کشف بخار آب در جو سیاره فراخورشیدی نپتون مانند

ستاره‌شناسان مقادیر بسیار زیادی بخار آب در جو سیاره فراخورشیدی نپتون مانندی کشف کرده‌اند. تنها چند مورد محدود از سیارات فراخورشیدی با اندازه‌ای در حد سیاره نپتون وجود دارند که حاوی مقادیر زیادی بخار آب در جو خود هستند.

سیاره HAT-P-26b که در سال 2011 کشف شد، در فاصله 430 سال نوری از ما قرار دارد. کشف این سیاره به وسیله روش گذر اتفاق افتاده است. روشی که در آن با اندازه‌گیری دقیق نور ستاره، ستاره‌شناسان پی به وجود سیاره می‌برند. اگر از دید ناظر زمینی، سیاره از برابر قرص ستاره‌اش عبور کند، باعث افت نوری کوچکی در مقدار نور ستاره می‌شود. از روی این افت نوری، می‌توان برخی پارامترهای سیاره از جمله شعاع آن را نیز محاسبه کرد.

بعد از کشف یک سیاره با این روش، می‌توان به بررسی جو سیاره فراخورشیدی نیز پرداخت. به این صورت که در هنگام گذر سیاره، بخشی از نور ستاره، از جو سیاره نیز عبور می‌کند و پس از آن به چشم ما می‌رسد. اگر با ابزارهای دقیقی همچون تلسکوپ هابل، به بررسی این نور بپردازیم، می‌توانیم از وجود برخی عناصر در جو آن سیاره، آگاه شویم.

همین فرآیند در مورد جو سیاره فراخورشیدی HAT-P-26b انجام گرفته است و نور ستاره میزبان آن در هنگام گذر سیاره به دقت بررسی شده است. به این صورت، ستاره‌شناسان میزان بخار آب موجود در جو این سیاره را محاسبه کرده‌اند. می‌دانیم که اگر نور به هر مولکول بتابد، آن مولکول به شکل متفاوتی نور تابیده به خود را جذب می‌کند. دانستن همین نکته ما را قادر می‌سازد تا عناصر تشکیل‌دهنده جو سیاره فراخورشیدی را تعیین کنیم.

البته این برای اولین باری نیست که بخار آب در جو یک سیاره غیر از زمین کشف می‌شود. تمامی سیارات غول گازی منظومه خورشیدی، شامل مشتری، زحل، اورانوس و نپتون در جو خود بخار آب دارند. اما کشف این ماده حیاتی در جو سیارات فراخورشیدی دیگر مسئله بسیار پراهمیتی است. چرا که به دلیل فواصل بسیار زیادشان تا زمین، بررسی عناصر تشکیل‌دهنده جو آنها کار بسیار دشواری است.

از آنجایی که سیاره HAT-P-26b همانند نپتون، یک غول گازی است، پس با وجود داشتن آب، احتمال شکل‌گیری حیات در آن ناممکن است. اما این یافته به دانشمندان کمک می کند تا پی به وجود سایر عناصر موجود در جو این سیاره ببرند. همانطور که در اندازه‌گیری‌های هابل از این سیاره، وجود عناصر سنگین‌تری از هیدروژن و هلیوم به ثبت رسیده است. این یافته، شواهدی از چگونگی شکل‌گیری این سیاره را نشان می‌دهد و ستاره‌شناسان بر این عقیده‌اند که در گذشته، سیاره ‌HAT-P-23b در فاصله نزدیک‌تری از ستاره خود قرار داشته است.

مقدار عناصر سنگین موجود در جو یک سیاره، پارامتری به نام میزان فلزیت آن سیاره را تعیین می‌کند. این پارامتر معمولا با میزان فلزیت خورشید مقایسه می‌شود. در منظومه خورشیدی ما، سیاره مشتری، فلزیتی 5 برابر و زحل 10 برابر خورشید دارد. این در حالی است که سیارات گازی کوچکتر همچون نپتون، فلزیتی 100 برابر خورشید دارند. نکته جالب در مورد سیاره HAT-P-23b این است که با وجود انکه اندازه‌ای در حدود نپتون داشته، فلزیت آن برابر 4.8 خورشید و مشابه با سیاره غول‌پیکر مشتری است.

اگر بخواهیم بدانیم که چگونه اندازه کم این پارامتر توجیه می‌شود، باید به نحوه شکل گیری منظومه خورشیدی خودمان دقت کنیم. در ابتدای شکل گیری خورشید، اطراف ان را دیسک‌هایی از مواد ریز و درشت احاطه کرده بودند که در نواحی داخلی گرم‌تر و در فواصل بیشتر، سردتر بوند. این نواحی سردتر شروع به یخ‌زدن کرده که در عین حال، حاوی مقادیر زیادی از عناصر فلزی سنگین بودند. به همین دلیل است که سیارات دورتر، مانند نپتون، فلزیت بیشتری نسبت به مشتری دارند.

پس می توان چنین توجیه کرد که سیاره ‌HAT-P-23b نیز در ابتدای شکل‌گیری، نزدیک به ستاره میبان خود بوده و در این نواحی گرم‌تر، مقادیر کمتری از فلز را به خود جذب کرده است. به این صورت، پس از این مرحله اولیه، سیاره به نواحی خارجی‌تر مهاجرت کرده و در جایگاه کنونی خود قرار گرفته است. هرچند این نیز تنها یک فرضیه است و می‌توان علت این ناهماهنگی را به صورت‌های دیگری نیز توجیه کرد.

مقایسه اندازه نسبی آینه‌های اولیه تلسکوپ هابل و جیمزوب

هرچند این سیاره شامل حیات نخواهد بود، اما در فرآیند رو به رشد سیارات فراخورشیدی بسیار مفید است. ابتدا ما توانستیم سیارات فراخورشیدی را کشف کنیم و اکنون کشف سیاره جدید یک مورد عادی محسوب می‌شود. بعد از آن به دنبال سیاراتی بودیم که مشابه زمین بوده و جو داشته باشند. اکنون در این مرحله به سر می‌بریم و هراز گاهی خبر کشف سیاره‌ای مشابه زمین که جو نیز دارد به گوشمان می‌رسد. گام بعدی که دیر یا زود به آن خواهیم رسید، کشف سیاره‌ای زمین‌مانند است که جوی مشابه زمین همراه با مقادیر کافی بخار آب داشته و در فاصله مناسب از ستاره خود نیز جای گرفته باشد.

سال بعد که تلسکوپ جیمزوب به فضا پرتاب خواهد شد، درک ما از جو سیارات فراخورشیدی چندبرابر می‌شود. چرا که این تلسکوپ با دقتی باورنکردنی می تواند به بررسی جو سیاره فراخورشیدی مورد نظرمان بپردازد. مطمئنا سال آینده آغازی برای شنیدن خبرهای بسیار هیجان‌انگیزی در حوزه سیارات فراخورشیدی است.