این سیاره گدازه ای عجیب دانشمندان را با چالش بزرگی روبرو کرده است

این سیارات بسیار سریع حرکت می کنند و در کمتر از 24 ساعت یک چرخش کامل به دور ستاره میزبان خود انجام می دهند. ستاره شناسان باستان عطارد را سیاره ای بسیار سریع می دانستند. زیرا این سیاره هر 88 روز یک بار به دور خورشید می چرخد. به همین دلیل نام تیر را از خدای پیام رسان های سریع در اساطیر روم باستان گرفته است. البته آنها نمی توانستند تصور کنند که عطارد در مقایسه با سیارات USP چقدر کند حرکت می کند.

سرعت بالا تنها ویژگی غیرعادی این سیارات نیست. نزدیکی بسیار نزدیک آنها به ستاره میزبان، آنها را در معرض تابش شدید و مستقیم انرژی ستاره قرار می دهد. بر اساس پیش بینی های علمی، چنین شرایطی باید باعث تخریب جو این سیارات و پراکندگی آن در فضا شود.

با این حال، به نظر می رسد سیاره ای به نام TOI-561 b با این الگو متفاوت است. مشاهدات اولیه نشانه هایی از وجود جو در اطراف آن را نشان داده بود و مقاله ای در سال 2025 بر اساس داده های محدود تلسکوپ فضایی جیمز وب احتمال وجود جوی متشکل از مواد فرار مانند آب و دی اکسید کربن را پیشنهاد کرد. اکنون گروهی از همین محققان این سیاره را مورد بررسی مجدد قرار داده و با استفاده از تلسکوپ جیمز وب جزئیات جو آن را با دقت بیشتری بررسی کرده اند.

مطالعه جدید با عنوان جو بسیار بازتابنده در سیاره گدازه TOI-561b، بر اساس منحنی های فاز از ابزار NIRSpec تلسکوپ جیمز وب، در مجله Astronomical منتشر شده است. اولین نویسنده این مقاله ساموئل بوشر از دپارتمان فیزیک و موسسه تروتیر برای تحقیقات سیارات فراخورشیدی در دانشگاه مونترال، کانادا است.

محققان در مقاله خود نوشتند:

یکی از مهم ترین سؤالات علم سیارات فراخورشیدی در حال حاضر این است که آیا سیارات فراخورشیدی سنگی و کوچک می توانند جو داشته باشند یا خیر.

اگر چنین جوی وجود داشته باشد، دانشمندان انتظار دارند که منشأ آن ثانویه باشد، به جای آن که از شکل گیری اولیه سیاره باقی بماند. بخشی از گازهای موجود در جو ممکن است از طریق خروج گاز از داخل سیاره یا تبادل مواد با لایه های داخلی آن تامین شود. این فرآیندها شواهدی از فعالیت های داخلی سیاره ارائه می دهند که از طریق مشاهدات مستقیم و از راه دور قابل مشاهده نیستند. درک این پدیده ها برای درک چگونگی تکامل سیارات سنگی و ایجاد شرایط مناسب برای زندگی مهم است.

نکته جالب اینجاست که سیارات سنگی با دوره مداری بسیار کوتاه شاید بهترین گزینه برای جستجوی جوهای ثانویه و بررسی فرآیندهای پنهان بین سیاره ای باشند. دلیل این امر این است که سطح روز این سیارات احتمالاً توسط اقیانوس های ماگما پوشیده شده است. محققان بر این باورند که چنین محیطی می تواند به طور مداوم مواد را با جو مبادله کند و منابع لازم برای نگهداری آن را فراهم کند.

محققان در ادامه تاکید کردند:

انتظار می‌رود سیارات صخره‌ای با دوره‌های مداری بسیار کوتاه تقریباً تمام گوشته گازی قابل توجه خود را به دلیل تابش شدید ستاره میزبان خود از دست بدهند. به همین دلیل، کشف اخیر جوی در اطراف TOI-561 b کاملاً شگفت‌انگیز است. این کشف بر اساس چگالی کلی سیاره و طیف تابش آن در روز انجام شد، اما مشاهدات منحنی فاز در یک مدار کامل، روش جامع تری برای تعیین حضور جو و بررسی خواص آن ارائه می دهد.

