هل الكوكب الصخري أكثر سطوعًا أم الكوكب الغازي أكثر سطوعًا؟ إن ألمع نجم في النظام الشمسي، سواء من حيث الحجم الظاهري أو بياض السندات، هو بالطبع جار الأرض كوكب الزهرة. ككوكب، فإن كوكب الزهرة أكثر سطوعًا بكثير من تلك النجوم في نظرنا، وهو بالتأكيد "النجم الأكثر سطوعًا في سماء الليل". في حين أن ألمع كوكب في نظامنا الشمسي هو كوكب صخري، إلا أنه لا يمكن قول الشيء نفسه عن النظام الشمسي الخارجي. هل يمكنك أن تتخيل عالمًا تحيط به سحب من البخار المعدني وأمطار التيتانيوم؟
"ضوء القمر الساطع قبل النوم، واشتباه الصقيع على الأرض". ونحن نعلم أنه على الرغم من أن القمر يسمى ضوء القمر، إلا أن هذا الضوء لا ينبعث من القمر نفسه، بل يعكس ضوء الشمس. الشيء نفسه ينطبق على الكواكب. على الرغم من أن القمر يبدو ساطعًا، إلا أن ذلك يرجع إلى حد كبير إلى قربه الشديد منا، وليس لأنه يعكس الضوء. بياض القمر منخفض جدًا في الواقع، حوالي 10 بالمائة فقط.
الكوكب الأقل انعكاسًا بين الكواكب الثمانية في النظام الشمسي هو عطارد، الذي يفتقر إلى غلاف جوي، مثل القمر، حيث تقل نسبة بياضه عن 9%. الكواكب الأخرى ليست عاكسة للغاية إذا كان لديها غلاف جوي على الإطلاق. مثل الأرض، فإن بياضها هو تقريبًا نفس بياض الكواكب الغازية، حوالي 30٪. كوكب المشتري أكبر قليلا، 50 في المئة. لكن كوكب الزهرة لديه أعلى البياض. بفضل غلافها الجوي السميك وسحب حمض الكبريتيك الفريدة، تبلغ نسبة بياض كوكب الزهرة 76 بالمائة! لذلك يمكن القول أن كوكب الزهرة هو ألمع جسم في السماء بعد الشمس والقمر.
لكي يكون الكوكب "الأجمل"، بالإضافة إلى مظهره (البياض العالي)، يجب أيضًا أن يكون قريبًا بدرجة كافية من نجمه. كوكب الزهرة، على سبيل المثال، لا يتفوق على جميع منافسيه في البياض فحسب، بل إنه أيضًا على علاقة ساخنة جدًا مع الشمس، فقط 0. يبعد 72 وحدة فلكية عن الشمس (3/4 المسافة من الأرض) ) ، في المرتبة الثانية بعد عطارد. لذلك، فإن ألمع كوكب خارج نظامنا الشمسي، يجب أن يكون قريبًا جدًا من نجمه المضيف.
في 2019، اكتشف علماء الفلك كوكبًا نادرًا يسمى LTT 9779 b (TOI-193 b) بجوار نجم يبعد 264 سنة ضوئية. ووفقا لطريقة العبور، فإن الكوكب مشرق للغاية، مع بياض بنسبة 80 في المائة، أعلى من كوكب الزهرة. ومن المؤكد أنه قريب جدًا من نجمه المضيف، فقط 1/42 من المسافة بين كوكب الزهرة والشمس (0.017 وحدة فلكية). قريب جدًا من مصدر الضوء وعاكس جدًا، يمكنك أن تتخيل مدى سطوعه.
الكوكب كوكب غازي تبلغ كتلته 29 كتلة أرضية و 4.6 نصف قطر أرضي. ونظرًا لحجمه وكثافته، فقد تم تصنيفه على أنه أحد أجسام نبتون. هذا الجسم نادر ليس لأنه يحتوي على بياض مرتفع أو لأنه جسم يشبه نبتان (ثلث جميع الكواكب الخارجية المؤكدة هي كائنات تشبه نبتان). إنه أمر نادر لأنه قريب جدًا من نجمه المضيف بحيث لا يمكن لجسم نبتون أن يكون هنا على الإطلاق!
