برای ۲۸ روز در اوایل سال ۲۰۲۵، WASP-127b یکی از چشمگیرترین رکوردهای علوم سیارهای را در اختیار داشت. برآوردها نشان میدادند مواد جوی در اطراف استوای این غول گازی دوردست با سرعتی نزدیک به ۹ کیلومتر بر ثانیه، یا حدود ۳۳ هزار کیلومتر بر ساعت، حرکت میکنند.
این سرعت تقریباً ۱۶ برابر قویترین بادهایی است که معمولاً برای نپتون، رکورددار باد در منظومه شمسی، اعلام میشود. اگر مسیر مستقیمی وجود داشت و گاز متحرک میتوانست سرعت خود را حفظ کند، این سرعت برای طی کردن فاصله سیدنی تا لندن در کمتر از یک ساعت کافی بود.
اما این رکورد خیلی زود شکسته شد. در ۱۸ فوریه ۲۰۲۵، تنها چهار هفته پس از اعلام نتیجه مربوط به WASP-127b، یک گروه پژوهشی دیگر از شناسایی جریان استوایی سریعتری در جو یک سیاره فراخورشیدی دیگر خبر داد.
کوتاه بودن عمر این رکورد از اهمیت نتیجه کم نمیکند. این موضوع نشان میدهد چرا فهرستی از «سریعترین بادها» میتواند به همان اندازه که اطلاعاتی ارائه میدهد، برخی نکات را نیز پنهان کند. هیچ تلسکوپی ابرهای WASP-127b را در حال حرکت مشاهده نکرد. دو مطالعه انجامشده در سال ۲۰۲۵، اتمها و مولکولهای متفاوتی را در ارتفاعات مختلف و روی سیاراتی با دماهای بسیار متفاوت بررسی کردند. سرعتها نیز از روی خطوط طیفی و مدلهای فیزیکی به دست آمدند، نه با استفاده از یک دوربین هواشناسی دوردست.
دستاورد مهمتر این بود که دانشمندان توانستند سیارهای در فاصله ۵۲۰ سال نوری را بهعنوان مکانی دارای استوا، دو لبه و ظاهراً شرایط متفاوت در نواحی قطبی بررسی کنند؛ با وجود اینکه این سیاره آنقدر کوچک و دور است که تلسکوپ نمیتواند قرص آن را بهصورت مستقیم تفکیک کند.
سیارهای غولپیکر با جرم بسیار کم نسبت به اندازهاش
WASP-127b در سال ۲۰۱۶ کشف شد. این سیاره به دور ستارهای شبیه خورشید در صورت فلکی سکستانس میچرخد و هر سال آن تنها ۴.۱۸ روز زمینی طول میکشد. فاصله مداری آن از ستاره حدود ۰.۰۴۸ واحد نجومی است؛ یعنی تقریباً یکهشتم فاصله متوسط عطارد از خورشید.
این سیاره از نظر فیزیکی ویژگیهای عجیبی دارد. طبق کاتالوگ سیارات فراخورشیدی ناسا، شعاع آن حدود ۱.۳۱ برابر مشتری است، اما جرمش تنها ۰.۱۶۵ برابر جرم مشتری محسوب میشود. به بیان دیگر، این سیاره از مشتری پهنتر است، اما تنها حدود یکششم جرم آن را دارد. چگالی متوسط آن نیز تقریباً یکدهم چگالی آب است.
این ساختار متورم یکی از دلایلی است که مطالعه WASP-127b را برای اخترشناسان آسانتر میکند. زمانی که این سیاره از مقابل ستاره خود عبور میکند، بخش کوچکی از نور ستاره از میان حلقه گستردهای از گاز اطراف سیاره عبور میکند. یک جو بزرگتر و متورمتر نور بیشتری را مسدود میکند و در نتیجه اثر انگشت مولکولی موجود در طیف عبوری نیز واضحتر میشود.
احتمالاً در زیر این جو و شرایط جوی، سطح مشخص و جامدی وجود ندارد. همچنین نباید تصاویر هنری از این سیاره را عکسهایی واقعی از نوارهای قابل مشاهده آن تصور کرد. ناحیهای که اندازهگیری شده، یک لایه جوی مرتفع است که فشار، دما و ترکیب آن میتواند با لایههای پایینتر تفاوت زیادی داشته باشد.
