ويب يلاحظ ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبر

في تصور هذا الفنان، يظهر الجسم الشبيه بالكوكب المكتشف حديثًا، والذي يطلق عليه اسم “سيدنا”، حيث يتواجد على الحواف الخارجية للنظام الشمسي المعروف. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائيلاحظ علماء الفلك ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبرواكتشاف الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات المعقدة. تعزز هذه النتائج فهمنا للأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي وتسلط الضوء على قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي في استكشاف الفضاء.

ال حزام كويبرتعد المنطقة الشاسعة الواقعة على حافة نظامنا الشمسي والتي يسكنها عدد لا يحصى من الأجسام الجليدية، كنزًا دفينًا من الاكتشافات العلمية. كشف وتوصيف كائنات حزام كويبر (KBOs)، ويشار إليها أحيانًا باسم الأجسام العابرة للنبتون (أجسام TNO) أدى إلى فهم جديد لتاريخ النظام الشمسي. يعد التخلص من أجسام حزام كايبر مؤشرًا لتيارات الجاذبية التي شكلت النظام الشمسي وتكشف عن تاريخ ديناميكي للهجرات الكوكبية. منذ أواخر القرن العشرين، كان العلماء حريصين على إلقاء نظرة فاحصة على أجسام حزام كويپر ​​لمعرفة المزيد عن مداراتها وتكوينها.

ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي

تعد دراسة الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي أحد الأهداف العديدة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). باستخدام البيانات التي حصل عليها ويب مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec)، قام فريق دولي من علماء الفلك برصد ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبر: سيدنا، جونجونج، وكوار. كشفت هذه الملاحظات عن العديد من الأشياء المثيرة للاهتمام حول مداراتها وتكوينها، بما في ذلك الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات العضوية المعقدة التي يُعتقد أنها نتاج تشعيع الميثان.

وقاد البحث جوشوا إيمري، أستاذ علم الفلك وعلوم الكواكب في جامعة شمال أريزونا. وانضم إليه باحثون من ناسامركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC). معهد الفيزياء الفلكية المكانية (جامعة باريس ساكلاي). معهد بينهيد، ال معهد فلوريدا للفضاء (جامعة سنترال فلوريدا). مرصد لويل، ال معهد أبحاث الجنوب الغربي (سويري)، و معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI)، الجامعة الأمريكية. وجامعة كورنيل. ظهرت نسخة أولية من ورقتهم البحثية على الإنترنت وتتم مراجعتها للنشر بواسطة إيكاروس.

منذ آخر تحليق لها بالقرب من الجسم أروكوث في حزام كويبر، قامت مهمة نيو هورايزنز باستكشاف الأجسام في حزام كويبر وإجراء عمليات رصد للغلاف الشمسي والفيزياء الفلكية. حقوق الصورة: ناسا/JHUAPL/SwRI//رومان تكاتشينكو

تاريخ استكشاف حزام كويبر

على الرغم من كل التقدم في علم الفلك والمستكشفين الآليين، فإن ما نعرفه عن منطقة ما وراء نبتون وحزام كويبر لا يزال محدودًا. حتى الآن، المهمة الوحيدة للدراسة أورانوس, نبتون، وكانت أقمارهم الصناعية الرئيسية هي فوييجر 2 المهمة التي حلقت بالقرب من هذين العملاقين الجليديين في عامي 1986 و1989 على التوالي. وعلاوة على ذلك، فإن آفاق جديدة وكانت المهمة أول مركبة فضائية للدراسة بلوتو وأقماره الصناعية (في يوليو 2015) والوحيد الذي واجه جسمًا في حزام كويبر، والذي حدث في 1 يناير 2019، عندما طار بالقرب من حزام كويبر المعروف باسم أروكوث.

توقعات علماء الفلك من JWST

وهذا هو أحد الأسباب العديدة التي جعلت علماء الفلك ينتظرون بفارغ الصبر إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي. بالإضافة إلى دراسة الكواكب الخارجية والمجرات الأقدم في الكون، فقد تم أيضًا توجيه قدرات التصوير القوية بالأشعة تحت الحمراء نحو الفناء الخلفي لنا، مما يكشف عن صور جديدة لـ المريخ, كوكب المشتري، ولها أكبر الأقمار الصناعية. من أجل دراستهم، استند إيمري وزملاؤه إلى بيانات الأشعة تحت الحمراء القريبة التي حصل عليها ويب لثلاثة كواكب في حزام كويبر – سيدنا، غونغونغ، وكوار. يبلغ قطر هذه الأجسام حوالي 1000 كيلومتر (620 ميل)، مما يضعها ضمن نطاق تصنيف الاتحاد الفلكي الدولي للكواكب القزمة.

