ایران اکازیون:اندازه‌گیری‌های دقیق دانشمندان نشان می‌دهد که سیارات فراخورشیدی چگالی‌های به شدت مشابهی دارند که نشانه‌هایی دربارۀ ترکیب‌بندی آنها را ارائه می‌دهد.
به گزارش بیگ بنگ، ستاره کوتوله سرخ تراپیست-۱ منزلگاه بزرگترین گروه سیارات در اندازۀ زمین است که تاکنون در یک سامانه‌ی ستاره‌ای کشف شده است. این هفت خواهر و برادر سنگی که در فاصله‌ی تقریبی ۴۰ سال نوری از ما واقع شده‌اند، نمونه‌ای از تنوع زیاد سامانه‌های سیاره‌ای را نشان می‌دهد که به احتمال زیاد در جای جای کیهان یافت می‌شوند.
یک مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که سیارات تراپیست-۱ دارای چگالی‌های بسیار مشابهی هستند. این یعنی همه‌ی آنها دارای نسبت یکسانی از مواد هستند، موادی که به نظر می‌رسد این سیاراتِ غالباً سنگی را تشکیل داده باشند، مثل آهن، اکسیژن، منیزیم و سیلیسیم. اما این درست باشد، این نسبت باید به شدت متفاوت با نسبت زمین باشد: چگالی سیارات تراپیست-۱ تقریباً ۸ درصد کمتر از سیارۀ ما است. نویسندگان این مطالعه بر اساس این نتیجه‌گیری این فرضیه را مطرح کردند که چند مخلوط مختلف از مواد تشکیل دهنده می‌تواند منجر به این چگالیِ سیارات تراپیست-۱ شده باشد.
برخی از این سیارات از سال ۲۰۱۶ شناخته شده‌اند، یعنی زمانی که دانشمندان اعلام کردند که سه سیاره را با استفاده از تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا (که اکنون از رده خارج شده) به کمک تلسکوپ‌های زمینی در اطراف ستارۀ تراپیست-۱ یافت کرده‌اند، در واقع دو سیاره اصلی را تأیید کرده و پنج سیارۀ دیگر را کشف کردند. تلسکوپ اسپیتزر که توسط آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا در کالیفرنیای جنوبی مدیریت می‌شد قبل از اینکه در ژانویه سال ۲۰۲۰ از رده خارج شود، این سامانه را به مدت بیش از هزار ساعت رصد کرد. تلسکوپ‌های فضایی هابل و کپلر ناسا (کپلر اکنون از رده خارج شده) نیز این سامانه را مطالعه کردند.
هر هفت سیارۀ منظومه تراپیست-۱ به حدی نزدیک به ستاره خود هستند که می‌توانند در مدار عطارد جای بگیرند. این هفت سیاره به کمک روش ترانزیت کشف شدند: دانشمندان نمی‌توانند مستقیماً سیارات را ببینند (سیارات نسبت به ستاره بسیار کوچک و کم‌نور هستند)، بنابراین آنها به دنبال نقاطی کم‌نور در روشنایی ستاره می‌گردند که در اثر عبور سیارات از جلوی ستاره به وجود می‌آید.
مشاهدات مکررِ کم شدن نور ستاره همراه با اندازه‌گیری‌های زمانبندی مدارهای سیارات اخترشناسان را قادر کرد تا جرم و قطر سیارات را برآورد کنند و سپس این اطلاعات برای محاسبه‌ی چگالی این سیارات بکار رفت. محاسبات قبلی تعیین کرد که این سیارات تقریباً هم اندازه‌ی زمین هستند و جرم آنها نیز مشابه با جرم زمین است و در نتیجه باید سنگی یا خاکی باشند – برخلاف سیارات گازی مثل مشتری و زحل. این مقاله‌ی جدید دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های چگالی که تاکنون برای هر گروهی از سیارات فراخورشیدی – سیارات فراتر از منظومه شمسی – انجام شده را ارائه می‌دهد.
غلبه‌ی آهن
هرچه دانشمندان اطلاعات دقیق‌تری از چگالی یک سیاره داشته باشند، بهتر می‌توانند ترکیب‌بندی آن را برآورد کنند. تصور کنید که یک وزنه‌ی کاغذ (وزنه‌ی زینتی که روی اوراق روی میز می‌گذارند تا باد آنها را تکان ندهد) هم اندازه با یک توپ بیسبال باشد که معمولاً خیلی سنگین‌تر است. به طور کلی، عرض و وزن می‌توانند چگالی هر شی را نشان دهند و بر این اساس می‌توان استنباط کرد که توپ بیسبال از چیزی سبک‌تر (نخ و چرم) و وزنه‌ی کاغذ از چیزی سنگین‌تر (معمولاً شیشه یا فلز) ساخته شده‌اند.
