Siêu Trái đất 55 Cancri e (hay còn gọi là Janssen) có phần nổi tiếng, như ngoại hành tinh. Được phát hiện lần đầu vào năm 2004, thế giới này là một trong số ít những khám phá có trước Kepler sứ mệnh. Vào năm 2016, nó cũng là hành tinh ngoại đầu tiên có bầu không khí đặc trưng thành công. Trong những năm qua, một số nghiên cứu đã được thực hiện trên hành tinh này đã tiết lộ một số điều khá thú vị về thành phần và cấu trúc của nó.
Ví dụ, các nhà khoa học đã tin rằng 55 Cancri e là một hành tinh kim cương của Vương quốc Hồi giáo, trong khi công việc gần đây hơn dựa trên dữ liệu từ Kính thiên văn vũ trụ Spitzer kết luận rằng bề mặt của nó được bao phủ trong hồ dung nham nóng. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA cho thấy rằng mặc dù nhiệt độ bề mặt rất cao, 55 Cancri e có bầu khí quyển tương đương với Trái đất, chỉ nóng hơn nhiều!
Nghiên cứu có tựa đề Một trường hợp về khí quyển trên siêu trái đất 55 Cancri e, gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Được dẫn dắt bởi Isabel Angelo (chuyên ngành vật lý của UC Berkeley) với sự hỗ trợ của Renyu Hu - một nhà thiên văn học và Hubble Fellow với JPL và Caltech - cặp đôi đã tiến hành phân tích chi tiết hơn về Spitzer dữ liệu để xác định khả năng và thành phần của bầu khí quyển khoảng 55 Cancri e.
Các nghiên cứu trước đây về hành tinh đã lưu ý rằng siêu Trái đất này (lớn gấp đôi hành tinh của chúng ta), quay quanh rất gần với ngôi sao của nó. Kết quả là, nó có chu kỳ quỹ đạo rất ngắn khoảng 17 giờ 40 phút và bị khóa chặt (với một bên liên tục hướng về phía ngôi sao). Từ tháng 6 đến tháng 7 năm 2013, Spitzer quan sát 55 Cancri e và thu được dữ liệu nhiệt độ bằng camera hồng ngoại đặc biệt của nó.
Ban đầu, dữ liệu nhiệt độ được xem là một dấu hiệu cho thấy những khối nham thạch lớn tồn tại trên bề mặt. Tuy nhiên, sau khi phân tích lại dữ liệu này và kết hợp nó với một mô hình mới do Hu phát triển trước đó, nhóm nghiên cứu bắt đầu nghi ngờ lời giải thích này. Theo phát hiện của họ, hành tinh này phải có bầu khí quyển dày, vì các hồ dung nham tiếp xúc với không gian sẽ tạo ra các điểm nóng ở nhiệt độ cao.
Hơn nữa, họ cũng lưu ý rằng sự khác biệt về nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm không đáng kể như suy nghĩ trước đây - một dấu hiệu khác của bầu khí quyển. Bằng cách so sánh sự thay đổi độ sáng của hành tinh với các mô hình dòng năng lượng, nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng một bầu không khí với các vật liệu dễ bay hơi là lời giải thích tốt nhất cho nhiệt độ cao. Như Renyu Hu đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của NASA:
Nếu có dung nham trên hành tinh này, nó sẽ cần bao phủ toàn bộ bề mặt. Nhưng dung nham sẽ bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta bởi bầu không khí dày đặc. Các nhà khoa học đã tranh luận liệu hành tinh này có bầu khí quyển như Trái đất và Sao Kim hay chỉ là lõi đá và không có bầu khí quyển, giống như Sao Thủy. Trường hợp cho một bầu không khí bây giờ mạnh mẽ hơn bao giờ hết.
Sử dụng mô hình cải tiến của Hvới cách nhiệt sẽ truyền khắp hành tinh và tỏa trở lại không gian, họ thấy rằng nhiệt độ ở phía ban ngày sẽ trung bình khoảng 2573 K (2.300 ° C; 4.200 ° F). Trong khi đó, nhiệt độ ở phía đông lạnh của Nhật Bản sẽ trung bình khoảng 1573 - 1673 K (1.300 - 1.400 ° C; 2.400 - đến 2.600 ° F). Nếu hành tinh không có bầu khí quyển, sự khác biệt về nhiệt độ sẽ cực đoan hơn nhiều.
Về thành phần của bầu khí quyển này, Angelo và Hu tiết lộ rằng nó có khả năng giống với Trái đất - có chứa nitơ, nước và thậm chí là oxy. Mặc dù nóng hơn nhiều, mật độ khí quyển cũng có vẻ tương tự như Trái đất, điều này cho thấy hành tinh này rất có thể là đá (hay còn gọi là mặt đất) trong thành phần. Mặt khác, nhiệt độ quá nóng để bề mặt duy trì nước lỏng, khiến cho môi trường sống không thể khởi động.
Cuối cùng, nghiên cứu này đã được thực hiện nhờ vào sự phát triển của một phương pháp làm cho việc nghiên cứu khí quyển và bề mặt ngoại hành tinh trở nên dễ dàng hơn. Angelo, người đứng đầu nghiên cứu, đã thực hiện nó như là một phần trong quá trình thực tập của cô với JPL và mô hình Hu Tờ đã được điều chỉnh thành 55 Cancri e. Trước đây, mô hình này chỉ được áp dụng cho những người khổng lồ khí khổng lồ có quỹ đạo gần với mặt trời tương ứng của họ (hay còn gọi là Hot Hot Jupwr -).
Đương nhiên, có những câu hỏi chưa được giải đáp mà nghiên cứu này giúp đưa ra, chẳng hạn như 55 Cancri e đã tránh mất không khí vào không gian như thế nào. Dựa vào việc hành tinh này quay gần với ngôi sao của nó như thế nào và thực tế là nó bị khóa chặt, nó sẽ phải chịu một lượng phóng xạ cực mạnh. Các nghiên cứu sâu hơn có thể giúp tiết lộ trường hợp này như thế nào và sẽ giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về các hành tinh lớn, bằng đá.
Việc áp dụng mô hình này vào Siêu Trái đất là ví dụ hoàn hảo về cách nghiên cứu ngoại hành tinh đang phát triển trong những năm gần đây. Ban đầu, các nhà khoa học bị hạn chế nghiên cứu những người khổng lồ khí có quỹ đạo gần với các ngôi sao của họ (cũng như bầu khí quyển tương ứng của họ) vì đây là những nơi dễ phát hiện và đặc trưng nhất. Nhưng nhờ những cải tiến về thiết bị và phương pháp, phạm vi các hành tinh chúng ta có khả năng nghiên cứu đang tăng lên.