تلسکوپ حرکت ابرها را مشاهده نکرد
گروه پژوهشی از طیفسنج فروسرخ با وضوح بالا CRIRES+ استفاده کرد که روی تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی نصب شده است. این ابزار WASP-127b را در طول یک گذر از مقابل ستارهاش دنبال کرد و نور دریافتی را به طیفی با جزئیات بسیار زیاد تفکیک کرد.
بخار آب و مونوکسید کربن، گروههای مشخصی از طول موجهای فروسرخ را جذب میکنند. الگوی ترکیبی آنها مانند یک بارکد مولکولی عمل میکند. اگر گاز جذبکننده به سمت زمین حرکت کند، کل این الگو اندکی به سمت طول موجهای کوتاهتر و آبیتر جابهجا میشود. حرکت گاز به سمت مخالف نیز باعث جابهجایی آن به سمت طول موجهای بلندتر و قرمزتر میشود. این همان اثر دوپلر است که باعث تغییر زیر و بمی صدای آژیر خودرویی در حال عبور میشود، با این تفاوت که در اینجا این پدیده در نور بررسی میشود، نه صدا.
استخراج سیگنال سیاره بسیار دشوارتر از این توضیح ساده است. طیف عمدتاً تحت تأثیر ستاره میزبان قرار دارد و جو زمین نیز جذبهای مخصوص خود را به آن اضافه میکند. در طول رصد، خود سیاره نیز با سرعت زیادی در مدارش حرکت میکند. پژوهشگران باید این مؤلفههای بسیار بزرگتر را حذف یا مدلسازی کنند و سپس صدها یا هزاران خط مولکولی کمنور را با هم ترکیب کنند تا یک سیگنال قابل تشخیص به دست آید.
نتیجه یک قله منفرد در مرکز سرعت مورد انتظار سیاره نبود. هم آب و هم مونوکسید کربن دو قله متمایز نشان دادند. یک بخش از جو به سمت ناظر حرکت میکرد، در حالی که بخش دیگری با سرعتی تقریباً مشابه در جهت مخالف حرکت میکرد.
همین تقارن، هسته اصلی این مشاهده است. گروه پژوهشی این الگو را بهعنوان دو لبه مخالف یک جریان استوایی شرقی یا ابرچرخان تفسیر کرد. در یک لبه، گاز تا حدی به سمت ما حرکت میکند و در لبه دیگر تا حدی از ما دور میشود. سیاره و ستاره همچنان از دید تلسکوپ تقریباً نقطهای به نظر میرسند، اما سرعت حرکت باعث میشود بتوان مناطق مختلفی را که تفکیک زاویهای قادر به جدا کردن آنها نیست، از یکدیگر تشخیص داد.
عدد ۳۳ هزار کیلومتر بر ساعت از کجا آمده است؟
تحلیل داوریشده منتشرشده در مجله Astronomy & Astrophysics سرعت جریان جتی را بر اساس دو قله جداشده، ۷.۷ ± ۰.۲ کیلومتر بر ثانیه محاسبه کرد. این مقدار معادل حدود ۲۷ هزار و ۷۰۰ کیلومتر بر ساعت است. اما یک تحلیل دقیقتر که اجازه میداد ناحیه استوایی، لبه صبحگاهی و لبه شامگاهی و قطبها سهمهای متفاوتی داشته باشند، سرعت حرکت جوی در استوا را نزدیک به ۹ کیلومتر بر ثانیه تخمین زد. همین مقدار به عدد گرد شده ۳۳ هزار کیلومتر بر ساعت تبدیل شد.
این دو عدد با یکدیگر تناقض ندارند و به یکدیگر مرتبط هستند. یکی مستقیماً از فاصله میان دو قله سیگنال همبستگی متقابل به دست میآید، در حالی که دیگری نتیجه مدلی است که مؤلفههای جوی متمایز از نظر مکانی را با هم تطبیق میدهد. بنابراین عبارت «نزدیک به ۳۳ هزار کیلومتر بر ساعت» دقیقتر از این است که تصور کنیم یک بادسنج معمولی عددی دقیق را اندازهگیری کرده است.
