أحدث البحث عن كواكب خارج نظامنا الشمسي ثورةً في علم الفلك. ومن بين أكثر الأنظمة إثارةً للاهتمام، اكتشفنا ما يُسمى بكواكب WASP الخارجية، وهي عائلة من العوالم التي لا تزال تُثير دهشة المجتمع العلمي. وتساهم دراستهم في تغيير فهمنا لتكوين الكواكب، والكيمياء الجوية، والظروف القاسية التي يمكن أن تحدث في أماكن أخرى من الكون.
في هذه المقالة، نأخذك في نظرة متعمقة على الكواكب الخارجية WASP التي كانت موضوعًا لبعض الاكتشافات الأكثر إثارة للدهشة في السنوات الأخيرة. ستشاهد كيف أجبرتنا هذه الكواكب الغازية العملاقة، التي تعاني من ظواهر غير عادية، على إعادة التفكير في النظريات وإثارة أسئلة جديدة حول تنوع وتطور الكواكب في المجرة.
ما هي الكواكب الخارجية WASP وكيف تم اكتشافها؟
أخذت الكواكب الخارجية WASP اسمها من المشروع الدولي البحث عن الكواكب بزاوية واسعة، وهو مشروع تعاوني يستخدم مراصد آلية في كلا نصفي الكرة الأرضية لمراقبة ملايين النجوم. ترصد هذه المراصد انخفاضات دورية في سطوع النجوم، وهو ما يشير عادة إلى مرور كوكب أمام نجمه.
منذ إطلاقه، اكتشف مشروع WASP آلاف المرشحين وأكد وجود عدد كبير من الكواكب الخارجية، بعضها يتميز بخصائص مختلفة جذريًا عن الكواكب الموجودة في نظامنا الشمسي. أصبحت هذه الاكتشافات ممكنة بفضل تقنيات مثل قياس الضوء العابر وقياس السرعة الشعاعية للنجوم المضيفة.
WASP-193b: الكوكب أخف من غزل البنات
لقد كان أحد أكبر الاضطرابات الأخيرة هو اكتشاف دبور-193بتخيل كوكبًا هائلًا، أكبر بنسبة 50% من كوكب المشتري، لكن كتلته أصغر بكثير: فقط عُشر كتلة كوكب نظامنا الشمسي العملاق.
النتيجة؟ كثافة هائلة بمقاييس الكواكب: ٠٫٠٥٩ غرام فقط لكل سنتيمتر مكعب. ولإعطائكم فكرة، إنها أشبه بغزل البنات العائم في الفضاء! في الواقع، يتفوق Kepler-51d فقط على WASP-193b في الكثافة المنخفضة، على الرغم من أنه أصغر حجمًا بكثير.
وقد أدى اكتشاف مثل هذه الغرابة إلى دفع العلماء إلى الشك في قياساتهم الخاصة. هل كان ذلك خطأً، أم فشلاً فنياً، أم أنهم كانوا ينظرون حقاً إلى كوكب إسفنجي كهذا؟ وبعد تكرار العمليات والتحقق من صحة البيانات بطرق ومراصد مختلفة، أكد الفريق أن القياسات حقيقية.
لماذا يعتبر WASP-193b نادرًا جدًا؟ لا يمكن لفيزياء الكواكب القياسية أن تفسر كيف يمكن لكوكب أن يتضخم إلى هذا الحد دون أن يصبح غير مستقر أو يتشتت. ويُشتبه في أن هذا الكوكب يمتلك غلافًا جويًا واسعًا يتكون في المقام الأول من الهيدروجين والهيليوم، ويمتد إلى ما هو أبعد من أي كوكب غازي عملاق معروف.
ويتطلب هذا الاكتشاف إجراء ملاحظات أكثر تفصيلاً باستخدام أدوات مثل تلسكوب جيمس ويب، لأن دراسة غلافه الجوي يمكن أن تلقي الضوء على ظواهر تطور الكواكب التي لا نفهمها بعد.
كيفية تأكيد وجود مثل هذا الكوكب الخارجي غير العادي
يتطلب تأكيد وجود مثل هذا الكوكب غير العادي وخصائصه الجمع بين الملاحظات من خلال العديد من التلسكوبات وأجهزة قياس الطيف. بدأت العملية برصد عبور دوري بواسطة تلسكوب WASP-South. وتم التحقق من حجم الكوكب بتحليل مدى خفوت ضوء النجم المضيف خلال كل عبور، ثم حُسبت كتلته باستخدام مطيافية السرعة الشعاعية.
وقد استبعدت هذه المنهجية الصارمة أي تفسيرات بديلة وأكدت أن الانخفاضات في السطوع كانت ناجمة عن كوكب حقيقي وليس عن ظواهر نجمية أخرى.
بالإضافة إلى ذلك، استفاد التعاون من المراصد التشيلية مثل TRAPPIST-South وSPECULOOS-South للحفاظ على المراقبة التفصيلية، وهو أمر ضروري للتحقق من صحة مثل هذه الكواكب الخارجية المتطرفة.
الغلاف الجوي وتكوين WASP-193b
إن لغز كوكب WASP-193b يتجاوز كثافته. إن الغلاف الجوي، والذي هو واسع ويتكون في المقام الأول من الهيدروجين والهيليوم، يثير أسئلة هائلة حول كيفية بقائه مستقراً وما هي الآلية التي أدت إلى تضخمه إلى هذا الحد.
تفشل النماذج الحالية لتكوين الكواكب في وصف مثل هذا الجسم. حتى لو افترضنا عدم وجود نواة كوكبية، فستظل الكثافة الناتجة منخفضة بشكل لا يمكن تفسيره. في الوقت الحالي، ويشير العلماء إلى أن الأمر سيحتاج إلى مزيد من التفاصيل حول غلافه الجوي لكشف تاريخه وتطوره.
وعلاوة على ذلك، يؤكد الباحثون أن وجود WASP-193b يتحدى حدود ما نفهمه عن الكواكب العملاقة، ويفتح الباب أمام إمكانية وجود العديد من العوالم الغريبة الأخرى التي لم يتم اكتشافها بعد في مجرتنا.
WASP-127b: رياح تفوق سرعة الصوت وديناميكيات جوية غير مسبوقة
بالانتقال إلى أحد أبطال نظام WASP، نجد دبور-127بإنه ما يسمى بـ "المشتري الساخن"، وهو كوكب غازي عملاق يضاهي حجم كوكب المشتري، ولكنه أقل كتلة ومداره أقرب بكثير إلى نجمه، مما يدفع درجات الحرارة إلى أكثر من 1.000 درجة مئوية.
لقد أثار هذا الكوكب الخارجي دهشة علماء الفلك بفضل ظروفه الجوية غير المسبوقة. وبينما يتحرك جزء من غلافه الجوي أقرب إلى الأرض، يتحرك الباقي بعيدا عنها بسرعات غير مسبوقة، مما يخلق تيارا نفاثا استوائيا أسرع من الصوت يدور بسرعة حوالي 33.000 ألف كيلومتر في الساعة.
ولإعطائكم فكرة عن حجم هذه الظاهرة، فإن أسرع الرياح على كوكب زحل بالكاد تصل إلى 1.800 كيلومتر في الساعة، وعلى الأرض، يحمل إعصار أوليفيا في عام 1996 الرقم القياسي عند 408 كيلومتر في الساعة.
وأكد التحليل الطيفي وجود بخار الماء وأول أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وهما عنصران أساسيان لفك رموز الكيمياء وأصل هذا الكوكب. أصبح هذا الاكتشاف ممكنا بفضل أدوات مثل CRIRES+ الموجودة على VLT، مما يسمح بمراقبة هذه الظاهرة على الرغم من الوهج الساطع للنجم المضيف.
فرصة فريدة لدراسة ديناميكيات الكواكب الخارجية
يمثل WASP-127b مختبرًا طبيعيًا للتحقيق في الجانب الأكثر تطرفًا من الغلاف الجوي للكواكب. لقد أدى رسم خرائط الرياح الأسرع من الصوت ودرجات الحرارة والاختلافات في التركيب عند خطوط العرض المختلفة وأعماق الغلاف الجوي إلى فتح آفاق جديدة للبحث.
وقد تم التعرف حتى على التفاصيل الأكثر دقة، مثل الإشارات الأضعف من القطبين - والتي تشير إلى مناطق أكثر برودة مقارنة بخط الاستواء - وهو أمر كان حتى وقت قريب للغاية لا يمكن تصوره على الكواكب الواقعة على بعد أكثر من 500 سنة ضوئية من الأرض.
يساعدنا هذا التقدم في الدقة على فهم أفضل لكيفية تداول الحرارة والعناصر والمركبات الكيميائية على الكواكب الغازية العملاقة، واختبار نماذجنا وإثراء فهمنا لنظامنا الشمسي.
