كشف البحث عن الكواكب الخارجية عن العديد من دراسات الحالة الرائعة. على سبيل المثال ، كشفت الاستطلاعات عن وجود العديد من "المشتري الحار" ، عمالقة الغاز التي تتشابه في حجمها مع كوكب المشتري ولكنها تدور قريبًا جدًا من شموسهم. كان هذا النوع الخاص من الكواكب الخارجية مصدر اهتمام للفلكيين ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن وجودهم يتحدى التفكير التقليدي حول مكان وجود عمالقة الغاز في نظام النجوم.
ولهذا السبب استخدم فريق دولي بقيادة باحثين من المرصد الجنوبي الأوروبي (ESO) التلسكوب الكبير جدًا (VLT) للحصول على نظرة أفضل على WASP-19b ، وهو المشتري الساخن الموجود على بعد 815 سنة ضوئية من الأرض. خلال هذه الملاحظات ، لاحظوا أن الغلاف الجوي للكوكب يحتوي على آثار أكسيد التيتانيوم ، مما يجعل هذه المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف هذا المركب في الغلاف الجوي لعملاق الغاز.
الدراسة التي تصف نتائجها ، بعنوان "الكشف عن أكسيد التيتانيوم في جو المشتري الحار" ، ظهرت مؤخرًا في المجلة العلمية طبيعة.بقيادة الفريق إليار Sedaghati - خريج حديث من جامعة برلين التقنية وزميل في المرصد الجنوبي الأوروبي - استخدم الفريق البيانات التي جمعتها مجموعة VLT على مدار عام لدراسة WASP-19b.
مثل كل كوكب المشتري الساخن ، يمتلك WASP-19b نفس الكتلة تقريبًا التي يمتلكها المشتري والمدارات القريبة جدًا من شمسها. في الواقع ، فإن الفترة المدارية قصيرة جدًا - 19 ساعة فقط - لدرجة أن درجات الحرارة في غلافها الجوي تصل إلى 2273 كلفن (2000 درجة مئوية ؛ 3632 درجة فهرنهايت). هذا يزيد أربع مرات عن درجة حرارة الزهرة ، حيث تكون درجات الحرارة ساخنة بما يكفي لإذابة الرصاص! في الواقع ، درجات الحرارة على WASP-19b ساخنة بما يكفي لإذابة معادن السيليكات والبلاتين!
اعتمدت الدراسة على أداة FOcal Reducer / منخفضة التشتت Spectrograph 2 (FORS2) على VLT ، وهي أداة بصرية متعددة الأوضاع قادرة على إجراء التصوير ، التحليل الطيفي ودراسة الضوء المستقطب (قياس الاستقطاب). باستخدام FORS2 ، يراقب الفريق الكوكب أثناء مروره أمام نجمه (المعروف أيضًا باسم العبور) ، والذي كشف عن أطياف قيمة من غلافه الجوي.
بعد تحليل الضوء الذي يمر عبر غيومه الضبابية بعناية ، فوجئ الفريق بإيجاد كميات ضئيلة من أكسيد التيتانيوم (وكذلك الصوديوم والماء). وكما قال إليار سيداغاتي ، الذي قضى عامين كطالب في ESO للعمل في هذا المشروع ، عن الاكتشاف في بيان صحفي لـ ES:
“ومع ذلك ، فإن اكتشاف مثل هذه الجزيئات ليس بالأمر السهل. لا نحتاج فقط إلى بيانات ذات جودة استثنائية ، بل نحتاج أيضًا إلى إجراء تحليل متطور. استخدمنا خوارزمية تستكشف عدة ملايين من الأطياف التي تمتد على نطاق واسع من التركيبات الكيميائية ودرجات الحرارة وخصائص السحب أو الضباب من أجل استخلاص استنتاجاتنا.”
أكسيد التيتانيوم مركب نادر جدًا معروف عن وجوده في أجواء النجوم الباردة. بكميات صغيرة ، يعمل كممتص للحرارة ، وبالتالي من المحتمل أن يكون مسؤولًا جزئيًا عن WASP-19b الذي يعاني من درجات حرارة عالية كهذه. بكميات كبيرة بما فيه الكفاية ، يمكن أن يمنع الحرارة من دخول أو الهروب من الغلاف الجوي ، مما يتسبب في ما يعرف بالانقلاب الحراري.
هذه ظاهرة حيث تكون درجات الحرارة أعلى في الغلاف الجوي العلوي وتخفض أكثر. على الأرض ، يلعب الأوزون دورًا مشابهًا ، مما يسبب انعكاسًا لدرجات الحرارة في الستراتوسفير. ولكن على عمالقة الغاز ، هذا عكس ما يحدث عادة. في حين أن المشتري وزحل وأورانوس ونبتون يواجهون درجات حرارة أكثر برودة في أجواءهم العليا ، فإن درجات الحرارة تكون أكثر سخونة بالقرب من القلب بسبب زيادة الضغط.
يعتقد الفريق أن وجود هذا المركب يمكن أن يكون له تأثير كبير على درجة حرارة الغلاف الجوي وهيكله ودوره. ما هو أكثر من ذلك ، حقيقة أن الفريق كان قادرًا على اكتشاف هذا المركب (وهو الأول لباحثي الكواكب الخارجية) هو مؤشر على كيفية تحقيق دراسات الكواكب الخارجية مستويات جديدة من التفاصيل. كل هذا من المرجح أن يكون له تأثير عميق على الدراسات المستقبلية للغلاف الجوي للكواكب الخارجية.
لم تكن الدراسة ممكنة أيضًا لولا أداة FORS2 ، التي تمت إضافتها إلى مجموعة VLT في السنوات الأخيرة. وكما علّق هنري بوفين ، عالم الأدوات الذي قاد مشروع التجديد:
“هذا الاكتشاف المهم هو نتيجة تجديد أداة FORS2 التي تم إجراؤها بالضبط لهذا الغرض. منذ ذلك الحين ، أصبحت FORS2 أفضل أداة لإجراء هذا النوع من الدراسة من الأرض.”
بالنظر إلى المستقبل ، من الواضح أن الكشف عن أكاسيد المعادن والمواد المماثلة الأخرى في أجواء الكواكب الخارجية سيسمح أيضًا بإنشاء نماذج أفضل للغلاف الجوي. وبوجود هذه الأمور في متناول اليد ، سيكون الفلكيون قادرين على إجراء دراسات أكثر تفصيلاً ودقة على أجواء الكواكب الخارجية ، مما سيسمح لهم بالقياس بمزيد من اليقين سواء كان أي منها صالحًا للسكن أم لا.
لذا ، في حين أن هذا الكوكب الأخير ليس لديه فرصة لدعم الحياة - سيكون لديك حظ أفضل في العثور على مكعبات الثلج في صحراء غوبي! - اكتشافه يمكن أن يساعد في توجيه الطريق نحو الكواكب الخارجية القابلة للسكن في المستقبل. في خطوة أقرب إلى إيجاد عالم يمكن أن يدعم الحياة ، أو ربما هذا بعيد المنال من الأرض 2.0!