چگالی هشت سیارۀ منظومه شمسی ما به شدت با یکدیگر فرق دارد. غول‌های پفی و گازی – مشتری، زحل، اورانوس و نپتون – نسبت به چهار سیارۀ سنگی بزرگتر هستند، اما چگالی آنها بسیار کمتر است. زیرا آنها غالباً از عناصر سبک‌تری مانند هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند. حتی چهار جهان سنگی از لحاظ تراکم با هم فرق دارند؛ این تفاوت از ترکیب‌بندی و فشردگی ناشی از گرانش خود سیاره مشخص می‌شود. دانشمندان با کسر اثر گرانش می‌توانند چگالی غیرفشردۀ یک سیاره را محاسبه کنند و اطلاعات بیشتری درباره ترکیب‌بندی یک سیاره بدست آورند.
هفت سیارۀ منظومه تراپیست-۱ چگالی‌های مشابهی دارند – چگالی آنها بیشتر از ۳ درصد متفاوت نیست. این امر موجب شده این سامانه با سامانه‌ی خورشیدی ما تفاوت داشته باشد. اختلاف در چگالی بین سیارات تراپیست-۱ و زمین و ناهید کوچک به نظر می‌رسد – حدود ۸ درصد – اما در یک مقیاس سیاره‌ای بسیار چشمگیر است. مثلاً، یک راه برای توضیح علت چگالی کمترِ سیارات تراپیست-۱ این است که ترکیب‌بندی آنها مشابه با زمین است، اما درصد آهن آنها کمتر است – حدود ۲ درصد در مقایسه با زمین (۳۲%).
در نتیجه، آهن در سیارات تراپیست-۱ ممکن است دارای سطوح بالایی از اکسیژن باشد که اکسید آهن یا زنگار را تشکیل می‌دهد. اکسیژن اضافی چگالی سیارات را کاهش داده است. سطح مریخ رنگ قرمز خود را مدیون اکسید آهن است اما همانند سه خواهر و برادر خاکی‌اش، هسته‌ی آن از آهن اکسید نشده تشکیل شده است. در مقابل، اگر چگالی کمتر سیارات تراپیست-۱ کاملاً ناشی از آهن بود، سیارات باید کاملاً زنگار زده بودند و نمی‌توانستند هسته‌هایی از جنس آهن جامد داشته باشند.
“اریک آگول”، اخترفیزیکدان دانشگاه واشنگتن و نویسنده ارشد مطالعه‌ی جدید گفت که پاسخ این معما می‌تواند ترکیب‌بندی دو سناریو باشد – محتوای کلی آهنِ کمتر و مقداری آهن اکسید شده. این گروه بررسی کرد که آیا سطح هر سیاره می‌تواند پوشیده از آب بوده باشد چون آب حتی از زنگار نیز سبک‌تر است و چگالی کلی سیاره را تغییر می‌دهد. اگر اینگونه باشد، آب باید ۵ درصد از کل جرم چهار سیاره‌ی دورتر (خارجی‌تر) را تشکیل داده باشد.
از آنجایی که سه سیارۀ داخلی‌تر تراپیست-۱ به حدی به ستاره‌شان نزدیک‌اند که ممکن نیست آب بر روی آنها مایع مانده باشد، این سیارات به جوی داغ و متراکم مانند ناهید نیاز داشتند تا آب بصورت بخار در سیاره باقی ماند. اما آگول می‌گوید که این توضیح چندان محتمل نیست، چون باید خیلی تصادفی باشد که هر هفت سیاره به اندازۀ کافی آب داشته باشند که چگالی آنها تا این حد مشابه باشد.
“کارولین دورن”، اخترفیزیکدان دانشگاه زوریخ و یکی از نویسندگان این مقاله گفت: «آسمان شب مملو از سیاره است و در طی ۳۰ سال گذشته توانستیم شروع به برملا کردنِ اسرار آنها کنیم. منظومۀ تراپیست-۱ مجذوب‌کننده است، زیرا پیرامون این ستاره می‌توانیم چیزهای زیادی درباره تنوع سیارات سنگی درون یک سامانه‌ی مجزا یاد بگیریم. ما با مطالعه‌ی همسایه‌های یک سیاره می‌توانیم اطلاعات بیشتری دربارۀ آن سیاره کسب کنیم، بنابراین این سامانه برای این کار بی‌نظیر است». جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Planetary Science منتشر شده است.
ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: NASA
