گرانش در برابر تابش ستاره، راز تغییر جوهای سیارات آشکار شد
نخستین شواهد مستقیم از فرار لایههای هلیوم از اتمسفر یک سیاره فراخورشیدی سنگی به دست آمد. این پدیده که در مطالعهای منتشر شده در نشریه نیچر به تفصیل گزارش شده، مسیر تکامل جوهای سیارات را در طول میلیونها سال روشن میکند و نشان میدهد چگونه ستارهها میتوانند پوششهای گازی اولیه همسایگان کیهانی خود را بپزند و به فضای میانستارهای فرستند.
بیشتر گازهای موجود در کهکشان از ترکیب هیدروژن و هلیوم تشکیل شدهاند و سیارات نیز در لحظات اولیه شکلگیری، همین دو عنصر را به عنوان پایه جو خود در اختیار دارند. در گذر میلیاردها سال، ترکیب این اتمسفرها دستخوش دگرگونی میشود. هیدروژن ممکن است با عناصر دیگر واکنش شیمیایی دهد و همزمان، هیدروژن و هلیوم سبک به تدریج از چنگال گرانش سیاره رها شده و به فضا نشت کنند. سیارات منظومه شمسی ما مانند زمین، زهره و مریخ نمونههای کلاسیکی هستند که جو اولیه خود را از دست داده و پوششهای ثانویهای را جایگزین کردهاند.
فرآیند از دست رفتن اتمسفر یک معادله پیچیده است. عناصر سبکتر سریعتر فرار میکنند، اما هیدروژن میتواند درون مولکولهای پایدارتری مانند متان و آمونیاک قفل شود. وزن سیاره و قدرت میدان مغناطیسی آن مانند سپری عمل میکند و تابشهای خنثی و باردار ستاره میزبان را منحرف میسازد. فاصله سیاره تا ستاره نیز تعیینکننده است؛ نزدیکی بیشازحد باعث گرمشدن شدید لایههای بالایی جو شده و آنها را در شعاعی وسیعتر گسترش میدهد که در آن، اثر گرانش تضعیف میشود.
کشف جدید در منظومه LHS 1140 و دو سیاره در مدار
با وجود تمام این فاکتورهای متغیر، پیشبینی پیکربندی جو سیارات فراخورشیدی کار سادهای نیست. مطالعه جدید بر منظومه LHS 1140 متمرکز شده است؛ نظامی که در فاصله 50 سال نوری از ما قرار دارد و میزبان دو سیاره سنگی است. یکی از آنها، سیاره LHS 1140c، به شدت به ستاره خود نزدیک است و در کمتر از 4 روز مدار خود را کامل میکند. این جهان گرم، حدود 5 برابر تابش بیشتری نسبت به زمین از خورشید دریافت میکند.
سیاره دوم، LHS 1140b، در فاصلهای دورتر حرکت میکند و چرخه 25 روزهای دارد. اگرچه این موقعیت را به اندازه عطارد به خورشید نزدیک نمیکند، اما نور خاموشوروشن ستاره کوتوله قرمز میزبان به گونهای است که سطح این سیاره کمتر از نیمی از انرژی نوری زمین را دریافت میکند. محققان با اندازهگیری نرخ فرار هلیوم از لایههای بالای جو یکی از این سیارات، توانستهاند الگویی دقیق از تراکم و دمای جو باقیمانده استخراج کنند. این دادهها مانند یک اسکنر طبیعی عمل کرده و لایههای پنهان اتمسفر را نمایان میسازند.
چه چیزی در لایههای پنهان این فراخورشیدی وجود دارد؟
نرخ تبخیر هلیوم یک دماسنج کیهانی محسوب میشود. وقتی دانشمندان میبینند که هلیوم با چه سرعتی از اتمسفر میگریزد، میتوانند حدس بزنند که آیا سیاره هنوز پوشش گازی قابلتوجهی دارد یا به سرعت به یک سنگتراشه بیاستخوان تبدیل میشود. مدلهای فعلی نشان میدهند میدان مغناطیسی قوی میتواند باد ستارهای را کمانه داده و از فرار سریع جو جلوگیری کند، در حالی که سیارات بیمیدان، حتی در فواصل متوسط نیز لایههای خود را زودتر از دست میدهند.
این یافتهها در آرشیو فراخورشیدی و پژوهشهای مرتبط با تلسکوپهای نسل بعد نیز تأیید شدهاند. تحلیل دقیقتر فرار هلیوم به ستارهشناسان کمک میکند تا مرز دقیق بین سیارات سنگیِ جودار و سیارات عریان را مشخص کنند. این تمایز نقش حیاتی در ارزیابی قابلیت سکونت و شناسایی زیستبومهای احتمالی در کهکشان دارد.
افقهای آینده پژوهشهای فراخورشیدی
تکنیکهای طیفسنجی پیشرفته در حال تکامل هستند و به زودی امکان رصد مستقیم این پدیدهها را در دهها سیاره فراخورشیدی دیگر فراهم میکنند. وقتی دادههای عملیاتی با شبیهسازیهای سیالات مغناطیسی ادغام شوند، نقشه تکاملی جوهای سیارات در کهکشان با دقتی باورنکردنیتر ترسیم خواهد شد. رصد پیوسته این فرآیندها به ما یادآوری میکند که اتمسفرها موجودات ایستایی نیستند؛ بلکه پویشهای پویاییاند که در جنگ میان گرانش و تابش، هویت واقعی سیارات را رقم میزنند.
