فقدان الغلاف الجوي الكوكبي

التلسكوب الفضائي جيمس ويب وجّه عدساته نحو العالم الصخري الملتهب 55 كانكري e، فرصد غلافًا غازيًا كثيفًا. أما الكوكب الأكثر برودةً TRAPPIST-1 b، الذي يدور حول قزم أحمر خافت، فلم يُرصد له غلاف جوي: صخرة عارية. الصورة جاءت معكوسة: الكواكب الحارة تحتفظ بغلافها الجوي، والباردة تفقده.

وجود كوكب في المنطقة الصالحة للسكن لا يضمن وجود الحياة. كما يقود قائد الأوركسترا العازفين، يفرض النجم على مدى مليارات السنين إيقاع وطبيعة تطور أغلفة الكواكب. تطور السطوع يحرك حدود منطقة الماء السائل، بينما النشاط المغناطيسي في نطاقي الأشعة السينية وفوق البنفسجية (XUV) يمكن أن يمزق الغلاف الغازي عن الكوكب.

تبدو العدسات والمرايا الزجاجية ناعمة تمامًا وساكنة. لكن داخلها تعتمل حياة خفية. الذرات في المادة اللابلورية (مادة بدون شبكة بلورية) مرتبة بشكل عشوائي، وهذا الاضطراب يخلق مشهدًا معقدًا للطاقة — كأنه بلد جبلي بتلال ووديان لا تُحصى. في مثل هذه المواد توجد دائمًا عيوب — أماكن تجلس فيها الذرات بوضع غير مريح. تحت تأثير حتى أضعف الاهتزازات، يمكنها أن تقفز إلى أوضاع أكثر ملاءمة.

في عام 2024، وجّه فريق ديفيد شاربونو تلسكوب ماجلان المزوّد بمطياف وينيرد نحو LHS 1140. في لحظة العبور، التقط التحليل الطيفي عالي الدقة خط امتصاص الهيليوم شبه المستقر عند 10833 أنغستروم.

الكوكب الفرعي-نبتوني هو كوكب يقع حجمه بين الأرض ونبتون. توجد مثل هذه العوالم بكثرة في مجرتنا، لكن بنيتها الداخلية ما زالت موضع جدل. يُظهر بحث جديد أن هذه الكواكب في شبابها تتصرف مثل إسفنجة مشبعة بالماء. دور الماء يلعبه الهيدروجين - أخف غاز في الكون.

عالم تستمر فيه السنة يومًا ونصف فقط من أيام الأرض، ونجم في سمائه أكبر بمئات المرات من شمسنا. هذا هو KELT-9 b، عملاق غازي محمى إلى درجات حرارة تتبخر عندها الحديد. غلافه الجوي ليس مجرد سخونة، بل يغلي حرفيًا ويتسرب إلى الفضاء، مثل بخار فوق مرجل ضخم. حتى الآن، كان هذا الهروب يُلاحظ فقط من خلال الظل: ذرات الهيدروجين تمتص ضوء النجم عندما يمر الكوكب أمامه.

الكوكب الصخري الملتهب يشبه قدرًا من الحساء المغلي، لكن غطاءه هو الغلاف الجوي. تنطلق الغازات من الصهارة، وتلف العالم ببطانية كثيفة، وتؤثر بدورها على سرعة تبريد الجرم السماوي. بالنسبة للكوكب GJ 1132 b، الذي يقع قريبًا جدًا من نجمه لدرجة أن السنة فيه تستغرق يومًا ونصفًا أرضيًا فقط، هذه العلاقة مهمة بشكل خاص. دون مراعاة تبادل الغازات، لا يمكن فهم ما إذا كان سيتصلب خلال مليار سنة أم سيبقى كرة نارية.

كوكب بحجم نبتون، لكنه شديد الحرارة لدرجة التوهج الأبيض. تحت الغيوم، يوجد محيط من الصهارة قادر على امتصاص غلاف جوي كامل من الهيدروجين. ولأول مرة، يتتبع نموذج SEAMIST كيف يغير هذا الإذابة مصير الكوكب من ولادته حتى شيخوخته. المفاجأة الكبرى هي آلية الغليان الكارثي.

عندما يحدق علماء الفلك في العوالم البعيدة، غالبًا ما لا يرون خطوطًا واضحة لبخار الماء أو الميثان، بل يرون صورة ظلية ضبابية - كما لو أن الكوكب ارتدى حجابًا كثيفًا. هذا الحجاب، الضباب المكون من جسيمات عضوية، يتصرف مثل لوحة فوتوغرافية متقلبة: يزداد دكانة تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القاسية، كاشفًا أنماطًا كيميائية خفية.

بين الكتل الجليدية التي تندفع في الفضاء الفارغ، هناك مسافرون مميزون — المذنبات البينجمية. وُلدت هذه المذنبات حول نجوم بعيدة، ثم وجدت طريقها بالصدفة إلى منطقتنا. أحدها، 3I/ATLAS، وقع في مرمى التلسكوبات عندما اقترب من الشمس. بدأت مواده — الغازات المتجمدة والغبار الحراري — تتسامى، تاركةً خلفها ذيلًا مضيئًا.

كوكب ملتصق بنجمه يشبه قطعة ثلج تُركت على مقلاة محمّاة. الثلج يذوب ويتبخر، لكن بدلاً من الماء، يكون الهيدروجين والهيليوم اللذان يشكلان الطبقة العليا من الكوكب. أحياناً يكون التبخر قوياً لدرجة أن الغاز لا يهرب فقط إلى الفضاء، بل يلتف حول النجم مكوناً حلقة تشبه عوامة السباحة. يسمي علماء الفلك هذه الحلقة "توروس"، لكنها ببساطة دونات من الغاز.

