سجل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية هدفًا آخر أولاً: صورة جزيئية وكيميائية لسماء عالم بعيد. في حين أن ويب والتلسكوبات الفضائية الأخرى، بما في ذلك وكالة ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية تلسكوب هابل الفضائي، والتي كشفت سابقًا عن مكونات معزولة للغلاف الجوي لهذا الكوكب الساخن، فإن القراءات الجديدة توفر قائمة كاملة من الذرات والجزيئات وحتى علامات الكيمياء النشطة والسحب. تشير أحدث البيانات أيضًا إلى الكيفية التي قد تبدو بها هذه السحب عن قرب: متفككة بدلاً من أن تكون بطانية واحدة موحدة فوق الكوكب.
تم تدريب أدوات التلسكوب الحساسة على الغلاف الجوي لكوكب WASP-39 b، وهو "كوكب زحل الحار" (كوكب ضخم مثل زحل ولكن في مدار أضيق من عطارد) يدور حول نجم يبعد حوالي 700 سنة ضوئية. هذا بحجم زحل كوكب خارج المجموعة الشمسية كانت واحدة من أولى التجارب التي قامت وكالة ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية/وكالة الفضاء الكندية بفحصها جيمس ويب تليسكوب الفضاء عندما بدأت العمليات العلمية المنتظمة. لقد أثارت النتائج حماسة مجتمع علوم الكواكب الخارجية. قدمت أدوات ويب الحساسة بشكل رائع لمحة عن مكونات الغلاف الجوي للكوكب WASP-39 b وحددت عددًا كبيرًا من المحتويات، بما في ذلك ماءوثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون والصوديوم والبوتاسيوم.
تبشر النتائج بالخير فيما يتعلق بقدرة أدوات ويب على إجراء مجموعة واسعة من التحقيقات حول الكواكب الخارجية - الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى - والتي يأمل المجتمع العلمي في إجرائها. يتضمن ذلك فحص الغلاف الجوي للكواكب الصخرية الأصغر مثل تلك الموجودة في نظام TRAPPIST-1.
"لقد لاحظنا الكوكب الخارجي باستخدام العديد من الأدوات التي تغطي معًا مساحة واسعة من طيف الأشعة تحت الحمراء ومجموعة من البصمات الكيميائية التي لم يكن من الممكن الوصول إليها حتى JWST." قالت ناتالي باتالها، عالمة الفلك في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، التي ساهمت وساعدت في تنسيق البحث الجديد. "مثل هذه البيانات تغير قواعد اللعبة."
تم تفصيل مجموعة الاكتشافات في مجموعة من خمس أوراق علمية جديدة، ثلاثة منها قيد النشر واثنتان منها قيد المراجعة. ومن بين الاكتشافات غير المسبوقة هو الاكتشاف الأول في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية ثاني أكسيد الكبريتوهو جزيء ينتج من تفاعلات كيميائية ناجمة عن ضوء عالي الطاقة من النجم الأم للكوكب. وعلى الأرض، يتم إنشاء طبقة الأوزون الواقية في الغلاف الجوي العلوي بطريقة مماثلة.
"هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها دليلاً ملموسًا على الكيمياء الضوئية - التفاعلات الكيميائية التي يبدأها الضوء النجمي النشط - على الكواكب الخارجية". قال شانغ مين تساي، الباحث في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية التي تشرح أصل ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي لـ WASP-39 b. "أرى أن هذا يمثل نظرة واعدة حقًا لتعزيز فهمنا للموضوع أجواء كوكب خارج المجموعة الشمسية مع [هذه المهمة]."
وأدى ذلك إلى سابقة أخرى: حيث قام العلماء بتطبيق نماذج حاسوبية للكيمياء الضوئية على البيانات التي تتطلب شرحًا كاملاً لهذه الفيزياء. ستساعد التحسينات الناتجة في النمذجة في بناء المعرفة التكنولوجية اللازمة لتفسير العلامات المحتملة للصلاحية للسكن في المستقبل.
"يتم نحت الكواكب وتحويلها عن طريق الدوران داخل الحمام الإشعاعي للنجم المضيف" قال باتالها. "على الأرض، تسمح هذه التحولات للحياة بالازدهار."
قرب الكوكب من نجمه المضيف – أقرب بثماني مرات منه ميركوري هو لدينا تعرض جيد للشمس - يجعله أيضًا مختبرًا لدراسة تأثيرات الإشعاع الصادر من النجوم المضيفة على الكواكب الخارجية. إن المعرفة الأفضل بالارتباط بين النجم والكوكب يجب أن تؤدي إلى فهم أعمق لكيفية تأثير هذه العمليات على تنوع الكواكب التي يتم رصدها في المجرة.
