فضاپیمایی به اندازه یک جعبه غلات، اطلاعات دقیقی را در مورد جو سیارات بزرگ و پف‌کرده به نام «مشتری داغ» (Hot Jupiter) جمع‌آوری کرده است. این یافته‌ها که در پژوهشی به رهبری «دانشگاه کلرادو بولدر» (CU Boulder) به دست آمده‌اند، می‌توانند چگونگی فرار کردن جو اطراف مشتری‌های داغ و تعداد زیادی از سیارات دیگر به فضا را آشکار کنند.

به نقل از وب‌سایت رسمی دانشگاه کلرادو بولدر، این مشاهدات اولین نتایجی هستند که از فضاپیمای سخت‌کوش ناسا به نام «آزمایش انتقال فرابنفش کلرادو» (CUTE) به دست آمده‌اند. این فضاپیمای کوچک که تنها ۱۴ اینچ طول دارد، ممکن است زیبا باشد، اما یافته‌های علمی آن فراتر از زیبایی هستند. فضاپیمای CUTE از زمان پرتاب در سپتامبر ۲۰۲۱، تنها تلسکوپ فرابنفش خود را با مجموعه‌ای از مشتری‌های داغ آموزش داده است که صد‌ها سال نوری از زمین فاصله دارند.

مشتری‌های داغ یکی از داغ‌ترین و خشن‌ترین سیاره‌های کهکشان هستند. همان طور که از نام این سیارات پیداست، آن‌ها غول‌های گازی مانند سیاره مشتری منظومه شمسی هستند، اما این سیارات بسیار نزدیک‌تر به ستاره‌های خود قرار دارند و یک مدار را تقریبا هر چند روز زمینی یک‌بار تکمیل می‌کنند. تشعشعات ستاره‌ای در این فرآیند، مشتری‌های داغ را تا هزاران درجه فارنهایت گرم می‌کنند و جو آن‌ها مانند نانی که هنگام پختن در فر بالا می‌آید، بسیار متورم می‌شود.

پژوهشگران مدت‌ها گمان می‌کردند که تابش مداوم ستاره‌ها می‌تواند جو اطراف برخی از سیارات فراخورشیدی را طی میلیون‌ها تا میلیارد‌ها سال از بین ببرد، اما داده‌های CUTE نشان می‌دهند که این روند ممکن است چندان ساده نباشد.

گروه ماموریت CUTE که چندین دانشجوی مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد هستند، تاکنون هفت مشتری داغ را مشاهده کرده‌اند و تعداد بیشتری از آن‌ها نیز در راه است. به نظر می‌رسد که برخی از سیارات، جو خود را از دست می‌دهند، اما برخی دیگر این طور نیستند.

«کوین فرانس» (Kevin France) دانشیار «آزمایشگاه فیزیک جوی و فضایی» و گروه علوم اخترفیزیکی و سیاره‌ای دانشگاه کلرادو بولدر و پژوهشگر ارشد این مأموریت گفت: به نظر می‌رسد که سیارات بیشتری از راه می‌رسند.

فرانس خاطرنشان کرد:  CUTE به دانشمندان کمک می‌کند تا راهنمای میدانی خود را برای انواع سیارات موجود در کهکشان راه شیری بسازند؛ از جمله سیاراتی که هیچ شباهتی به همسایه‌های نزدیک زمین ندارند.

وی افزود: ما می‌خواهیم بفهمیم که منظومه شمسی ما چگونه در خانواده منظومه‌های خورشیدی جهان قرار می‌گیرد. این بدان معناست که باید سیارات بزرگ، سیارات کوچک، سیارات دارای حیات، سیارات بدون حیات و همه فرآیند‌های فیزیکی مهمی را که در این سیارات صورت می‌گیرند، درک کنیم.

اینجا داغ است

راه رسیدن CUTE به موفقیت علمی آسان نبود. وقتی فضاپیما برای اولین بار وارد مدار زمین شد، فرانس و همکارانش به سرعت متوجه شدند که به نظر می‌رسد فضاپیما با چند مشکل روبه‌رو شده است. این یک مشکل عادی برای بسیاری از ماهواره‌های کوچک موسوم به «کیوب‌ست» (CubeSat) است. آن‌ها اغلب فناوری‌هایی را آزمایش می‌کنند که پیشتر هرگز به فضا پرواز نکرده‌اند. در یک مورد، شاتری که از تلسکوپ CUTE محافظت می‌کرد، به صورت برنامه‌ریزی‌نشده بسته شد.