تعمل الرياح الشمسية والأشعة فوق البنفسجية باستمرار على نزع طبقة رقيقة من الغازات من الأرض، تمامًا كما تحمل الرياح البخار فوق قدر ساخن. هذه العملية بطيئة وتستمر مليارات السنين. لكن بالنسبة للكواكب القريبة من الأقزام الحمراء، الأمور أقسى: فهي تسخن قرب النجم نفسه، وتيارات الأشعة السينية تجرد الغلاف الجوي كما لو كانت آلة رملية.

مناخ الكوكب يشبه سريرًا قديمًا بنوابض: اضغط على أحد الأطراف فتنضغط النوابض، وأفلته فتعود وتردّ كل شيء إلى مكانه. لدى الأرض ثلاثة من هذه النوابض، وهي تعمل كفريق واحد. ثاني أكسيد الكربون يتجوى من الصخور، والغيوم تعكس ضوء الشمس، والقبعات الجليدية تبعث الحرارة إلى الفضاء. معًا، تمنع الكوكب من الغليان أو التجمد.

الكواكب المارقة — أجسام قُذفت من أنظمتها النجمية الأصلية بفعل اضطرابات جاذبية — قد تكون ملاذًا للحياة على أقمارها. قمر مثل هذا الكوكب قادر على الاحتفاظ بالحرارة ودعم ماء سائل تحت غلاف جوي كثيف لمليارات السنين. مفتاح ذلك هو الجمع بين مصدر طاقة داخلي وعزل حراري فعال.

النجم الفتي محاط بقرص مسطح دوّار من الغاز والغبار — إنه موقع بناء الكواكب المستقبلية. يعيش القرص حياته الخاصة: يتدفق الغاز نحو النجم، ويتكتل الغبار في كتل، ومن الخارج يضغط عليه الأشعة فوق البنفسجية القاسية من النجوم الساخنة المجاورة، كما تهب الرياح فتطيّر أوراق الشجر عن الممر.

ينمو الكوكب الفتي مثل كرة الثلج المتدحرجة على منحدر: تلتصق به حصى صغيرة لا تُحصى من القرص الغازي المحيط. وكلما كبر، زاد جذبه للغاز — الهيدروجين والهيليوم. فيتكوّن حوله غلاف كثيف وحار. الحصى المتساقطة عبر هذا الغلاف تسخن بفعل الاحتكاك وثقلها الذاتي، مثل حبات الرمل الساقطة في عسل كثيف.

الفحم العادي إذا تُرك تحت أشعة الشمس الحارقة، فإنه يسخن فقط. لكن إذا نُقل إلى الفضاء وقُرِّب من الشمس إلى مسافة أقل بعشرين مرة من بعدها عن الأرض، فلن يصمد أكثر من بضع دقائق. هذا تقريبًا ما تفعله الكويكبات الداكنة الغنية بالكربون. فهي نادرًا ما تُعثر عليها في مدارات تغوص عميقًا داخل مدار عطارد.

كوكب صخري يدور حول نجم آخر يشبه طبقًا في فرن. النجم يحدد درجة الحرارة: كلما ابتعدت، زادت البرودة. ويعتمد خليط الغازات المحتوية على الكربون مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والميثان على نظام التسخين ونوع النجم (سواء كان مثل الشمس أو أضعف).

بعيدًا خارج النظام الشمسي، في ظلام ما بين النجوم، يتجول العالم VHS 1256B — كوكب عملاق حُرم إلى الأبد من نجمه الأم. لم يتمكن علماء الفلك لفترة طويلة من تفسير السلوك الغامض لسطوعه الفوتومتري: فهو يتقلب بنسبة 40% تقريبًا خلال أيام قليلة. جاء الحل مع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي سمحت عيونه تحت الحمراء بالنظر إلى الغلاف الجوي لهذه الكرة الوحيدة.

يقع الكوكب WASP-121b على مسافة قريبة جداً من نجمه لدرجة أن حرارته تتسبب في تبخر غلافه الجوي وتطايره، مثل ذيول المذنب. وباستخدام تلسكوب جيمس ويب، تمكن علماء الفلك لأول مرة من مراقبة هذه العملية بشكل مستمر. اتضح أن الهيليوم الموجود في الغلاف الجوي يُمط إلى سحابتين عملاقتين تمتدان على مسافة تعادل 60% من المدار، أي مئات الملايين من الكيلومترات.

العديد من الكواكب حول النجوم الأخرى — كواكب خارجية — لها مدارات إهليلجية. مع كل اقتراب، تعمل جاذبية النجم على ضغطها وتمديدها، كما يُعجن العجين. يؤدي الاحتكاك إلى تسخين باطن الكوكب لدرجة أن الصخور تنصهر، مكونة محيطات جوفية من الصهارة. في هذا المزيج الحار، يتحلل الماء الموجود في المعادن ويطلق الهيدروجين.

الأرض الخارقة فائقة الحرارة TOI-561 b تكمل دورة كاملة حول نجمها في 10.7 ساعة. إنها كرة صخرية ملتهبة، ملتصقة بالنجم لدرجة أن جانبها النهاري يجب أن يسخن إلى 2950 كلفن، وهي درجة حرارة تذوب عندها العديد من المعادن. ولكن عندما نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى هذا الجانب، لم يرَ صخرة عارية تشع حرارة، بل شيئًا أكثر برودة بشكل ملحوظ: 1800–2150 كلفن.