اكتشاف غلاف جوي محتمل على كوكب TRAPPIST-1 e

قد يكون علماء الفلك قريبين من تأكيد وجود غلاف جوي شبيه بالأرض على كوكب خارج المجموعة الشمسية للمرة الأولى، إذا ما أكدت تحليلات أكثر تفصيلاً الملاحظات الأولية من تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

هذا الكوكب هو جزء من نظام كوكبي يبعد حوالي 40 سنة ضوئية عن الأرض يسمى TRAPPIST-1، والذي اكتشفه خمسة علماء فلك بلجيكيين في عام 2016 وأطلقوا عليه اسم البيرة المفضلة لديهم. وقد تمت دراسة النظام بكثافة منذ ذلك الحين.

قال نيستور إسبينوزا، عالم الفلك في معهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور: "كنظام كوكبي، فهو غريب". "النجم صغير جداً بحجم المشتري ولديه على الأقل سبعة كواكب صخرية تدور حوله. ثلاثة منها تقع في ما نسميه المنطقة الصالحة للسكن، مما يعني أنها قريبة بما فيه الكفاية من النجم بحيث إذا كان لديها غلاف جوي، فيمكنها أن تحافظ على الماء السائل."

ركز اسبينوزا وزملاؤه على TRAPPIST-1 e، الكوكب الرابع من النجم في النظام، في دراسة نُشرت الأسبوع الماضي في مجلة The Astrophysical Journal Letters. لم تتمكن أربع عمليات رصد أجريت في عام 2023 باستخدام تلسكوب ويب من استبعاد وجود غلاف جوي، مما أثار التفاؤل.

قال إسبينوزا: "استنادًا إلى الملاحظات الأربعة الأولى، لا يمكننا القول بأن (هذا الكوكب) لا يحتوي على غلاف جوي، لذا فإن الحلم لا يزال قائمًا لا يزال من الممكن أن يكون له غلاف جوي"، "وهذا أمر مثير للغاية، لأن لدينا برنامج متابعة يضم 15 ملاحظة أخرى."

لم يتمكن تلسكوب ويب إلا من استبعاد وجود أي غلاف جوي على TRAPPIST-1 b، وهو الكوكب الأعمق، لكن لم يتم التأكد بعد من وجود غلاف جوي على الكواكب الستة الأخرى، كما قال إسبينوزا، حيث يُنظر إلى TRAPPIST-1 e على أنه أحد أفضل الكواكب المرشحة لوجود مياه سائلة على سطحه.

{{MEDIA}}

"قبل ثلاث سنوات، قبل إطلاق جيمس ويب، كانت هذه الأنواع من الدراسات خيالاً علمياً"، قال إسبينوزا عن إمكانية اكتشاف الأغلفة الجوية على الكواكب البعيدة. "الآن أنا واثق تماماً من أننا سنكون قادرين على رؤية نوع الغلاف الجوي الذي يمكن أن يكون على TRAPPIST-1 e وإذا كان لديه غلاف جوي شبيه بالأرض، سنكون قادرين على معرفة ذلك."

البحث عن علامات منبهة

يشبه الكوكب TRAPPIST-1 e الأرض من حيث الحجم ويدور حول نجمه كل ستة أيام وهو معدل أسرع بكثير من معدل دوران الأرض حول الشمس. وذلك لأن النجم أصغر بكثير من شمسنا، وجميع الكواكب قريبة منه. قال اسبينوزا: "إذا استطعنا بطريقة سحرية إحضار نجم TRAPPIST-1 إلى نظامنا الشمسي، فإن جميع الكواكب ومداراتها ستتناسب مع مدار عطارد."

عند البحث عن غلاف جوي، ينتظر علماء الفلك عبور الكوكب أمام نجمه ويلاحظون أي تغيرات طفيفة في ضوء النجم الذي يترشح من خلاله. ويبحثون عن علامات تدل على وجود غلاف جوي بينما يتعرفون على تركيبته الكيميائية.

ومن خلال عمليات العبور الأربع التي رصدها تلسكوب ويب في عام 2023، تمكن علماء الفلك من استبعاد وجود غلاف جوي أولي قائم على الهيدروجين على TRAPPIST-1 e، والذي من المحتمل أن يكون قد انفجر بسبب كميات كبيرة من الإشعاع المنبعث من نجمه. (وبالمثل، فقدت الأرض غلافها الجوي الأولي البدائي في وقت مبكر، ولكنها بعد ذلك بنت غلافاً جوياً ثانوياً؛ ويأمل علماء الفلك أن يكون TRAPPIST-1 e قد فعل الشيء نفسه).

وقد تم تفصيل هذا السيناريو في دراسة ثانية، نُشرت أيضاً الأسبوع الماضي في مجلة الفيزياء الفلكية. وتشير الدراسة إلى أنه من غير المرجح أن يكون للكوكب غلاف جوي غني بثاني أكسيد الكربون مثل غلاف الزهرة والمريخ، وتشير إلى وجود غلاف جوي غني بالنيتروجين، يشبه إلى حد كبير الأرض وقمر زحل الجليدي تيتان.