این گروه پژوهشی تسلیم نشدند. آن‌ها به فضاپیما دستور دادند که شاتر خود را باز کند. سپس، باتری تغذیه‌کننده آن را تخلیه کردند و از بسته شدن مجدد دستگاه جلوگیری به عمل آوردند. فرانس گفت: CUTE هنوز در حال کار و جمع‌آوری کردن داده‌هاست. وقتی اولین نتایج علمی واقعی خود را گرفتیم، واقعا هیجان‌زده شدیم.

فضاپیمای CUTE، سیارات دوردست را هنگام عبور کردن از مقابل ستاره خود رصد می‌کند که باعث می‌شود نور فرابنفش ستاره‌ها در این فرآیند کم‌رنگ باشد. در برخی موارد، فضاپیما به قدری دقیق است که وقتی نور ستاره‌ها تنها به یک درصد می‌رسد هم می‌تواند آن‌ها را تشخیص دهد.

پژوهشگران در مقاله منتشرشده در ماه سپتامبر، مشاهدات خود را در مورد سیاره‌ای به نام «WASP-۱۸۹b» شرح دادند. این سیاره به دور ستاره‌ای در صورت فلکی «ترازو» (Libra) در فاصله بیش از ۳۰۰ سال نوری از زمین می‌چرخد. براساس نتایج به‌دست‌آمده، این سیاره فوق‌العاده داغ است و دمای آن به حدود ۱۵ هزار درجه فارنهایت می‌رسد. این دما هزاران درجه بیشتر از دمای سطح خورشید است.

همچنین، مشاهدات CUTE نشان می‌دهند که گاز از اطراف WASP-۱۸۹b با جرم معادل ۴۰۰ میلیون کیلوگرم در ثانیه خارج می‌شود.

تکامل سیاره‌ها

همه سیاراتی که CUTE در دو سال اول کار خود بررسی کرده است، چندان هیجان‌انگیز نبوده‌اند. گروه در نتایج منتشرنشده، سیاره دومی را به نام «MASCARA-۴b» مشاهده کردند که به نظر نمی‌رسید گاز زیادی از دست بدهد.

فرانس و همکارانش امیدوارند نتایج آن‌ها به این پرسش پاسخ دهند که چرا برخی از سیارات، بخش بزرگی از جو خود را از دست می‌دهند، اما برخی دیگر عمدتا بدون تغییر باقی می‌مانند. به عقیده فرانس، این موضوع به خاطر ترکیب خود سیارات و پویایی ستاره‌های آنهاست.

همین فرآیند‌ها احتمالا سیارات را چه درون و چه بیرون از منظومه شمسی زمین، به مرور زمان می‌سازند. به عنوان مثال، دانشمندان این نظریه را مطرح می‌کنند که مریخ زمانی میزبان جو بسیار ضخیم‌تری بوده، اما خورشید آن را طی میلیارد‌ها سال فرسوده کرده است.

پدیده فرار جوی نیز ممکن است منشأ شکل‌گیری گروهی از سیارات به نام «ابرزمین‌ها» را توضیح دهد که کمی بزرگ‌تر از سیاره خودمان هستند. فرانس گفت: شواهد زیادی وجود دارند که نشان می‌دهند ابرزمین‌ها در قالب سیاره‌هایی به اندازه نپتون با جو بزرگ و پف‌کرده شکل می‌گیرند و سپس آن قدر جرم از دست می‌دهند که تنها یک هسته سنگی و احتمالا یک جو نازک باقی می‌ماند.

وی افزود: بزرگترین میراث CUTE ممکن است تاثیر آن بر دانشجویان باشد. گروه کوچک مأموریت متشکل از ۲۰ نفر تقریبا در همه جنبه‌های کار فضاپیما، از ساخت گرفته تا پرتاب، فرستادن دستورات به آن و سپس دانلود و تحلیل داده‌های علمی نقش داشتند. فضاپیمای CUTE در حال حاضر حدود ۵۲۵ کیلومتر بالاتر از سطح زمین می‌چرخد و انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۷ دوباره وارد جو شود.

نتایج این مأموریت، در «نشست ۲۰۲۳ اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا» (AGU Annual Meeting ۲۰۲۳) در سن‌فرانسیسکو ارائه شدند.