الأسئلة حول العوالم الأخرى لا تتوقف أبدًا، وهذه المرة، تأتي الإجابة في شكل أول خريطة ثلاثية الأبعاد لدرجات الحرارة من كوكب لا ينتمي إلى المجموعة الشمسية. بطل الرواية هو دبور-18ب، وهو كوكب غازي عملاق يكمل مداره حول نجمه في حوالي 23 ساعة.
تم تأليف هذا العمل من قبل فريق دولي ونشر في طبيعة علم الفلك، يستخدم البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي لإعادة بناء كيفية تغير الحرارة على هذا الكوكب الخارجي في اتجاهات مختلفة وعلى أعماق مختلفة، وذلك بفضل تقنية المراقبة المعروفة باسم رسم خرائط الكسوف.
اكتشفوا أول خريطة حرارية ثلاثية الأبعاد لكوكب خارج المجموعة الشمسية
البحث الذي قاده ريان سي تشالنجر بمشاركة ميغان وينر مانسفيلديُظهر هذا أن ملاحظة انخفاض السطوع عند مرور كوكب خلف نجمه تُمكّننا من استخلاص أنماط الانبعاث الحراري. تُمثل هذه الفروق الدقيقة في الضوء مفتاح الاستنتاج. أي المناطق تلمع أكثر أو أقل ومتى يفعلون ذلك؟
بتحليل هذا التناغم في الإضاءة باستخدام النماذج الفيزيائية وأطياف الأشعة تحت الحمراء، تمكن العلماء من إعادة بناء ليس فقط الاختلافات بين الشرق والغرب، بل أيضًا الاختلافات في الارتفاع وخطوط العرض. والنتيجة، عمليًا، رسم خرائط ثلاثية الأبعاد للغلاف الجوي من WASP-18b دون الحاجة إلى إرسال مسبار.
الكوكب مقيد مديًا - حيث يكون نصف الكرة الأرضية في ضوء النهار دائمًا والنصف الآخر في الليل - مما يجعل من السهل تحديد موقعه. patrón térmico كان هذا التكوين المتطرف حاسمًا لتحقيق الدقة اللازمة على الخريطة.
كيف تم إنشاء الخريطة ثلاثية الأبعاد للغلاف الجوي لكوكب WASP-18b
قام الفريق بدمج الملاحظات من ويب في عدة أطوال موجات الأشعة تحت الحمراءكل نطاق حساس لأعماق مختلفة في الغلاف الجوي. وبالتالي، تتيح لنا النطاقات المختلفة "الرؤية" على ارتفاعات مختلفة وبناء حجم حراري ثلاثي الأبعاد.
باستخدام هذه المعلومات، ومزامنتها مع مراحل العبور والكسوف الثانوي، يمكن الحصول على نوع من الماسح الحراري العالمي يكشف هذا النهج كيفية توزيع الحرارة آنيًا. يعتمد هذا النهج على التحليل الطيفي عالي الدقة، مستفيدًا من التباين الدقيق للغاية في سطوع الكوكب.
وتُظهر هذه التقنية أيضًا إمكاناتها في دراسة ليس فقط الكواكب الغازية العملاقة، بل أيضًا عوالم أخرى. أصغر وأكثر صخرية عندما تسمح الحساسية، والمقارنة مع الدراسات أجواء مثل أجواء نبتون.
عالم حارق: درجات حرارة قصوى وأمطار متقطعة
WASP-18b هو كوكب المشتري شديد الحرارة يبعد حوالي 400 سنة ضوئية عن الأرض، وكتلته تقارب عشرة أضعاف كتلة المشتري. في نصفه المضاء بنور الشمس، يكون الإشعاع النجمي شديدًا لدرجة أن درجات الحرارة تتراوح حول 2.700 ° C، وهي بيئة يتحلل فيها بخار الماء إلى مكوناته.
