تلسکوپ جیمز وب تایید کرد: درونی‌ترین سیاره منظومه تراپیست ۱ فاقد جو چشمگیر است

درحال‌حاضر، ما سیاره‌های فراخورشیدی فراوانی را کشف کرده‌‌ایم که تحت عنوان کلی «زمین‌مانند» قرار می‌گیرند. این جهان‌ها سنگی هستند و بسیاری‌شان با گردش در فاصله‌ی مناسب از ستاره‌های میزبان خود، بالقوه دمایی متوسط دارند. بااین‌حال «همانندی» این سیاره‌ها به زمین اغلب به همین‌جا ختم می‌شود. در بسیاری از موارد، ما اصلا نمی‌دانیم که آن‌ها جو دارند یا خیر و وجود اثر گلخانه‌ای بدان معنی است که جو می‌تواند تاثیر زیادی بر دمای سیاره داشته باشد. درنتیجه دسته‌بندی «زمین‌مانند» می‌تواند چشم‌اندازهای جهنمی خشک و سوزان مانند زهره با جو ضخیم و همچنین دشت‌های خشک و یخ‌زده با جوی رقیق مانند مریخ را دربرگیرد.

بااین‌حال فرصت تصویربرداری از جو سیاره‌های فراخورشیدی به‌تدریج درحال فراهم‌شدن است. به‌گزارش ارزتکنیکا، پژوهشگران به‌تازگی نتایج مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب از سیاره‌ای سنگی را منتشر کردند که به‌دور ستاره‌ای نزدیک می‌چرخد. یافته‌ها حاکی از آن است که این سیاره جو ناچیزی دارد و عمدتا گرمای ناشی از پخته‌شدن به‌وسیله‌ی ستاره‌ی نزدیک خود را ساطع می‌کند.

تراپیست ۱ ستاره‌ای کوچک و قرمز (در اصطلاح نجومی کوتوله‌ای فوق‌سرد) است که تقریبا ۴۰ سال نوری از زمین فاصله دارد. هرچند خود ستاره معمولی و فاقد ویژگی خاصی است، به‌دلیل داشتن تعداد زیادی سیاره، درخورتوجه محسوب می‌شود. دانشمندان تاکنون درمجموع هفت سیاره را در اطراف تراپیست ۱ شناسایی کرده‌اند که همگی‌شان درست مانند جهان‌های واقع در قسمت درونی منظومه شمسی، اجرامی سنگی و کوچک هستند. با وجود آنکه ستاره نور بسیار کمی از خود ساطع می‌کند، تمام سیاره‌ها در محدوده‌ای نزدیک‌تر از عطارد به خورشید، گرد هم جمع شده‌اند.

این نزدیکی موجب شده است که تعدادی از سیاره‌ها در ناحیه‌ای به نام منطقه سکونت‌پذیر قرار بگیرند؛ محدوده‌ای که در آن، گرمای منتشرشده از ستاره می‌تواند امکان وجود آب مایع را روی سطح سیاره فراهم کند؛ اما این مسئله، درصورت وجود جو به ویژگی‌های آن بستگی دارد و بنا به برخی دلایل، سیاره‌های بسیار نزدیک به ستارگان کوتوله سرخ، ممکن است به‌کلی فاقد جو باشند. کوتوله سرخ در یک میلیارد سال نخست شکل‌گیری خود، مستعد فوران‌های شدید است و این فوران‌ها می‌توانند هر نوع جوی را که به‌وسیله‌ی میدان‌های مغناطیسی قدرتمند محافظت نمی‌شوند، از بین ببرند.

همچنان این احتمال وجود دارد که فرایندهای زمین‌شناسی بتوانند پس از آرام‌شدن ستاره، جوی ثانیه ایجاد کنند. اما این جوها احتمالا غنی از اکسیژن یا دی‌اکسید کربن هستند و مولکول‌های حاوی هیدروژن در آن‌ها اندک است.

درنتیجه، تراپیست ۱ فرصتی فوق‌العاده را فراهم می‌کند تا برخی از ایده‌هایمان درباره‌ی جو سیاره‌های فراخورشیدی را بیازماییم. تلسکوپ‌های فضایی هابل و اسپیتزر هردو از مقداری از نور تراپیست ۱ که هنگام گذر سیاره‌ها از بین زمین و ستاره از نزدیکی برخی از آن‌ها عبور می‌کند، تصویربرداری کرده‌اند. اما این مشاهدات هیچ نشانه‌ای از جو ارائه نکردند و این مسئله، تعیین ضخامت هر نوع گاز موجود برفراز این سیاره‌ها را با محدودیت رو‌برو کرد. مشکل بعدی این است که در اندازه‌گیری‌ها عدم قطعیت‌های زیادی وجود دارد.