چرخش خود سیاره نیز باید از باد آن تفکیک شود. انتظار میرود WASP-127b به دلیل فاصله بسیار کم از ستارهاش، در قفل کشندی قرار داشته باشد. اگر دوره چرخش آن نیز مانند دوره مداریاش ۴.۱۸ روز باشد، سرعت چرخش استوای آن حدود ۱.۶ کیلومتر بر ثانیه خواهد بود. حرکت جوی تخمینزدهشده تقریباً شش برابر این سرعت چرخشی است.
قفل کشندی یک انتظار علمی بسیار قوی است، اما به این معنا نیست که دانشمندان مستقیماً فیلمی از چرخش سیاره در اختیار دارند. مطالعات جوی به چنین فرضهای مرزی وابسته هستند و عدم قطعیت آنها نیز باید همراه با اعداد چشمگیر در نظر گرفته شود.
چرا دانشمندان این جریان را مافوق صوت مینامند؟
«مافوق صوت» به معنای مقایسه جریان با سرعت صوت در هوای اتاق روی زمین نیست. سرعت محلی صوت به دما، ترکیب شیمیایی و شرایط ترمودینامیکی بستگی دارد. لایه بالایی جو WASP-127b داغ است و گازهای سبک بخش عمده آن را تشکیل میدهند؛ بنابراین سرعت صوت در آن با جو پایین زمین یا لایههای ابری قابل مشاهده نپتون متفاوت است.
حتی با در نظر گرفتن همین شرایط بیگانه، جریانهایی با سرعت ۷.۷ تا ۹ کیلومتر بر ثانیه بهراحتی بالاتر از سرعت صوت مورد انتظار محلی قرار میگیرند. چنین جریانی میتواند موجب ایجاد امواج شوک، گرمایش ناشی از اصطکاک و برهمکنشهای شدید با امواج جوی یا کشش مغناطیسی شود. البته این به معنای ایجاد صدای مداوم رعدآسا نیست؛ زیرا سطح جامدی وجود ندارد و هیچ ناظری نیز زیر این جریان قرار نگرفته است.
سرعت بهتنهایی مشخص نمیکند که یک باد چقدر مخرب است. فشار دینامیکی علاوه بر سرعت به چگالی نیز وابسته است. یک جریان بسیار سریع در لایهای فوقالعاده رقیق از جو میتواند نیروی بسیار کمتری نسبت به همان سرعت در نزدیکی یک سطح متراکم ایجاد کند. نتیجه مربوط به WASP-127b درباره گردش جوی و انتقال انرژی است، نه پیشبینی اثر باد بر ساختمانها.
حدود ۱۶ برابر نپتون یا بیش از ۱۸ برابر؟
مقایسه موجود در تیتر نیازمند یک توضیح کوچک اما مفید است. ناسا میگوید سرعت بادهای نپتون از ۲۰۰۰ کیلومتر بر ساعت فراتر میرود، در حالی که قویترین اعداد معمولاً حدود ۲۱۰۰ کیلومتر بر ساعت گرد میشوند. تقسیم ۳۳ هزار بر ۲۱۰۰ عدد ۱۵.۷ را به دست میدهد؛ به همین دلیل گفته میشود سرعت بادها «حدود ۱۶ برابر» نپتون است.
رصدخانه جنوبی اروپا در اعلامیه ژانویه ۲۰۲۵ خود از سرعت ۱۸۰۰ کیلومتر بر ساعت برای نپتون استفاده کرده بود. بر اساس این مقدار، حرکت استوایی WASP-127b کمی بیش از ۱۸ برابر سریعتر است. هر دو نسبت، مقیاس واقعی تفاوت را نشان میدهند و تنها از مقادیر گرد شده متفاوتی برای سرعت باد نپتون استفاده میکنند.
اما یک تفاوت مهمتر وجود دارد. نپتون سیارهای است که میتوان قرص آن را بهصورت مستقیم تفکیک کرد. بسیاری از برآوردهای سرعت باد در آن از دنبال کردن ویژگیهای ابرهای قابل مشاهده در تصاویر مختلف به دست میآیند. در مقابل، WASP-127b تفکیکناپذیر است و سرعت باد آن از جذب مولکولی در بخشی مشخص از لایههای بالایی جو به دست آمده است.
