این سیاره گدازه‌ای عجیب، دانشمندان را با چالش بزرگی روبه‌رو کرده است

در میان اکتشافات شگفت‌انگیز تلسکوپ‌های فضایی کپلر و تس، سیاره‌های فراخورشیدی با دوره مداری بسیار کوتاه یا USP جایگاه ویژه‌ای دارند.

این سیاره‌ها با سرعت زیادی حرکت می‌کنند و کمتر از ۲۴ ساعت یک دور کامل به دور ستاره میزبان خود می‌چرخند. اخترشناسان باستانی عطارد را سیاره‌ای بسیار سریع می‌دانستند؛ زیرا این سیاره هر ۸۸ روز یک بار به دور خورشید می‌گردد. به همین دلیل، نام مرکوری را از خدای پیام‌رسان سریع‌السیر اساطیر روم باستان گرفت. البته آن‌ها نمی‌توانستند تصور کنند که عطارد در مقایسه با سیاره‌های USP تا چه اندازه کند حرکت می‌کند.

سرعت بالا تنها ویژگی غیرمعمول این سیاره‌ها نیست. نزدیکی بسیار زیاد آن‌ها به ستاره میزبان باعث می‌شود در معرض تابش شدید و مستقیم انرژی ستاره قرار بگیرند. بر اساس پیش‌بینی‌های علمی، چنین شرایطی باید موجب از بین رفتن جو این سیاره‌ها و پراکنده شدن آن در فضا شود.

با این حال، سیاره‌ای به نام TOI-561 b ظاهراً با این الگو تفاوت دارد. مشاهدات اولیه نشانه‌هایی از وجود جو در اطراف آن آشکار کرده بودند و مقاله‌ای در سال ۲۰۲۵ که بر اساس داده‌های محدود تلسکوپ فضایی جیمز وب تهیه شد، احتمال وجود جوی متشکل از مواد فرّاری مانند آب و دی‌اکسید کربن را مطرح کرد. اکنون گروهی از همان پژوهشگران دوباره این سیاره را بررسی کرده‌اند و با استفاده از تلسکوپ جیمز وب، جزئیات جو آن را با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار داده‌اند.

پژوهش جدید با عنوان جو بسیار بازتابنده در سیاره گدازه‌ای TOI-561b بر اساس منحنی‌های فازی ابزار NIRSpec تلسکوپ جیمز وب در نشریه اخترشناسی منتشر شده است. نویسنده اول این مقاله ساموئل بوشر از دپارتمان فیزیک و مؤسسه تروتیه برای پژوهش سیاره‌های فراخورشیدی در دانشگاه مونترال کانادا است.

پژوهشگران در مقاله خود نوشته‌اند

یکی از مهم‌ترین پرسش‌های علم سیاره‌های فراخورشیدی در حال حاضر این است که آیا سیاره‌های فراخورشیدی سنگی و کوچک می‌توانند جو داشته باشند یا خیر.

در صورت وجود چنین جوی، دانشمندان انتظار دارند منشأ آن ثانویه باشد، نه اینکه از زمان شکل‌گیری اولیه سیاره باقی مانده باشد. بخشی از گازهای موجود در جو ممکن است از طریق خروج گاز از درون سیاره یا تبادل مواد با لایه‌های داخلی آن تأمین شوند. این فرایندها شواهدی از فعالیت‌های درونی سیاره ارائه می‌دهند که از طریق مشاهدات مستقیم و دوردست قابل مشاهده نیستند. شناخت این پدیده‌ها برای درک چگونگی تحول سیاره‌های سنگی و شکل‌گیری شرایط مناسب برای حیات اهمیت دارد.

نکته جالب اینجاست که سیاره‌های سنگی با دوره مداری بسیار کوتاه شاید بهترین گزینه برای جست‌وجوی جوهای ثانویه و بررسی فرایندهای پنهان درون سیاره‌ای باشند. دلیل این موضوع آن است که سطح روز این سیاره‌ها احتمالاً پوشیده از اقیانوس‌های ماگما است. پژوهشگران معتقدند چنین محیطی می‌تواند به‌طور مداوم با جو تبادل مواد داشته باشد و منابع لازم برای حفظ آن را تأمین کند.

پژوهشگران در ادامه تأکید کرده‌اند

انتظار می‌رود سیاره‌های سنگی با دوره مداری فوق‌العاده کوتاه، به دلیل دریافت تابش شدید از ستاره میزبان خود، تقریباً تمام پوشش گازی قابل‌توجهشان را از دست بدهند. به همین دلیل، شناسایی اخیر جو در اطراف TOI-561 b بسیار شگفت‌انگیز است. این کشف بر اساس چگالی کلی سیاره و طیف تابش سمت روز آن انجام شد، اما مشاهدات منحنی فازی در طول یک مدار کامل، روش جامع‌تری برای تعیین وجود جو و بررسی ویژگی‌های آن فراهم می‌کنند.

