سیاره فراخورشیدی فوق‌داغ، ابرهای فلزی و جواهرات مایع در جو خود دارد

سیاره فراخورشیدی غول‌آسایی در فاصله‌ی ۸۵۵ سال نوری شرایط بسیار عجیبی دارد. این سیاره دارای ابرهایی از فلزات تبخیرشده و باران یاقوت و یاقوت کبود مایع است. ستاره‌شناسان با بررسی جو این سیاره به دقیق‌ترین تحلیل موجود رسیدند و برای اولین بار شرایط و متغیرهای سمت شب دائمی سیاره فراخورشیدی را آشکار کردند. به گفته‌ی توماس میکال ایوانس، ستاره‌شناس مؤسسه‌ی نجوم ماکس پلانک در آلمان:

با وجود کشف هزاران سیاره فراخورشیدی، به دلیل اهمیت چالش‌برانگیز رصدها تنها جو بخش کوچکی از سیاره‌ها را بررسی کردیم. حالا می‌خواهیم فراتر از عکس‌برداری از بخش‌های مشخص جو سیاره‌های فراخورشیدی برویم و به صورت سیستم‌های سه‌بعدی و واقعی آن‌ها را مطالعه کنیم.

سیاره فراخورشیدی یادشده یکی از مشهورترین و بهترین نمونه‌های مطالعه است که تاکنون مشاهده شده است. این سیاره WASP-121 b نامیده می‌شود که برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ کشف شد. این غول گازی دارای جرم ۱٫۱۸ برابر و اندازه‌ی ۱٫۸۱ برابر سیاره مشتری است و مدار ستاره‌اش را تنها در ۱/۲۷ روز کامل می‌کند. دو سال پس از کشف این سیاره، دانشمندان استراتوسفر آن را شناسایی کردند.

بااین‌حال ممکن نیست WASP-121 b سکونت پذیر باشد. با وجود چنین مدار نزدیکی به ستاره، سیاره به‌شدت داغ است و طیف دمای آن بین ۱۲۲۷ تا ۲۷۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد متغیر است. اندازه و مجاورت WASP-121 b به ستاره‌ی میزبانش آن را در دسته‌ی مشتری‌های داغ قرار می‌دهد. این غول‌های گازی در کمتر از ده روز به دور ستاره‌شان می‌چرخند. از میان ۵۰۰۰ سیاره فراخورشیدی تأییدشده، بیش از ۳۰۰ سیاره به این گروه تعلق دارند اما WASP-121 b یکی از اولین نمونه‌های مشتری‌های فراداغ است.

نقشه‌ی دمایی WASP-121 b که از نوع سیاره‌های مشتری داغ است

WASP 121 b به دلیل فاصله‌ی نزدیک، دارای قفل جزر و مدی نسبت به ستاره‌اش است. درنتیجه همیشه یک طرف این سیاره رو به ستاره‌اش قرار دارد؛ به‌طوری‌که یک طرف همیشه روز و سمت دیگر به صورت دائمی شب است. بررسی‌های قبلی روی جو WASP-121 b نشان‌دهنده‌ی بخار فلزهای سنگین در سمت روز این سیاره هستند.

بررسی سمت شب سیاره اندکی دشوار است زیرا این سمت ده برابر تاریک‌تر از سمت روز است. میکال ایوان و تیم او برای رسیدن به اطلاعات دقیق درباره‌ی کل سیاره فراخورشیدی از تلسکوپ فضایی هابل برای رصد دو مدار کامل WASP 121 b استفاده کردند و داده‌های سمت روز و سمت شب را برای بررسی عملکرد جوی ترکیب کردند. طیف متغیر و دقیق نوری به آن‌ها اجازه داد چرخه‌ی آبی کامل سیاره فراخورشیدی را برای اولین بار رصد و بازسازی کنند. به گفته‌ی میکال ایوانس:

شاخصه‌ی آبی سیاره را رصد کردیم و از تغییرات آن در سمت‌های مختلف مدار سیاره نقشه‌برداری کردیم. بدین‌ترتیب اطلاعاتی را درباره‌ی دمای جو سیاره در ارتفاعات مختلف به دست می‌آوریم.

روی سیاره‌ی زمین، چرخه‌ی آبی شامل گذارهای فازی بخار، مایع و جامد (یخ) است. در سیاره‌ی WASP-121 b حتی در سمت شب هم دما برای هر دو فاز جامد یا مایع آب بسیار بالا است. در سمت روز که دما به ۲۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد، اتلاف انرژی مولکول‌های آبی باعث درخشش آن‌ها در طیف‌های فروسرخ می‌شود. همچنین دمای بالا باعث تجزیه‌ی مولکول‌های آب به هیدروژن و اکسیژن می‌شود.

سمت شب بسیار سردتر است گرچه بازهم نسبت به استانداردهای زمینی داغ است و دمای آن به ۱۲۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. این تفاوت دمای چشمگیر بین دو نیم کره باعث ایجاد اختلاف فشار دائمی می‌شود. درنتیجه بادهایی سرتاسر سیاره به وجود می‌آیند که مولکول‌ها و اتم‌های آب را با خود جابه‌جا می‌کنند. به گفته‌ی تانسو دایلان از MIT:

این بادها بسیار سریع‌تر از جریان‌های تندبادی روی زمین هستند و حتی می‌توانند ابرهای کل سیاره را در مدت زمان تقریبی ۲۰ ساعت جابه‌جا کنند.

وقتی بادها به سمت شب WASP-121 b برسند، دما در این قسمت به اندازه‌ی کافی پائین است تا آب قبل از رسیدن به سمت روز سیاره به بخار تبدیل شود؛ اما آب به ابر تبدیل نمی‌شود. بلکه پژوهش جدید نشان می‌دهد دماهای سمت شب به اندازه‌ی کافی پائین هستند تا ابرها از فلزاتی که قبلا در جو WASP-121 b شناسایی شده‌اند، تشکیل شوند. این فلزها عبارت‌اند از: وانادیوم، آهن، کروم، کلسیم، سدیم، منیزیم و نیکل؛ اما جالب‌تر از همه هیچ آلومینیوم یا تیتانیومی در کار نیست.

چرخه‌ی آبی عجیب و ابرهای فلزی در سیاره WASP-121 b

به عقیده‌ی پژوهشگرها این عناصر می‌توانند به هم فشرده شوند و به داخل جو WASP 121 b نفوذ کنند که در آن قابل شناسایی نخواهند بود. آلومینیوم ممکن است با اکسیژن ترکیب شده و کروندوم معدنی را تشکیل دهد. کروندوم نوعی کریستال است که از آلومینیوم اکسید تشکیل می‌شود. این ماده روی زمین وقتی با مقادیری از فلزهای دیگر مثل وانادیوم، آهن، کروم یا تیتانیوم ترکیب می‌شود جواهراتی مثل یاقوت و یاقوت کبود را می‌سازد.

درنتیجه ممکن است باران‌هایی از جنس جواهرات ارزشمند روی WASP-121 b ببارند. گرچه باران الماس روی سطح اورانوس و نپتون هم می‌بارد در هر صورت نمی‌توان این مواد ارزشمند را برداشت کرد اما نمونه‌ی WASP 121 b نشان می‌دهد تنوع بالایی در جهان‌های فراخورشیدی وجود دارد.

برای اولین بار می‌توانیم مولکول کربن را در جو این سیاره اندازه‌گیری کنیم. مقدار کربن و اکسیژن موجود در جو سرنخ‌هایی را درباره‌ی شکل‌گیری سیاره‌ها فراهم خواهند کرد.

پژوهش این تیم در Nature Astronomy منتشر شد.