عادةً ما تكون الكواكب التي تحلق بالقرب من نجومها إما عمالقة غازية ضخمة (مثل "كواكب المشتري الساخنة") أو كواكب صخرية بحجم الأرض تقريبًا. لأنه إذا لم تكن درعًا لحميًا مثل الأول، فسوف تأكلك النجوم وتجردك من ملابسك في فترة زمنية قصيرة جدًا (على سبيل المثال، 100 مليون سنة)، مما يترك لك نواة صلبة صغيرة.
هذا صحيح بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالنجوم الشباب. على سبيل المثال، النجم المضيف للكوكب (LTT 9779)، والذي يبلغ حجمه حوالي 80% من حجم شمسنا، هو أيضًا نجم من نوع G-sequence. ولكن بالمقارنة مع "عم" الشمس الفخم الذي يبلغ من العمر 4.6 مليار سنة، فإن النجم لا يزال "شابًا" عمره أقل من 2 مليار سنة. عند مواجهة نجم شاب ذو إشعاع قوي جدًا، سيكون من المستحيل تقريبًا لأي كوكب بحجم نبتون أن يحبس غلافه الجوي الخارجي بفعل جاذبيته. وكان من المفترض أن يتم نزع الهيدروجين والهيليوم منه، مما يترك له نواة صخرية عارية.
انظر مباشرة إلى الرسم البياني لنصف قطر الكوكب والفترة المدارية، فإحداثيته هو نصف قطر الكوكب (الوحدة: نصف قطر الأرض)، وإحداثيته هي الفترة المدارية (الوحدة: اليوم). يمكن ملاحظة أنه بالقرب جدًا من النجم (الفترة المدارية قصيرة جدًا)، توجد بشكل أساسي كواكب يبلغ قطرها مرة أو مرتين نصف قطر الأرض؛ وعلى مسافات أكبر قليلًا، يمكن أن تكون الكواكب الغازية العملاقة الكبيرة مستقرة؛ والأجسام الشبيهة بنبتون في المنتصف، غالبًا ما تكون بعيدة. ونادرا ما توجد أجسام تشبه نبتون في المثلث، لذلك تعرف هذه المنطقة أيضا باسم "صحراء نبتون".
لكن الكوكب المعني (النجم الخماسي في الصورة) هو أحد الأمثلة القليلة على "صحراء نبتون". ولأنه قريب جدًا من نجمه، فإن مداره صغير جدًا، ويدور حول النجم في 0.8 أيام، مما يعني أن "السنة" فوقه تستمر 19 ساعة فقط.
وعلى هذا القرب من النجم، يجب ألا تكون درجة حرارة سطح الكوكب باردة. نعم، درجة حرارة توازنه تقارب 2000 كلفن، وهي قريبة من درجة حرارة سطح القزم الأحمر، لذلك يطلق عليه أيضًا اسم نبتون فائق السخونة. لذا فإن السؤال هو: كيف يمكن لكوكب غازي صغير، يهيمن عليه الهيدروجين والهيليوم، أن يحافظ على غلافه الجوي في درجات الحرارة القصوى هذه؟
وتكهن بعض العلماء بأن الكوكب ربما كان عملاقًا بحجم جوجوب قبل أن يجرده نجمه من مادته، ويترك له جسمًا بحجم نبتون. لكن من الصعب على كوكب عملاق أن يفقد هذه الكتلة الكبيرة في فترة زمنية قصيرة بسبب الرياح النجمية والخبز الساخن (تبخر الضوء) وحده. لذا، ربما يواجه الكوكب أيضًا طرقًا أخرى لتدفق المواد، مثل تدفق روش لوب (RLO).
يشير تجاوز فص روش هنا بشكل أساسي إلى ظاهرة أنه عندما يقترب كوكب غازي عملاق جدًا من النجم (مثل الدخول إلى حد روش للنجم)، تحت تأثير قوة المد والجزر للنجم، ينطلق الغاز الخارجي للكوكب يتوسع إلى ما هو أبعد من فص روش للكوكب نفسه، مما يؤدي إلى خسارة كبيرة في المواد الكوكبية.
ربما يكون الكوكب الآن في طور التحول من كوكب عملاق إلى كوكب صخري، وذلك بفضل مزيج من التبخر الناتج عن الإشعاع النجمي وامتداد فص بحيرة لوتشي من قوى المد والجزر. إن سبب بطء العملية إلى هذا الحد كان أمراً محيراً.