بعيدًا عن النواة الأكثر دفئًا، اكتشف الباحثون آثار بخار الماء وفي المناطق الأكثر اعتدالا، يشير هذا إلى أن الكيمياء الجوية تتغير باستمرار وتعتمد على التوازن بين التسخين النجمي وديناميكيات الرياح.
تكشف الخريطة عن نقطة ساخنة تظهر منطقة شبه دائرية على الجانب النهاري، حيث لا يبدو أن إعادة توزيع الحرارة بفعل الرياح قادرة على تخفيف فروق درجات الحرارة. حول هذه المنطقة، تظهر حلقة أكثر برودة قرب الحواف، مع مستويات أعلى من بخار الماء مقارنةً بمركز البؤرة الحرارية.
إن تأكيد المناطق المتميزة طيفيًا - من حيث درجة الحرارة، وربما من حيث التركيب - يُظهر مدى كون الغلاف الجوي للكواكب الخارجية نظامًا ديناميكية وطبقية، مع العمليات التي يتم تعزيزها أو تثبيطها اعتمادًا على العمق وخط العرض.
ماذا يعني هذا بالنسبة لدراسة أجواء العوالم الأخرى؟
إن القدرة على رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد تسمح بالبحث في كيفية نقل المواد. قوة من جانب النهار إلى جانب الليل، أي الجزيئات تبقى على قيد الحياة في كل طبقة، وكيف تستجيب التيارات للتدرجات الحرارية. لم يعد الأمر يقتصر على اكتشاف الماء، بل يتعلق بفهمه. حيث إنه موجود ولماذا يظهر أو يختفي.
وفقًا للمؤلف المشارك وينر مانسفيلد، يُمكن تطبيق هذه الطريقة على الكواكب الأصغر بمجرد جمع بيانات كافية باستخدام تلسكوب ويب. وهذا من شأنه أن يُقرّبهم من هدف توصيف الكواكب. أجواء معقدة في العوالم الصخرية، تعد هذه خطوة أولية ضرورية لتقييم إمكانية سكنها.
يقترح المؤلفون أنه مع الملاحظات الإضافية من JWST، الدقة المكانية ومن هذه الخريطة الأولى، سيتم توسيع نطاق النهج ليشمل عمالقة أخرى شديدة الحرارة، والتي من المعروف بالفعل وجود عدة مئات منها في مجرة درب التبانة.
الخطوات التالية: تحسين التقنية وتوسيع الكتالوج
تتضمن الاستراتيجية الآن تعزيز تغطية الأشعة تحت الحمراء، وإضافة المزيد من الكسوفات المُقاسة، ومقارنة البيانات بنماذج جوية أكثر دقة. ومن المتوقع أن يُحدد هذا بشكل أفضل الملف الحراري الرأسي وتوزيع الجزيئات عند ضغوط مختلفة.
يعمل WASP-18b، بسبب ظروفه القاسية، كـ مختبر طبيعي لاختبار فيزياء الغلاف الجوي المعرض لإشعاعات كثيفة. كل تمريرة جديدة للتلسكوب تُضيف تفاصيل جديدة إلى لغز كيفية تسخين هذه الكواكب الغازية العملاقة، وبرودتها، واختلاطها.
بفضل التقنيات مثل رسم خرائط الكسوف والتحليل الطيفي عالي الدقة، ينتقل علم الفلك من اكتشاف الكواكب الخارجية إلى رسم خريطة لهمورغم أنها تبعد مئات السنين الضوئية عنا، إلا أنه من الممكن قراءة مناخها على شكل طبقات، كما لو كان هناك مسبار يدور فوقها.
ويشكل هذا الإنجاز بداية مرحلة جديدة حيث سنتمكن، بالصبر ومزيد من البيانات، من رسم صورة أكثر تفصيلا للوضع. البنية الحرارية من الغلاف الجوي للكواكب الخارجية، لاستكشاف كيميائها وفهم كيفية تنظيم تدفقات الطاقة في العوالم التي قد لا نتمكن من رؤيتها عن قرب.