کشف اسرار نیمه تاریک یک سیاره فراخوشیدی

ستاره شناسان باور دارند که نیمه تاریک سیاره فراخورشیدی "مشتری داغ" میزبان ابرهای آهنی، باران‌های تیتانیومی و بادهایی با سرعت ۱۷ هزار و ۷۰۰ کیلومتر بر ساعت است.

این سیاره که "WASP-۱۲۱b" نام دارد یک غول گازی بزرگ است که اندازه‌ آن تقریبا دو برابر سیاره مشتری است و در فاصله تقریبی ۸۵۰ سال نوری از زمین قرار دارد.

"WASP-۱۲۱b" یکی از کوتاه‌ترین مدارهای کشف شده تاکنون را دارد و در عرض تنها ۳۰ ساعت یک بار ستاره خود را دور می‌زند.

تنها یک سوی این سیاره به روی ستاره است و نیمه دیگر آن همیشه پشت به ستاره و رو به فضا است.

محققان با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده توسط تلسکوپ فضایی هابل تعیین کرده‌اند که چگونه حالات فیزیکی آب هنگام حرکت بین دو نمیکره این سیاره، تغییر می‌کند.

در حالی که فلزات و مواد معدنی معلق در هوا در نیمه روشن آن تبخیر می‌شوند، نیمه تاریک این سیاره دارای ابرهای فلزی و باران‌هایی از جواهرات مایع است.

"WASP-۱۲۱b" در سال ۲۰۱۵ در صورت فلکی کشتی‌دم(Puppis) کشف شد و با نام "مشتری داغ" شناخته می‌شود.

این مطالعه جدید توسط گروهی بین‌المللی از نویسندگان از جمله متخصصان موسسه کاولی موسسه فناوری ماساچوست(MIT's Kavli ) در کمبریج و موسسه نجوم ماکس‌پلانک در آلمان انجام گرفت.

"تانسو دیلان"(Tansu Daylan)، نویسنده این مطالعه از موسسه کاولی می‌گوید: مشتری‌های داغ به داشتن نیمه بسیار روشن مشهور هستند اما نیمه‌ تاریک آنها چیز دیگری است.

نیمه تاریک "WASP-۱۲۱b" حدود ۱۰ برابر کم‌نورتر از نیمه روشن آن است.

در گذشته اخترشناسان مولکول‌های آب "WASP-۱۲۱b" را شناسایی کرده‌ بودند و تغییرات دمایی جو را در سمت روشن سیاره مورد مطالعه قرار داده بودند.

در این مطالعه جدید، گروه بین‌المللی با استفاده از یک دوربین طیف‌سنجی که روی تلسکوپ هابل قرار دارد به رصد "WASP-۱۲۱b" پرداختند.

آن‌ها تغییرات دمایی چشمگیر را از نیمه روشن تا نیمه تاریک ترسیم کردند تا دریابند که چگونه دما تغییر می‌کند.

آن‌ها همچنین وجود آب را در جو ردیابی کردند تا برای اولین بار نشان دهند که چگونه آب بین دو نیمه روز و شب سیاره در گردش است.

به طور کلی این تیم، سیاره "مشتری داغ" را در طول دو گردش کامل یکی در سال ۲۰۱۸ و دیگری در سال ۲۰۱۹ مشاهده کردند.

در هر دوی این رصدها، محققان به دنبال یک ویژگی طیفی خاص بودند که نشان‌دهنده وجود بخار آب باشد.

با استفاده از این روش که با مدل‌سازی داده‌ها از آن پشتیبانی شد، محققان جو بالایی "WASP-۱۲۱ b" در سراسر سیاره کاوش کردند و با این کار توانستند چرخه کامل آب یک سیاره فراخورشیدی را برای اولین بار مشاهده کنند.

آب در روی زمین به طور مداوم حالت فیزیکی خود را تغییر می‌دهد. یخ جامد به آب مایع تبدیل می‌شود و آب به گاز تبدیل می‌شود و سپس تبدیل به قطراتی متراکم شده و ابرها را ایجاد می‌کند.

چرخه آب در زمین زمانی پایان می‌یابد که این قطرات تبدیل به باران می‌شوند و به رودخانه‌ها و دریاها می‌ریزند.

اما به گفته‌ی محققان، چرخه آب در "WASP-۱۲۱ b" به مراتب پیچیده‌تر است.

در نیمه روشن، اتم‌های تشکیل‌دهنده آب در دمای نزدیک به ۲۷۶۰ درجه سانتی‌گراد از هم جدا می‌شوند. این اتم‌ها همراه با باد به سمت نیمه تاریک می‌روند، جایی که دمای پایین امکان ترکیب دوباره اتم‌های هیدروژن و اکسیژن را فراهم می‌کند و سپس آن‌ها بار دیگر به نیمه روشن باز می‌گردند و چرخه از نو آغاز می‌شود.

این تیم محاسبه کردند که چرخه آب سیاره توسط بادهایی که با سرعت بیش از ۱۷ هزار و ۷۰۰ کیلومتر بر ساعت در گردشند، حفظ می‌شود.

آن‌ها همچنین دریافتند که دامنه دمای نیمه روشن از ۲۲۲۶ سانتی‌گراد در عمیق‌ترین لایه‌های قابل مشاهده تا ۳۲۲۶ در سطحی‌ترین لایه‌ها متغیر است. در نیمه‌ تاریک نیز دما از ۱۵۲۶ سانتی‌گراد تا ۱۲۲۶ سانتی‌گراد متغیر بود. نکته قابل توجه آن بود که دما با افزایش ارتفاع در نیمه روشن افزایش و در نیمه تاریک کاهش می‌یافت.

محققان سپس از نقشه‌های دما با استفاده از مدل‌سازی‌های مختلف برای شناسایی مواد شیمیایی موجود در جو با توجه به ارتفاع و دما استفاده کردند.

این مدل‌سازی‌ها احتمال وجود ابرهای فلزی مانند آهن، کوراندوم و تیتانیوم را در نیمه تاریک نشان داد.

آن‌ها همچنین دریافتند که گرم‌ترین بخش سیاره در شرق منطقه زیرستاره‌ای و مستقیما زیر ستاره قرار دارد که می‌تواند ناشی از بادهای شدید باشد.

به گفته‌ی این تیم، به طور کلی این مطالعه گام بزرگی در جهت رمزگشایی چرخه جهانی مواد و انرژی در جو سیارات فراخورشیدی خواهد بود.

اخترشناسان برای رصد "WASP-۱۲۱b" در اواخر سال جاری توسط تلسکوپ فضایی جیمزوب، زمانی رزرو کرده‌اند.

این تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری ناسا نه تنها قادر است تغییرات در بخار آب را رصد کند بلکه می‌تواند این تغییرات در مونوکسید کربن را نیز ترسیم کند.

"میکال ایوانز"(Mikal-Evans) از موسسه کاولی می‌گوید: این اولین بار است که می‌توانیم مولکول‌های حاوی کربن را در جو این سیاره اندازه‌گیری کنیم. مقدار کربن و اکسیژن موجود در جو سرنخ‌هایی در مورد محل شکل‌گیری این دست سیارات ارائه می‌کند.

این مطالعه به تازگی در مجله‌ی Nature Astronomy منتشر شده است.