كيف اكتشف تلسكوب جيمس ويب الميثان على الكوكب الخارجي TOI‑199b

اكتشف علماء الفلك باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لوكالة ناسا وجود غاز الميثان في الغلاف الجوي للكوكب الخارجي TOI‑199b، وهو عملاق غازي بحجم يقارب زحل وتتميز حرارته بأنها معتدلة نسبياً مقارنة بمعظم الكواكب الخارجية التي دُرست سابقاً. ويُعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة لأن الكواكب الغازية المعتدلة نادراً ما أمكن تحليل كيمياء غلافها الجوي بهذا المستوى من التفصيل.

اعتمد العلماء على مراقبة التغير في ضوء النجم عندما مرّ الكوكب أمامه، وهو ما أتاح رصد بصمات الميثان في الطيف الضوئي وفهم مكونات الغلاف الجوي لهذا النوع من الكواكب لأول مرة تقريباً.

ما الذي يميز الكوكب TOI‑199b؟

الكوكب TOI‑199b هو عملاق غازي يبلغ نحو 0.81 من نصف قطر المشتري وقرابة 0.17 من كتلته. يدور حول نجمه مرة كل 104.9 يوم وعلى مسافة تقارب 0.425 وحدة فلكية (الوحدة الفلكية هي المسافة بين الأرض والشمس). وقد اكتُشف أساساً باستخدام طريقة العبور، عندما يمر الكوكب أمام نجمه فيحجب جزءاً صغيراً من ضوئه.

السبب الرئيسي لاهتمام العلماء بهذا الكوكب هو درجة حرارته. فحرارته التوازنية تقارب 350 كلفن (حوالي 170–180 درجة فهرنهايت)، ما يجعله عملاقاً غازياً معتدل الحرارة.

عادةً ما تركز الدراسات الجوية للكواكب الخارجية على فئتين رئيسيتين:

• المشتريات الحارة: كواكب عملاقة قريبة جداً من نجومها وتصل حرارتها إلى مستويات مرتفعة للغاية.
• العمالقة الغازية الباردة: مثل المشتري وزحل في نظامنا الشمسي، والتي تقع بعيداً عن الشمس وتكون شديدة البرودة.

يقع TOI‑199b في منطقة وسط بين هذين النوعين. هذه الفئة المعتدلة كانت أصعب في الدراسة سابقاً، لذلك يمثل هذا الكوكب حالة اختبار مهمة لنماذج كيمياء الأغلفة الجوية للكواكب.

كيف كشف تلسكوب جيمس ويب الميثان؟

اعتمد الاكتشاف على تقنية تُعرف باسم التحليل الطيفي أثناء العبور (Transmission Spectroscopy). عندما يمر الكوكب أمام نجمه، يمر جزء صغير من ضوء النجم عبر غلاف الكوكب الجوي قبل أن يصل إلى التلسكوب. تمتص الجزيئات المختلفة في الغلاف الجوي أطوالاً موجية محددة من الضوء، ما يترك «بصمة طيفية» يمكن للعلماء تحليلها.

في حالة TOI‑199b استخدم الباحثون جهاز NIRSpec على متن التلسكوب في نمط G395M لرصد عبور واحد للكوكب أمام نجمه. ومن خلال قياس طيف العبور الناتج، استطاع العلماء تحديد الأطوال الموجية التي امتصها الغلاف الجوي واستنتاج تركيبته الكيميائية.

أظهر التحليل الإحصائي للطيف وجود دليل قوي على غاز الميثان (CH₄) في الغلاف الجوي للكوكب، مع درجة ثقة عالية وفق نماذج استرجاع تركيب الغلاف الجوي.

غازات أخرى بحث عنها العلماء

إلى جانب الميثان، اختبر الباحثون وجود عدة جزيئات أخرى يُتوقع عادةً أن تظهر في أجواء الكواكب الغازية الغنية بالهيدروجين، منها:

• بخار الماء (H₂O)
• الأمونيا (NH₃)
• سيانيد الهيدروجين (HCN)
• ثاني أكسيد الكربون (CO₂)
• أول أكسيد الكربون (CO)

أظهرت البيانات الحالية دليلاً قوياً على الميثان بشكل أساسي، بينما لم تظهر إشارات واضحة لبعض الجزيئات الأخرى في الرصد المتاح. ومن المثير للاهتمام أن غياب إشارات قوية لأول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون ساعد العلماء على تضييق نطاق تقديرات تركيب الغلاف الجوي ودرجة «معدنيته».

لماذا يعد هذا الاكتشاف مهماً؟

تمثل الكواكب الغازية المعتدلة فجوة علمية في دراسات الكواكب الخارجية. فهي تدور عادةً أبعد عن نجومها وتستغرق وقتاً أطول لإكمال مدارها، لذلك تحدث عمليات العبور أقل تكراراً ويصعب رصدها مقارنة بالكواكب الحارة القريبة من نجومها.

دراسة TOI‑199b تساعد العلماء على:

• اختبار نماذج كيمياء الغلاف الجوي في درجات حرارة أكثر اعتدالاً
• فهم كيفية تشكّل الميثان واستقراره في الأغلفة الجوية الغنية بالهيدروجين
• إنشاء معيار للمقارنة بين الكواكب الحارة والعمالقة الغازية الأكثر برودة

كما تُظهر النتائج أن تلسكوب جيمس ويب قادر على تحليل كيمياء الغلاف الجوي لـ العمالقة الغازية الدافئة نسبياً، وليس فقط الكواكب الأكثر حرارة وسهولة في الرصد.

نافذة جديدة لدراسة الكواكب العملاقة المعتدلة

يقع الكوكب TOI‑199b على بعد يزيد عن 330 سنة ضوئية من الأرض، ومع ذلك تمكن تلسكوب جيمس ويب من رصد جزيئات في غلافه الجوي بدقة عالية.

ومع استمرار رصد المزيد من الكواكب الغازية المعتدلة، سيتمكن العلماء من مقارنة بصماتها الكيميائية وتحسين نماذج تشكّل الكواكب وتطور أغلفتها الجوية. لذلك يُنظر إلى TOI‑199b على أنه نقطة مرجعية مبكرة تُظهر أن دراسة الأغلفة الجوية التفصيلية ممكنة حتى للكواكب الأبرد والأطول مداراً حول نجومها.