نگاه به نیمه‌ی تاریک سیاره‌ای فراخورشیدی بارانی از جواهر را آشکار کرد
سمت شب یک سیاره‌ی فراخورشیدی احتمالا میزبان ابرهای آهنی، باران تیتانیوم و جواهر و بادهایی است که تندبادهای زمین در برابر آن نسیم محسوب می‌شوند.
اخترشناسان مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) واضح‌ترین دید را از نیمه‌ی همیشه تاریک یک سیاره‌ی فراخورشیدی که به‌صورت جزرومدی به ستاره‌ی میزبان خود قفل شده است، به‌دست آورده‌اند. مشاهدات آن‌ها، همراه با اندازه‌گیری ویژگی‌های سمت روز دائمی سیاره، نخستین نمای دقیق از جو سراسری یک سیاره‌ی فراخورشیدی را ارائه می‌دهد.
«توماس میکال-ایوانز» (Thomas Mikal-Evans) سرپرست مطالعه‌ای در این رابطه گفت: «ما اکنون فراتر از گرفتن عکس‌های جداگانه از مناطق خاصی از جو سیاره‌های فراخورشیدی حرکت می‌کنیم تا آن‌ها را به‌عنوان سیستم‌های سه‌بعدی و همان‌طور که واقعا هستند، بررسی کنیم.»
سیاره‌ای که در مرکز مطالعه‌ی جدید که ۲۱ فوریه (۲ اسفند) در نشریه‌ی «نیچر استرونومی» (Nature Astronomy) منتشر شد، WASP-121b نام دارد که یک غول گازی عظیم با ابعاد تقریبا دو برابر مشتری است. این سیاره از طبقه‌بندی مشتری داغ در سال ۲۰۱۵ در حال گردش به دور ستاره‌ی در فاصله‌ی ۸۵۰ سال نوری از زمین کشف شد.
WASP-121b یکی از کوتاه‌ترین مدارهای سیاره‌ای کشف شده تاکنون را دارد و تنها در ۳۰ ساعت به دور ستاره‌ی خود می‌چرخد. این سیاره همچنین به‌صورت جزرومدی به ستاره قفل شده است، به‌طوری که همیشه یک سمت آن رو به ستاره است و گداخته می‌شود و سمت دیگر همیشه رو به فضا قرار دارد و تاریک است.
«تانسو دیلان» (Tansu Daylan) دیگر همکار این مطالعه گفت: «مشتری‌های داغ برای داشتن سمت روز بسیار روشن، مشهور هستند اما در سمت شب داستان متفاوت است. سمت شب WASP-121b حدود ۱۰ برابر کم‌نورتر از سمت روز آن است.»
مطالعه‌ی جدید تصویر بسیار دقیق‌تری را از این نیمه‌ی سیاره ثبت کرده است. پژوهشگران توانستند تغییرات چشمگیر دما را از روز تا شب ترسیم کنند و ببینند که دما چگونه با ارتفاع تغییر می‌کند. آن‌ها همچنین حضور آب را در جو ردیابی کردند و برای نخستین بار نشان دادند که آب چگونه بین دو نیمه‌ی روز و شب یک سیاره در گردش است.»
در حالی که روی زمین، آب ابتدا تبخیر، سپس به صورت ابرها متراکم می‌شود و سپس باران می‌بارد اما در WASP-121b چرخه‌ی آب بسیار شدیدتر است: در روز اتم‌های تشکیل‌دهنده‌ی آب در دمای بیش از ۳۰۰۰ کلوین (بیش از ۳۲۷۳ درجه‌ی سانتی‌گراد) از هم جدا می‌شوند. این اتم‌ها به سمت شب هدایت می‌شوند. سپس دماهای پایین‌تر باعث ترکیب دوباره‌ی اتم‌های هیدروژن و اکسیژن می‌شود و مولکول‌های آب دوباره به سمت روز بازمی‌گردند و این چرخه تکرار می‌شود. این تیم پژوهشی محاسبه کرده است که چرخه‌ی آب سیاره توسط بادهایی که اتم‌ها را با سرعت ۵ کیلومتر بر ثانیه به دور سیاره می‌چرخانند، ادامه می‌یابد.
WASP-121b
Credit:NASA
همچنین به‌نظر می‌رسد که تنها چرخه‌ی آب در سراسر سیاره وجود ندارد. اخترشناسان دریافتند که سمت شب به اندازه‌ای سرد است که می‌تواند میزبان ابرهای عجیب از آهن و کُرندوم (ماده‌ی معدنی تشکیل‌دهنده‌ی یاقوت و یاقوت کبود) باشد. این ابرها، مانند بخار آب ممکن است به سمت روز حرکت کنند و دمای بالا باعث تبخیر فلزات به شکل گاز شود و بارانی مانند جواهر مایع از ابرهای کرندوم (Corundum) ببارد.