وفي بحث نُشر في أكتوبر 2023 في مجلة المعاملات الفلكية الملكية الشهرية، نظر الباحثون في الأشعة السينية الصادرة عن النجم المضيف للكوكب باستخدام تلسكوب XMM-Newton الفضائي. ووجدوا أن النجم كان في الواقع أكثر ليونة مما توقعنا. لا يقتصر الأمر على أن دورانه بطيء بشكل غير عادي فحسب، بل إن الأشعة السينية التي يصدرها ليست قوية كما هو متوقع، بل أقوى بـ 15 مرة فقط من نظيراتها. حسنًا، اعتقدت أنه كان فتى روحيًا، لكنني لم أتوقع أن أكون عالمًا ضعيفًا. قد يكون الإشعاع النجمي الضعيف أحد أسباب قدرة الكوكب على الحفاظ على الغلاف الجوي.
والسؤال الآن هو: بما أن نبتون ساخن، ما الذي يفسر ارتفاع بياضه بنسبة 80%؟ تحتوي الكواكب الغازية في نظامنا الشمسي، في أحسن الأحوال، على 50 بالمائة من بياض كوكب المشتري. ومع مثل هذا الانعكاس العالي، لا بد أن هناك شيئًا مميزًا في هذا الكوكب، وربما يخفي غلافه الجوي بعض الأسرار.
ولحسن الحظ فإن الكوكب ليس بعيدا جدا (264 سنة ضوئية فقط)، وبمساعدة التلسكوبات الفضائية ذات قدرات الأشعة تحت الحمراء، يمكننا رؤية ما يوجد في غلافه الجوي من خلال طيف الإرسال.
استخدم علماء الفلك تلسكوبات سبيتزر وهابل وويب لمراقبة الغلاف الجوي للكوكب. من المؤكد أنه بالإضافة إلى التركيب المتوقع للهيدروجين والهيليوم، فإن الغلاف الجوي يحتوي على نسبة عالية بشكل غير عادي من المعادن، وهي أكثر وفرة بمئات المرات من الشمس! وكشف التحليل الدقيق للطيف أن السحب الموجودة في الغلاف الجوي كانت في الواقع مكونة من السيليكات.
(* في علم الفلك، يُشار إلى العناصر الأخرى غير الهيدروجين والهيليوم بشكل جماعي على أنها عناصر معدنية)
السيليكات هي في الأساس أشياء مثل الحجر والرمل والزجاج، والكواكب الصخرية مثل الأرض مصنوعة أساسًا من السيليكات. اعتمادًا على التركيبة، تكون درجة غليان السيليكات عمومًا أكثر من ألفي درجة (أو حتى أكثر من ألف درجة للزجاج). نظرًا لدرجة حرارة توازن الكوكب التي تبلغ حوالي 2,000 درجة، فمن الممكن أن يتبخر حقًا إذا كان عليه أي رمال. ولكن هذا ليس كل شيء. وبالإضافة إلى هذه السيليكات، وجد العلماء أن السحب تحتوي أيضًا على معدن التيتانيوم. بمعنى آخر، سطح الكوكب مغطى بطبقة من "سحابة رمل التيتانيوم"، ولا عجب أن قدرة الانعكاس قوية جدًا، والكوكب بأكمله عبارة عن مرآة كبيرة.
تخيل البيئة: كرة نارية ضخمة معلقة في السماء، محاطة بسحب من البخار المعدني. عندما تكون درجة الحرارة أكثر برودة، تتكثف هذه السحب المعدنية الثقيلة في "قطرات مطر" وتسقط. ثم يتبخر المعدن السائل مرة أخرى عند درجات حرارة عالية، وهكذا.
حسنًا، لتلخيص الأمر: لماذا يمكن أن يكون هذا الكوكب في صحراء نبتون؟
1. على الرغم من قربه من نجمه إلا أن نجمه المضيف ضعيف جدًا في الأشعة السينية ورياحه النجمية ليست قوية؛
2. المحتوى المعدني في الغلاف الجوي للكوكب مرتفع جدًا، مما يجعل غلافه الجوي بأكمله ثقيلًا جدًا ويصعب تفجيره؛
3. البياض العالي الناتج عن السحابة المعدنية يحجب معظم إشعاع النجم، مما يمنع الكوكب أيضًا من الإفراط في النشاط.
تبدو هذه الأسباب معقولة حتى الآن، لكن لغز نبتون شديد الحرارة لم يتم حله إلا بشكل مبدئي. ومن الممكن أن يتم رصد ذلك بمزيد من التفصيل بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي في المستقبل، على أمل أن يساعد المزيد من الأدلة في حل اللغز.
