الهيليوم هو العنصر الثاني الأكثر شيوعا في الكون. منذ عام 2000، توقع العلماء إمكانية اكتشاف كواكب تدور حول شموس أخرى، والتي تحتوي أغلفتها الجوية على الهيليوم. استغرق الأمر 18 عامًا قبل اكتشاف هذا الكوكب فعليًا
رسم توضيحي فني لكوكب HAT-P-11b محاطًا بغلاف جوي من الهيليوم قادم من شمسه - وهو قزم برتقالي - أصغر حجمًا ولكنه أكثر نشاطًا من الشمس. الرسم التوضيحي: © دينيس باجرام
على الرغم من أن الهيليوم عنصر نادر على الأرض، إلا أنه موجود في كل مكان في الكون. بعد الهيدروجين، يعد الهيليوم المكون الرئيسي للنجوم والكواكب العملاقة. وعلى الرغم من وفرته، لم يتم اكتشاف الهيليوم إلا مؤخرًا في الغلاف الجوي لكوكب غازي عملاق من قبل فريق دولي بقيادة علماء فلك من جامعة جنيف (UNIGE) في سويسرا. وشرح الفريق للمرة الأولى كيف يؤدي هروب الغاز من الغلاف الجوي للكوكب إلى تضخمه بشكل مفرط، مثل بالون الهيليوم.
الهيليوم هو العنصر الثاني الأكثر شيوعا في الكون. منذ عام 2000، توقع العلماء إمكانية اكتشاف كواكب تدور حول شموس أخرى، والتي تحتوي أغلفتها الجوية على الهيليوم. استغرق الأمر 18 عامًا قبل اكتشاف هذا الكوكب فعليًا. وكان من الصعب ملاحظته بسبب البصمة الطيفية للهيليوم، الموجود في منطقة الأشعة تحت الحمراء، خارج نطاق الأجهزة المستخدمة حتى الآن.
خلال العام الماضي، وبفضل ملاحظة تمت على تلسكوب هابل الفضائي والتي كان من الصعب تفسيرها، توصل أعضاء الفريق الذين ينتمون أيضًا إلى المركز الوطني لأبحاث الكواكب، إلى فكرة استخدام تلسكوب يُضاف إليه مطياف جديد متصل - المعروف باسم كارمينيس.
يقوم جهاز المطياف بتحليل ضوء النجوم إلى الألوان المكونة له مثل قوس قزح. البيانات التي يتم الحصول عليها من جهاز المطياف هي مقياس يشير إلى عدد الألوان التي يمكن اكتشافها. وفي حين أن العين البشرية لا تستطيع التمييز بين ظلال الأشعة تحت الحمراء بدون كاميرا ملائمة، فإن عين الأشعة تحت الحمراء في "هابل" قادرة على اكتشاف مئات الألوان. وكان هذا كافيا للكشف عن التوقيع الطيفي للهيليوم. يستطيع جهاز كارمينيس، المثبت على تلسكوب قطره 4 أمتار في مرصد كالار ألتو في الأندلس بإسبانيا، اكتشاف أكثر من 100,000 ألف لون من الأشعة تحت الحمراء.
سمحت هذه الدقة الطيفية العالية للفريق بفحص موقع وسرعة ذرات الهيليوم في الغلاف الجوي العلوي لكوكب بحجم نبتون، أي أربعة أضعاف حجم الأرض. ويقع الكوكب HAT-P-11b في كوكبة الدجاجة، على بعد 124 سنة ضوئية. وهو "نبتون حار" (550 درجة مئوية)، لكنه أقرب إلى شمسه 20 مرة من الأرض. يقول رومان أليرت، طالب الدكتوراه في جامعة UNIGE والمؤلف الأول للدراسة: "كنا نشك في أن هذا القرب من النجم يمكن أن يؤثر على الغلاف الجوي لهذا الكوكب". ويضيف: "الملاحظات الجديدة دقيقة للغاية لدرجة أنها تظهر أن الغلاف الجوي للكوكب يتضخم بلا شك بسبب الإشعاع الشمسي ويهرب إلى الفضاء".
يتم دعم هذه الملاحظات من خلال محاكاة حاسوبية أجراها فريق بقيادة فنسنت بورييه، وهو مؤلف مشارك في الدراسة وعضو في مشروع Four ACES الأوروبي. بفضل المحاكاة، من الممكن متابعة مسار ذرات الهيليوم: "يتحرك الهيليوم من الجانب المشرق للكوكب إلى جانبه المظلم بسرعة تزيد عن 10,000 كم/ساعة"، كما يوضح بوريا. "ولأنه غاز خفيف، فإنه يفلت بسهولة من جاذبية الكوكب ويشكل سحابة ممتدة حوله. وهذا يعطي HAT-P-11b شكل بالون الهيليوم المضخم.
يفتح هذا الاكتشاف نافذة جديدة لدراسة الظروف الجوية القاسية السائدة على الكواكب الأكثر سخونة. تظهر ملاحظات كارمينيس أن هذا النوع من الملاحظات، التي كان يُعتقد سابقًا أنها ممكنة من الفضاء فقط، يمكن إجراؤها بدقة أكبر بواسطة التلسكوبات الأرضية المجهزة بالنوع المناسب من الأدوات. يقول كريستوف لوفيس، كبير المحاضرين في جامعة UNIGE ومؤلف الدراسة: "هذه أوقات مثيرة للبحث عن التوقيعات الجوية للكواكب".
شارك علماء الفلك في جامعة UNIGE أيضًا في تصميم وتشغيل اثنين من أجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء عالية الدقة الجديدة، على غرار كارمن. واحد منهم، يسمى SPIRou، موجود في هاواي، بينما يجري قسم علم الفلك في جامعة UNIGE الاختبارات الأولى لجهاز البحث عن الكواكب بالأشعة تحت الحمراء (NIRPS)، والذي سيتم تركيبه في تشيلي في نهاية عام 2019. المجتمع العلمي في هذه الصكوك. سيسمح لنا عددها وتوزيعها الجغرافي بتغطية السماء بأكملها بحثًا عن الكواكب،" يختتم لوفيس.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