این تفاوت برای دانشمندان علوم سیارهای آشناست. در مطالعات مربوط به بادهای مشتری نیز از منطق مشابهی برای اندازهگیری حرکت در سراسر قرص قابل مشاهده این سیاره استفاده شده است. در آنجا نیز پژوهشگران باید بادهای جوی را از چرخش سریع یک غول گازی جدا کنند. در مورد WASP-127b، همین منطق سرعت در فاصلهای به کار رفته که خود قرص سیاره دیگر قابل مشاهده نیست.
این طیف همچنین نشانههایی از آبوهوای جوی ارائه کرد
دو قله جداشده در سیگنال مولکولی واضحترین نتیجه بودند، اما تحلیل مدل همچنین اطلاعاتی اولیه درباره دما و ابرها ارائه کرد. این تحلیل نشان داد که ممکن است لبه صبحگاهی سیاره حدود ۱۷۵ کلوین سردتر از لبه شامگاهی باشد. البته میزان عدم قطعیت به اندازهای بود که این تفاوت باید بهعنوان یک شواهد اولیه در نظر گرفته شود، نه یک اندازهگیری قطعی دما.
سهم قطبی نیز ضعیفتر بود. گاز سردتر در قطبها میتواند سیگنال مولکولی را تضعیف کند؛ یک لایه ابر در ارتفاع بالا نیز ممکن است مسیر عبور نور از لایههای عمیقتر جو را مسدود کند. دادهها بهطور قطعی مشخص نمیکردند کدام یک از این دو عامل مسئول است. نکته مهم این بود که یک جو یکنواخت نمیتوانست مشاهدات را به خوبی مدلی توضیح دهد که جو را بر اساس عرض جغرافیایی و لبههای مختلف تقسیم میکرد.
این موضوع بخشی از تغییر گستردهتر در علم سیارات فراخورشیدی است. پیشتر طیف عبوری یک سیاره معمولاً بهگونهای تفسیر میشد که گویی نماینده یک ستون جوی واحد است. اما در واقع نور ستاره از هر دو مرز صبحگاهی و شامگاهی عبور میکند؛ مناطقی که گاز در آنها تاریخچههای حرارتی کاملاً متفاوتی را پشت سر گذاشته است.
مشاهدات اخیر این عدم تقارن را بهوضوح بیشتری نشان دادهاند. در برخی سیارات فراخورشیدی، تلسکوپ جیمز وب توانسته است لبه صبحگاهی سردتر و ابریتر را از لبه شامگاهی گرمتر و شفافتر جدا کند. در WASP-127b، تفکیک سرعت مولکولی از زاویهای دیگر به همین مسئله نزدیک میشود: طیفسنجی با وضوح بالا از حرکت استفاده میکند تا جو تفکیکناپذیر سیاره را از یکدیگر جدا کند.
رکورد چهار هفته بعد به سیاره دیگری رسید
در ۱۸ فوریه ۲۰۲۵، اخترشناسان از نخستین نقشه سهبعدی جریانهای جوی در WASP-121b، که با نام Tylos نیز شناخته میشود، خبر دادند. این سیاره بسیار داغتر و پرجرمتر است و حدود ۹۰۰ سال نوری با زمین فاصله دارد. یک دور گردش آن به دور ستاره تنها حدود ۳۰ ساعت طول میکشد و یک نیمه آن همیشه رو به ستاره قرار دارد.
در این مطالعه، طیفسنج ESPRESSO نور جمعآوریشده توسط هر چهار واحد ۸.۲ متری تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا را با یکدیگر ترکیب کرد. مواد شیمیایی مختلف، لایههای متفاوتی از جو را بررسی کردند. آهن جریان عمیقتری را از سمت روزِ بهشدت گرمشده به سمت شب نشان داد. سدیم یک جریان استوایی ابرچرخان را در ارتفاع بالاتر آشکار کرد. هیدروژن نیز لایهای حتی مرتفعتر را نشان داد که در حال فرار از جو بود.