وقالت سارة سيغر، أستاذة علوم الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلفة المشاركة في الدراستين، في بيان: "لا يزال TRAPPIST-1e أحد أكثر كواكب المنطقة الصالحة للسكنى إقناعاً بالنسبة لنا، وهذه النتائج الجديدة تقربنا خطوة إلى معرفة نوع هذا العالم". "إن الأدلة التي تشير بعيدًا عن الغلاف الجوي الشبيه بالزهرة والمريخ تزيد من تركيزنا على السيناريوهات التي لا تزال مطروحة."

{{MEDIA}}

قال اسبينوزا إن فريقه يخطط لإنهاء الجولة الجديدة المكونة من 15 عملية رصد بحلول نهاية العام، حيث تم الانتهاء من ثلثيها بالفعل. وإذا وجد الفريق علامات لا يمكن دحضها على وجود غلاف جوي، فقد يكون هناك ما يبرر إجراء المزيد من عمليات الرصد بتلسكوب ويب على أمل اكتشاف إشارات كيميائية محددة لغازات مثل الميثان، الذي يرتبط بالحياة على الأرض.

وقال اسبينوزا إن تأكيد وجود غلاف جوي سيكون أمرًا رائدًا. وأضاف: "سيحسم هذا الأمر جدلاً كبيراً يدور الآن حول ما إذا كانت أنظمة الأقزام الحمراء هذه يمكن أن تحافظ على وجود غلاف جوي أم لا". "الأقزام الحمراء هي في الواقع غالبية النجوم في الكون. لذا، إذا كان يمكن أن يحدث هناك، فيمكن أن يحدث في أي مكان. إن احتمالات الحياة تتضاعف نوعاً ما."

ومع ذلك، حتى لو تم استبعاد وجود غلاف جوي، فإن النتيجة ستظل مثيرة، كما قال، لأنها ستجعل الحياة على الأرض أكثر تميزًا. كما أنها ستمهد الطريق لأبحاث مستقبلية للنظر في الكواكب الخارجية التي تدور حول النجوم القزمة الصفراء مثل الشمس، باستخدام تلسكوبات أقوى من تلسكوب ويب التي لا تزال في مراحل التخطيط.

نتائج مثيرة وغير مكتملة

قال مايكل جيلون، مدير الأبحاث في وحدة أبحاث علم الأحياء الفلكية في جامعة لييج البلجيكية، إن نتائج جيمس ويب الأولى لـ TRAPPIST-1e مثيرة للغاية. لم يشارك جيلون، الذي قاد الاكتشاف الأصلي لنظام TRAPPIST-1، في الدراسة الأخيرة.

وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "البيانات ليست حاسمة بعد، لكنها تثبت أن JWST لديها القدرة على اكتشاف غلاف جوي شبيه بالأرض إذا كان موجوداً. وللمرة الأولى في التاريخ، نحن حقاً في متناول اليد لاكتشاف غلاف جوي حول كوكب خارجي صخري يحتمل أن يكون صالحاً للسكن."

تتمتع الكواكب في TRAPPIST-1 بمجموعة من الظروف المشابهة لـ الكواكب الأرضية في نظامنا الشمسي. وقال إريك أغول، الأستاذ في قسم علم الفلك في جامعة واشنطن، إن هذه الظروف تجعلها مضيفة محتملة للمياه السائلة على السطح، لكنها تتطلب غلافاً جوياً لمنع الماء من التجمد على السطح أو التسامي إلى الفضاء. لم يشارك أغول في الدراسة لكنه يعمل على مجموعة الملاحظات الجديدة مع إسبينوزا وزملائه.

ووفقاً لأغول، فإن TRAPPIST-1 e هو الكوكب الواعد من بين الكواكب السبعة لاستضافة غلاف جوي شبيه بالأرض.

وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "النتائج مثيرة للاهتمام، لكنها أيضاً غير مكتملة". "أنا لا أعرف ما إذا كان TRAPPIST-1 e قد يمتلك غلافاً جوياً شبيهاً بالأرض أم لا، والدراسة الحالية لم تؤثر على رأيي."

ووفقاً لهوارد تشن، الأستاذ المساعد في علوم الفضاء في معهد فلوريدا للتكنولوجيا، فإن TRAPPIST-1e يقع عند "نقطة تحول" بين حالتين متعاكستين، استناداً إلى عمليات المحاكاة الحاسوبية التي قام بتفصيلها في دراسة جديدة نُشرت يوم الأربعاء في مجلة "رسائل المجلة الفيزيائية الفلكية". واستناداً إلى تاريخه، يمكن أن يظهر الكوكب إما جافاً للغاية أو غنياً بالمياه: "هذا يعني أن كلاً من سيناريوهات "الصخور العارية" و"الغلاف الجوي" لا تزال معقولة فيزيائياً"، كما أضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني. لم يشارك تشين في البحث الجديد.

وخلص إلى أن TRAPPIST-1e يمكن أن يكون قد تشكل كعالم صحراوي، مثل جيرانه الداخليين، أو ككوكب رطب مغطى بالمحيطات. وقال تشن: "لا يمكن لبيانات JWST الحالية التمييز بين هذه السيناريوهات حتى الآن، لكن هذا الغموض هو بالضبط ما تتنبأ به عمليات المحاكاة التي أجريناها". "إن حقيقة أن TRAPPIST-1e يمكن أن يكون إما جافًا جدًا أو رطبًا جدًا يعني أن عمليات الرصد القليلة القادمة لـ JWST يمكن أن تكشف عن كشف مثير."