ستاره شناسان به تازگی اولین اتمسفر را در اطراف یک سیاره سنگی در منطقه قابل سکونت ستاره دیگری تأیید کرده اند – و گازی که از LHS 1140b فرار می کند بخشی است که واقعاً مهم است.

ستاره شناسان برای اولین بار جوی را در اطراف یک سیاره سنگی در منطقه قابل سکونت ستاره دیگری کشف کردند. این سیاره، LHS 1140b، به دور یک کوتوله قرمز آرام در صورت فلکی سیتوس می چرخد ​​و سیگنالی که جو آن را نشان می دهد از نشت هلیوم به فضا می آید.

این کشف به سوالی می‌پردازد که ستاره‌شناسان سال‌ها سعی در پاسخ به آن داشتند: آیا جهان‌های سنگی کوچکی که به دور کوتوله‌های قرمز می‌چرخند، علی‌رغم قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض تشعشعات پرانرژی، می‌توانند اتمسفر را برای میلیاردها سال حفظ کنند.

سه ویژگی مهم یک سیاره

محققان سیارات فراخورشیدی مدت‌هاست که به دنبال سیارات سنگی بوده‌اند که در دمایی که امکان آب مایع وجود دارد و همچنین دارای اتمسفر هستند، می‌چرخند. غول‌های گازی و سیارات بزرگ‌تر و غنی از گاز قبلاً اتمسفر خود را نشان داده‌اند، اما کشف آن در اطراف یک دنیای سنگی کوچک بسیار دشوارتر است.

LHS 1140b به عنوان یک ابر زمین طبقه بندی می شود. جرم آن حدود 5.6 برابر زمین و تقریباً 1.7 برابر شعاع زمین است. هر 24.7 روز یکبار به دور ستاره خود می چرخد ​​و حدود 42 درصد انرژی ستاره ای را به اندازه زمین از خورشید دریافت می کند.

این اندازه‌گیری‌ها آن را در منطقه قابل سکونت ستاره قرار می‌دهد، محدوده‌ای از فواصل که دما می‌تواند به آب مایع در شرایط جوی مناسب اجازه دهد. این ثابت نمی کند که اقیانوس یا حیات در آنجا وجود دارد. این در واقع سیاره را به یکی از قوی‌ترین اهداف موجود برای بررسی اینکه آیا یک جهان صخره‌ای معتدل می‌تواند هوا را نگه دارد، تبدیل می‌کند.

چگونه هلیوم جو را آشکار کرد

این تیم از طیف نگار مادون قرمز WINERED در تلسکوپ ماژلان رسی در رصدخانه لاس کامپاناس در شیلی استفاده کرد. آنها عبور LHS 1140b را از مقابل ستاره خود تماشا کردند و بررسی کردند که این سیاره چگونه بر نور ستاره ای که به تلسکوپ می رسد تأثیر می گذارد.

در طول گذر سال 2024، محققان جذب در طول موج های مرتبط با هلیوم ناپایدار را شناسایی کردند. سیگنال فراتر از جسم جامد سیاره گسترش می یابد و نشان می دهد که هلیوم از جو بالایی آن جاری است.

محققان این رصد را به عنوان یک جریان اتمسفر هیدرودینامیکی تفسیر کردند که عمدتاً توسط پرتوهای ایکس و تشعشعات فرابنفش شدید ستاره هدایت می‌شود. مدل‌سازی آن‌ها نشان می‌دهد که اتمسفر بالایی که در حال فرار است سرشار از هلیوم است و به شدت در هیدروژن تهی شده است.

فرارهای سنگین‌تر ممکن است در ارتفاعات پایین‌تر به دام بیفتند، زیرا جریان مشاهده‌شده به اندازه کافی قدرتمند نیست تا اتم‌ها و مولکول‌های سنگین‌تر را به فضا ببرد. با این حال، ترکیب و فشار دقیق اتمسفر پایین هنوز اندازه گیری نشده است.

این سیگنال در سال 2025 ناپدید شد

هنگامی که محققان گذر دیگری از LHS 1140b را در سال 2025 مشاهده کردند، همان جذب هلیوم را پیدا نکردند.

این تیم مشاهدات را با استفاده از روش‌های مختلف کاهش مقیاس پردازش کرد و آلودگی احتمالی جو زمین، تغییرات ستاره و سایر منابع خطا را در نظر گرفت. محققان به این نتیجه رسیدند که سیگنال 2024 سیاره‌ای است، در حالی که تفاوت بین دو دوره رصدی نشان‌دهنده گریز متغیر با زمان از جو است.

مکانیسم پشت این تغییر هنوز مشخص نشده است. تغییرات در تشعشعات ستاره ای، یا فعل و انفعالات مربوط به جو سیاره، محیط مغناطیسی و باد ستاره ای، می تواند بر میزان هلیوم قابل تشخیص سیاره در هر زمان معین تأثیر بگذارد.

سیگنال در حال تغییر به جای تضعیف اکتشاف، پدیده دیگری را برای مطالعه در اختیار ستاره شناسان قرار می دهد. نظارت مستمر می تواند نشان دهد که چگونه اتمسفر فوقانی به محیط واکنش نشان می دهد و این سیاره با چه سرعتی گاز خود را از دست می دهد.

