باستخدام أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) على تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، قام فريق دولي بقيادة طالب الدكتوراه السابق في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA) سيباستيان زييبا (الآن في هارفارد وسميثسونيان) ومديرة MPIA لورا كريدبرج بدراسة التركيب السطحي للكوكب الخارجي الصخري LHS 3844 b. متجاوزين الدراسات الجوية المعتادة، يتعمق هذا العمل في جيولوجيا الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى - لأنه لماذا يجب أن تقتصر المتعة على نظامنا الشمسي؟ تظهر النتائج في مجلة Nature Astronomy.
LHS 3844 b هو عالم صخري أكبر بنحو 30% من الأرض، يدور حول نجم قزم أحمر بارد في أقل من 11 ساعة. يدور قريبًا جدًا من نجمه - على بعد حوالي ثلاثة أقطار نجمية فقط فوق السطح - وهو مقيد مديًا، مما يعني أن جانبًا واحدًا يواجه النجم بشكل دائم بينما يظل الآخر في ظلام أبدي. يبلغ متوسط درجة حرارة الجانب النهاري حوالي 1000 كلفن (حوالي 725 درجة مئوية أو 1340 درجة فهرنهايت). يبعد النظام مسافة قريبة نسبيًا تبلغ 48.5 سنة ضوئية (14.9 فرسخ فلكي).
"بفضل حساسية JWST المذهلة، يمكننا اكتشاف الضوء القادم مباشرة من سطح هذا الكوكب الصخري البعيد،" قالت كريدبرج. "نرى صخرة مظلمة وحارة وقاحلة، خالية من أي غلاف جوي." إذن، ليس وجهة سياحية بالتأكيد.
يشير مظهره المظلم إلى أنه قد يشبه قمرًا أو عطارد عملاقين. يأتي هذا الاستنتاج من تحليل الإشعاع تحت الأحمر المنبعث من الجانب النهاري الحار للكوكب. لا يستطيع العلماء تصوير الكوكب مباشرة؛ بدلاً من ذلك، يقيسون تغيرات السطوع الطفيفة من الضوء المشترك للنجم والكوكب أثناء دورانه.
فحصت MIRI الانبعاث تحت الأحمر بين 5 و12 ميكرومتر، مقسمة الضوء إلى فترات طول موجي أصغر لإنشاء طيف - في الأساس قوس قزح يكشف كيفية توزيع الضوء. عززت البيانات السابقة من تلسكوب سبيتزر الفضائي التحليل.
قارن الفريق ملاحظاتهم بنماذج حاسوبية ومكتبات من الصخور المعروفة من الأرض والقمر والمريخ. أظهرت هذه المقارنات أن LHS 3844 b يفتقر إلى قشرة مثل قشرة الأرض - الغنية عادة بمعادن السيليكات مثل الجرانيت. هذا ليس مفاجئًا، لأن الأرض فريدة في النظام الشمسي لوجود مثل هذه القشرة. على الأرض، تتشكل القشور الغنية بالسيليكات من خلال النشاط التكتوني طويل الأمد والماء، الذي يتضمن ذوبانًا وإعادة تدوير متكررين للصخور.
"بما أن LHS 3844 b يفتقر إلى مثل هذه القشرة السيليكاتية، يمكننا استنتاج أن الصفائح التكتونية الشبيهة بالأرض لا تنطبق على هذا الكوكب، أو أنها غير فعالة،" قال زييبا. "يحتوي هذا الكوكب على القليل من الماء فقط."
بدلاً من الجرانيت، تشير البيانات إلى سطح مكون من البازلت أو صخور تشبه الوشاح، مماثلة للمواد البركانية الموجودة على الأرض أو القمر. وجد الباحثون أن مساحات كبيرة من البازلت الصلب أو الصخور النارية تطابق البيانات بشكل أفضل. هذه الصخور غنية بالمغنيسيوم والحديد وقد تحتوي على الزبرجد الزيتوني. كما أن شظايا الصخور المكسورة مثل الحصى تتطابق بشكل معقول، بينما لا تتطابق المساحيق الناعمة أو الغبار وحده - فهي ستكون ساطعة جدًا.
بدون غلاف جوي يحميه، يتعرض الكوكب باستمرار لإشعاع شديد وتأثيرات نيازك. هذه العمليات تكسر الصخور وتغير سطحها.
"اتضح أن هذه العمليات لا تذيب الصخور الصلبة ببطء إلى ريجوليث، طبقة من الحبيبات الناعمة أو المسحوق كما هو موجود على القمر،" شرح زييبا. "بل إنها أيضًا تُظلم الطبقة بإضافة الحديد والكربون، مما يجعل خصائص الريجوليث أكثر اتساقًا مع الملاحظات."
تدعم البيانات سيناريوهين محتملين. الأول: منظر طبيعي يهيمن عليه صخور بازلتية صلبة طازجة نسبيًا، مما يشير إلى نشاط جيولوجي حديث مثل البراكين الواسعة. الثاني: سطح مظلم تشكل بفعل التجوية الفضائية طويلة الأمد، مما يخلق طبقات واسعة من الريجوليث المظلم المشابه للقمر أو عطارد - مما يعني أن الكوكب كان غير نشط جيولوجيًا لفترة طويلة.
تختلف هذه الاحتمالات بشكل رئيسي في ما إذا كان الكوكب لا يزال نشطًا. على الأرض، تطلق العمليات البركانية غازات مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2). إذا كان LHS 3844 b نشطًا حاليًا، لكانت MIRI قد اكتشفت هذا الغاز على الأرجح. لم يتم العثور على مثل هذه الإشارة.