به گفته‌ی میکال-ایوانز با این مشاهدات نمایی سراسری از وضعیت هواشناسی یک سیاره‌ی فراخورشیدی دریافت می‌کنیم. نویسندگان این پژوهش، شامل همکارانی از MIT، دانشگاه جان هاپکینز، مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا و دیگر مؤسسات علمی هستند.
تغییرات روز و شب
سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-121b با استفاده از یک دوربین طیف‌سنجی روی تلسکوپ فضایی هابل رصد شد. این ابزار نور یک سیار و ستاره‌ی آن را مشاهده و آن را به طول موج‌های تشکیل‌دهنده تجزیه می‌کند که شدت آن به ستاره‌شناسان سرنخ‌هایی از دما و ترکیب جو می‌دهد.
با مطالعات طیف‌سنجی، دانشمندان جزئیات جوی را در سمت روز بسیاری از سیارات فراخورشیدی مشاهده کرده‌اند. اما انجام همین کار برای سمت شب بسیار دشوارتر است زیرا نیاز به مشاهده‌ی تغییرات کوچک در کل طیف سیاره هنگام گردش پیرامون ستاره‌ی مادر دارد.
برای مطالعه‌ی تازه، تیم پژوهشی WASP-121b را در طول دو مدار کامل یکی در سال ۲۰۱۸۱ و دیگری در سال ۲۰۱۹ مشاهده کرد. برای هر دو مشاهدات، پژوهشگران توسط داده‌های نوری به دنبال یک خط خاص یا ویژگی‌های طیفی بودند که حضور بخار آب را نشان می‌داد. میکال-ایوانز گفت: «ما این ویژگی مرتبط با آب را دیدیم و چگونگی تغییر آن در بخش‌های مختلف سیاره را ترسیم کردیم که دمای جو سیاره را بر اساس ارتفاع نشان می‌دهد.»
این تغییرات ویژگی‌های آب به تیم کمک کرد تا مشخصات دمایی را در روز و شب بیابند. دامنه‌ی دمای روز از ۲۵۰۰ کلوین (۲۵۷۳ درجه‌ی سانتی‌گراد) تا ۳۵۰۰ کلوین در بالاترین لایه‌ی آن متغیر است. سمت شب اما دمایی از ۱۸۰۰ کلوین تا ۱۵۰۰ کلوین در جو فوقانی دارد. نکته‌ی جالب توجه این است که در سمت روز یک وارونگی گرمایی وجود دارد و دما با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد اما در سمت شب افزایش دما متناسب با کاهش ارتفاع است.
پژوهشگران برای شناسایی مواد شیمیایی که احتمالا در جو سیاره با توجه به ارتفاعات و دماهای خاص وجود دارند، نقشه‌های دمایی را با مدل‌های مختلف مقایسه کردند. این مدل‌سازی نشانه‌هایی از ابرهای فلزی مانند آهن، کراندوم و تیتانیوم را در سمت شب نشان داد. این تیم همچنین دریافت که داغ‌ترین منطقه‌ی سیاره، به سمت شرق منطقه‌ی زیر ستاره‌ای، که درست زیر ستاره‌ی مادر قرار دارد، منتقل شده است و این موضوع احتمالا بر اثر بادهای شدید است. میکال-ایوانز توضیح داد: «گاز در نقطه‌ی زیر ستاره‌ای گرم می‌شود اما پیش از اینکه دوباره بتواند به فضا تابش کند، به سمت شرق می‌وزد.»
با توجه به اندازه‌ی این جابه‌جایی دانشمندان تخمین می‌زنند که سرعت باد حدود ۵ کیلومتر بر ثانیه است. دیلن که کار قبلی روی این سیاره را با کمک TESS پیش برده است، گفت: «این بادها بسیار سریع‌تر از جریان‌های جت روی زمین هستند و احتمالا می‌توانند ابرها را طی ۲۰ ساعت در سراسر سیاره جابه‌جا کنند.»
اخترشناسان اکنون برای رصد WASP-121b در اواخر سال ۲۰۲۲ زمانی را از تلسکوپ فضایی جیمز وب رزرو کرده‌اند و امیدوارند که بتوانند تغییرات را نه تنها در بخار آب، بلکه همچنین در کربن مونوکسید که احتمال می‌دهند در جو این سیاره‌ی فراخورشیدی وجود داشته باشد، به‌دست آورند.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از سیاره‌ی فراخورشیدی WASP-121b
Credit: Mikal Evans
منبع: SciTechDaily
