وخلافا للتوقعات، تم العثور على غلاف جوي هيدروجيني على الأرض الفائقة الساخنة

يقع 55 Cancri e على بعد حوالي 41 سنة ضوئية من كوكبنا ويدور حول نجمه الأم خلال 17.7 ساعة فقط. ونظرًا لقربه الشديد من الشمس، فإن سطح هذا العالم يسخن إلى درجات حرارة قادرة على ذوبان الصخور، مما يحول جزءًا كبيرًا من الطبقة الخارجية إلى محيط عملاق من الصهارة. تسمى هذه الأجسام كواكب الحمم البركانية. لقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن 55 Cancri e له غلاف جوي، لكن تكوينه وسلوكه ظلا موضع نقاش. وأظهرت الملاحظات السابقة من مرصد جيمس ويب الفضائي أن الإشعاع الحراري للكوكب يتغير بشكل ملحوظ مع مرور الوقت، وأن الغازات المحتوية على الكربون قد تكون موجودة في الغلاف الجوي. قام فريق بحث دولي بإعادة تحليل خمس مجموعات من بيانات ويب. تم استخدام البيانات بدقة طيفية كاملة، وليس بشكل متوسط، كما حدث من قبل. لقد أتاح هذا النهج البحث ليس عن السمات الطيفية الواسعة، بل عن الخطوط الجزيئية الفردية. وللقيام بذلك، استخدم العلماء طريقة الارتباط المتبادل، التي تعمل على تضخيم الإشارات الضعيفة من خطوط طيفية متعددة لنفس الجزيء.

ونتيجة لذلك، في إحدى الملاحظات الخمس، تم الكشف عن إشارة قوية جدًا لأول أكسيد الكربون (CO) بموثوقية تبلغ حوالي ثمانية سيجما – وهذا مستوى يستبعد عمليا الأصل العشوائي للإشارة. وكانت هناك مشاهدتان أخريان لهما تلميحات أضعف لنفس الغاز. وفي ملاحظات أخرى، كانت الإشارة إما غائبة تمامًا أو كانت أضعف بكثير. ومن المثير للاهتمام أنه لم يتم اكتشاف ثاني أكسيد الكربون في الامتصاص، بل في الانبعاث. وهذا يعني عادة أن الطبقات العليا من الغلاف الجوي أكثر سخونة من الطبقات السفلية. ولإعادة إنتاج هذا التأثير في نماذج الكمبيوتر، كان على علماء الفلك افتراض وجود انقلاب قوي للغاية في درجة الحرارة – وهو ملف درجة حرارة مقلوب ترتفع فيه درجة الحرارة بشكل حاد على ارتفاع عدة مليبار. صحيح أنه حتى هذه النماذج المتطرفة واجهت صعوبة في تفسير قوة الإشارة المرصودة. يجب أن يحتوي الغلاف الجوي أيضًا على كمية قليلة جدًا من ثاني أكسيد الكربون (CO₂). أظهرت الحسابات أن محتواه يجب أن يكون أقل بألف مرة على الأقل من تركيز أول أكسيد الكربون. وبخلاف ذلك، سيتم إخفاء خطوط ثاني أكسيد الكربون بواسطة إشارة ثاني أكسيد الكربون الأقوى. وتبين أن نماذج الغلاف الجوي الغني بالهيدروجين هي الأكثر ملاءمة. في ظل هذه الظروف، تتشكل الانقلابات المفاجئة في درجات الحرارة بسهولة أكبر، ويتحول التوازن الكيميائي بشكل طبيعي نحو تكوين ثاني أكسيد الكربون بدلاً من ثاني أكسيد الكربون. وهذا، وفقا لمؤلفي المقال، قد يشير إلى حالة انخفاض كيميائيا لمحيط الصهارة داخل الكوكب، والذي يتم إطلاق الغازات منه باستمرار.

لم يكن تقلب الإشارة أقل إثارة للاهتمام. قد لا يكون جو برج السرطان 55 في حالة إعادة هيكلة مستمرة. أحد التفسيرات المحتملة يتضمن الإطلاقات الدورية للغازات من محيط الصهارة. تشير فرضية أخرى إلى وجود دورة “تكوين سحابة إطلاق الغاز”: تشكل المادة المقذوفة سحبًا تعمل على تبريد السطح وقمع المزيد من إطلاق الغاز مؤقتًا. وبعد أن تتبدد الغيوم، تبدأ العملية مرة أخرى. من المستحيل أيضًا استبعاد تأثير التدفقات الجوية القوية أو حتى التدفق الجزئي للغلاف الجوي إلى الفضاء تحت تأثير الإشعاع النجمي. حتى الآن، لا يستطيع العلماء أن يحددوا بشكل لا لبس فيه الآلية المسؤولة عن السلوك المرصود للغلاف الجوي. في المستقبل، يعتزم علماء الفلك دراسة هذا العالم باستخدام أداة METIS الأرضية الموجودة على التلسكوب الكبير جدًا (ELT). وتقدر قدراته على تمكين مراقبة التغيرات في الغلاف الجوي لـ 55 Cancri e بشكل أكثر دقة. تم نشر نتائج العمل العلمي على خادم ما قبل الطباعة بجامعة كورنيل.