آشکار شدن سمت تاریک سیاره فراخورشیدی مشتری داغ!!

دانشمندان برای اولین بار ماهیت سمت تاریک یک سیاره فراخورشیدی داغ مشتری را با ابرهای آهنی، باران تیتانیومی و بادهای شدید آشکار کردند.

ایده هنری از WASP-121 b، مشتری داغی که سمت تاریک آن میزبان ابرهای آهنی، باران تیتانیومی و بادهای شدید است. تصویر از طریق Engine House VFX/ MIT.

ستاره‌شناسان بهترین دیدگاه خود را از سمت تاریک یک سیاره فراخورشیدی غول پیکری که به دور ستاره ای دور می چرخد، به دست آورده‌اند. این سیاره WASP-121b نام دارد. این تقریباً دو برابر مشتری است. به طور جزر و مدی به ستاره خود قفل شده است، به این معنی که همان نیمکره سیاره به طور مداوم رو به ستاره است. اخترشناسان در 21 فوریه 2022 گفتند که سیاره فراخورشیدی داغ مشتری احتمالا دارای ابرهای آهنی، باران تیتانیومی و بادهای شدید است.

نویسنده اصلی این مطالعه، توماس میکال ایوانز از MIT، اظهار داشت:

اکنون از گرفتن عکس‌های فوری جدا شده از مناطق خاصی از جو سیاره‌های فراخورشیدی فراتر می‌رویم تا آنها را به‌عنوان سیستم‌های سه بعدی بررسی کنیم.

سیاره فراخورشیدی مشتری داغ WASP-121b

دانشمندان ابتدا سیاره فراخورشیدی مشتری داغ WASP-121b را در سال 2015 کشف کردند. چیزهای زیادی در مورد آن آموخته‌اند. 850 سال نوری از ما فاصله دارد. این سیاره یکی از کوتاه‌ترین مدارهای سیاره شناخته شده را دارد که تنها در 30 ساعت به دور ستاره اصلی خود می‌چرخد. در جو خود بخار آب دارد و دمای آن با ارتفاع تغییر می‌کند و به یاد داشته باشید که به طور جزر و مدی قفل است: یک طرف سیاره همیشه رو به خود ستاره است. آن طرف یک روز ابدی را تحمل می‌کند، در حالی که طرف دیگر سیاره یک شب ابدی را تجربه می‌کند.

یک چرخه آب عجیب

در مطالعه جدید، دانشمندان دما را روی WASP-121b ترسیم کردند تا ببینند چگونه با ارتفاع و از روز به شب تغییر می‌کند. آنها توانستند آب در حال گردش در جو غلیظ بین دو طرف روز و شب سیاره فراخورشیدی را ببینند.

اما چرخه آب در WASP-121b مانند چرخه آب روی زمین نیست. روی زمین، آب تبخیر می‌شود و در جایی که متراکم می‌شود و تبدیل به ابرها می‌شود و سپس دوباره باران می‌بارد. در WASP-121b، گرمای 3000 کلوین (حدود 5000 فارنهایت یا 2700 درجه سانتیگراد) در روز، مولکول‌های آب را از هم جدا می‌کند. بادهای شدید سپس این بقایای مولکول‌ها را به سمت شب می‌برد. در دماهای خنک‌تر شبانه، هیدروژن و اکسیژن دوباره می‌توانند ترکیب شوند و مولکول‌های آب را تشکیل دهند. اما بادهای سیاره به ناچار آنها را به سمت روز باز می‌گرداند، جایی که چرخه از نو شروع می‌شود.

محققان محاسبه کردند که بادهای موجود در جو این سیاره با سرعت بیش از 11000 مایل در ساعت (5 کیلومتر در ثانیه) می‌روند. نویسنده دیگر این مطالعه، تانسو دیلان از MIT، گفت:

این بادها بسیار سریعتر از جریان جت ما هستند و احتمالاً می‌توانند ابرها را در حدود 20 ساعت در سراسر سیاره جابجا کنند.