WASP-121b: علم المناخ يتجاوز الخيال العلمي
لقد أتاح التقدم التكنولوجي، مثل التلسكوب العملاق جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (VLT)، إمكانية تحليل الغلاف الجوي للأرض. دبور-121ب في ثلاثة أبعاد، تكشف أنماط الطقس التي تبدو وكأنها من رواية خيال علمي.
هذا الكوكب، المعروف أيضًا باسم تايلوس، يدور على مسافة 900 سنة ضوئية فقط ويعتبر "كوكب المشترى شديد الحرارة" نظرًا لقربه من النجم. تبلغ السنة على كوكب WASP-121b 30 ساعة أرضية فقط، ويحدث فرق كبير في درجة الحرارة بين نصف الكرة الأرضية المواجه للنجم ونصف الكرة الأرضية الليلي.
كشفت خرائط الغلاف الجوي عن تيارات نفاثة معقدة وتدفقات منفصلة في طبقات مختلفة، تنقل المواد من الجانب الدافئ إلى الجانب البارد. تكشف عناصر مثل الحديد والتيتانيوم والصوديوم والهيدروجين عن البنية المعقدة للغلاف الجوي وديناميكياته.
من المثير للدهشة أن بعض العناصر، مثل التيتانيوم، لم تُكتشف إلا في طبقات عميقة تحت التيار النفاث، مما يُشير إلى كيمياء جوية أغنى مما كان متوقعًا. وهذا يُؤكد على إمكانية إجراء أبحاث مستقبلية باستخدام تلسكوبات أقوى مثل تلسكوب كبير للغاية (ELT) الذي هو قيد الإنشاء.
WASP-39b: كتالوج الجزيئات والكيميائية لتلسكوب جيمس ويب
تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لقد فتح آفاقًا جديدة في دراسة الكواكب الخارجية، و دبور-39ب كان من أوائل المستفيدين. هذا الكوكب، بحجم زحل، لكن مداره أقرب بكثير إلى نجمه، صُوِّر بتفاصيل غير مسبوقة.
وقد حدد تلسكوب جيمس ويب عددًا كبيرًا من الجزيئات والعناصر في غلافه الجوي، بما في ذلك الماء وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون والصوديوم والبوتاسيوم والسحب المجزأةلأول مرة، تم اكتشاف ثاني أكسيد الكبريت نتيجة للتفاعلات الكيميائية التي يسببها ضوء النجوم، وهي علامة مباشرة على عمل الكيمياء الضوئية، وهو الأمر الذي يرتبط على الأرض بتكوين الأوزون.
تُمكّن القائمة الشاملة للمكونات الكيميائية العلماء من استنباط تفاصيل حول تكوّن كوكب WASP-39b وتاريخه التطوري. ويدعم التحليل الدقيق لوفرة العناصر المختلفة فرضية تشكّل الكوكب بعيدًا عن نجمه، جامعًا مواد غنية بالأكسجين في شبابه.
وتوضح هذه النتائج قوة تلسكوب جيمس ويب في استكشاف التنوع الجوي للكواكب الخارجية، وتمثل بداية حقبة جديدة في استكشاف العوالم الصخرية الأصغر في المستقبل القريب.
حالات أخرى مثيرة للاهتمام: الكواكب الخارجية ذات الذيل والغلاف الجوي الهارب
وكأن ذلك لم يكن كافيًا، فإن عائلة WASP تتضمن ظواهر أكثر إسرافًا، مثل حالة دبور-69بهذا الكوكب ليس مجرد كوكب غازي عملاق يشبه كوكب المشتري فحسب، بل إنه يفقد غلافه الجوي على شكل ذيل الهيدروجين والهيليوم يصل طوله إلى 563.000 كيلومتر، ويتحرك بفعل الرياح النجمية الشديدة والإشعاعات الشديدة من نجمه.
يعد WASP-69b أحد أوضح الأمثلة على كيفية تأثير البيئات النجمية على الكواكب، مما يؤدي إلى ظهور ظواهر مثل التبخر الضوئي وفقدان الكتلة بمعدل مئات الآلاف من الأطنان في الثانية.
وتسمح الدراسات التفصيلية لذيولها أيضًا باستخدام هذه الكواكب الخارجية كمؤشرات لنشاط ورياح النجوم المضيفة لها، وهي أدوات قيمة لفهم الكواكب والنجوم نفسها.
