تلسكوب جيمس ويب يرصد فصولاً متطرفة على كوكب HD 80606 b

وجّه تلسكوب جيمس ويب الفضائي نظره القوية نحو أحد أكثر العوالم تطرفاً التي تم اكتشافها على الإطلاق، ملتقطاً حدثاً جويًا بأبعاد كارثية. الكوكب HD 80606 b، وهو عملاق غازي يبعد 217 سنة ضوئية في كوكبة الدب الأكبر، يسلك مداراً شديد الاستطالة لدرجة أنه يحاكي مسار المذنبات حول نجمه. لقد راقب ويب الكوكب أثناء اقترابه الحارق من نجمه، وسجّل ارتفاعاً هائلاً في درجة الحرارة بلغ 590 درجة مئوية في الوقت الفعلي .

تُعد هذه الرؤية علامة فارقة في علم الكواكب الخارجية، حيث تُظهر قدرة ويب على تتبع التطورات الجوية السريعة في ظل ظروف قاسية. وصرح علماء ناسا قائلين: "بينما يهوي الكوكب نحو نجمه، يُظهر ويب أن درجة حرارته ترتفع بمقدار 590 درجة مئوية"، مسلطين الضوء على كيف يمكن لمثل هذه التقلبات الحرارية الجذرية أن تغير من كيمياء وسحب الكوكب الخارجي في الوقت الفعلي .

كوكب في مدار يشبه مدار المذنبات

الكوكب HD 80606 b ليس من النوع المعتاد لكواكب المشتري الحارة. فمعظم كواكب المشتري الحارة تدور بالقرب من نجومها في مسارات دائرية نسبياً، لكن هذا العالم يمتلك واحداً من أكثر المدارات تطرفاً التي تم اكتشافها على الإطلاق، حيث يبلغ معامل اللا مركزية حوالي 0.93 . وهذا يعني أن المسافة بينه وبين نجمه الأم تتفاوت بشكل كبير: من 0.03 وحدة فلكية عند أقرب نقطة (الحضيض) إلى 0.88 وحدة فلكية عند أبعد نقطة (الأوج) .

بعبارات أبسط، هذا يعادل الفرق بين أن يكون الكوكب على بعد 4.5 مليون كيلومتر فقط من سطح النجم، ثم يبتعد لمسافة أكبر من المسافة بين الزهرة وشمسنا . والنتيجة هي كوكب يعاني من زيادة في الإشعاع النجمي تقارب 1000 ضعف خلال دورته التي تبلغ 111 يوماً . كان تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا أول من درس هذا النظام في عامي 2007 و2009، واصفاً عملية التسخين عند الاقتراب بأنها "يوم صيفي فائق" .

قدمت أرصاد سبيتزر البيانات الأولية حول التسخين الجوي السريع للكوكب، من خلال قياس تغيرات الضوء تحت الأحمر على مدى 30 ساعة متواصلة أثناء اقترابه الشديد، وكشفت عن موجة حرارية عالمية أعقبتها عاصفة هائلة . لكن الحساسية الفائقة والتغطية الطيفية الواسعة لتلسكوب ويب سمحتا للعلماء الآن بالتعمق أكثر، وكشف النقاب عن الاستجابة الكيميائية للغلاف الجوي لهذا الحدث التسخيني العنيف.

كيمياء على الطاير: أول أكسيد الكربون والميثان وبخار الماء

لالتقاط مراحل تحول الكوكب، استخدم علماء الفلك جهاز NIRSpec (مطياف الأشعة القريبة من تحت الحمراء) على متن ويب في وضعه G395H، وراقبوا الكوكب خلال نافذة زمنية مدتها 21 ساعة تركزت حول الكسوف الذي يحدث قبل مروره الأقرب من النجم مباشرة . وما وجدوه تحدى النماذج الموجودة.

قبل نقطة الحضيض، عندما كان الكوكب لا يزال بارداً نسبياً، كان طيف انبعاثه عبارة عن جسم أسود خالٍ من الملامح، مما يعني أن غلافه الجوي كان معتماً وخاملاً إلى حد كبير. ولكن مع ازدياد حجم النجم في سمائه وارتفاع درجات الحرارة، أصبح الغلاف الجوي شفافاً كيميائياً. وتحول الطيف ليكشف عن بصمات جزيئية مميزة .

