أورت يبلغ حضيضه الشمسي 76 وحدة فلكية وأوجه حوالي 1000 وحدة فلكية، ويقع Gonggong أيضًا في مدار إهليلجي للغاية، حيث يبلغ حضيضه الشمسي 33 وحدة فلكية وأوجه حوالي 100 وحدة فلكية، ويقع كوار في مدار دائري نسبيًا قريب من 43 وحدة فلكية. الاتحاد الأفريقي. تضع هذه المدارات الأجسام في أنظمة درجات حرارة وبيئات إشعاعية مختلفة (سيدنا، على سبيل المثال، يقضي معظم وقته خارج الغلاف الشمسي للشمس). أردنا أن ندرس كيف يمكن لهذه المدارات المختلفة أن تؤثر على الأسطح. هناك أيضًا جليديات أخرى مثيرة للاهتمام ومواد عضوية معقدة على السطح.
صور من إحدى مراقبتي شبكة PRISM لـ Sedna وGonggong وQuoar. الائتمان: إيمري، جي بي وآخرون. (2023)
باستخدام بيانات من أداة Webb NIRSpec، لاحظ الفريق الأجسام الثلاثة في وضع المنشور منخفض الدقة بأطوال موجية تتراوح من 0.7 إلى 5.2 ميكرومتر (ميكرومتر)، ووضعهم جميعًا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. تم إجراء ملاحظات إضافية على Quaoar من 0.97 إلى 3.16 ميكرومتر باستخدام شبكات متوسطة الدقة بعشرة أضعاف الدقة الطيفية. كشفت الأطياف الناتجة عن بعض الأشياء المثيرة للاهتمام حول هذه الأجسام TNO والتركيبات السطحية، كما قال إيمري:
“لقد وجدنا الإيثان (C2H6) بكثرة على الجثث الثلاث، وخاصة على سيدنا. تقدم سيدنا أيضًا الأسيتيلين (C2H2) والإيثيلين (C2H4). ترتبط الوفرة بالمدار (معظمها في سيدنا، وأقلها في جونجونج، وأقلها في كواوار)، وهو ما يتوافق مع درجات الحرارة النسبية وبيئات الإشعاع. هذه الجزيئات هي نتاج التشعيع المباشر للميثان (CH4). ولو كان الإيثان (أو غيره) موجودًا على الأسطح لفترة طويلة، لكان قد تحول إلى جزيئات أكثر تعقيدًا عن طريق التشعيع. وبما أننا لا نزال نراها، فإننا نشك في أن غاز الميثان (CH4) يجب أن يتجدد بشكل منتظم إلى حد ما على الأسطح.
تتوافق هذه النتائج مع تلك المقدمة في دراستين حديثتين بقيادة الدكتور ويل جراندي، عالم الفلك في مرصد لويل والباحث المشارك في مرصد ناسا. آفاق جديدة المهمة، وكريس جلين، عالم الكواكب والكيمياء الجيولوجية في SwRI. في كلتا الدراستين، قام جروندي وجلين وزملاؤهما بقياس نسب الديوتيريوم إلى الهيدروجين (D/H) في الميثان على إيريس وماكيماكي، وخلصوا إلى أن الميثان لم يكن بدائيًا. وبدلاً من ذلك، يجادلون بأن النسب ناتجة عن معالجة غاز الميثان في داخلهم وإطلاقه إلى السطح.
وقال إيمري: “نعتقد أن الأمر نفسه قد ينطبق على سيدنا وجونجونج وكوار”. “نرى أيضًا أن أطياف Sedna وGonggong وQuaoar تختلف عن أطياف أجسام حزام كويپر الأصغر. كانت هناك مناقشات في مؤتمرين عُقدا مؤخرًا أظهرت بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي من أجسام حزام كايبر الصغيرة مجمعة في ثلاث مجموعات، لا تشبه أي منها Sedna وGonggong وQuoar. تتوافق هذه النتيجة مع حقيقة أن أكبر ثلاث أجسام لدينا لها تاريخ مختلف من الطاقة الحرارية الأرضية.
مقارنة بين أكبر ثمانية أجسام TNO مع الأرض (كلها على نطاق واسع). الائتمان: ناسا / المعجم
الآثار المترتبة على النتائج
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار مهمة على دراسة أجسام حزام كايبر، وأجرام خلف نبتون وغيرها من الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي. ويتضمن ذلك معلومات جديدة حول تكوين الأجسام خارج خط التجمد في الأنظمة الكوكبية، والذي يشير إلى الخط الذي تتجمد بعده المركبات المتطايرة. في نظامنا الشمسي، تتوافق منطقة ما بعد نبتون مع خط النيتروجين، حيث ستحتفظ الأجسام بكميات كبيرة من المواد المتطايرة مع نقاط تجمد منخفضة جدًا (مثل النيتروجين والميثان والأمونيا). وقال إيمري إن هذه النتائج توضح أيضًا نوع العمليات التطورية التي تعمل في الهيئات في هذه المنطقة:
“يمكن أن يكون التأثير الرئيسي هو تحديد الحجم الذي أصبحت فيه أجسام حزام كويپر دافئة بدرجة كافية لإعادة المعالجة الداخلية للجليد البدائي، وربما حتى لتمييزها. يجب أن نكون أيضًا قادرين على استخدام هذه الأطياف لفهم المعالجة الإشعاعية للجليد السطحي في النظام الشمسي الخارجي بشكل أفضل. ويمكن للدراسات المستقبلية أيضًا أن تدرس بمزيد من التفصيل الاستقرار المتقلب وإمكانية وجود أجواء في هذه الأجسام في أي جزء من مداراتها.
تسلط نتائج هذه الدراسة الضوء أيضًا على قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي أثبت نفسه عدة مرات منذ بدء تشغيله في أوائل العام الماضي. كما تذكرنا أيضًا أنه بالإضافة إلى تمكين رؤى جديدة وتحقيق اختراقات في الكواكب البعيدة والمجرات والبنية واسعة النطاق للكون، يستطيع ويب أيضًا الكشف عن أشياء حول ركننا الصغير من الكون.
وأضاف إيمري: “إن بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي رائعة”. “لقد سمحوا لنا بالحصول على أطياف بأطوال موجية أطول مما يمكننا الحصول عليه من الأرض، مما سمح باكتشاف هذه الجليدات. في كثير من الأحيان، عند المراقبة في نطاق طول موجي جديد، يمكن أن تكون البيانات الأولية ذات جودة رديئة للغاية. لم يفتح تلسكوب جيمس ويب الفضائي نطاقًا جديدًا من الأطوال الموجية فحسب، بل قدم أيضًا بيانات ذات جودة رائعة وحساسة لمجموعة من المواد الموجودة على أسطح النظام الشمسي الخارجي.
مقتبس من مقال نشر في الأصل بتاريخ الكون اليوم.
المرجع: “قصة ثلاثة كواكب قزمة: الجليد والمواد العضوية في سيدنا، غونغونغ، وكواوار من التحليل الطيفي لـ JWST” بقلم جي بي إيمري، آي. وونغ، آر. برونيتو، جي سي كوك، ن. بينيلا-ألونسو، جي أيه ستانسبيري، بي جي هولر ، WM Grundy، S. Protopapa، AC Souza-Feliciano، E. Fernández-Valenzuela، JI Lunine and DC Hines، 26 سبتمبر 2023، الفيزياء الفلكية > الفيزياء الفلكية الأرضية والكواكب.
أرخايف:2309.15230
