در فاصله‌ای بسیار دور از منظومه شمسی، سیاره‌ای وجود دارد که شرایط آن با تصور معمول ما از یک جهان سنگی تفاوت دارد. این سیاره که TOI-561 b نام‌گذاری شده، در فاصله‌ای بسیار نزدیک از ستاره میزبانش حرکت می‌کند و هر دور گردش آن تنها حدود ۱۰ ساعت و نیم طول می‌کشد. چنین مدار فشرده‌ای باید محیطی به‌شدت خشن ایجاد کند؛ محیطی که در آن تابش ستاره می‌تواند به‌مرور بخش عمده جو سیاره را به فضا بگریزاند.
اما مشاهدات تازه تلسکوپ فضایی جیمز وب تصویر متفاوتی ارائه می‌کند: به نظر می‌رسد TOI-561 b هنوز جوی قابل‌توجه دارد. حتی شواهد نشان می‌دهد این جو ممکن است با بازتاب مقدار زیادی از نور ستاره و انتقال گرما میان بخش‌های مختلف سیاره، بر وضعیت حرارتی آن تأثیر بگذارد.
این یافته نه‌تنها درباره یک سیاره عجیب، بلکه درباره چگونگی شکل‌گیری و تحول سیارات سنگی در شرایط تابشی شدید پرسش‌های مهمی مطرح می‌کند.
TOI-561 b در گروه سیارات فراخورشیدی با دوره مداری فوق‌کوتاه (Ultra-Short-Period) قرار می‌گیرد. این دسته از سیارات کمتر از ۲۴ ساعت زمان نیاز دارند تا یک بار به دور ستاره خود بچرخند.
برای مقایسه، عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید در منظومه شمسی، یک دور گردش مداری را در حدود ۸۸ روز زمینی کامل می‌کند. بنابراین حتی سریع‌ترین سیاره منظومه شمسی نیز در برابر اجرامی مانند TOI-561 b بسیار کند به نظر می‌رسد.
این فاصله اندک از ستاره، پیامدهای فیزیکی مهمی دارد. تابش دریافتی می‌تواند سطح سیاره را تا حد ذوب‌شدن سنگ‌ها گرم کند و احتمالاً بخش بزرگی از نیم‌کره رو به ستاره را به اقیانوسی از مواد مذاب تبدیل سازد. به همین دلیل، TOI-561 b را می‌توان در گروه جهان‌های گدازه‌ای یا Lava Worlds قرار داد.
در چنین شرایطی، انتظار می‌رود جو سیاره در معرض فرسایش شدید قرار بگیرد. ذرات گازی بر اثر تابش پرانرژی ستاره گرم می‌شوند و ممکن است به‌تدریج از میدان گرانشی سیاره بگریزند. به همین علت، وجود یک جو پایدار و قابل‌توجه در چنین سیاره‌ای برای اخترشناسان غیرمنتظره است.
پژوهش تازه با عنوان «جوی بسیار بازتابنده بر فراز جهان گدازه‌ای TOI-561 b، آشکارشده با منحنی‌های فازی تلسکوپ جیمز وب» در نشریه The Astronomical Journal منتشر شده است. نویسنده اصلی آن ساموئل بوشر از دانشگاه مونترال کاناداست.
این مطالعه ادامه پژوهش‌های پیشین درباره همین سیاره است. در سال ۲۰۲۵، بررسی‌های اولیه جیمز وب نشانه‌هایی از وجود جو در TOI-561 b ارائه کرده بود؛ جوی که احتمال می‌رفت حاوی مواد فرّاری مانند آب و دی‌اکسید کربن باشد. بااین‌حال، داده‌های آن دوره محدود بودند و تصویر کاملی از رفتار حرارتی سیاره در اختیار پژوهشگران قرار نمی‌دادند.
در مطالعه جدید، تیم تحقیقاتی از جیمز وب برای مشاهده سیاره به مدت ۳۷ ساعت استفاده کرد. با توجه به اینکه TOI-561 b هر ۱۰٫۵ ساعت یک بار به دور ستاره خود می‌چرخد، این بازه زمانی امکان بررسی بیش از سه دور کامل مداری را فراهم کرد.
روش اصلی پژوهش، بررسی «منحنی فازی» (Phase Curve) بود. در این روش، تغییرات روشنایی و تابش حرارتی سیاره در طول گردش مداری آن اندازه‌گیری می‌شود. از آنجا که بخش‌های مختلف سیاره در موقعیت‌های گوناگون نسبت به تلسکوپ قرار می‌گیرند، می‌توان اطلاعاتی درباره تفاوت دمای نیم‌کره روز و شب و نحوه انتقال انرژی در جو به دست آورد.