در این پژوهش، محققان TOI-561 b را به مدت ۳۷ ساعت زیر نظر گرفتند. از آنجا که این سیاره هر ۱۰.۵ ساعت یک دور کامل به دور ستاره خود می‌چرخد، مدت زمان رصد معادل بیش از سه گردش کامل مداری بود. بنابراین، تلسکوپ جیمز وب فرصت مناسبی برای بررسی بخش‌های مختلف این سیاره به دست آورد. این مشاهدات داده‌های جامع‌تری درباره خود سیاره، جو احتمالی آن و فرایندهای پنهان درونی فراهم کردند.

مطالعات قبلی نشان داده بودند که دمای سمت روز TOI-561 b بسیار کمتر از مقداری است که برای یک سیاره سنگی بدون جو در چنین فاصله نزدیکی از ستاره انتظار می‌رود. برای توضیح این اختلاف تنها دو احتمال وجود داشت: یا بخش زیادی از گرمای دریافتی به فضا بازتاب می‌شد، یا جو سیاره انرژی حرارتی را به سمت شب منتقل می‌کرد. مشاهدات جدید در طول یک مدار کامل، برای نخستین بار امکان بررسی مستقیم سمت شب این سیاره را نیز فراهم کردند.

نتایج نشان دادند که سمت شب به اندازه کافی گرم نیست تا بتواند گرمای ازدست‌رفته سمت روز را دریافت کرده باشد. در نتیجه، به نظر می‌رسد حدود سه‌چهارم انرژی دریافتی به فضا بازتاب می‌شود. پژوهشگران برای درک بهتر این وضعیت، از یک مدل گردش عمومی جو یا GCM استفاده کردند و نتایج شبیه‌سازی را با داده‌های رصدی مقایسه کردند. آن‌ها در مقاله توضیح دادند که انتقال گرما به‌تنهایی نمی‌تواند میزان تابش مشاهده‌شده از سمت روز یا دامنه منحنی فازی را توضیح دهد. به همین دلیل، وجود منبعی با آلبدوی بالا، معادل ۰.۶، مانند ابرها یا مه جوی، محتمل به نظر می‌رسد.

لیزا دانگ، استاد دانشگاه واترلو در استان انتاریوی کانادا و مسئول اصلی این پروژه، درباره نتایج پژوهش گفت

ما تغییرات روشنایی و گرمای سیاره را در طول گردش مداری آن اندازه‌گیری کردیم. این روش که منحنی فازی نام دارد، نشان داد سیاره بخش قابل‌توجهی از نور ستاره خود را بازتاب می‌دهد و گرما در سراسر آن توزیع می‌شود، نه اینکه فقط در سمت رو به ستاره باقی بماند. مجموع این شواهد از وجود جو در اطراف سیاره حکایت دارد.

پژوهشگران همچنین دریافتند که چندین نوع ابر احتمالی می‌توانند در سمت روز این سیاره شکل بگیرند که از جمله آن‌ها می‌توان به ترکیبات منیزیم سیلیکات با فرمول MgSiO₃ و دی‌اکسید سیلیسیم با فرمول SiO₂ اشاره کرد. به‌ویژه دی‌اکسید سیلیسیم می‌تواند نقش مهمی در توضیح بازتابندگی بالای سیاره داشته باشد. محققان معتقدند این ترکیب احتمالاً همان منبع آلبدوی بالایی است که مدل گردش عمومی جو برای تطبیق با تابش مشاهده‌شده از سمت روز به آن نیاز دارد. چنین ابرهایی مانند یک ضدآفتاب طبیعی عمل می‌کنند و از سطح سیاره در برابر گرمای شدید ستاره محافظت به عمل می‌آورند.

این یافته‌ها تأییدی بر پژوهش‌های قبلی هستند و نشان می‌دهند TOI-561 b برخلاف انتظارات، هنوز جو قابل‌توجهی دارد. این موضوع درک فعلی دانشمندان از چگونگی تحول ابرزمین‌های سنگی با دوره مداری بسیار کوتاه را به چالش می‌کشد.

لیزا دانگ درباره اهمیت این کشف گفت

کشف ما نظریه‌های فعلی را به چالش می‌کشد. انتظار داشتیم یک سیاره سنگی با تابش شدید مانند TOI-561 b میلیاردها سال پیش جو خود را از دست داده باشد. با این حال، شواهد نشان می‌دهند که این سیاره هنوز هم جو قابل‌توجهی دارد.

