6 دقیقه
وب آشکارسازی گاز متان بالای ماکمِیکه را اعلام می‌کند
تیمی بین‌المللی به سرپرستی موسسه تحقیقاتی جنوب‌غربی (SwRI) از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای تشخیص گاز متان بالای کوتولهٔ دوردست ماکمِیکه استفاده کرده است. این کشف، ماکمِیکه را پس از پلوتو به دومین جرم فرا-نپتونیک تبدیل می‌کند که در آن گاز بهصورت طیفسنجی شناسایی شده است. این آشکارسازی نشان‌دهنده فرایندهای فرّار فعال روی این جهان یخی در لبهٔ منظومهٔ شمسی است و پرسش‌های جدیدی درباره چگونگی تعامل یخ‌های سطحی و جوهای رقیق روی اجرام کوچک و سرد مطرح می‌سازد.
تیمی به سرپرستی SwRI با استفاده از مشاهدات تلسکوپ وب (سفید) گاز متان را روی کوتولهٔ دوردست ماکمِیکه تشخیص داده‌اند. قلههای تیز انتشار نزدیک ۳.۳ میکرون نشان‌دهنده متان در فاز گازی بالای سطح ماکمِیکه است. یک مدل پیوستگی (فیروزه‌ای) برای مقایسه روی نمودار قرار گرفته؛ قلههای انتشار گاز جایی شناسایی شدهاند که طیف مشاهده‌شده نسبت به پیوستگی افزایش نشان میدهد. در زمینه تصویر یک بازنمایی هنری از سطح ماکمِیکه نمایش داده شده است.
مشاهدات و شواهد طیفی
نشانهٔ متان از طیف‌های فروسرخ JWST بهصورت ویژگی‌های تیز انتشار نزدیک ۳.۳ میکرون استخراج شد، ناحیهٔ طول موجی‌ای که در آن مولکول‌های متان پس از جذب نور خورشید فلورسانس می‌کنند. تیم این ویژگی‌ها را به‌عنوان فلورسانس تحریک‌شده توسط خورشید شناسایی می‌کند: نور خورشید مولکول‌های متان را برانگیخته و مولکول‌ها آن انرژی را در طول موج‌های مشخص فروسرخ بازتاب میدهند. برای تمایز قلههای انتشار از پیوستگی نور بازتابی زمینه، پژوهشگران طیف مشاهده‌شده را با یک مدل پیوستگی مقایسه و افزایش‌های آماری معنادار بالاتر از آن پایه را مشخص کردند.
حساسیت JWST در ناحیهٔ میان‌فروسرخ و پایداری عملکرد طیفسنجی آن امکان این کشف را فراهم کرد، اما دادههای کنونی محدودیت‌هایی از نظر وضوح طیفی و نویز زمینه‌ای دارند. این محدودیت‌ها به این معناست که صرفاً از طریق این طیف‌ها هنوز نمی‌توان تعیین کرد آیا متان در قالب یک جو چسبیدهٔ سراسری وجود دارد یا در اثر فوران‌های موضعی و کوتاه‌مدت آزاد می‌شود.
زمینهٔ علمی: ماکمِیکه، مواد فرّار و کمربند کویپر
ماکمِیکه یک سیارهٔ کوتولهٔ یخی با قطر تقریبی ۱۴۳۰ کیلومتر (حدود دو-سوم قطر پلوتو) است که در کمربند کویپر قرار دارد. سطح درخشان آن عمدتاً از متان منجمد تشکیل شده و به‌همین‌دلیل تشخیص طیفی گاز متان اهمیت ویژه‌ای دارد. آزمایش‌های گرفت ستارهای قبلی محدودیت‌های محکمی بر وجود هرگونه جو سراسری غلیظ گذاشته بودند، اما امکان وجود جوی فوق‌العاده رقیق یا دریچه‌های موضعی را باز گذاشتند.
مشاهدات فروسرخ در دههٔ گذشته همچنین ناهنجاری‌های حرارتی و پراکندگی خواص یخ متان را در سطوح مختلف ماکمِیکه نشان داده‌اند. این نتایج انگیزهٔ پیگیری با JWST را فراهم کرد: اگر مناطق کوچکی گرم‌تر شوند یا فرایندهای زیرسطحی مواد فرّار را به حرکت درآورند، آزادسازی گاز گذرا میتواند حتی در غیاب جو سراسری رخ دهد.
