عادة، عندما نفكر في الكواكب الخارجية، نفكر في مجالات أنيقة تطفو مباشرة أمام نجمها، والذي يعمل بمثابة ضوء كشاف عملاق. ومع ذلك، من وجهة نظرنا، ستبدو وكأنها دائرتين مثاليتين ثنائي الأبعاد أكثر من كونها كرة. لكن الطبيعة لا تكاد تكون نظيفة إلى هذا الحد. توضح ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Nature Astronomy من قبل باحثين في جامعة كورنيل وجامعة بريستول، أول دراسة على الإطلاق لكوكب خارج المجموعة الشمسية غير متوازن بشكل ملحوظ.
كان الكوكب، WASP-17 b، هو الكوكب المفضل للباحثين عن الكواكب الخارجية منذ اكتشافه في عام 2009. ويقع على بعد حوالي 1300 سنة ضوئية في كوكبة العقرب، وهو ما نسميه الآن “كوكب المشتري الساخن” – ولكنه نسخة متطرفة من تلك الفئة. يبلغ طول عامه أربعة أيام فقط، وعلى الرغم من أن كتلته تبلغ حوالي نصف كتلة كوكب المشتري، إلا أنه منتفخ إلى ما يقرب من ضعف قطره، مما يمنحه كثافة تعادل الستايروفوم. ولكن بما أنه كبير جدًا وساخن، فهو يوفر مختبرًا طبيعيًا للعلماء لاختبار النظريات حول الغلاف الجوي للكواكب الخارجية.
تركز أبحاث الكواكب الخارجية التقليدية على تحليل ضوء النجوم الذي يرشح عبر الغلاف الجوي للكوكب، ومتوسطه على كامل الصورة الظلية للكوكب لتكوين صورة للغلاف الجوي للكوكب بأكمله. هذه التقنية، التي تسمى التحليل الطيفي للإرسال، مفيدة للغاية عند محاولة فهم التركيب الكيميائي العام للغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية. لكنها تتعامل مع الكوكب كحلقة موحدة، متجاهلة تمامًا الكيمياء المنفصلة التي قد تحدث بين جانب الصباح، وجانب المساء، أو حتى القطبين.
يناقش فريزر وباميلا الطقس على الكواكب الخارجية.
ولتمكين التمايز الذي يسمح لهم برؤية الغلاف الجوي في تلك الأجزاء المحددة من الكوكب، استخدم فريق البحث، بقيادة ليلي أندرسون من جامعة بريستول، تقنية تسمى سلاسل الإرسال. ويستخدم برنامج نمذجة متخصص يسمى هارمونيكا لنمذجة الصورة الظلية للكوكب مثل حلقة قابلة للتعديل بدلاً من دائرة ثابتة. عندما يدخل الكوكب ويخرج من مرحلة العبور، يحسب النموذج كيفية تغير سماكة الغلاف الجوي حول حوافه، ثم يحلل الأطوال الموجية من الضوء الذي يمر عبر تلك الزوايا المختلفة.
بالنسبة لهذه الورقة على وجه التحديد، حصل الباحثون على الوقت الكافي لاستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي كانت كاميرته التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء مناسبة بشكل فريد لهذه المهمة، والتي تتمتع بدقة عالية بما يكفي لتكون قادرة على التمييز بين حواف الغلاف الجوي للكوكب. ما وجدوه كان بالضبط ما توقعوه، الغلاف الجوي للكوكب WASP-17 b غير متماثل للغاية. الكوكب نفسه مغلق مديًا، لذا فإن الفرق في درجة الحرارة بين جانب النهار والجانب الليلي هائل، حيث قفز من 858 كلفن عند حافة الكوكب الصباحية إلى 1522 كلفن عند نهاية المساء – وهو فرق قدره 650 كلفن بين جانبي الكوكب.
كما سيخبرك أي فصل فيزياء في المدرسة الثانوية، يتمدد الغاز الساخن. ومع هذا الاختلاف الكبير في درجات الحرارة، سيكون هذا التوسع ملحوظًا. عند حافة نهاية المساء الأكثر سخونة، توسع الغلاف الجوي إلى 1.8 مرة حجم الجانب الصباحي، وفقًا للصحيفة. من وجهة نظر ويب، يبدو الكوكب أشبه ببيضة تجلس على جانبها أكثر من كونه كرة مثالية.
يشرح فريزر كواكب المشتري الساخنة مع الدكتورة هيذر كنوتسون
جزء من هذا التوسع الجوي مدفوع بالطقس. تمتلك الكواكب المقفلة مديًا تيارات نفاثة ضخمة تنتقل شرقًا على طول خط الاستواء للكوكب، وتنقل الغاز الساخن من الجانب النهاري الحار إلى الجانب الليلي الأكثر برودة. بينما يكون في الجانب الليلي المظلم، فإنه يبرد بشكل ملحوظ، مما يسمح للجو بالهواء.
ولكن حتى في ظل هذه الرياح القوية، يبدو أن المواد الكيميائية التي يتكون منها الغلاف الجوي متوازنة بشكل جيد نسبيًا. وتظهر الورقة أن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون منتشرون بالتساوي في جميع أنحاء محيط الكوكب، ويظلون ثابتين حتى بين خط الاستواء والقطبين. ومع ذلك، يبدو أيضًا أن هناك بعض التغييرات في التركيب الكيميائي مباشرة عند القطبين عندما يتعلق الأمر بغاز الميثان وثاني أكسيد الكبريت، اللذين يبدو أنهما أفضل في البقاء بعيدًا عن التيارات النفاثة للكوكب.
وهذه ريشة أخرى في قدرتنا على فهم هذا العالم المدروس جيدًا. في الآونة الأخيرة، قام علماء الفلك برسم خريطة لحرارة الأشعة تحت الحمراء من جانبه النهاري، ودرسوا توهجه الليلي أثناء تسليطه لتلك الحرارة، وحتى أنهم التقطوا لمحات من بلورات الكوارتز الصغيرة العائمة في غلافه الجوي العلوي. يمكننا الآن إضافة خريطة تفصيلية لحجم الغلاف الجوي وتركيبته إلى واحدة من أكثر المناظر ثلاثية الأبعاد اكتمالًا للغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية على الإطلاق.
من المحتمل ألا يكون هذا هو الكوكب الأخير الذي سيحصل على نفس النوع من التدقيق. في حين أن البحث يمثل المرة الأولى التي يُظهر فيها كوكب ما أنه “غير متساوٍ”، فإن ويب والتلسكوبات الأكثر قوة المخطط لها في وقت لاحق من هذا القرن قادرة على تقديم هذه الرؤية للكثير من الكواكب الخارجية الأخرى. إنها مسألة وقت فقط قبل أن نفهم حقًا حجم وشكل بعض جيراننا من النجوم بشكل أفضل من أي وقت مضى.
يتعلم أكثر:
كورنيل – سحب الخيوط: طريقة جديدة تحدد الشكل الحقيقي لكوكب خارج المجموعة الشمسية
إل. أندرسون وآخرون – خريطة مكانية للطرف الجوي لكوكب المشتري الساخن
UT – الغلاف الجوي لـ WASP-17b
UT – كوكب خارج المجموعة الشمسية شديد الحرارة ويحتوي على سحب مصنوعة من الكوارتز