پژوهشگران توضیح می‌دهند که بر اساس نظریه فرار جوی، ابرزمین‌هایی که در معرض تابش شدید قرار دارند، نباید پوشش قابل‌توجهی از مواد فرّار داشته باشند. این موضوع به‌ویژه از آن جهت شگفت‌انگیز است که بررسی‌های فعلی تلسکوپ جیمز وب از سیاره‌های فراخورشیدی سنگی، وجود جمعیتی از سیاره‌های بدون جو را محتمل نشان داده‌اند.

محققان خاطرنشان می‌کنند که بیشتر این سیاره‌ها به دور کوتوله‌های سرخ می‌چرخند، اما TOI-561 b میزبان ستاره‌ای از رده اواخر G و اوایل K است که شباهت بیشتری به خورشید دارد. سیاره‌های اطراف کوتوله‌های سرخ معمولاً تابش کمتری نسبت به TOI-561 b دریافت می‌کنند. بنابراین، باقی ماندن جو در این سیاره با وجود دریافت انرژی بیشتر، بسیار غیرمنتظره به نظر می‌رسد. پژوهشگران در این باره می‌نویسند: اگر سیاره‌های سنگی در شرایط تابشی متوسط کاملاً خشک و فاقد مواد فرّار شده باشند، انتظار می‌رود سیاره‌هایی مانند TOI-561 b که تابش شدیدتری دریافت می‌کنند نیز همین وضعیت را داشته باشند.

نویسندگان مقاله چند توضیح احتمالی برای این پدیده مطرح کرده‌اند. نخست اینکه TOI-561 b ممکن است در ابتدای شکل‌گیری، مقدار بسیار زیادی مواد فرّار در جو خود داشته باشد. در چنین شرایطی، این سیاره احتمالاً ابتدا یک زیرنپتون غنی از مواد فرّار بوده و به‌تدریج بخش زیادی از جو خود را از دست داده است.

احتمال دوم این است که جو فعلی سیاره از نوع ثانویه باشد. بر اساس این فرضیه، جوهای اولیه متشکل از هیدروژن و هلیوم آسان‌تر از بین می‌روند، اما جوهای ثانویه که بعدها از فعالیت‌های درونی سیاره شکل می‌گیرند، دوام بیشتری دارند.

مهاجرت مداری نیز می‌تواند در حفظ جو این سیاره نقش داشته باشد. اگر TOI-561 b در دوران جوانی ستاره میزبان، زمانی که تابش آن شدیدتر بود، در فاصله دورتری قرار داشت و بعدها به مدار نزدیک‌تری منتقل شده باشد، در مجموع انرژی کمتری دریافت کرده است. چنین شرایطی می‌توانسته از نابودی کامل جو آن جلوگیری کند.

در نهایت، پژوهشگران احتمال چهارمی را نیز مطرح کرده‌اند. بر اساس این سناریو، مواد فرّار موجود در جو اولیه هنگام شکل‌گیری سیاره به بخش‌های داخلی آن منتقل شده‌اند و بعدها از طریق فرایند خروج گاز دوباره به سطح و جو راه یافته‌اند.

محققان در این باره می‌نویسند

احتمال دارد وجود جو در TOI-561 b نتیجه ترکیبی از بیش از یکی از این سناریوها باشد.

صرف‌نظر از اینکه کدام فرضیه درست باشد، نتایج این پژوهش اهمیت زیادی دارند. احتمال چهارم، یعنی ذخیره شدن مواد تشکیل‌دهنده جو اولیه در بخش‌های داخلی سیاره طی مرحله اقیانوس ماگما و آزاد شدن دوباره آن‌ها در دوره‌های بعدی، به‌ویژه توجه دانشمندان را جلب کرده است. پژوهشگران معتقدند تعیین ترکیب شیمیایی جو ثانویه یک سیاره سنگی می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره تحول ژئوشیمیایی آن، از جمله وضعیت اکسایش و کاهش اقیانوس ماگما، در اختیار دانشمندان قرار دهد.

در پژوهش‌های آینده مشخص خواهد شد که کدام‌یک از این توضیحات یا ترکیبی از آن‌ها، علت اصلی باقی ماندن جو در TOI-561 b بوده است. بخشی از این تحقیقات نیز به مقایسه این سیاره با اجرام آسمانی شناخته‌شده‌تر اختصاص خواهد داشت.

لیزا دانگ درباره برنامه‌های آینده گروه پژوهشی گفت

پرسش مهم بعدی ما این است که آیا جو TOI-561 b شباهت بیشتری به جو زهره دارد یا به نسخه‌ای افراطی از قمر آیو شبیه است. رصد این سیاره در طول موج‌های بلندتر با استفاده از تلسکوپ جیمز وب می‌تواند اطلاعات بیشتری در اختیارمان قرار دهد و به توضیح این موضوع کمک کند که چگونه سیاره‌ای با چنین دمای بالایی توانسته میلیاردها سال جو خود را حفظ کند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.