يصور الفنان كوكب خارج المجموعة الشمسية أصغر من نبتون. تشير دراسة جديدة إلى السبب في أن هذه الكواكب نادراً ما تنمو أكبر من نبتون: تبدأ المحيطات الصخرية في الكوكب في التهام السماء.
مقدمة من: NASA / ESA / G. لحم الخنزير المقدد (STScI) / L. كريدبرج وجي بين (يو شيكاغو) / هـ. كنوتسون (كالتك)لسنوات عديدة ، حسب علمنا ، كان نظامنا الشمسي هو النظام الوحيد في الكون. ثم بدأت التلسكوبات الأكثر تقدما في اكتشاف مجموعة من الكواكب التي تدور حول النجوم البعيدة.
في عام 2014 ، قدم التلسكوب الفضائي التابع لوكالة ناسا كيبلر للعلماء بوفيهًا حقيقيًا يضم أكثر من 700 كوكب خارجى جديد تمامًا للدراسة - والعديد منهم على عكس ما كان معروفًا سابقًا. بالمقارنة مع عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري ، الذي لاحظت لأول مرة في دراسات سابقة لأنها أسهل في الرؤية ، كانت معظم هذه الكواكب صخرية وأصغر حجمًا.
لقد لاحظ العلماء أن هناك العديد من هذه الكواكب بحجم الأرض أو أكبر بقليل من ذلك ، ولكن قبل أن تصل الكواكب إلى حجم نبتون ، هناك تصريف حاد. وقال إدوين كايت ، عالم الكواكب في جامعة شيكاغو: "إننا نحير حول سبب توقف الكواكب عادة عن النمو حول أكثر من ثلاثة أحجام من الأرض".
في مقال نُشر في 17 ديسمبر في مجلة Astrophysical Journal Letters ، يقدم E. Kite وزملاؤه من جامعة واشنطن وجامعة ستانفورد وجامعة بنسلفانيا تفسيراً مبتكراً لهذا التفريغ: محيطات الصهارة على سطح هذه الكواكب تمتص أجواءها بمجرد أن تبلغ مساحة الكواكب ثلاثة أضعاف من الأرض.
E. Kite ، الذي يدرس تاريخ المريخ ومناخات العوالم الأخرى ، كان مستعدًا جيدًا لدراسة هذه المسألة. لقد اعتقد أن الإجابة قد تعتمد على بعض الجوانب غير المفهومة في مثل هذه الكواكب الخارجية. من المعتقد أن معظم الكواكب ، أصغر قليلاً من حجم التصريف ، توجد محيطات من الصهارة - البحار الضخمة من الصخور المنصهرة ، على غرار تلك التي كانت تغطي الأرض من قبل. ولكن بدلاً من تصلب مثلنا ، فإنها تظل ساخنة تحت طبقة سميكة من الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين.
وقال إي كايت: "حتى الآن ، جميع النماذج التي تجاهلناها تقريبًا وجود الصهارة ، معتبرة أنها خاملة كيميائيًا ، لكن الصخور السائلة تكاد تكون سائلة مثل الماء ونشطة كيميائيًا".
نظر إ. كايت وزملاؤه في مسألة ما إذا كان يمكن للمحيط أن يبدأ في "التهام" السماء بينما تتراكم الكواكب أكثر من الهيدروجين. في هذا السيناريو ، عندما يحصل الكوكب على المزيد من الغاز ، يتراكم في الجو ، ويبدأ الضغط في قاع الغلاف الجوي ، حيث يلتقي الصهارة. في البداية ، تمتص الصهارة الغاز المضاف بمعدل ثابت ، ولكن مع زيادة الضغط ، يبدأ الهيدروجين في الذوبان بسهولة أكبر في الصهارة.
"ليس هذا فحسب ، ولكن أيضًا جزء صغير من الغاز المضاف الذي يبقى في الجو يزيد الضغط الجوي ، وبالتالي يذوب جزء أكبر من الغاز الذي يأتي في وقت لاحق في الصهارة" ، قال E. Kite.
وهكذا ، يتباطأ نمو الكوكب حتى قبل أن يصل إلى حجم نبتون. (نظرًا لأن غالبية حجم هذه الكواكب هي الغلاف الجوي ، وعندما يتم ضغط الغلاف الجوي ، تتقلص الكواكب أيضًا.)
يصف المؤلفون هذا بـ "أزمة التقلب" ، وهو مصطلح يقيس مدى سهولة ذوبان الغاز في خليط ، مقارنة بالنتائج المستندة إلى الضغط.
وقال إ. كايت إن هذه النظرية تتفق جيدًا مع الملاحظات الحالية. هناك أيضًا العديد من العلامات التي قد يبحث عنها علماء الفلك في المستقبل. على سبيل المثال ، إذا كانت النظرية صحيحة ، فيجب أن يكون للكواكب التي تحتوي على محيطات صخرية باردة بدرجة كافية لتبلور على السطح ملامح مختلفة ، لأن هذا سيمنع المحيط من امتصاص الكثير من الهيدروجين. يجب أن توفر الأبحاث الحالية والمستقبلية باستخدام TESS والتلسكوبات الأخرى لعلماء الفلك مزيدًا من البيانات للعمل معها.
"لا يوجد شيء مثل هذه العوالم في نظامنا الشمسي ،" قال إ. "على الرغم من أن عملنا يقدم حلاً لأحد الألغاز التي تشكلها الكواكب الخارجية الفرعية لنبتون ، إلا أنه لا يزال يتعين علينا القيام به!"
اقرأ المزيد من المقالات حول قناة Quant Telegram Channel (proquantum)
قناة مخصصة للفيزياء والميكانيكا الكم والفيزياء الفلكية.
اشترك ووسع معرفتك