چرا کوتوله های قرمز اهمیت دارند؟

کوتوله های سرخ رایج ترین نوع ستاره در کهکشان راه شیری هستند. آن‌ها کوچک‌تر، خنک‌تر و عمر طولانی‌تر از خورشید هستند و مناطق قابل سکونت مجاورشان را به مکان‌هایی جذاب برای جستجوی سیارات سنگی تبدیل می‌کنند.

آنها همچنین شرایط سختی را ایجاد می کنند. کوتوله‌های قرمز جوان می‌توانند شعله‌های قوی و تشعشعات پرانرژی شدیدی تولید کنند که می‌توانند باعث فرار اتمسفر شوند. از آنجا که سیارات در مناطق قابل سکونت خود به دور ستاره های خود می چرخند، آنها می توانند این تابش را شدیدتر از زمین تجربه کنند.

LHS 1140 برای یک کوتوله قرمز نسبتا قدیمی و غیر فعال است. این سیاره هنوز بیشتر از زمین تابش اشعه ایکس دریافت می کند، اما فعالیت فعلی ستاره در مقایسه با بسیاری از ستاره های هم کلاس پایین است.

بقای جو LHS 1140b برای حداقل چندین میلیارد سال نشان می دهد که از بین رفتن جو اطراف کوتوله های قرمز همیشه کامل نیست. تحت ترکیب خاصی از گرانش سیاره‌ای، ترکیب، تاریخ و فعالیت ستاره‌ای، یک جهان سنگی می‌تواند دارای مخزن قابل توجهی از گاز باشد.

کشف چه معنایی دارد و چه معنایی ندارد

هلیوم در لایه های فوقانی گسترده جو سیاره، جایی که گاز در حال فرار است، یافت شد. اندازه گیری مستقیم شرایط سطح یا شناسایی گازهای غالب در نزدیکی زمین را ارائه نمی دهد.

بنابراین، این یافته شواهدی از حیات را تشکیل نمی دهد. اقیانوس، هوای قابل تنفس، اکسیژن تولید شده توسط زیست شناسی یا آب و هوای زمین مانند را تأیید نمی کند.

این تیم همچنین LHS 1140c، یک سیاره کوچکتر که به همان ستاره نزدیکتر است را بررسی کرد و هیچ سیگنال هلیوم در اطراف آن پیدا نکرد. LHS 1140c به طور قابل توجهی تشعشعات ستاره ای بیشتری دریافت می کند، که ممکن است باعث از بین رفتن اتمسفر شده باشد یا تشخیص اتمسفر باقی مانده را با این روش دشوارتر کرده باشد.

انتظار می رود LHS 1140b به طور جزر و مدی تحت تأثیر مدار نزدیک خود قرار گیرد و مطالعات آب و هوایی امکان چرخش همزمان آن با یک طرف رو به ستاره را بررسی کرده اند. مدل‌ها همچنین نشان می‌دهند که ممکن است حاوی مقدار زیادی آب باشد. نه وضعیت چرخش دقیق و نه حضور و توزیع اقیانوس های سطحی از مشاهدات هلیوم مشخص نشده است.

تصویر بزرگتر

هزاران سیاره فراخورشیدی از زمان اولین اکتشافات در اوایل دهه 1990 تایید شده است. چندین سیاره صخره ای در مناطق قابل سکونت ستارگانشان پیدا شده است، اما محققان تلاش کرده اند تا مشخص کنند که آیا هر یک از آنها جو قابل توجهی را حفظ کرده اند یا خیر.

LHS 1140b اولین پاسخ مشاهداتی واضح را ارائه می دهد. حداقل یک سیاره صخره ای در منطقه قابل سکونت برای میلیاردها سال جو را حفظ کرده و در عین حال مقدار نسبتا کمی گاز از لایه های بالایی خود را از دست داده است.

این نتیجه همچنین راه جدیدی را برای مطالعه سیارات فراخورشیدی سنگی نشان می دهد. تشخیص هلیوم در حال فرار از زمین می تواند به اخترشناسان کمک کند تا جهان های دیگر دارای جو را شناسایی کنند، حتی زمانی که تلسکوپ های فعلی نمی توانند مستقیماً گازهای نزدیک به سطح آنها را مشخص کنند.

مشاهدات آتی می تواند بررسی کند که آیا سیگنال هلیوم برمی گردد و چگونگی تغییر قدرت آن را تعیین کند. تلسکوپ‌های فضایی همچنین می‌توانند لایه‌های عمیق‌تر جو را کاوش کنند و مولکول‌های سنگین‌تر را جستجو کنند، اگرچه جداسازی سیگنال‌های سیاره‌ای از اثرات ستاره‌ای همچنان یک چالش باقی خواهد ماند.

LHS 1140b یک زمین دوم تایید شده نیست. بزرگتر است، با تخمین های ساده تعادل سردتر است، در معرض یک محیط تابش متفاوت است، و هنوز هم تا حد زیادی از مشاهده مستقیم پنهان است.

آنچه اخترشناسان اکنون می‌دانند باریک‌تر اما از نظر تاریخی مهم است: یک سیاره سنگی در منطقه قابل سکونت ستاره دیگری می‌تواند اتمسفر خود را برای میلیاردها سال حفظ کند. گاز خارج شده از LHS 1140b شواهدی است که جو وجود دارد و ممکن است یکی از بهترین ابزارهای موجود برای یادگیری آنچه در زیر آن نهفته است فراهم کند.