اكتشفت اكتشافات الكواكب خارج الشمس في السنوات الأخيرة. في الواقع ، اعتبارًا من 1 أغسطس 2017 ، حدد علماء الفلك 3،639 كوكبًا خارجيًا في 2729 نظامًا كوكبيًا و 612 نظامًا كوكبيًا متعددًا. وعلى الرغم من اكتشاف كيبلر غالبية هذه الاكتشافات - التي اكتشفت ما مجموعه 5،017 مرشحًا وأكدت وجود 2،494 كوكبًا خارجيًا منذ عام 2009 - لعبت أدوات أخرى دورًا مهمًا في هذه الاكتشافات أيضًا.
وهذا يشمل تلسكوب هابل الفضائي ، الذي تم تخصيصه في السنوات الأخيرة لاكتشاف الأجواء المحيطة بالكواكب البعيدة. في الآونة الأخيرة ، تم استخدامه في مسح أنتج أقوى دليل حتى الآن على وجود طبقة الستراتوسفير - طبقة من الغلاف الجوي تزداد فيها درجة الحرارة مع الارتفاع - حول عملاق غاز يقع على بعد 900 سنة ضوئية من نظامنا الشمسي.
ظهرت الدراسة التي حملت عنوان "كوكب خارجي عملاق للغاز فوقي مع طبقة الستراتوسفير" في المجلة طبيعة. اعتمد الفريق بقيادة توماس إيفانز ، زميل باحث من مجموعة الفيزياء الفلكية بجامعة إكستر ، على البيانات التي قدمها تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا لدراسة كوكب يُعرف باسم WASP-121b ، وهو عملاق غاز يدور حول نجم أبيض أصفر أكبر بقليل من بلدنا.
يبلغ حجم كتلة كوكب المشتري 1.2 مرة تقريبًا ، ويبلغ نصف قطره حوالي 1.9 مرة من كتلة المشتري ، ولديه فترة مدارية 1.3 يومًا فقط. هذا بسبب قربها من الشمس ، مما يجعلها "كوكب المشتري الساخن" بشكل خاص. في الواقع ، إذا كان هذا الكوكب الخارجي أقرب إلى نجمه ، فمن المقدر أن جاذبية WASP-121 ستبدأ في تمزيقه.
كما أن هذا القرب هو الذي يسخن الغلاف الجوي للكوكب ، مما يؤدي إلى درجات حرارة تصل إلى 2500 درجة مئوية (4600 درجة فهرنهايت). وكما أشار مارك مارلي ، الباحث في مركز أميس لأبحاث ناسا والمؤلف المشارك في الدراسة ، في بيان صحفي لوكالة ناسا:
"هذه النتيجة مثيرة لأنها تظهر أن سمة مشتركة لمعظم الأجواء في نظامنا الشمسي - الستراتوسفير الدافئ - يمكن العثور عليها أيضًا في أجواء الكواكب الخارجية. يمكننا الآن مقارنة العمليات في أجواء الكواكب الخارجية بنفس العمليات التي تحدث في ظل مجموعات مختلفة من الظروف في نظامنا الشمسي. "
في حين أن هابل وجد علامات محتملة على ستراتوسفير حول WASP-33b والمشتري الحار الآخر في الماضي ، تقدم هذه الدراسة الجديدة أقوى دليل حتى الآن على وجود طبقة الستراتوسفير كوكب خارجي. يرجع السبب في ذلك إلى البيانات الطيفية التي حصل عليها هابل من الغلاف الجوي WASP-121b ، والتي أشارت إلى وجود بخار الماء - وهو الأول فيما يتعلق بالمشتري الحار.
وكما أوضح توم إيفانز - وهو أيضًا زميل باحث في جامعة إكستر والمؤلف الرئيسي على الورقة - فإن هذه النتائج أكدت شيئًا اشتبه فيه علماء الفلك لبعض الوقت. وقال "النماذج النظرية اقترحت أن الستراتوسفير قد يحدد فئة متميزة من الكواكب شديدة الحرارة ، مع آثار مهمة على فيزياء وكيمياء الغلاف الجوي". "ملاحظاتنا تدعم هذه الصورة."