جریان سدیم هنگام عبور از سمت روز شتاب گرفت و از عدد ثبتشده برای WASP-127b در ژانویه فراتر رفت. گزارشهای منتشرشده در آن زمان از سرعت باد حدود ۷۰ هزار کیلومتر بر ساعت خبر میدادند. گزارش رصدخانه جنوبی اروپا بر ساختار این جریان تأکید داشت: یک جریان استوایی در ارتفاع بالا، بالای یک گردش جداگانه روز به شب که مدلهای فعلی بهسختی میتوانستند آن را توضیح دهند.
بنابراین منطقی است که Tylos را رکورددار جدید بدانیم. اما این به آن معنا نیست که دو ایستگاه هواشناسی، دقیقاً یک نوع باد را اندازهگیری کردهاند. نتیجه WASP-127b جریان آب و مونوکسید کربن را در یک منطقه گسترده استوایی دنبال کرد. در مقابل، مطالعه Tylos از سدیم برای بررسی یک لایه جوی با فشار میانی استفاده کرد که سرعت آن در سراسر سمت روز تغییر میکرد. فشار، دما، ماده ردیاب و هندسه مدلسازی در این دو مطالعه با یکدیگر متفاوت هستند.
هرچه مشاهدات سیارات فراخورشیدی دقیقتر شوند، رکوردهای سرعت باد نیز با جزئیات و محدودیتهای بیشتری همراه خواهند شد، نه اینکه سادهتر شوند. ممکن است یک سیاره سریعترین جریان سدیمی را در یک فشار مشخص داشته باشد، سیارهای دیگر بیشترین اختلاف سرعت مولکولی میان دو لبه را نشان دهد و سیارهای دیگر سریعترین جریان هیدروژن در حال فرار را داشته باشد. این پیچیدگی نشانه پیشرفت است، زیرا به جای یک جو میانگین، یک سامانه گردش جوی عمودی و افقی را آشکار میکند.
رکورد موقتی بود؛ اما تکنیک اندازهگیری ماندگار است
سرعت ۳۳ هزار کیلومتر بر ساعت بدون شک شایسته توجه است، اما ماندگارترین بخش نتیجه WASP-127b همین عدد نیست. رکوردها با ظهور ابزارهای حساستر، یافتن اهداف مناسبتر و تغییر تعاریف بهراحتی شکسته میشوند. این رکورد نیز کمتر از یک ماه دوام آورد.
دستاورد ماندگار، به دست آوردن اطلاعات مکانی بدون داشتن یک تصویر مکانی بود. دو قله دوپلری، دو لبه مخالف سیاره را آشکار کردند. فاصله میان این دو قله، سرعت یک جریان استوایی را محدود کرد. ضعیفتر بودن سیگنالهای قطبی نیز نشانهای از تفاوت شرایط جوی با عرض جغرافیایی بود. شدت نسبی سیگنالها نیز سرنخهایی درباره ابرها و دما ارائه داد، هرچند پاسخهای نهایی محسوب نمیشوند.
ابزارهای طیفسنجی با وضوح بالا در آینده این نوع اندازهگیری را در گذرهای بیشتری از مقابل ستاره و در طول موجهای مختلف تکرار خواهند کرد. چند شب رصد میتواند مشخص کند که آیا این جریان پایدار است یا خیر. ردیابهای مولکولی و اتمی مختلف نیز میتوانند ارتفاعهای متفاوتی از جو را بررسی کنند. ترکیب دقت سرعتی تلسکوپهای زمینی با توانایی جیمز وب در بررسی گسترده ترکیبات فروسرخ میتواند ترکیب شیمیایی، دما و حرکت را به یکدیگر مرتبط کند، به جای اینکه همه آنها در یک طیف میانگینگیری شوند.
بنابراین WASP-127b حتی پس از از دست دادن رکورد سرعت، همچنان یک ویژگی مهم را حفظ میکند: این سیاره نشان داد که آبوهوای یک جهان تفکیکناپذیر میتواند اثری جهتدار در نور بر جای بگذارد. در فاصله ۵۲۰ سال نوری، اخترشناسان این جریان را مستقیماً ندیدند؛ آنها مولکولهایی را که به سمت زمین حرکت میکردند از مولکولهایی که در جهت مخالف حرکت میکردند جدا کردند و از همین بخش کوچک از اطلاعات، شروع به ترسیم نقشه سیارهای کردند که هنوز هیچ دوربینی نمیتواند آن را بهصورت مستقیم نشان دهد.
