اخیراً ستاره‌شناسان تصویری نادر و شگفت‌انگیز از یک سیاره‌ی غول‌پیکر فراخورشیدی در سامانه‌ای با شیب مداری غیرمعمول که تنها ۶۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، ثبت کرده‌اند.
با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، محققان توانستند به طور مستقیم سیاره‌ی 14 Herculis c را مشاهده کنند؛ یکی از سردترین سیاراتی که تاکنون تصویربرداری شده است. این کشف، دیدگاه‌های جدیدی درباره‌ی شکل‌گیری و رفتار سیارات در سامانه‌هایی متفاوت از منظومه‌ی شمسی ما ارائه می‌دهد.
گامی بزرگ در مطالعه‌ی سیارات سرد
این یافته‌ها گامی مهم در توانایی ما برای شناسایی و بررسی سیارات سرد و قدیمی‌تر است که به لطف حساسیت فروسرخ و ابزارهای تصویربرداری تلسکوپ وب ممکن شده است.
سیاره‌ی 14 Herculis c در کانون توجه
از میان نزدیک به ۶۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی شناخته‌شده، تنها تعداد کمی به صورت مستقیم تصویربرداری شده‌اند. بیشتر این سیارات تصویربرداری‌شده بسیار داغ هستند و دمای آن‌ها گاهی به صدها یا حتی هزاران درجه فارنهایت می‌رسد.
در مقابل، سیاره‌ی 14 Herculis c به طرز چشمگیری سرد است و دمای آن حدود ۲۶ درجه‌ی فارنهایت (تقریباً منفی ۳ درجه‌ی سانتی‌گراد) تخمین زده می‌شود. این سیاره بسیار بزرگ است و وزن آن حدود هفت برابر سیاره‌ی مشتری برآورد شده است.
ویلیام بالمر، نویسنده‌ی اصلی این پژوهش و دانشجوی دکتری دانشگاه جانز هاپکینز، در این باره می‌گوید:
«هر چه یک سیاره‌ی فراخورشیدی سردتر باشد، تصویربرداری از آن دشوارتر می‌شود. بنابراین این یک حوزه‌ی کاملاً جدیدی از مطالعات است که تلسکوپ وب با حساسیت خارق‌العاده‌اش در فروسرخ، آن را ممکن کرده است.»
«ما اکنون می‌توانیم علاوه بر سیارات داغ و جوانی که تاکنون تصویربرداری شده‌اند، سیارات قدیمی‌تری را که بسیار سردتر هستند نیز به فهرست مشاهدات خود اضافه کنیم.»
تصویربرداری با دوربین فروسرخ تلسکوپ وب
دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) تلسکوپ وب موفق شد تابش کم‌نور سیاره‌ی 14 Herculis c را ثبت کند؛ سیاره‌ای که به دور ستاره‌ای مشابه خورشید می‌چرخد.
ستاره‌ی مرکزی این سامانه یعنی 14 Herculis کمی کوچک‌تر و سردتر از خورشید است، اما از بسیاری جهات شباهت زیادی با خورشید دارد. سیاره‌ی خارجی این سامانه اکنون دریچه‌ای روشن به دنیای فیزیک سیارات گشوده است.
یک سامانه‌ی سیاره‌ای بی‌نظم
ساختار مداری غیرعادی
آنچه این سامانه را جذاب‌تر می‌کند، چیدمان مداری غیرمعمول آن است. دو سیاره‌ی شناخته‌شده در این سامانه یعنی 14 Herculis b و 14 Herculis c در یک صفحه‌ی مسطح مانند سیارات منظومه‌ی شمسی حرکت نمی‌کنند.
در عوض، مدار آن‌ها با زاویه‌ای حدود ۴۰ درجه نسبت به یکدیگر انحراف دارد و حرکت آن‌ها به صورت متقاطع و با شیبی غیرمعمول به دور ستاره صورت می‌گیرد.
اولین مشاهده‌ی مستقیم چنین بی‌نظمی
این بی‌نظمی شدید اولین موردی است که تاکنون در یک سامانه‌ی سیاره‌ای تصویربرداری‌شده مشاهده شده است. نتیجه این ساختار غیرمعمول، کشمکش گرانشی مداومی است که دو سیاره‌ی بزرگ با هم دارند.
بالمر می‌گوید:
«تحولات اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی ما تحت تأثیر حرکت و جاذبه‌ی سیارات گازی بزرگ بوده است. آن‌ها سیارک‌ها را جابه‌جا کردند و سایر سیارات را نیز دوباره چیدند. در اینجا ما شاهد بقایای صحنه‌ای خشن‌تر هستیم.»
«این سامانه به ما یادآوری می‌کند که شاید اتفاقات مشابهی در منظومه‌ی شمسی ما نیز رخ داده باشد. سرنوشت سیارات کوچکی مثل زمین اغلب تحت سلطه‌ی نیروهای بسیار بزرگ‌تر شکل می‌گیرد.»
