منذ ما يقرب من عشرين عامًا، تتبع العلماء إشارات محيرة من كوكب ضخم يُعرف باسم “55 Cancri e”.
يمكن أن يصل “كوكب الجحيم” الناري – وهو ما يسمى بالأرض الفائقة على بعد حوالي 40 سنة ضوئية – إلى درجات حرارة تزيد عن 4400 درجة فهرنهايت على جانبه النهاري.
قريبًا، وبمساعدة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، يأمل الباحثون في فك تشفير تلك الإشارات بالكامل، وإثبات ما إذا كان الكوكب يولد غلافه الجوي بالكامل ويتخلص منه تحت الحرارة الشديدة لنجمه الأم أم لا.
أثناء مرور الكوكب بهذا النجم، كوبرنيكوس، سجل العلماء كسوفًا وهالات صغيرة من ضوء نجم كوبرنيكوس أثناء مرور هذا الضوء عبر الغلاف الجوي الجهنمي لـ 55 Cancri e باتجاه الأرض.
تم تطوير نظرية جديدة عن الغلاف الجوي المتبخر والمتجدد لـ 55 Cancri e، والتي نُشرت في سبتمبر/أيلول الماضي، بعد إعادة النظر في سجلات تلك الخسوفات.
التنبؤ الجديد للباحث: “غلاف جوي ثانوي رقيق وعابر” على 55 Cancri e، وهو الغلاف الذي يتطاير باستمرار بسبب نشاطه البركاني الدائم.
يُشتبه في أن حرارة الأشعة تحت الحمراء الغريبة وإشارات الضوء المرئي للكوكب هي نتيجة لخلل في الغلاف الجوي لـ 55 Cancri e، وهو ما سيساعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي في تقديم إجابات عليه.
كشف العلماء أن هذا الكوكب العملاق عبارة عن كتلة بركانية مضطربة من الصخور يمكنها إكمال مدارها حول نجمها المضيف في 17 ساعة فقط
وبعد اكتشاف 55 Cancri e في عام 2004، قرر العلماء أنه من المحتمل أن يكون به براكين وحمم متدفقة ورياح عالية السرعة تحمل عواصف من الصخور “الممطرة”.
وحتى على جانبها الليلي الأكثر برودة، فإن درجات الحرارة على 55 Cancri e تحوم عند الحرارة الشديدة للصخور المنصهرة، والتي تبلغ حوالي 2060 فهرنهايت.
من المحتمل أن يكون الكوكب حارًا جدًا، وفقًا لليلي تشاو من مركز الفيزياء الفلكية الحاسوبية التابع لمعهد فلاتيرون في نيويورك، “لدرجة أنه لن يتمكن أي شيء نعرفه من البقاء على السطح”.
استخدمت الدراسة الجديدة الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء التي تم جمعها من ثلاثة تلسكوبات فضائية منفصلة لنمذجة التركيب الغازي لهذا الغلاف الجوي الذي يبدو دائم التغير المحيط بـ 55 Cancri e.
في جوهر الأمر، يُعتقد أن براكين الكوكب الجحيم تتدفق بانتظام من الغاز الساخن، وهي عملية تسمى بشكل طبيعي “إطلاق الغازات”، والتي تجتاح الكوكب بأكمله في طبقات جديدة من الغلاف الجوي.
ولكن بعد فترة وجيزة، مثل الساعة، جردت إشعاعات شمسها القاسية والرياح الشمسية 55 كانكري إي من معظم غلافها الجوي الجديد شديد الحرارة.
لكن وفقًا لمؤلف الدراسة الجديدة، عالم الفيزياء الفلكية كيفن هينج من جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ألمانيا، فإن هذا التغير في الغلاف الجوي الجديد لا يترك الكوكب أبدًا “صخرة أصلع” تمامًا، كما تشير النظريات السابقة.
وكتب هنغ: “على الرغم من هذا التباين، فإن عمق عبوره (مساحة الكوكب المنسف إلى نجمه المنخسف) يظل ثابتًا إلى حد ما مع مرور الوقت ولا يتوافق مع المواد المعتمة”.
وبعبارة أخرى، حتى في أقصى حالاته “الصلع” يبدو أن بعض الغلاف الجوي لا يزال موجودًا، ولكن فقط يمكن رؤيته عبر التوقيع الحراري للأشعة تحت الحمراء.
اكتشف هنغ أدلة من ثلاثة تلسكوبات مدارية، بما في ذلك تلسكوب سبيتزر الفضائي وتلسكوب كيوبس الفضائي، تشير إلى إمكانية وجود “غلاف جوي ثانوي” رقيق ومتجدد باستمرار.
وكتب هنغ: “مع هروب الغلاف الجوي المنبعث من الغازات وتجدده، فإنه يتكيف بسرعة مع التوازن الإشعاعي وتقلبات درجات الحرارة تتسبب في اختلاف أعماق كسوف الأشعة تحت الحمراء”.
تم اختبار بحث هينج – الذي قبلته مجلة Astrophysical Journal Letters، ولكن لم تتم مراجعته بعد – بحثًا عن وجود غازات مختلفة محتملة في الغلاف الجوي لـ 55 Cancri e للمساعدة في تأكيد فرضيته.
ووجد أن أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون أكثر احتمالا من غاز الميثان.
وكتب هنغ: “تم استبعاد الأجواء التي تحتوي على الميثان النقي لأنها لا تنتج ما يكفي من تشتت رايلي”.
تشتت رايلي هو القواعد التي تم اختبارها عبر الزمن لكيفية انحناء الغلاف الجوي، وإخماده، وتفاعله بشكل عام مع الضوء، وقد سُمي على اسم الفيزيائي البريطاني اللورد رايلي في القرن التاسع عشر، والذي صاغ هذا المبدأ لأول مرة.
وفقًا للنظريات السابقة حول عالم الجحيم الحقيقي، عندما لا يكون هناك غطاء من الغاز يحيط بـ 55 Cancri e، فإن الكوكب يصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء فقط.
وكان هؤلاء العلماء قد توقعوا سابقًا أنه عندما يكون الغلاف الجوي موجودًا، فإن كل من الضوء المرئي المتقلب والأشعة تحت الحمراء سيساهمان في الإشارة المرسلة.
لكن نظرية هينج ركزت على أدلة ضوء الأشعة تحت الحمراء لاستكشاف نموذج رياضي “إثبات للمفهوم” والذي من خلاله قد تبقى دائمًا كمية رقيقة من الغلاف الجوي.
ويأمل علماء الفيزياء الفلكية، بمن فيهم هينج، أن يساعدهم تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا في قياس التغيرات في الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي الصادر عن “كوكب الجحيم” أثناء مروره بين كوبرنيكوس في مركز نظامه الشمسي والتلسكوبات هنا، بالقرب من الأرض. .
“كوكب الجحيم” قريب جدًا من نجمه المضيف لدرجة أنه يكمل كل مدار جديد في أقل من 20 ساعة، مما قد يساهم أيضًا في بيئته غير المستقرة، ولكنه يعني أيضًا العديد من عمليات العبور والعديد من حالات الكسوف التي يمكن جمع البيانات منها.
وكتب هينج في ورقته البحثية الجديدة: “من المحتمل أن تسمح الملاحظات القادمة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي بقياس درجة حرارة الغلاف الجوي والضغط السطحي، وكذلك درجة حرارة السطح”.