در این مطالعه، محققان TOI-561 b را به مدت 37 ساعت تحت نظر داشتند. از آنجایی که این سیاره هر 10.5 ساعت یک بار به دور ستاره خود می چرخد، دوره رصد معادل بیش از سه دور کامل بود. از این رو تلسکوپ جیمز وب فرصت خوبی برای مطالعه نقاط مختلف این سیاره به دست آورد. این مشاهدات داده های جامع تری را در مورد خود سیاره، جو احتمالی و فرآیندهای داخلی پنهان آن ارائه کرد.

مطالعات قبلی نشان داده است که دمای روز TOI-561 b بسیار کمتر از آن چیزی است که برای یک سیاره سنگی بدون جو در فاصله ای نزدیک از ستاره انتظار می رود. تنها دو احتمال برای توضیح این اختلاف وجود داشت: یا بخش بزرگی از گرمای دریافتی به فضا منعکس شد، یا جو سیاره انرژی گرمایی را به سمت شب منتقل کرد. مشاهدات جدید در طول یک مدار کامل نیز امکان بررسی مستقیم سمت شب این سیاره را برای اولین بار فراهم کرد.

نتایج نشان داد که سمت شب به اندازه کافی گرم نیست تا گرمای از دست رفته روز را دریافت کند. در نتیجه به نظر می رسد که حدود سه چهارم انرژی دریافتی به فضا منعکس می شود. برای درک بهتر این وضعیت، محققان از یک مدل گردش عمومی اتمسفر یا GCM استفاده کردند و نتایج شبیه‌سازی را با داده‌های رصدی مقایسه کردند. آنها در مقاله توضیح می دهند که انتقال حرارت به تنهایی نمی تواند میزان تابش مشاهده شده از سمت روز یا دامنه منحنی فاز را توضیح دهد. به همین دلیل، وجود منبعی با آلبدوی بالای 0.6 مانند ابرها یا مه جوی محتمل به نظر می رسد.

لیزا دانگ، استاد دانشگاه واترلو در استان انتاریو کانادا و مسئول اصلی این پروژه، درباره نتایج تحقیقات گفت:

ما تغییرات در روشنایی و دمای سیاره را در طول مدار آن اندازه گیری کردیم. این روش که منحنی فاز نامیده می شود، نشان داد که سیاره بخش قابل توجهی از نور ستاره خود را منعکس می کند و گرما به جای اینکه فقط در سمتی که رو به ستاره است باقی بماند، در سراسر آن توزیع می شود. همه این شواهد حاکی از وجود جو در اطراف سیاره است.

محققان همچنین دریافتند که چندین نوع ابر ممکن است در سمت روز این سیاره تشکیل شود، از جمله ترکیبات سیلیکات منیزیم با فرمول MgSiO3 و دی اکسید سیلیکون با فرمول SiO2. دی اکسید سیلیکون به ویژه می تواند نقش مهمی در توضیح بازتاب بالای سیاره داشته باشد. محققان بر این باورند که این ترکیب احتمالاً منبع آلبدوی بالایی است که مدل گردش عمومی اتمسفر به آن نیاز دارد تا با تشعشعات مشاهده شده در روز مطابقت داشته باشد. چنین ابرهایی مانند یک ضد آفتاب طبیعی عمل می کنند و از سطح سیاره در برابر گرمای شدید ستاره محافظت می کنند.

این یافته‌ها تحقیقات قبلی را تایید می‌کند و نشان می‌دهد که TOI-561 b، برخلاف انتظارات، هنوز جو قابل توجهی دارد. این موضوع درک کنونی دانشمندان را از چگونگی تکامل ابرزمین‌های سنگی با دوره‌های مداری بسیار کوتاه به چالش می‌کشد.

لیزا دانگ درباره اهمیت این کشف گفت:

کشف ما نظریه های فعلی را به چالش می کشد. ما انتظار داریم که سیاره سنگی به شدت تابش شده مانند TOI-561 b میلیاردها سال پیش جو خود را از دست داده باشد. با این حال، شواهد نشان می دهد که این سیاره هنوز جوی قابل توجهی دارد.

محققان توضیح می‌دهند که طبق نظریه فراریان جو، ابرزمین‌هایی که در معرض تشعشعات شدید قرار می‌گیرند نباید پوشش قابل توجهی از فراریان داشته باشند. این امر به ویژه تعجب آور است زیرا بررسی های فعلی تلسکوپ جیمز وب از سیارات فراخورشیدی سنگی وجود جمعیتی از سیارات بدون جو را نشان می دهد.