لدراسة الستراتوسفير WASP-121b ، اعتمد الفريق على البيانات الطيفية التي جمعتها كاميرا هابل الميدانية العريضة 3. بعد تحليل الأطوال الموجية المختلفة التي كانت جزءًا من علاج ضوء WASP-121b ، لاحظوا أن أطوال موجية معينة كانت متوهجة إلى حد ما في نطاق الأشعة تحت الحمراء. وخلصوا إلى أن هذا يرجع إلى وجود بخار الماء في الجزء العلوي من الغلاف الجوي للكوكب.
وقال تيفاني كاتاريا ، أحد المؤلفين المشاركين في الدراسة من مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا: "انبعاث الضوء من الماء يعني ارتفاع درجة الحرارة مع الارتفاع". "نحن متحمسون لاستكشاف خطوط الطول التي يستمر فيها هذا السلوك مع ملاحظات هابل القادمة."
بالإضافة إلى كونها الحالة الأكثر إقناعًا حتى الآن لكوكب خارجي يحتوي على طبقة الستراتوسفير ، فإن WASP-121b مثير للاهتمام أيضًا بسبب مدى سخونة هذا المشتري الحار. بناءً على بياناتهم ، خلص الفريق إلى أن درجات الحرارة في الغلاف الجوي تزداد مع الارتفاع - وهي سمة مميزة للستراتوسفير. في طبقة الستراتوسفير الأرضية ، تُدار هذه العملية بواسطة الأوزون ، الذي يحبس الضوء فوق البنفسجي للشمس ويرفع درجة حرارة الجزيئات المحيطة.
ومع ذلك ، لا تتجاوز درجة حرارة الستراتوسفير الأرض 270 كلفن (-3 درجة مئوية ؛ 26.6 درجة فهرنهايت). عندما ينظر المرء إلى الكواكب الشمسية الأخرى التي لها أيضًا الستراتوسفير - مثل قمر زحل تيتان ، الذي يعاني من التسخين بسبب تفاعل الإشعاع الشمسي والجسيمات النشطة والميثان - لا تتغير درجات الحرارة بأكثر من 56 درجة مئوية (100 درجة فهرنهايت). ولكن في حالة WASP-121b ، تزداد درجات الحرارة في الستراتوسفير بنحو 560 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت).
حتى كوكب الزهرة الأكثر سخونة في المجموعة الشمسية لا يمكنه التنافس مع ذلك! على "كوكب الأخت" على الأرض ، تظل درجات الحرارة ثابتة عند حوالي 735 كلفن (462 درجة مئوية ؛ 863 درجة فهرنهايت) ، وهي ساخنة بما يكفي لإذابة الرصاص. ولكن في WASP-121b ، تصل درجات الحرارة إلى أربعة أضعاف ارتفاعها! وهذا يعني أن الغلاف الجوي للكوكب ساخن بما يكفي لإذابة الفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الأخرى - مثل البريليوم والبلاتين والزركونيوم.
في الوقت الحاضر ، لا يعرف العلماء الآن المواد الكيميائية التي تدفع زيادة درجة الحرارة هذه. تم اقتراح بعض الاحتمالات ، مثل أكسيد الفاناديوم وأكسيد التيتانيوم. لا يُعتقد فقط أن هذه المركبات شائعة للأقزام البنية (المعروفة أيضًا باسم "النجوم الفاشلة" ، التي تشترك كثيرًا مع عمالقة الغاز) ، ولكنها تتطلب أيضًا سخونة درجات الحرارة الممكنة من أجل إبقائها في حالة غازية.
على أي حال ، أثبتت هذه الشركة العملاقة للغازات البعيدة أنها دراسة حالة مثيرة للاهتمام. في المستقبل ، من المحتمل أن يتحدى البحث في هذا المشروع وغيره من "المشتريات الحارقة" ، فهمنا الحالي لكيفية تكوين أشكال الغلاف الجوي وتصرفها بمرور الوقت.