تفسیر متان: جو یا فوارهها؟
پژوهشگران دو توضیح اصلی هم‌خوان با دادههای JWST را بررسی کرده‌اند. یک احتمال وجود یک جو بسیار نازک و بسته به سطح است که در تعادل فشار بخار با یخ متان سطحی قرار دارد — سناریویی مشابه جو فصلی پلوتو اما بسیار ضعیف‌تر. برازش‌های مدل در این مطالعه به دمای گازی نزدیک به ۴۰ کلوین (حدود −۲۳۳ درجهٔ سانتی‌گراد) و فشار سطحی برآوردی در حدود ۱۰ پیکوبار اشاره دارند: تقریباً ۱۰۰ میلیارد برابر کمتر از فشار زمین و حدود یک میلیون برابر کمتر از پلوتو.
سناریوی محتمل دیگر، آزادسازی گاز اپیزودیک و شبیه فواره است که در آن متان در انفجارهای موضعی رها می‌شود. در این حالت، مدل‌سازی نشان میدهد نرخ‌های اوج آزادسازی ممکن است به چند صد کیلوگرم در ثانیه برسد — رقمی در حدّ و اندازهٔ جریان جرمی فواره‌های آبی پرتحرک انسلادوس و بسیار بزرگ‌تر از بخار بسیار ضعیفی که پیش‌تر در سِرِس اندازه‌گیری شده بود.
دکتر سیلویا پروتوپاپا (SwRI)، نویسندهٔ اصلی تحلیل JWST، تأکید می‌کند که آشکارسازی گاز متان نشان میدهد ماکمِیکه یک باقی‌ماندهٔ کاملاً بی‌تحرک نیست. هم‌نویسنده دکتر ایان وونگ (انستیتوی علوم تلسکوپ فضایی) خاطرنشان می‌کند که مشاهدات با وضوح طیفی بالاتر برای تمیزدادن میان وجود یک جو بستهٔ سطحی و فعالیت‌های فواره‌ای لازم است.
پیامدها و مشاهدات آینده
اگر ماکمِیکه میزبان یک جو فعال، حتی بسیار رقیق، باشد، نمونهٔ اجرام منظومهٔ بیرونی را که در آن تبادل سطح–جو همچنان ادامه دارد گسترش خواهد داد. تأیید وجود یا جو بستهٔ سطحی یا فعالیت فواره‌ای تأثیر قابل‌توجهی بر مدلهای انتقال مواد فرّار، رفتار فصلی در کمربند کویپر و چگونگی رانده‌شدن تصعید توسط تابش خورشیدی در دماهای بسیار پایین خواهد داشت.
تیم پژوهشی اهمیت پیگیری طیفسنجی وب با وضوح بالاتر و مشاهدات اضافی زمانبندی‌شده در فازهای فصلی یا چرخشی مختلف را برجسته می‌کند. روش‌های تکمیلی — برای مثال گرفتهای ستارهای هدفمند و جستجوهای حساس در باند زیرمیلیمتری برای گاز — میتواند به محدودکردن فشار جهانی و تغییرپذیری مکانی کمک کند.
دیدگاه یک کارشناس
دکتر لائورا کیم، سیاره‌شناس (ساختگی)، می‌گوید: «آشکارسازی گاز متان بالای ماکمِیکه با JWST یک نقطهٔ عطف برای علوم کمربند کویپر است. حتی جوهای بسیار نازک می‌توانند چیزهای زیادی دربارهٔ ترکیب سطح و توازن انرژی فاش کنند. گام بعدی واقعی، طیفسنجی زمان‌مند است تا ببینیم آیا سیگنال با چرخش یا گرمایش خورشیدی تغییر می‌کند که این موضوع به منابع موضعی اشاره خواهد داشت.»
نتیجه‌گیری
آشکارسازی انتشار متان از ماکمِیکه توسط JWST نخستین شواهد طیفی مستقیم برای گاز بالای این کوتولهٔ دوردست را فراهم می‌کند. در حالی که دادههای کنونی هنوز قادر به تعیین این نیستند که آیا ماکمِیکه یک جو سراسری متصل به سطح را حفظ می‌کند یا دچار آزادسازی اپیزودیک شبیه فواره است، این یافته ماکمِیکه را به هدفی فعال برای مشاهدات آینده بدل می‌کند. طیف‌های JWST با وضوح بالاتر، کمپین‌های گرفت و نگاشت حرارتی پیوسته برای درک چرخه‌های فرّار و مکانیزم‌های محرک آزادسازی گاز در منظومهٔ خورشیدی بیرونی ضروری خواهند بود.
منبع: scitechdaily
نظرات