وفقاً لتحليل فريق البحث، أصبحت ملامح امتصاص أول أكسيد الكربون (CO) والميثان (CH₄) مرئية مع مرور الكوكب بنقطة الحضيض. وقد حصلوا على اكتشافات مؤكدة للميثان خلال مراحل ما بعد الحضيض بمستوى ثقة يتراوح بين 3.7 و4.8 سيغما، كما تم اكتشاف أول أكسيد الكربون وبخار الماء عند 3.4 و3.1 سيغما على التوالي . يكشف هذا التسلسل من الاكتشافات عن كيمياء جوية ديناميكية ومعتمدة على الزمن، ناتجة عن دفعة مفاجئة من الحرارة.

الأهم من ذلك، أن أرصاد JWST سمحت للعلماء باستبعاد وجود انعكاس حراري قوي—وهي طبقة في الغلاف الجوي تزداد فيها درجة الحرارة مع الارتفاع—والتي كانت بعض النماذج قد توقعت وجودها . مثل هذه الانعكاسات شائعة على كواكب المشتري الحارة الأخرى التي تتعرض لإشعاع شديد، لكن حالة HD 80606 b تبدو فريدة. فالتسخين الشديد ولكنه قصير الأمد للغاية قد لا يستمر لفترة كافية لتشكيل طبقة منعكسة مستقرة، أو أن الديناميكا الجوية تعيد توزيع الحرارة بشكل فعال.

من سبيتزر إلى ويب: رؤية متعددة الأجيال

قصة HD 80606 b هي شهادة على تطور التلسكوبات الفضائية. فقد كشفت أرصاد سبيتزر تحت الحمراء في 2007 و2009 عن التغيرات الحرارية العالمية لأول مرة، ونمذجت العواصف الناتجة عن موجات الصدمة . ووصف العلماء كيف تشكلت عاصفة هائلة استجابة لدفعة الحرارة، حيث أدى دوران نصف الكرة الأرضية الساخن إلى خلق أنماط طقس متطرفة.

المساهمة الرئيسية لفريق ويب هي الانتقال من قياس الحرارة إلى قياس الكيمياء. باستخدام مطيافية الامتصاص والانبعاث، يعمل ويب كأداة قوية قادرة على توصيف الجزيئات الجوية المحددة . يؤكد اكتشاف التحول الطيفي من جسم أسود خالٍ من الملامح إلى طيف غني كيميائياً أن التركيب الجوي نفسه يتشكل بفعل الرقصة المدارية في غضون ساعات، مما يوفر معملاً لا مثيل له لاختبار نظريات الديناميكا الجوية والإخماد الكيميائي .

لماذا هذا مهم لعلم الكواكب الخارجية

HD 80606 b ليس مجرد فضول علمي؛ إنه مختبر طبيعي لدراسة الفيزياء الجوية المتطرفة. لقد تم نمذجة درجة الحرارة الفعالة للكوكب لترتفع من حوالي 400 كلفن إلى أكثر من 1400 كلفن في بضع ساعات فقط . من المتوقع أن تولد هذه التحولات الحرارية السريعة موجات صدمية واضطرابات شديدة في الغلاف الجوي للكوكب، وهي ظواهر يصعب نمذجتها ولم يسبق ملاحظتها بهذا التفصيل قبل ويب .

تساهم هذه النتائج في مهمة ويب الأوسع لتوصيف أغلفة الكواكب الخارجية عبر مجموعة من الظروف. بينما رصد ويب عوالم متطرفة أخرى مثل WASP-121 b، وهو كوكب مشتري فائق الحرارة يفقد غلافه الجوي بذيلين هيليوم توأمين، وTOI-199 b، وهو كوكب معتدل بكتلة زحل وغلاف جوي غني بالميثان ، يظل HD 80606 b فريداً في إظهاره لتغير موسمي كامل لكيميائه مدفوعاً بمدار شديد اللا مركزية.

من خلال التقاط ما قبل وأثناء وبعد هذا الصيف الجهنمي للكوكب، قدم ويب لعلماء الفلك فيلماً زمنياً لمناخ يتغير في يوم واحد أكثر مما تغير مناخ الأرض في ملايين السنين. وقد أمكن تحديد التوقيت الدقيق لهذه الأرصاد بفضل شبكة عالمية من التلسكوبات التي قامت بتحسين التقويم المداري للكوكب، مما ضمن ألا يفوت ويب النافذة القصيرة ولكن الحرجة لعبور الحضيض .

توضح هذه الحملة الناجحة المزيج القوي من الإعداد الأرضي الدقيق وقوة ويب الفضائية، مما يدفع حدود معرفتنا نحو أنظمة الطقس الأكثر تقلباً في المجرة.