محققان خاطرنشان می‌کنند که بیشتر این سیارات به دور کوتوله‌های قرمز می‌چرخند، اما TOI-561 b میزبان یک ستاره اواخر G و اوایل K است که بیشتر شبیه به خورشید است. سیارات اطراف کوتوله های قرمز معمولاً تشعشعات کمتری نسبت به TOI-561 b دریافت می کنند. بنابراین، باقی ماندن جو در این سیاره با وجود دریافت انرژی بیشتر، بسیار غیرمنتظره به نظر می رسد. محققان در این باره می نویسند: اگر سیارات سنگی در شرایط تابش متوسط ​​کاملاً خشک و عاری از مواد فراری باشند، انتظار می رود سیاراتی مانند TOI-561 b که تشعشعات شدیدتری دریافت می کنند نیز همین شرایط را داشته باشند.

نویسندگان مقاله چندین توضیح ممکن برای این پدیده ارائه کرده اند. اول اینکه TOI-561 b ممکن است در ابتدای شکل گیری مقدار بسیار زیادی مواد فرار در جو خود داشته باشد. در چنین شرایطی، این سیاره احتمالا ابتدا یک زیر نپتون غنی از فرار بود و به تدریج بخش زیادی از جو خود را از دست داد.

احتمال دوم این است که جو فعلی سیاره از نوع ثانویه باشد. بر اساس این فرضیه، جوهای اولیه متشکل از هیدروژن و هلیوم به راحتی از بین می روند، اما جوهای ثانویه که بعداً از فعالیت های داخلی سیاره تشکیل می شوند، دوام بیشتری دارند.

مهاجرت مداری نیز می تواند در حفظ جو این سیاره نقش داشته باشد. اگر TOI-561 b در زمانی که جوانتر بود، زمانی که تشعشعاتش شدیدتر بود، دورتر از ستاره میزبان خود بود و بعداً به مدار نزدیک‌تری می‌رفت، در کل انرژی کمتری دریافت می‌کرد. چنین شرایطی می توانست از تخریب کامل جو آن جلوگیری کند.

در نهایت، محققان احتمال چهارمی را ارائه کرده اند. بر اساس این سناریو، مواد فرار موجود در اتمسفر اولیه در جریان شکل‌گیری سیاره به قسمت‌های درونی منتقل شدند و بعداً از طریق فرآیند خروج گاز دوباره وارد سطح و جو شدند.

محققان در این باره می نویسند:

ممکن است وجود جو در TOI-561 b نتیجه ترکیب بیش از یکی از این سناریوها باشد.

صرف نظر از اینکه کدام فرضیه صحیح است، نتایج این تحقیق بسیار حائز اهمیت است. احتمال چهارم، یعنی ذخیره اجزای اولیه اتمسفر در قسمت‌های داخلی سیاره در مرحله اقیانوس ماگمایی و انتشار مجدد آنها در دوره‌های بعدی، به‌ویژه توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. محققان بر این باورند که تعیین ترکیب شیمیایی اتمسفر ثانویه یک سیاره سنگی می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد تکامل ژئوشیمیایی آن از جمله وضعیت اکسیداسیون و کاهش اقیانوس ماگما در اختیار دانشمندان قرار دهد.

در تحقیقات آینده مشخص خواهد شد که کدام یک از این توضیحات یا ترکیبی از آنها دلیل اصلی باقی ماندن جو در TOI-561 b بوده است. بخشی از این تحقیق نیز به مقایسه این سیاره با اجرام آسمانی شناخته شده بیشتر اختصاص خواهد داشت.

لیزا دانگ درباره برنامه های آتی این گروه تحقیقاتی گفت:

سوال بزرگ بعدی ما این است که آیا جو TOI-561 b بیشتر شبیه جو زهره است یا یک نسخه افراطی از Io. رصد سیاره در طول موج‌های بلندتر با استفاده از تلسکوپ جیمز وب می‌تواند اطلاعات بیشتری را ارائه دهد و به توضیح این که چگونه سیاره‌ای با چنین دمای بالایی توانسته است جو خود را برای میلیاردها سال حفظ کند، کمک کند.