فرضیه‌ی برخورد سیاره‌ای
یکی از نظریه‌ها می‌گوید که احتمالاً برخوردی در ابتدای تشکیل سامانه رخ داده است که یک سیاره‌ی سوم را از سامانه بیرون انداخته و دو سیاره‌ی باقی‌مانده را در مدارهایی با شیب عجیب رها کرده است.
کشف مدار سیاره با کمک وب
تصویر تلسکوپ وب نه تنها سیاره را نشان می‌دهد، بلکه جزئیاتی از جو و مدار آن را نیز فاش می‌کند.
فاصله‌ی مداری سیاره
سیاره‌ی 14 Herculis c با فاصله‌ای حدود ۱.۴ میلیارد مایل از ستاره‌ی خود می‌چرخد که اگر در منظومه‌ی شمسی بود، جایگاهی بین زحل و اورانوس داشت.
مدار این سیاره بسیار بیضوی است (شبیه توپ فوتبال) و حتی از آنچه قبلاً تصور می‌شد به ستاره نزدیک‌تر است.
اندازه‌گیری درخشش فروسرخ
محققان میزان درخشش سیاره را در طول‌موج فروسرخ ۴.۴ میکرون با استفاده از کرونوگراف تلسکوپ وب اندازه‌گیری کردند.
بر اساس داده‌های موجود از جرم سیاره و سن سامانه، انتظار می‌رفت سیاره در این طول‌موج روشن‌تر باشد، اما چنین نبود.
دانیلا سی. بارالِز گالیوفی، پژوهشگر کالج آمهرست و نویسنده‌ی همکار این مقاله می‌گوید:
«اگر سیاره‌ای با جرمی مشخص ۴ میلیارد سال پیش تشکیل شده باشد، به تدریج سرد می‌شود چون منبعی برای تولید گرما ندارد. بنابراین می‌توان پیش‌بینی کرد که دمای فعلی آن چقدر باید باشد.»
«اطلاعات اضافی مثل میزان درخشندگی مشاهده‌شده می‌تواند این پیش‌بینی را تأیید کند، اما در اینجا با سیاره‌ای مواجه هستیم که کم‌نورتر از انتظار است.»
سرنخ‌های کربنی در جو سرد
کشف عدم تعادل شیمیایی کربن
سیاره‌ی 14 Herculis c کم‌نورتر از حد انتظار بود. محققان معتقدند که پدیده‌ای به نام “شیمی عدم تعادل کربن” که در کوتوله‌های قهوه‌ای بسیار سرد نیز مشاهده می‌شود، علت این موضوع است.
در چنین جوهای بسیار سردی، گازهای مونوکسید کربن و دی‌اکسید کربن در مناطقی ظاهر می‌شوند که معمولاً انتظار می‌رود متان غالب باشد.
مخلوط شدن سریع مولکول‌ها
احتمالاً علت این پدیده، اختلاط سریع در جو سیاره است که مولکول‌های گرم‌تر را از اعماق سیاره به لایه‌های بالایی و سردتر می‌رساند.
بارالِز گالیوفی توضیح می‌دهد:
«این سیاره‌ی فراخورشیدی آنقدر سرد است که بهترین مقایسه برای آن کوتوله‌های قهوه‌ای بسیار سرد هستند. در این اجرام نیز دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن در دماهایی مشاهده می‌شوند که معمولاً باید متان غالب باشد.»
«این پدیده به دلیل هم‌زدن جو اتفاق می‌افتد. مولکول‌هایی که در دماهای گرم‌تر در لایه‌های پایین جو شکل گرفته‌اند، به سرعت به جو بالایی و سرد منتقل می‌شوند.»
آغازی بر یک فصل تازه در ستاره‌شناسی
محققان امیدوارند که این نگاه اولیه به سیاره‌ی 14 Herculis c تنها نقطه‌ی شروع باشد.
نور کم‌سو اما ارزشمند تلسکوپ وب اطلاعات زیادی در خود دارد، اما مشاهدات طیف‌سنجی آینده می‌تواند تصویر بسیار واضح‌تری از ترکیب جو سیاره ارائه دهد.
این اطلاعات نه تنها به درک چگونگی شکل‌گیری این سامانه‌ی عجیب کمک می‌کند، بلکه می‌تواند مسیر تکامل سامانه‌های سیاره‌ای را که تحت تأثیر نیروهای عظیم و رویدادهای آشوبناک هستند، روشن‌تر کند.
تلسکوپ وب بار دیگر مرزهای توانایی بشر برای دیدن دورترین نقاط کیهان را گسترش داده است. اکنون در دنیایی سرد و مایل، قوانینی متفاوت از آنچه در منظومه‌ی شمسی می‌شناسیم حکم‌فرماست.
این تحقیق در نشست دویست و چهل و ششم انجمن ستاره‌شناسی آمریکا در شهر انکوریج، آلاسکا ارائه شده و برای انتشار در مجله The Astrophysical Journal Letters پذیرفته شده است.