رؤى حول الكواكب القزمة

وكما قال إيمري لموقع Universe Today عبر البريد الإلكتروني، فإن هذه الأجسام مثيرة للاهتمام بشكل خاص لعلماء الفلك بسبب حجمها ومداراتها وتركيباتها. وقد احتفظت الأجسام الأخرى عبر نبتون – مثل بلوتو، وإيريس، وهوميا، وماكيماكي – بالجليد المتطاير على أسطحها (النيتروجين، والميثان، وما إلى ذلك). الاستثناء الوحيد هو هاوميا، الذي فقد مواده المتطايرة في تأثير كبير (على ما يبدو). وكما قال إيمري، فقد أرادوا معرفة ما إذا كانت Sedna وGonggong وQuaoar تحتوي على مواد متطايرة مماثلة على أسطحها أيضًا:

“لقد أظهر العمل السابق أنهم قد يكونون قادرين على ذلك. في حين أن جميعها ذات أحجام متشابهة تقريبًا، إلا أن مداراتها مختلفة. سيدنا هو جسم من سحابة أورت الداخلية يبلغ حضيضه الشمسي 76 وحدة فلكية وأوجه حوالي 1000 وحدة فلكية، ويقع غونغونغ في مدار إهليلجي للغاية أيضًا، حيث يبلغ حضيضه الشمسي 33 وحدة فلكية وأوجه ~ 100 وحدة فلكية، ويقع كوار في مدار دائري نسبيًا بالقرب من 43 وحدة فلكية. الاتحاد الأفريقي. تضع هذه المدارات الأجسام في أنظمة درجات حرارة مختلفة وبيئات إشعاع مختلفة (سيدنا، على سبيل المثال، يقضي معظم وقته خارج الغلاف الشمسي للشمس). أردنا التحقق من كيفية تأثير تلك المدارات المختلفة على الأسطح. هناك أيضًا جليديات أخرى مثيرة للاهتمام ومواد عضوية معقدة على الأسطح.

صور من إحدى مراقبتي PRISM لـ Sedna وGonggong وQuoar. الائتمان: إيمري، جي بي وآخرون. (2023)

وباستخدام بيانات من أداة Webb NIRSpec، لاحظ الفريق جميع الأجسام الثلاثة في وضع المنشور منخفض الدقة بأطوال موجية تمتد من 0.7 إلى 5.2 ميكرومتر (ميكرومتر) – مما يضعهم جميعًا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. تم إجراء ملاحظات إضافية على Quaoar من 0.97 إلى 3.16 ميكرومتر باستخدام شبكات متوسطة الدقة بعشرة أضعاف الدقة الطيفية. كشفت الأطياف الناتجة عن بعض الأشياء المثيرة للاهتمام حول هذه الأجسام TNO والتركيبات السطحية، كما قال إيمري:

“لقد وجدنا وفرة من الإيثان (C2H6) على الجثث الثلاثة، وأبرزها على سيدنا. يُظهر سيدنا أيضًا الأسيتيلين (C2H2) والإيثيلين (C2H4). ترتبط الوفرة بالمدار (معظمها في سيدنا، وأقل في غونغونغ، وأقلها في كواوار)، وهو ما يتوافق مع درجات الحرارة النسبية وبيئات الإشعاع. هذه الجزيئات هي منتجات تشعيع مباشر للميثان (CH4). ولو كان الإيثان (أو غيره) موجودًا على الأسطح لفترة طويلة، لكان قد تحول إلى جزيئات أكثر تعقيدًا عن طريق التشعيع. وبما أننا ما زلنا نراها، فإننا نشك في أنه يجب إعادة تزويد الأسطح بغاز الميثان (CH4) بشكل منتظم إلى حد ما.

تتوافق هذه النتائج مع تلك المقدمة في دراستين حديثتين بقيادة الدكتور ويل جراندي، عالم الفلك في مرصد لويل والمحقق المشارك في وكالة ناسا. آفاق جديدة المهمة، وكريس جلين، عالم الكواكب والكيمياء الجيولوجية في SwRI. في كلتا الدراستين، قام جراندي وجلين وزملاؤهما بقياس نسب الديوتيريوم/الهيدروجين (D/H) في الميثان على إيريس وماكيماكي وخلصوا إلى أن الميثان لم يكن بدائيًا. وبدلاً من ذلك، يجادلون بأن النسب ناتجة عن معالجة غاز الميثان في داخلها وتسليمه إلى السطح.