به بیان ساده، پژوهشگران به‌جای مشاهده یک تصویر لحظه‌ای از سیاره، تغییرات آن را در طول زمان دنبال کردند تا بفهمند انرژی دریافتی از ستاره به کجا می‌رود.
یکی از یافته‌های مهم مشاهدات پیشین این بود که نیم‌کره روز TOI-561 b، در مقایسه با یک سطح سنگی بدون جو در چنین فاصله‌ای از ستاره، خنک‌تر به نظر می‌رسید.
برای توضیح این اختلاف، دو احتمال اصلی وجود داشت: یا بخش قابل‌توجهی از انرژی ستاره به فضا بازتاب می‌شود، یا جو سیاره گرما را از نیم‌کره روز به نیم‌کره شب منتقل می‌کند.
داده‌های جدید امکان بررسی مستقیم‌تر نیم‌کره شب را فراهم کرد. نتیجه نشان داد این بخش از سیاره آن‌قدر گرم نیست که بتواند تمام انرژی ازدست‌رفته از نیم‌کره روز را دریافت کرده باشد.
بنابراین، انتقال گرما به‌تنهایی نمی‌تواند مشاهدات را توضیح دهد. بخشی بزرگ از تابش دریافتی باید دوباره به فضا بازتاب شده باشد. برآورد گزارش‌شده در مطالعه نشان می‌دهد حدود سه‌چهارم انرژی مورد بحث از این مسیر بازمی‌گردد.
پژوهشگران برای بررسی دقیق‌تر این وضعیت از مدل گردش عمومی جو (General Circulation Model) استفاده کردند. این مدل‌ها برای شبیه‌سازی حرکت جو، انتقال گرما و توزیع انرژی در مقیاس سیاره‌ای به کار می‌روند.
نتایج شبیه‌سازی نشان داد که صرفاً جابه‌جایی گرما در جو نمی‌تواند با شدت تابش مشاهده‌شده از نیم‌کره روز و شکل منحنی فازی سازگار باشد. در مقابل، وجود منبعی با بازتابندگی بالا، مانند ابر یا غبار جوی، با داده‌ها سازگاری بیشتری دارد.
یکی از توضیحات پیشنهادی برای بازتابندگی بالای TOI-561 b، تشکیل ابرهایی از مواد معدنی است.
در دماهای بسیار بالا، ترکیبات سنگی می‌توانند تبخیر شوند و وارد جو شوند. در شرایط مناسب، بخشی از این مواد ممکن است در ارتفاعات مختلف سرد شده و به شکل ذرات یا ابرهای معدنی ظاهر شوند.
پژوهشگران احتمال تشکیل چند نوع ترکیب معدنی را مطرح کرده‌اند؛ از جمله سیلیکات منیزیم با فرمول MgSiO₃ و دی‌اکسید سیلیسیم (SiO₂).
به‌ویژه دی‌اکسید سیلیسیم می‌تواند در توضیح بازتابندگی بالای مورد نیاز مدل‌های جوی نقش داشته باشد. چنین ابرهایی بخشی از نور ستاره را پیش از جذب‌شدن در سطح یا لایه‌های زیرین جو به فضا بازمی‌گردانند.
این وضعیت را می‌توان تا حدی به عملکرد یک لایه ضدآفتاب تشبیه کرد: ابرها مانع رسیدن تمام انرژی تابشی به بخش‌های پایین‌تر جو و سطح سیاره می‌شوند.
البته این ترکیبات هنوز به‌صورت مستقیم در جو سیاره شناسایی نشده‌اند. آنچه پژوهش ارائه می‌کند، سازگاری مدل‌های حاوی این ابرهای معدنی با داده‌های رصدی است؛ بنابراین ترکیب دقیق ابرها همچنان نیازمند بررسی‌های بیشتر خواهد بود.
یکی از پرسش‌های اساسی در مطالعه سیارات فراخورشیدی سنگی این است که آیا چنین اجرامی می‌توانند برای مدت طولانی جو خود را حفظ کنند یا خیر.
در سیاراتی که به ستاره میزبان بسیار نزدیک هستند، تابش شدید می‌تواند پوشش گازی اولیه را به‌تدریج از بین ببرد. از همین رو، بسیاری از مدل‌های تحول سیاره‌ای پیش‌بینی می‌کنند که ابرزمین‌های بسیار داغ باید در نهایت به اجرامی تقریباً بدون جو تبدیل شوند.
