الشفق القطبي للكواكب خارج المجموعة الشمسية: مشهد خارج هذا العالم

يقول عوفر كوهين من معهد هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج، ماساتشوستس، الذي قام بحساب شدة الظاهرة: "سأكون سعيدًا بالانضمام إلى جولة مراقبة لهذه الأضواء القطبية".

أظهر الباحثون أن الشفق القطبي لكواكب المشتري الساخنة قد يكون أكثر سطوعًا مما كان يعتقد في البداية.
مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية، كامبريدج، ماساتشوستس

يوفر الشفق القطبي الشمالي والجنوبي على الأرض عرضًا ضوئيًا للأشخاص الذين يعيشون في المناطق القطبية. تتراقص الستائر الخضراء والحمراء المتوهجة عبر السماء مثل الكائنات الحية. يظهر بحث جديد الآن أن الشفق القطبي في النجوم خارج النظام الشمسي، والمعروف باسم كواكب المشتري الساخنة، يمكن أن يكون أكثر سطوعًا بما يتراوح بين 100 إلى 1,000 مرة من الشفق القطبي في قطبي الأرض. كما أنها ستمتد من خط الاستواء إلى القطبين بسبب قرب الكوكب من أي توهج شمسي، مما يحول الكوكب بأكمله إلى عرض ضوئي مذهل.

يقول عوفر كوهين من معهد هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج، ماساتشوستس: "سأكون سعيدًا بالانضمام إلى جولة مراقبة لهذه الأضواء القطبية".
ينشأ الشفق القطبي على الأرض عندما تصطدم جزيئات نشطة من الشمس بالمجال المغناطيسي للأرض. يقوم المجال بتوجيه الجزيئات من الشمس نحو القطبين، حيث تصطدم بالغلاف الجوي للأرض، مما يتسبب في توهج جزيئات الهواء بألوان الفلورسنت. وقد تحدث عملية مماثلة أيضًا حول النجوم التي تدور حول شموس بعيدة.

يحدث الشفق القطبي القوي بشكل خاص عندما تتعرض الأرض لطرد جماعي هائل في العواصف الشمسية - وهو ثوران ضخم يطلق مليارات الأطنان من البلازما الشمسية (الغاز المتأين الساخن) إلى النظام الشمسي. يمكن لمثل هذا الانفجار أن يعطل الغلاف المغناطيسي للأرض، وهو الفقاعة الفضائية التي تحمي المجال المغناطيسي للأرض وتتسبب في حدوث عاصفة مغناطيسية أرضية. وفي عام 1989، ضربت عاصفة كهذه بقوة شديدة لدرجة أنها حجب مناطق واسعة في كيبيك، كندا.

استخدم كوهين وزملاؤه نماذج حاسوبية لدراسة ما يحدث عندما يتعرض عملاق غازي في مدار قريب، على بعد بضعة ملايين كيلومترات فقط من شمسه، لمثل هذا الانفجار. أراد أن يعرف تأثير الثوران على الغلاف الجوي للكوكب والغلاف المغناطيسي المحيط به.
قد يتعرض عملاق الغاز لقوى شديدة. وفي نظامنا الشمسي، يتوزع الانبعاث أثناء تحركه عبر الفضاء، لذلك يخفف عندما يصل إلينا. سيشعر المشتري الحار بتأثير أكثر تركيزًا وقوة، مثل الفرق بين كونك على بعد 100 كيلومتر من بركان ثائر مقابل الشعور بأنك على بعد كيلومتر واحد.

يقول فيناي كاشياب من CfA: "سيكون التأثير على مثل هذا الكوكب مختلفًا تمامًا عما نراه في نظامنا الشمسي، وأكثر عنفًا بكثير".

وفي النموذج، ضربت مثل هذه العاصفة كوكب المشتري الساخن وأضعفت مجاله المغناطيسي الوقائي، وبعد ذلك وصلت الجزيئات إلى الغلاف الجوي للعملاق الغازي. ويندلع الشفق القطبي على شكل حلقة حول خط الاستواء بقوة تبلغ مائة إلى ألف مرة أقوى من الشفق القطبي للأرض. لمدة ست ساعات، ينقسم هذا الشفق ويتحرك نحو القطبين قبل أن يتلاشى.

وعلى الرغم من أن القوى القصوى تشارك في هذه العملية، إلا أن المجال المغناطيسي الذي يحمي الكوكب يمنع غلافه الجوي من التمزق والتآكل.

يوضح كوهين: "تظهر حساباتنا كيفية عمل آلية الدفاع للكوكب". "حتى الكوكب الذي يتمتع بمجال مغناطيسي أضعف بكثير من كوكب المشتري سيكون آمنًا نسبيًا."

ولهذا العمل آثار على القدرة على دعم الحياة في عوالم صخرية تدور حول نجوم بعيدة. وبما أن الأقزام الحمراء هي النجوم الأكثر شيوعاً في الكون، يقترح علماء الفلك التركيز عليها للبحث عن كواكب شبيهة بالأرض. ومع ذلك، بما أن القزم الأحمر نجم أبرد من شمسنا، فيجب على الكوكب الصخري أن يدور حوله على مسافة قريبة ليصبح ساخنًا بدرجة كافية للحفاظ على تدفق المياه. ولكن بعد ذلك سيكون عرضة لنوع التوهجات الشمسية التي درسها كوهين وزملاؤه. سوف تبحث أعمال المتابعة الخاصة بهم فيما إذا كانت العوالم الصخرية قادرة على حماية نفسها من مثل هذه الانفجارات.

للحصول على رسالة من مؤسسة هارفارد سميثسونيان