تشمل مكونات الغلاف الجوي الأخرى التي اكتشفها تلسكوب ويب الصوديوم (Na)، والبوتاسيوم (K)، وبخار الماء (H2O)، مما يؤكد ملاحظات التلسكوب الفضائي والأرضي السابقة بالإضافة إلى العثور على بصمات إضافية للمياه، عند هذه الأطوال الموجية الأطول. التي لم يتم رؤيتها من قبل.
كما رأى ويب ثاني أكسيد الكربون (CO2) بدقة أعلى، مما يوفر ضعف البيانات الواردة من ملاحظاته السابقة. وفي الوقت نفسه، تم الكشف عن أول أكسيد الكربون (CO)، ولكن التوقيعات الواضحة لكل من الميثان (CH4) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) كانت غائبة عن بيانات ويب. إذا كانت موجودة، فإن هذه الجزيئات تحدث عند مستويات منخفضة جدًا.
لالتقاط هذا النطاق الواسع من الغلاف الجوي لـ WASP-39 b، قام فريق دولي يصل عدده بالمئات بتحليل البيانات بشكل مستقل من أربعة من أوضاع أدوات تلسكوب ويب التي تمت معايرتها بدقة.
"لقد توقعنا ما سيظهره لنا [التلسكوب]، لكنه كان أكثر دقة وأكثر تنوعًا وجمالاً مما أعتقد أنني اعتقدت أنه سيكون عليه بالفعل". قالت هانا ويكفورد، عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة بريستول في المملكة المتحدة، والتي تدرس الغلاف الجوي للكواكب الخارجية:
إن وجود مثل هذه القائمة الكاملة من المكونات الكيميائية في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية يمنح العلماء أيضًا لمحة عن وفرة العناصر المختلفة فيما يتعلق ببعضها البعض، مثل نسب الكربون إلى الأكسجين أو نسب البوتاسيوم إلى الأكسجين. وهذا بدوره يوفر نظرة ثاقبة لكيفية تشكل هذا الكوكب -وربما كوكب آخر- من قرص الغاز والغبار المحيط بالنجم الأم في سنوات شبابه.
يشير المخزون الكيميائي لـ WASP-39 b إلى تاريخ من التصادمات والاندماجات لأجسام أصغر تسمى الكواكب المصغرة لإنشاء كوكب عملاق في نهاية المطاف.
وقال: "إن وفرة الكبريت [بالنسبة] للهيدروجين تشير إلى أن الكوكب قد شهد تراكمًا كبيرًا للكواكب المصغرة التي يمكنها توصيل [هذه المكونات] إلى الغلاف الجوي". كازوماسا أونو، باحث في الكواكب الخارجية بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، عمل على بيانات ويب. "تشير البيانات أيضًا إلى أن الأكسجين أكثر وفرة بكثير من الكربون الموجود في الغلاف الجوي. ومن المحتمل أن يشير هذا إلى أن WASP-39 b تشكل في الأصل بعيدًا عن النجم المركزي.
من خلال الكشف بدقة عن تفاصيل الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية، كان أداء أدوات تلسكوب ويب يفوق توقعات العلماء، ويعد بمرحلة جديدة من استكشاف مجموعة واسعة من الكواكب الخارجية في الفضاء. Galaxy.
"سنكون قادرين على رؤية الصورة الكبيرة للأجواء الجوية للكواكب الخارجية" محمد لورا فلاج، باحثة في جامعة كورنيل وعضو في الفريق الدولي. "إنه أمر مثير للغاية أن نعرف أن كل شيء ستتم إعادة كتابته. وهذا أحد أفضل الأجزاء في كونك عالماً."
مراجع المجلة:
- ليلي ألدرسون وآخرون. الإطلاق العلمي المبكر للكوكب الخارجي WASP-39b باستخدام JWST NIRSpec G395H. معرف الهوية الرقمي: 10.48550 / arXiv.2211.10488
- Z. رستامكولوف وآخرون. الإطلاق العلمي المبكر للكوكب الخارجي WASP-39b باستخدام JWST NIRSpec PRISM. معرف الهوية الرقمي: 10.48550 / arXiv.2211.10487
- إيفا ماريا أهرير وآخرون. الإطلاق العلمي المبكر للكوكب الخارجي WASP-39b باستخدام JWST NIRCam. معرف الهوية الرقمي: 10.48550 / arXiv.2211.10489
- أدينا د. فينشتاين وآخرون. الإطلاق العلمي المبكر للكوكب الخارجي WASP-39b باستخدام JWST NIRISS. معرف الهوية الرقمي: 10.48550 / arXiv.2211.10493
- شانغ مين تساي وآخرون. دليل مباشر على الكيمياء الضوئية في الغلاف الجوي لكوكب خارج المجموعة الشمسية. معرف الهوية الرقمي: 10.48550 / arXiv.2211.10490