قال إيمري: “نقترح أن الأمر نفسه قد يكون صحيحًا بالنسبة لـ Sedna وGonggong وQuaoar”. “نرى أيضًا أن أطياف Sedna وGonggong وQuaoar تختلف عن أطياف أجسام حزام كايبر الأصغر. كانت هناك محادثات في مؤتمرين عُقدا مؤخرًا أظهرت أن بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لأجسام حزام كايبر الأصغر تتجمع في ثلاث مجموعات، لا تشبه أي منها سيدنا، وغونغونغ، وكواوار. وتتوافق هذه النتيجة مع أن أجسامنا الثلاثة الأكبر حجمًا لها تاريخ مختلف في مجال الطاقة الحرارية الأرضية.

مقارنة بين أكبر ثمانية أجسام TNO مع الأرض (كلها على نطاق واسع). الائتمان: ناسا / المعجم

الآثار المترتبة على النتائج

يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار مهمة على دراسة أجسام حزام كويپر، وأجرام TNO، وغيرها من الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي. يتضمن ذلك رؤية جديدة لتكوين الأجسام خارج خط الصقيع في الأنظمة الكوكبية، والذي يشير إلى الخط الذي تتجمد بعده المركبات المتطايرة. في نظامنا الشمسي، تتوافق منطقة ما وراء نبتون مع خط النيتروجين، حيث تحتفظ الأجسام بكميات كبيرة من المواد المتطايرة مع نقاط تجمد منخفضة جدًا (مثل النيتروجين والميثان والأمونيا). وقال إيمري إن هذه النتائج توضح أيضًا نوع العمليات التطورية التي تحدث في الهيئات في هذه المنطقة:

“قد يكون التأثير الأساسي هو العثور على الحجم الذي أصبحت فيه أجسام حزام كويپر ​​دافئة بدرجة كافية لإعادة المعالجة الداخلية للجليد البدائي، وربما حتى التمايز. يجب أن نكون أيضًا قادرين على استخدام هذه الأطياف لفهم معالجة تشعيع الجليد السطحي في النظام الشمسي الخارجي بشكل أفضل. وستكون الدراسات المستقبلية أيضًا قادرة على النظر بمزيد من التفصيل في الاستقرار المتقلب وإمكانية وجود أجواء في هذه الأجسام فوق أي جزء من مداراتها.

تُظهر نتائج هذه الدراسة أيضًا قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي أثبت قيمته عدة مرات منذ أن أصبح جاهزًا للعمل في أوائل العام الماضي. كما تذكرنا أيضًا أنه بالإضافة إلى تمكين رؤى جديدة واكتشافات جديدة للكواكب البعيدة والمجرات والبنية واسعة النطاق للكون، يستطيع ويب أيضًا الكشف عن أشياء حول ركننا الصغير من الكون.

وأضاف إيمري: “إن بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي رائعة”. “لقد مكنتنا من الحصول على أطياف بأطوال موجية أطول مما نستطيع من الأرض، مما مكننا من اكتشاف هذه الجليد. في كثير من الأحيان، عند المراقبة في نطاق طول موجي جديد، يمكن أن تكون البيانات الأولية ذات جودة رديئة جدًا. لم يفتح تلسكوب جيمس ويب الفضائي نطاقًا جديدًا من الأطوال الموجية فحسب، بل قدم أيضًا بيانات عالية الجودة بشكل خيالي وحساسة لمجموعة من المواد الموجودة على الأسطح في النظام الشمسي الخارجي.

مقتبس من مقال نشر في الأصل بتاريخ الكون اليوم.

المرجع: “قصة ثلاثة كواكب قزمة: الجليد والمواد العضوية في سيدنا، غونغونغ، وكواوار من التحليل الطيفي لـ JWST” بقلم جي بي إيمري، آي. وونغ، آر. برونيتو، جي سي كوك، ن. بينيلا-ألونسو، جي أيه ستانسبيري، بي جي هولر ، WM Grundy، S. Protopapa، AC Souza-Feliciano، E. Fernández-Valenzuela، JI Lunine and DC Hines، 26 سبتمبر 2023، الفيزياء الفلكية > فيزياء الأرض والكواكب الفلكية.
أرخايف:2309.15230