رازهای سیارات گداخته: تلسکوپ جیمز وب، شیمی پنهان جهنم‌های فضایی را آشکار می‌کند

سیارات گداخته، که برخی از آن‌ها اندازه ای به کوچکی زمین دارند، تمام تصورات ما از علم سیاره‌شناسی را به چالش می‌کشند. این دنیاهای عجیب و غریب به قدری به ستارگان خود نزدیک هستند که یک سال در آن‌ها کمتر از یک روز زمینی به طول می‌انجامد. سطح این سیارات به دماهایی می‌رسد که سنگ‌ها را ذوب یا حتی بخار می‌کند و شرایطی کاملاً متفاوت با زمین، مریخ یا زهره ایجاد می‌کند. با این حال، همین محیط‌های خشن، آن‌ها را به مکان‌هایی ایده‌آل برای بررسی چگونگی تکامل سیارات سنگی در طول میلیاردها سال تبدیل کرده است.

چارچوبی نوین برای رمزگشایی دنیاهای مذاب

مطالعه‌ای پیشگامانه که در مجله Nature Astronomy منتشر شده، توسط چارلز-ادوارد بوکاره (Charles-Édouard Boukaré)، استاد فیزیک دانشگاه یورک، رویکردی قدرتمند و جدید برای درک این سیارات ارائه داده است. تیم بوکاره با ترکیب ژئوفیزیک، علوم جوی و شیمی مواد معدنی، به بررسی چگونگی تعامل سنگ مذاب، بخار و پوسته جامد در طول زمان‌های بسیار طولانی پرداخته است.

بوکاره توضیح می‌دهد: «سیارات گداخته در چنان پیکربندی‌های مداری شدیدی قرار دارند که دانش ما از سیارات سنگی در منظومه شمسی به طور مستقیم قابل استفاده نیست.» محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی پیشرفته، دو حالت درونی شدید را شناسایی کردند. سیارات گداخته جوان‌تر همچنان کاملاً مذاب باقی می‌مانند، گرما به طور مؤثری در آن‌ها جریان دارد و جو آن‌ها منعکس‌کننده ترکیب کلی سیاره است.

تقطیر شیمیایی و تکامل سیاره‌ای

در قلب این تحقیق، مفهوم تقطیر شیمیایی قرار دارد. هنگامی که سنگ ذوب یا بخار می‌شود، عناصر بر اساس خواص فیزیکی خود از هم جدا می‌شوند. عناصر سنگین‌تر مانند منیزیم و سیلیکون تمایل دارند در فازهای مایع یا جامد باقی بمانند، در حالی که عناصر سبک‌تر مانند سدیم و پتاسیم به فاز بخار مهاجرت می‌کنند. با گذشت زمان، این چرخه مداوم ذوب شدن، بخار شدن و جامد شدن، لایه‌های بیرونی سیاره را به شدت تغییر می‌دهد.

بوکاره تأکید می‌کند: «این فرآیندها، اگرچه در سیارات گداخته بسیار تشدید می‌شوند، اما اساساً مشابه فرآیندهایی هستند که سیارات سنگی را در منظومه شمسی خودمان شکل می‌دهند.» در زمین، مکانیسم‌های مشابهی ردپاهای شیمیایی در جریان‌های گدازه‌ای باستانی و پوسته‌های سیاره‌ای به جا گذاشته‌اند، اما در سیارات گداخته، این فرآیندها در حال انجام هستند و به دلیل گرمای شدید و از دست دادن جو به طور چشمگیری تسریع می‌شوند.

این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که اقیانوس‌های ماگما در سیارات گداخته مانند اقیانوس‌های ماگما در سیارات جوان منظومه شمسی ما به سرعت یخ نمی‌زنند. در عوض، آن‌ها برای میلیاردها سال باقی می‌مانند و جداسازی شیمیایی طولانی‌مدتی بین فازهای بخار، مایع و جامد ایجاد می‌کنند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب برای آزمایش پیش‌بینی‌های جسورانه آماده می‌شود

تیم تحقیقاتی برای تأیید مدل‌های خود، ۱۰۰ ساعت زمان رصد با تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) را تأمین کرده است. حسگرهای مادون قرمز پیشرفته آن به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا جو این سیارات را با جزئیات فوق‌العاده بررسی کنند و تشخیص دهند که آیا عناصری مانند سدیم و پتاسیم در آنجا وجود دارند یا خیر. تشخیص—یا عدم تشخیص—آنها می‌تواند نشان دهد که آیا یک سیاره گداخته هنوز مذاب است یا به حالت پایدارتر و جامدتری تبدیل شده است.

بوکاره می‌گوید: «اگر بتوانیم سیارات گداخته قدیمی را از سیارات جوان تشخیص دهیم، این یک گام مهم در جهت فراتر رفتن از دیدگاه لحظه‌ای سنتی از سیارات فراخورشیدی خواهد بود.» رصدهای اصلی توسط پروفسور لیزا دانگ (Prof. Lisa Dang) از دانشگاه واترلو (University of Waterloo) انجام خواهد شد، که تیمش قصد دارد داده‌های جوی را مستقیماً به پویایی‌های درونی این دنیاهای عجیب و غریب متصل کند.

این یافته‌ها می‌تواند درک ما را نه تنها از سیارات گداخته، بلکه از تکامل سیارات سنگی به طور کلی، از جمله فرآیندهایی که زمین اولیه و سایر دنیاهای بالقوه قابل سکونت را شکل داده‌اند، متحول کند.

بادها، اقیانوس‌های ماگما و اثر انگشت شیمیایی یک سیاره

قفل جزر و مدی سیارات گداخته پدیده جذاب دیگری را ایجاد می‌کند: تضاد شدیدی بین نیمروزهای سوزان و شب‌های یخ‌زده آن‌ها. بادهای قدرتمندی که توسط این اختلاف دما ایجاد می‌شوند، بخار و گرما را در اطراف سیاره می‌چرخانند و مواد را بین نیمکره‌ها توزیع می‌کنند.

مدل‌های قبلی این بادها را بررسی کردند اما تا حد زیادی نادیده گرفتند که چگونه سنگ مذاب با گوشته جامد زیرین تعامل می‌کند. مطالعه جدید با استفاده از شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی به این شکاف پرداخته و نحوه رفتار عناصر سنگ‌ساز مانند منیزیم، سیلیکون و آهن را در حالت‌های مختلف ردیابی می‌کند.

منبع