اما اکنون تلسکوپ فضایی جیمز وب با آینه‌ی عظیم و سخت‌افزار تصویربرداری پیشرفته‌ی خود از راه رسیده و فرصت تازه‌ای برای نگاه دوباره به برخی از سیاره‌های منظومه تراپیست ارائه داده است.

جیمز وب آنقدر حساس است که نوع کاملا متفاوتی از مشاهده را امکان‌پذیر می‌کند. اغلب تلاش‌ها برای تصویربرداری از جو سیاره‌های فراخورشیدی به نور ستاره‌ی میزبان که از کنار سیاره‌ها و درنتیجه درصورت وجود جو از درون آن عبور می‌کند، متکی هستند. این روش وابسته به آن است که سیاره از مقابل ستاره‌ی میزبان گذر کند.

اما پژوهشگران در مطالعه‌ی خود به گذر سیاره از پشت ستاره (رویدادی که با عنوان گرفتگی ثانویه شناخته می‌شود) اتکا کرده‌اند. در این روش، تلسکوپ اندکی قبل و بعد از «گرفتگی ثانویه»، هم نور خود ستاره و هم نورهای ساطع‌شده یا بازتابیده‌شده از سیاره را دریافت می‌کند.

مطالعه‌ی اخیر بر درونی‌ترین سیاره‌ی منظومه تراپیست به نام TRAPPIST-1b متمرکز بود؛ جایی که ستاره تقریبا هزار برابر روشن‌تر از هر نوری است که باید از سیاره ببینیم. خوشبختانه، تراپیست ۱ بی هر یک روز و نیم مدار خود را کامل می‌کند و فرصت‌های زیادی را برای تصویربرداری از گرفتگی ثانویه‌اش فراهم می‌کند.

پژوهشگران توانستند با استخراج نور اضافی که هنگام عزیمت سیاره به سمت دیگر، شناسایی‌پذیر است و همچنین تخمین نور بازتابیده‌شده‌ی ستاره، تعیین کنند که چقدر تابش فروسرخ از خود سیاره فراخورشیدی ساطع می‌شود و درنتیجه دمای آن را اندازه‌گیری کنند. نتایج محاسبات حاکی از آن است که دمای سیاره ۲۳۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است و درنتیجه احتمالا هیچ جوی در آنجا وجود ندارد.

تراپیست ۱ بی آنقدر به ستاره‌ی خود نزدیک است که در قفل کشندی گرفتار شده؛ بدین معنا که یک طرف آن همیشه رو به ستاره و طرف دیگر در تاریکی دائمی است. سمت روز سیاره همواره درحال جذب نور و ساطع‌کردن گرما است و دانشمندان از همین سمت برای تصویربرداری قبل و بعد از گرفتگی ثانویه استفاده کردند.

اگر جو وجود داشته باشد، مقداری از گرمای ساطع‌شده از سمت رو به ستاره را جذب و به سمت دیگر حمل خواهد کرد. این انتقال گرما باید دمای سمت رو به خورشید را قدری کاهش دهد؛ اما براساس تصویربرداری‌ها، دمای مشاهده‌پذیر آن سمت تقریبا همان مقداری است که انتظار می‌رود درصورت بازگشت مستقیم تمام انرژی دریافت‌شده به فضا، بر سیاره حاکم باشد.

پژوهشگران همچنین هیچ نشانه‌ای از دی‌اکسید کربن که باید در طول موج‌های تصویربرداری‌شده نشان داده می‌شد، پیدا نکردند. بنابراین تا آنجا که داده‌ها نشان می‌دهند، هیچ نشانه‌ای از جو برفراز تراپیست ۱ بی وجود ندارد. بااین‌حال هنوز مقداری عدم قطعیت در داده‌ها به چشم می‌خورد. درنتیجه پژوهشگران تخمین می‌زنند که جوی به اندازه‌ی کافی ضخیم برای تولید ۰٫۱ بار فشار می‌تواند وجود داشته باشد. این مقدار تقریبا یک‌دهم ضخامت جو زمین و بسیار چگال‌تر از جو مریخ است. بنابراین هرچند این سیاره چندان سکونت‌پذیر محسوب نمی‌شود، پتانسیل سکونت‌پذیری آن همچنان چشمگیرتر از دو سیاره‌ی دیگر منظومه شمسی است.

نتایج با این ایده که فعالیت شدید در تاریخ اولیه‌ی ستارگان کوتوله می‌تواند جو تازه‌شکل‌گرفته به همراه سیاره‌ها را از بین ببرد، مطابقت دارند. بااین‌حال، هنوز خیلی زود است که این فرض را به‌عنوان قانون درنظربگیریم. هنوز ۶ سیاره‌ی دیگر در منظومه‌ی تراپیست ۱ وجود دارند و پژوهشگران می‌خواهند پیش از تعمیم یافته‌ها، آن‌ها را نیز بررسی کنند.

یافته‌های پژوهشگران ۲۷ مارس در نشریه نیچر منتشر شد.