اما TOI-561 b این تصویر را پیچیده‌تر می‌کند.
نکته جالب‌تر آن است که ستاره میزبان این سیاره از نوع کوتوله سرخ نیست؛ بلکه در محدوده ستاره‌های اواخر رده G یا اوایل رده K قرار می‌گیرد و از نظر ویژگی‌های کلی به خورشید نزدیک‌تر است.
این موضوع اهمیت دارد، زیرا بسیاری از سیارات سنگی بررسی‌شده در مطالعات جیمز وب به دور کوتوله‌های سرخ می‌چرخند. اگر سیاره‌ای در شرایط تابشی ملایم‌تر نتواند جو خود را حفظ کند، انتظار می‌رود سیاره‌ای مانند TOI-561 b که تابش شدیدتری دریافت می‌کند، وضعیت دشوارتری داشته باشد.
بااین‌حال، شواهد رصدی نشان می‌دهد این سیاره هنوز پوشش جوی قابل‌توجهی دارد. بنابراین، مدل‌های فعلی فرار جوی احتمالاً تمام پیچیدگی‌های تحول چنین اجرامی را توضیح نمی‌دهند.
پژوهشگران چند سناریو را برای توضیح وضعیت غیرمعمول TOI-561 b مطرح کرده‌اند. هنوز مشخص نیست کدام‌یک از این فرضیه‌ها درست است و حتی ممکن است ترکیبی از چند سازوکار در بقای جو نقش داشته باشد.
۱. سیاره در ابتدا جرمی شبیه زیرنپتون بوده است
یک احتمال این است که TOI-561 b در آغاز شکل‌گیری، جو بسیار حجیم‌تری داشته و در واقع به گروه زیرنپتون‌ها (Sub-Neptunes) نزدیک بوده است. زیرنپتون‌ها سیاراتی بزرگ‌تر از زمین هستند که ممکن است پوشش گازی قابل‌توجهی داشته باشند.
در طول زمان، تابش ستاره بخش بزرگی از این جو را از بین برده، اما تمام مواد گازی و فرّار آن نابود نشده‌اند. در این سناریو، جو کنونی باقی‌مانده‌ای از پوشش اولیه سیاره است.
۲. جو ثانویه توانسته از فرسایش جان سالم به در ببرد
احتمال دیگر آن است که سیاره در ابتدا پوششی از هیدروژن و هلیوم داشته، اما این جو اولیه به‌تدریج از دست رفته باشد. در ادامه، فعالیت‌های درونی سیاره و آزادشدن گازها از مواد مذاب، جوی جدید ایجاد کرده‌اند.
به چنین پوششی «جو ثانویه» گفته می‌شود؛ جوی که پس از مرحله اولیه شکل‌گیری سیاره و از طریق فرایندهایی مانند فعالیت‌های آتشفشانی یا تبادل گاز با بخش‌های داخلی ایجاد می‌شود.
ممکن است این جو ثانویه در برابر شرایط محیطی مقاوم‌تر از پوشش اولیه هیدروژن و هلیوم باشد.
۳. مهاجرت مداری در طول عمر ستاره
سناریوی سوم به تاریخچه حرکت سیاره مربوط است. شاید TOI-561 b در گذشته فاصله بیشتری از ستاره داشته و بعدها به مدار فعلی خود مهاجرت کرده باشد.
اگر این جابه‌جایی زمانی رخ داده باشد که ستاره از مرحله فعالیت شدیدتر اولیه عبور کرده و تابش آن کاهش یافته بود، سیاره ممکن است در مجموع انرژی کمتری از آنچه مدل‌های ساده پیش‌بینی می‌کنند دریافت کرده باشد.
در این صورت، جو فرصت بیشتری برای بقا داشته است.
۴. ذخیره‌شدن مواد فرّار درون سیاره و آزادسازی دوباره آن‌ها
فرضیه چهارم از نظر زمین‌شیمی سیاره‌ای بسیار جالب است. ممکن است بخشی از مواد فرّار موجود در جو اولیه، در دوران اقیانوس ماگمایی سیاره به درون آن منتقل و در ساختار داخلی ذخیره شده باشند.
در مراحل بعدی تحول سیاره، این مواد می‌توانسته‌اند دوباره از طریق فرایندهای خروج گاز به جو بازگردند.
اگر این سناریو درست باشد، مطالعه ترکیب جو کنونی می‌تواند اطلاعاتی درباره تاریخچه شیمیایی درون سیاره، از جمله وضعیت اکسایش و کاهش اقیانوس ماگمایی اولیه، در اختیار دانشمندان قرار دهد.
