کشف متان در جو غول گازی معتدل تی اوآی-۱۹۹بی با وب

جهانی را تصور کنید به اندازه زحل، غوطه‌ور در گرمایی که بیشتر به دمای داخل یک خودروی داغ شباهت دارد تا سرمای منجمدکننده نواحی بیرونی منظومه شمسی ما. این همان تی‌اوآی-۱۹۹بی است: یک زحل فراخورشیدی که حاضر نیست در دسته‌بندی‌های معمول جا بگیرد.

تی‌اوآی-۱۹۹بی که در فاصله‌ای بیش از ۳۳۰ سال نوری کشف شده، مدار خود را تقریبا در ۱۰۰ روز کامل می‌کند. روزهای آن گرم‌اند، حدود ۱۷۵ درجه فارنهایت، اما مانند مشتری‌های داغ بدنامی که به ستاره‌هایشان چسبیده‌اند، سوزان و طاقت‌فرسا نیستند. در عوض، این سیاره در میانه‌ای جذاب قرار دارد؛ یک غول گازی معتدل که در آن شیمی رفتار متفاوتی نشان می‌دهد و جو سیاره رازهایی را پنهان کرده که دانشمندان تازه در آغاز خواندن آن‌ها هستند.

اخترشناسان چگونه توانستند این رازها را آشکار کنند؟ با تلسکوپ فضایی جیمز وب و روشی به نام طیف‌سنجی عبوری. هنگامی که تی‌اوآی-۱۹۹بی از برابر ستاره‌اش گذشت، جیمز وب مشاهده کرد که نور ستاره از میان پرده گازی این سیاره عبور می‌کند. مولکول‌ها اثر انگشت خود را روی طول موج‌های خاص بر جا گذاشتند. طیف به دست آمده، داستانی روشن روایت کرد.

تیتر اصلی این کشف: متان. طیف ثبت‌شده ویژگی‌های جذب آشکاری را نشان می‌دهد که با نشانه طیفی متان همخوانی دارد. نشانه‌های وسوسه‌انگیزی از آمونیاک و دی‌اکسید کربن نیز دیده می‌شود، هرچند برای تایید آن‌ها به مشاهدات بیشتری نیاز است. شناسایی متان روی یک سیاره غول‌پیکر با دمای نسبتا ملایم با پیش‌بینی‌های نظری دیرینه سازگار است، اما دیدن این پیش‌بینی در داده‌های واقعی همیشه هیجان‌انگیز است.

این نخستین مطالعه دقیق جوی از یک غول گازی معتدل است که متان را آشکار می‌کند و پنجره‌ای تازه به سوی شکل‌گیری سیارات و شیمی جو در بیرون از منظومه شمسی می‌گشاید.

گروه پژوهشی این کشف، به رهبری اخترشناسان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، حدود ۲۰ ساعت پیاپی ستاره را اندازه‌گیری کرد تا یک خط مبنای محکم بسازد، سپس یک گذر هفت‌ساعته را ثبت کرد. چنین رصدهای طولانی در مقایسه با گذرهای کوتاه و بسیار داغی که در مشتری‌های داغ رایج است، امتیازی ارزشمند به شمار می‌رود و برای بیرون کشیدن سرنخ‌های طیفی ظریف از جوی خنک‌تر نقشی تعیین‌کننده داشت.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ غول‌های گازی معتدل یافته‌هایی کمیاب‌اند. بیشتر غول‌های گازی شناخته‌شده یا مانند مشتری و زحل خودمان در فاصله‌ای دور از ستاره‌هایشان می‌گردند و سرد باقی می‌مانند، یا بیش از حد نزدیک می‌چرخند و به جهان‌هایی سوزان تبدیل می‌شوند. تی‌اوآی-۱۹۹بی در ناحیه‌ای مناسب و متعادل برای سیارات غول‌پیکر قرار گرفته است؛ آن‌قدر گرم که شیمی فعال در آن جریان داشته باشد، اما آن‌قدر خنک که مولکول‌های پیچیده‌ای مانند متان بتوانند پایدار بمانند. همین ویژگی آن را به آزمایشگاهی ایده‌آل برای آزمودن مدل‌های تکامل جو و شکل‌گیری سیاره تبدیل می‌کند.

پیامدهای این کشف فراتر از یک جهان شگفت‌انگیز است. دانشمندان با مقایسه جو سیارات گوناگون، مدل‌هایی را دقیق‌تر می‌کنند که توضیح می‌دهند سیارات چگونه گازها را به دست می‌آورند یا از دست می‌دهند، درون و جو آن‌ها چگونه با یکدیگر برهم‌کنش دارند و شرایطشان طی میلیاردها سال چگونه دگرگون می‌شود. ترکیب جو تی‌اوآی-۱۹۹بی می‌تواند به تنظیم دقیق این مدل‌ها کمک کند و به فرایندهایی اشاره کند که جو اولیه زمین را نیز شکل داده‌اند.

نویسندگان اصلی و پژوهشگران همکار، از نهادهایی از جمله دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، آزمایشگاه پیشرانش جت، دانشگاه ایالتی آریزونا، جانز هاپکینز، کلتک و مراکز دیگر، نتایج خود را در مه ۲۰۲۶ در ژورنال اخترشناسی منتشر کردند. تامین مالی این پژوهش از طریق کمک‌هزینه‌هایی انجام شد که موسسه علوم تلسکوپ فضایی مدیریت می‌کند؛ نکته‌ای که ماهیت همکاری‌محور علم مدرن سیارات فراخورشیدی را برجسته می‌سازد.

تی‌اوآی-۱۹۹بی به همان اندازه که پاسخ می‌دهد، پرسش‌های تازه‌ای نیز مطرح می‌کند. آیا متان آن از آغاز در سیاره وجود داشته یا در اثر فرایندهای درونی تولید شده است؟ آیا آمونیاک و دی‌اکسید کربن واقعا در جو آن حضور دارند و اگر چنین است، با چه نسبت‌هایی؟ گام بعدی روشن است: زمان رصدی بیشتر با تلسکوپ، پوشش گسترده‌تر طول موج‌ها و مقایسه‌های دقیق با دیگر غول‌های گازی معتدل، هر زمان که کشف شوند. کیهان نوع تازه‌ای از آزمایشگاه را در برابر ما گذاشته است. آیا یاد می‌گیریم زبان آن را بخوانیم؟