ابرهای آهنی و باران تیتانیوم در سمت تاریک مشتری داغ

جو WASP-121b فقط از آنجا جالبتر می‌شود. با استفاده از مدل‌سازی کامپیوتری، محققان توانستند مواد شیمیایی را شناسایی کنند که به احتمال زیاد در جو سیاره وجود دارند. مدلها ابرهای فلزی از آهن، کوراندوم و تیتانیوم را در سمت شب نشان می‌دادند. کوراندوم ماده معدنی است که یاقوت و یاقوت کبود را تشکیل می‌دهد.

این ابرها نیز در اطراف سیاره می‌وزند. همانطور که آنها از سمت شب به سمت روز می‌وزند، دمای بالاتر فلزات را تبدیل به گاز می‌کند. حتی ممکن است باران به شکل جواهرات مایع از ابرهای کوراندوم ببارد. میکال ایوانز گفت:

با این مشاهدات، ما واقعاً یک نمای جهانی از هواشناسی یک سیاره فراخورشیدی می‌بینیم.

مشاهده سمت تاریک سیاره

دانشمندان WASP-121b را با استفاده از مشاهدات طیف‌سنجی با تلسکوپ فضایی هابل بررسی کردند. برای دیدن نیمه شب تاریک سیاره، آنها باید به دنبال تغییرات کوچک در کل طیف سیاره در حین چرخش به دور ستاره اصلی خود می‌گردند. دیلان گفت:

مشتری‌های داغ به داشتن طرف‌های بسیار روشن روز معروف هستند، اما سمت شب چیزی متفاوت است. سمت شب WASP-121b حدود 10 برابر کم نورتر از سمت روز آن است.

این تیم WASP-121b را از طریق دو مدار، یکی در سال 2018 و دیگری در سال 2019 مورد مطالعه قرار دادند. آنها به دنبال خطوط جذبی بودند که نشان دهنده بخار آب است. میکال ایوانز گفت:

ما این ویژگی آبی را دیدیم و نحوه تغییر آن در نقاط مختلف مدار سیاره را ترسیم کردیم. این اطلاعات را در مورد عملکرد دمای جو سیاره به عنوان تابعی از ارتفاع رمزگذاری می‌کند.

دما و باد

محققان با مشاهدات خود دریافتند که سمت روز سیاره حدود 3500 کلوین در نزدیکی بالای جو آن و کمی خنکتر 2500 کلوین (4000 فارنهایت یا 2200 درجه سانتیگراد) در عمیق‌ترین لایه قابل مشاهده آن است. سمت شب 1500 کلوین (2200 فارنهایت یا 1200 درجه سانتیگراد) در بالای جو و 1800 کلوین (2800 فارنهایت یا 1500 درجه سانتیگراد) در عمیق‌ترین لایه قابل مشاهده خود بود. همانطور که می‌بینید، دمااز شب به روز تغییر می‌کند. در روز چیزی را تجربه می‌کند که هواشناسان آن را وارونگی حرارتی می‌نامند، زمانی که هوای خنکتر به سطح نزدیک‌تر است و توسط هوای گرم‌تر پوشیده می‌شود.

آنها همچنین دریافتند که داغترین منطقه سیاره اندکی در شرق این نقطه درست زیر ستاره اصلی خود قرار دارد. آنها معتقدند این تغییر به دلیل بادهای شدید است. میکال ایوانز گفت:

گاز در نقطه زیر ستاره‌ای (جایی که ستاره مستقیما در سر سو است) گرم می‌شود اما قبل از اینکه بتواند دوباره به فضا تابش کند به سمت شرق دمیده می‌شود.

برنامه‌های آینده برای بررسی WASP-121b

این تیم اواخر امسال از تلسکوپ فضایی هابل برای نقشه‌برداری دی اکسید کربن در جو سیاره استفاده خواهد کرد. میکال ایوانز توضیح داد:

این اولین باری است که می‌توانیم یک مولکول حاوی کربن را در جو این سیاره اندازه‌گیری کنیم. مقدار کربن و اکسیژن موجود در اتمسفر سرنخ هایی را در مورد محل شکل گیری این نوع سیاره‌ها ارائه می‌دهد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

A hot Jupiter exoplanet’s dark side revealed

Posted by Kelly Kizer Whitt February 25, 2022

https://earthsky.org/space/hot-jupiter-exoplanet-dark-side-wasp-121b/