پژوهشگران احتمال می‌دهند بیش از یکی از این سازوکارها در وضعیت فعلی سیاره نقش داشته باشد.
یکی از پرسش‌های مهم برای مطالعات آینده، ماهیت دقیق جو این سیاره است.
لیزا دانگ، استاد دانشگاه واترلو و مسئول پروژه، این پرسش را مطرح کرده که آیا جو TOI-561 b بیشتر به جو زهره شباهت دارد یا به شرایط بسیار افراطی قمر آیو، یکی از قمرهای مشتری.
این مقایسه بی‌دلیل نیست. زهره نمونه‌ای از سیاره‌ای سنگی با جو بسیار متراکم است که در آن اثر گلخانه‌ای نقش مهمی در دمای سطح دارد. در مقابل، آیو به‌دلیل فعالیت آتشفشانی شدید و آزادسازی گازهایی مانند دی‌اکسید گوگرد شناخته می‌شود.
این دو جرم آسمانی می‌توانند دو الگوی متفاوت برای بررسی جو یک جهان سنگی بسیار داغ ارائه دهند: یکی با جوی متراکم و دیگری با جوی وابسته به فعالیت‌های درونی و آتشفشانی.
تیم تحقیقاتی امیدوار است با انجام مشاهدات بیشتر در طول‌موج‌های بلندتر توسط جیمز وب، اطلاعات دقیق‌تری درباره ترکیب شیمیایی جو به دست آورد.
چنین داده‌هایی می‌توانند مشخص کنند که کدام‌یک از سناریوهای پیشنهادی به واقعیت نزدیک‌تر است و چگونه این سیاره توانسته برای میلیاردها سال بخشی از جو خود را حفظ کند.
TOI-561 b احتمالاً محیطی کاملاً نامناسب برای شکل‌گیری حیات به شکل شناخته‌شده ما دارد. دمای بسیار بالا، سطح احتمالاً مذاب و تابش شدید ستاره، آن را به یکی از نامساعدترین محیط‌های قابل‌تصور برای زیست تبدیل می‌کند.
اما ارزش علمی چنین سیاره‌ای به قابلیت سکونت آن محدود نمی‌شود.
زمین نیز در مراحل اولیه شکل‌گیری خود دوره‌ای را پشت سر گذاشته که بخش‌هایی از سطح آن در حالت مذاب قرار داشتند. بررسی جهان‌هایی که هنوز شرایطی شبیه به آن دوران را تجربه می‌کنند، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا فرایندهای اولیه تحول سیارات سنگی را بهتر بشناسند.
از سوی دیگر، اگر مشخص شود که جو ثانویه سیارات سنگی می‌تواند در برابر تابش شدید دوام بیاورد، مدل‌های مربوط به تحول جو در شمار بسیار بزرگ‌تری از سیارات فراخورشیدی باید بازنگری شوند.
به همین دلیل، TOI-561 b فقط یک استثنای عجیب در میان سیارات فراخورشیدی نیست؛ بلکه می‌تواند به آزمایشگاهی طبیعی برای مطالعه ارتباط میان جو، سطح مذاب و ساختار داخلی سیارات سنگی تبدیل شود.
مشاهدات تازه تلسکوپ جیمز وب نشان می‌دهد TOI-561 b با وجود نزدیکی شدید به ستاره میزبانش، احتمالاً جوی قابل‌توجه دارد. بازتابندگی بالا، انتقال بخشی از گرما در سطح سیاره و احتمال تشکیل ابرهایی از مواد معدنی تبخیرشده، تصویری پیچیده‌تر از این جهان گدازه‌ای ارائه می‌کنند.
بااین‌حال، هنوز نمی‌دانیم جو کنونی بازمانده‌ای از دوران اولیه شکل‌گیری سیاره است، از فعالیت‌های درونی آن تغذیه می‌شود یا نتیجه ترکیبی از چند فرایند مختلف است.
پاسخ به این پرسش‌ها می‌تواند درک ما از سرنوشت سیارات سنگی را تغییر دهد؛ به‌ویژه آن دسته از جهان‌هایی که در فاصله‌ای بسیار نزدیک از ستاره خود قرار دارند.
در نهایت، شاید مهم‌ترین پیام این کشف آن باشد که حتی در محیط‌هایی که انتظار می‌رود تمام جو یک سیاره از بین برود، طبیعت می‌تواند راه‌هایی برای حفظ یا بازسازی آن پیدا کند.
