لقد تبين أن نبتون الصغير عبارة عن كوكب أرض عملاق متجمد

من بين كل الكواكب الخارجية المحتملة التي تشبه الأرض – الكواكب الخارجية الأرضية الأكثر ضخامة من الأرض – هناك كوكب خارجي يدور حول نجم يبعد عنا 40 سنة ضوئية فقط في كوكبة قيطس ربما يكون الأكثر تشابهًا مما تم اكتشافه حتى الآن.

كان من المفترض أن يكون الكوكب الخارجي LHS 1140 b عبارة عن كوكب نبتون صغير عندما اكتشفه لأول مرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لوكالة ناسا نحو نهاية عام 2023. بعد تحليل البيانات من تلك الملاحظات، اقترح فريق من الباحثين، بقيادة عالم الفلك تشارلز كادييو، من جامعة مونتريال، أن LHS 1140 b من المرجح أن يكون كوكب أرض عملاق.

إذا كان هذا الكوكب نسخة بديلة من كوكبنا، فإن قربه النسبي من نجمه القزم الأحمر البارد يعني أنه من المرجح أن يكون كرة ثلجية عملاقة أو جسمًا متجمدًا في معظمه مع محيط تحت النجم (المنطقة الأقرب إلى نجمه) يجعله يبدو وكأنه مقلة عين كونية. يُعتقد الآن أنه الكوكب الخارجي الذي يتمتع بأفضل فرصة لوجود الماء السائل على سطحه، وبالتالي قد يكون صالحًا للحياة.

يقول كاديو وفريقه إنهم وجدوا “دليلاً مثيراً للاهتمام على [nitrogen]- الغلاف الجوي المهيمن على المنطقة الصالحة للسكن “الأرض الفائقة” في يذاكر نُشرت مؤخرًا في مجلة The Astrophysical Journal Letters.

عذرا نبتون…

في ديسمبر 2023، تم رصد عبورين لكوكب LHS 1140 b باستخدام أداة NIRISS (جهاز التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة ومقياس الطيف الخالي من الشقوق) على متن ويب. يتخصص NIRISS في اكتشاف الكواكب الخارجية وكشف المزيد عنها من خلال مطيافية العبور، والتي تلتقط ضوء النجم المضيف للكوكب أثناء مروره عبر الغلاف الجوي لذلك الكوكب وانتقاله نحو الأرض. يمكن لتحليل النطاقات الطيفية المختلفة في ذلك الضوء أن يخبر العلماء عن الذرات والجزيئات المحددة الموجودة في الغلاف الجوي للكوكب.

لاختبار الفرضية السابقة القائلة بأن LHS 1140 b هو نبتون مصغر، أنشأ الباحثون نموذجًا ثلاثي الأبعاد للمناخ العالمي، أو GCM. استخدم هذا الرياضيات المعقدة لاستكشاف مجموعات مختلفة من العوامل التي تشكل نظام المناخ لكوكب، مثل الأرض والمحيطات والجليد والغلاف الجوي. تمت مقارنة العديد من نماذج المناخ العالمي المختلفة لنبتون مصغر مع طيف الضوء المرصود عبر مطيافية العبور. يتضمن نموذج نبتون المصغر عادةً عملاقًا غازيًا له غلاف جوي سميك أو خالٍ من السحب أو شبه خالٍ من السحب يهيمن عليه الهيدروجين، لكن النطاقات الطيفية لهذا النموذج لم تتطابق مع ملاحظات NIRISS.

مع استبعاد احتمال وجود كوكب نبتون صغير إلى حد كبير (على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات والتحليلات لتأكيد ذلك)، تحول فريق كادييو إلى احتمال آخر: كوكب أرض عملاق.

أرض بعيدة عن الأرض؟

كانت الأطياف التي تم رصدها باستخدام NIRISS أكثر توافقًا مع نماذج المناخ العام لكوكب الأرض الفائق. عادةً ما يكون لهذا النوع من الكواكب طبقة سميكة من النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون.₂– الغلاف الجوي الغني الذي يحيط بسطح صخري يحتوي على شكل من أشكال الماء، سواء في صورة متجمدة أو سائلة.

كما اقترحت النماذج وجود غلاف جوي ثانوي، وهو الغلاف الجوي الذي تشكل بعد هروب الغلاف الجوي الأصلي للعناصر الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) خلال المراحل المبكرة من تشكل الكوكب. وتتكون الأغلفة الجوية الثانوية من عناصر أثقل تنطلق من القشرة، مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان. وعادة ما توجد هذه الأغلفة الجوية على الكواكب الأرضية الدافئة (الأرض لها غلاف جوي ثانوي).

كانت البيانات الأكثر أهمية التي لم تتطابق مع نماذج المناخ العالمي هي أن الكوكب له كثافة أقل (بناءً على قياسات حجمه وكتلته) مما هو متوقع لعالم صخري. وهذا يتفق مع عالم مائي بكتلة تتراوح بين 10 إلى 20 في المائة من الماء. وبناءً على هذا التقدير، يعتقد الباحثون أن LHS 1140 b قد يكون كوكبًا هيسيانيًا – كوكب محيطي يتمتع بمعظم سمات الأرض الفائقة، ولكن غلافه الجوي يهيمن عليه الهيدروجين بدلاً من النيتروجين.

وبما أنه يدور حول نجم خافت عن قرب كافٍ ليكون مقيدًا مديًا، فإن بعض النماذج تشير إلى أنه كوكب جليدي في معظمه مع محيط سائل تحت النجم على جانبه النهاري.

ورغم أن كوكب LHS 1140 b قد يكون كوكباً عملاقاً، فإن فرضية الكوكب الهيسي قد تنتهي إلى الاستبعاد. ذلك أن الكواكب الهيسيانية معرضة لظاهرة الاحتباس الحراري الجامحة، التي تحدث عندما تتراكم كميات كافية من الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي للكوكب وتمنع الحرارة من الهروب. وفي نهاية المطاف، سوف يتبخر الماء السائل على الكوكب الذي لا يستطيع تبريد نفسه.

ورغم أننا نقترب من معرفة نوع الكوكب LHS 1140 b، وما إذا كان صالحًا للحياة، إلا أننا نحتاج إلى المزيد من الملاحظات. ويريد كادييو مواصلة هذا البحث من خلال مقارنة بيانات NIRISS ببيانات عن كواكب عملاقة أخرى تم جمعها سابقًا بواسطة جهاز مطياف الأشعة تحت الحمراء القريب (NIRSpec) التابع لمرصد ويب. وهناك حاجة أيضًا إلى ثلاث ملاحظات عبور على الأقل للكوكب باستخدام جهاز MIRI (الأشعة تحت الحمراء المتوسطة) التابع لمرصد ويب للتأكد من أن الإشعاع النجمي لا يتداخل مع ملاحظات الكوكب نفسه.

وقال الباحثون في نفس الدراسة: “نظرًا للرؤية المحدودة لكوكب LHS 1140b، فقد تكون هناك حاجة إلى عدة سنوات من المراقبة لاكتشاف الغلاف الجوي الثانوي المحتمل له”. يذاكر.

فهل يمكن أن يكون هذا الكوكب في الواقع أرضًا خارجية متجمدة؟ سيستمر الترقب والترقب لعدة سنوات.

رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa