تلسکوپ فضایی “اسپیتزر” ناسا ممکن است به دانشمندان در یافتن پاسخ سوالاتی از جمله نحوه شکل‌گیری و جو سیارات خارج از منظومه شمسی یا سیارات فراخورشیدی کمک کند.
ساینسیو – به نقل از ایسنا و اس تی دی، محققان اخیرا در دو مطالعه و با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی بازنشسته “اسپیتزر” ناسا، سیاره‌های فراخورشیدی غول‌پیکر و کوتوله‌های قهوه‌ای(اجرامی که کاملا همانند ستاره نیستند، اما کاملا همانند سیاره هم نیستند) را مورد بررسی قرار دادند.
مطالعه اول نشان داد که آب و هوا در کوتوله‌های قهوه‌ای(که مانند ستاره‌ها شکل می‌گیرند اما جرم کافی برای شروع سوزاندن هیدروژن در هسته‌هایشان مانند ستاره‌ها ندارند) با افزایش سن تغییر می‌کند. کوتوله‌های قهوه‌ای و سیارات فراخورشیدی غول‌پیکر از نظر قطر، جرم و ترکیب مشابه هستند، بنابراین درک ویژگی‌های جوی یکی از آنها می‌تواند بینش‌های جدیدی درباره ویژگی‌های دیگری ارائه دهد.
مطالعه دوم به مجموعه‌ای از مطالعات مربوط می‌شود که طی آن محققان مشتری‌های داغ(سیاره‌های فراخورشیدی گازی که در فاصله‌ای بسیار نزدیک به ستاره‌های والد خود می‌چرخند) را بررسی کرده‌اند.
مشتری داغ(Hot Jupiter) نوعی سیاره فراخورشیدی است. مشتری‌های داغ سیاره‌هایی گازی در ابعاد سیاره مشتری یا بزرگ‌تر از آن هستند که فاصله بسیار کمی با ستاره خود دارند و به همین سبب از دمای زیادی برخوردارند و مشتری داغ نامیده می‌شوند. نخستین سیاره‌های غیرخورشیدی کشف شده همه از این نوع بوده‌اند.
محققان طی این مطالعه قصد داشتند دریابند که این سیارات پرجرم چگونه به وجود می‌آیند و آیا آنها می‌توانند زیرگروه مشتری داغ با داستان‌های شکل‌گیری متفاوت باشند؟ برای یافتن پاسخ، محققان این مطالعه به بررسی یک سیاره فراخورشیدی موسوم به”XO-۳b” پراختند. “XO-۳b” نمونه نادری از مشتری داغ است که هنگام مهاجرت به ستاره میزبان خود رصد شده است.
آنالوگ‌های سیاره فراخورشیدی
سن اغلب باعث ثبات در انسان می‌شود و به نظر می‌رسد که این امر در مورد اجرام کیهانی نیز صادق است. “یوهانا وس”(Johanna Vos) اخترفیزیکدان موزه تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک، در مورد مطالعه داده‌های تلسکوپ فضایی اسپیتزر که در مجله Astrophysical منتشر شده و نشان می‌دهد تغییرپذیری آب و هوایی در کوتوله‌های قهوه‌ای جوان در مقایسه با کوتوله‌های قدیمی بیشتر است، صحبت کرده است.
با در نظر گرفتن کوتوله‌های قهوه‌ای، کلمه تغییرپذیری(variability) به تغییرات کوتاه مدت در شدت طول‌موج‌های مختلف نور فروسرخ که از جو این جرم می‌آید اشاره دارد. اخترشناسان فکر می‌کنند که این تغییرات ناشی از ابرها هستند چرا که آنها نور را در جو منعکس و جذب می‌کنند.
تغییرپذیری زیاد ممکن است نشان دهنده یک ویژگی جوی مهم مانند لکه سرخ بزرگ مشتری باشد. لکه سرخ بزرگ مشتری توفانی بزرگ‌تر از زمین است که صدها سال است در حال چرخش بوده است. همچنین این تغییرپذیری زیاد می‌تواند نشان دهنده اتمسفر به سرعت در حال تغییر باشد، که این امر می‌تواند دلایل متعددی مانند اختلاف دمای عمده در جو یا تلاطم(گاهی اوقات ناشی از بادهای قوی) داشته باشد. لکه سرخ بزرگ نام بزرگ‌ترین توفان عظیم چرخان در سطح سیاره مشتری است. این توفان در راستای کمربندها و منطقه‌های مشتری جریان دارد.
محققان این مطالعه با مقایسه کوتوله‌های قهوه‌ای جوان با مشاهدات قبلی اسپیتزر از کوتوله‌های قهوه‌ای مسن‌تر دریافتند که کوتوله‌های قهوه‌ای جوان بیشتر دچار تغییرات جوی می‌شوند. آنها همچنین دریافتند که تغییرات در کوتوله‌های قهوه‌ای جوان، بزرگ‌تر و چشمگیرتر است. وس و همکارانش این تفاوت را به این واقعیت نسبت می‌دهند که کوتوله‌های قهوه‌ای در جوانی پف کرده‌تر هستند، اما با افزایش سن فشرده‌تر می‌شوند که این امر احتمالا جو را یکنواخت‌تر نشان می‌دهد.
کوتوله‌های قهوه‌ای جوان از نظر قطر، جرم و ترکیب، مشابه سیارات فراخورشیدی غول پیکر که عمدتا از گاز ساخته شده‌اند، هستند اما مطالعه سیارات فراخورشیدی بزرگ به دلیل حضور نزدیک ستارگان والد آنها پیچیده است چرا که ستاره همدم به جو سیاره می‌تابد که این امر دما یا حتی شیمی سیاره را تغییر می‌دهد و بر آب و هوای آن تاثیر می‌گذارد. نور درخشان ستاره نیز دیدن سیاره بسیار کم نورتر را دشوارتر می‌کند.
از سوی دیگر، کوتوله‌های قهوه‌ای می‌توانند به عنوان نوعی گروه کنترل عمل کنند و به صورت مجزا در فضا مشاهده شوند. محققان این مطالعه قصد دارند این یافته جدید را با مدل‌هایی مانند چگونگی تکامل جو سیارات فراخورشیدی و کوتوله قهوه‌ای با افزایش سن ترکیب کنند.
مهاجرت غول‌ها
اگرچه مشتری‌های داغ بیشترین نوع سیاره فراخورشیدی هستند که مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما سوالات عمده‌ای در مورد چگونگی شکل‌گیری آنها به جا مانده است. به عنوان مثال، آیا این سیارات دور از ستارگان والدشان و در فاصله‌ای که آنقدر سرد است که مولکول‌هایی مانند آب جامد شوند شکل می‌گیرند یا در فاصله‌ای نزدیک‌تر؟
سناریوی اول با تئوری‌هایی در مورد چگونگی تولد سیارات در منظومه شمسی تطابق بیشتری دارد، اما چه چیزی این نوع سیارات را به مهاجرت بسیار نزدیک به ستارگان والدشان سوق می‌دهد هنوز نامشخص است.
“لیزا دانگ”(Lisa Dang) دانشمند سیاره فراخورشیدی در دانشگاه مک گیل در مونترال و همکارانش از داده‌های اسپیتزر برای مطالعه سیاره فراخورشیدی”XO-۳b” استفاده کردند. این سیاره نسبت به تقریبا تمام مشتری‌های داغ شناخته شده دیگر که مدار دایره‌ای دارند، مداری غیرعادی و بیضی شکل دارد. این مدار خارج از مرکز نشان می‌دهد که XO-۳b ممکن است اخیرا به سمت ستاره والد خود مهاجرت کرده باشد. اگر اینطور باشد، در نهایت در مدار دایره‌ای‌تری قرار می‌گیرد.
مشاهدات فضاپیمای گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا و اسپیتزر نشان می‌دهند که این سیاره مقداری از گرمای خود را تولید می‌کند، اما دانشمندان نمی‌دانند چرا. داده‌های اسپیتزر همچنین نقشه‌ای از الگوهای آب و هوایی آن مکان ارائه می‌دهد. البته این امکان نیز وجود دارد که گرمای بیش از حد از درون سیاره، از طریق گرمایش جزر و مدی، وارد شود. فشردگی گرانشی ستاره روی سیاره در حال نوسان است زیرا آن مدار نامنظم، سیاره را دورتر و سپس به ستاره نزدیک می‌کند و تغییرات ناشی از فشار داخلی باعث تولید گرما می‌شود.
برای دانگ، بررسی یک مشتری داغ غیرمعمول فرصتی برای آزمایش ایده‌هایی در مورد اینکه کدام فرآیندهای شکل‌گیری ممکن است ویژگی‌های خاصی را در این سیارات فراخورشیدی ایجاد کنند، فراهم می‌کند. به عنوان مثال، آیا گرمایش جزر و مدی(tidal heating) در سایر مشتری‌های داغ نیز می‌تواند نشانه‌ای از مهاجرت اخیرشان باشد؟ بررسی XO-۳b به تنهایی معما را حل نمی‌کند، اما به عنوان یک گزینه مهم برای بررسی درباره این غول‌های سوزان عمل می‌کند.
اطلاعات بیشتر درباره ماموریت اسپیتزر
تلسکوپ فضایی اسپیتزر یک تلسکوپ فضایی در طول موج مادون قرمز بود. تلسکوپ اسپیتزر ۲۵ اوت ۲۰۰۳ از پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال با موشک دلتا ۲ ،۷۹۲۰H پرتاب شد. کل داده‌های علمی جمع‌آوری‌شده توسط اسپیتزر در طول فعالیتش از طریق آرشیو داده‌های اسپیتزر که در آرشیو علوم فروسرخ در IPAC در موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا، کالیفرنیا نگهداری می‌شود، در دسترس عموم است.
دو سال پیش آژانس فضایی آمریکا(ناسا) اعلام کرد ۳۱ ژانویه ۲۰۲۰ تلسکوپ فضایی “اسپیتزر”(Spitzer) را پس از ۱۶ سال فعالیت بازنشسته کرده است و قرار است تلسکوپ فضایی “جیمز وب” جای آن را بگیرد. این رصدخانه فضایی از زمان آغاز به کار در سال ۲۰۰۳، از تصویربرداری از برخی از قدیمی‌ترین ستارگان جهان گرفته تا کشف نور منعکس شده از سیارات فراخورشیدی را ممکن ساخته و اکتشافات پیشگویانه‌ای در مورد جهان انجام داده است.
حسگرهای مادون قرمز “اسپیتزر” نیز در این ۱۶ سال به آن در تحلیل گرد و غبار میان‌ستاره‌ای کمک کرده‌اند. ذراتی که گرانش با گذشت زمان بسیار زیاد آنها را به هم نزدیک می‌کند و سرانجام ستاره‌ها و سیاره‌ها را تشکیل می‌دهد. تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی این گرد و غبارها به ناسا کمک کرده است که در مورد ترکیب آنها و منشاء منظومه شمسی اطلاعات بیشتری کسب کنند.
“اسپیتزر” به لطف کمک در کشف سیاره‌هایی به اندازه زمین در منظومه “تراپیست-۱”(Trappist-۱) که ۳۹.۶ سال نوری از منظومه شمسی ما فاصله دارد، توجه عموم را به خود جلب کرد. این رصدخانه فضایی طی فعالیتش شواهدی از دو سیاره در حال گردش به دور یک ستاره را تایید کرد و سپس چند سیاره فراخورشیدی را در این منظومه یافت.