باز هم سياره ايکس

[ریپورتر]

نويسنده:گاورت شيلينگ
مترجم:رضا علي شاهي


آيا در منظومه شمسي سياره اي وجود دارد که هنوز کشف نشده است؟ تلسکوپ ها و کاوشگرهاي جديد، احتمالاً پاسخ اين پرسش را خواهند يافت.
اتفاق عجيب و غريبي کمي دورتر از سياره نپتون درحال روي دادن است، ولي سياره پلوتو(1) کوچک تر از آن است که دليل آن باشد. طبق گفته "گاورت شيلينگ"، (2) زمان آن فرا رسيده که شکارچيان سياره ها را فرا بخوانيم.
دو سال پيش، سياره اي از منظومه شمسي کنار گذاشته شد. پلوتو از لحاظ رتبه بسيار بي اهميت تر از مريخ، مشتري و ساير سياره ها بود و لذا رتبه آن به سياره کوتوله تنزل پيدا کرد با کنار گذاشته شدن پلوتو از جمع سياره هاي منظومه شمسي، تنها هشت سياره اصلي به جاي ماند. [جزئيات اين ماجرا در مقاله "پلوتو،پر!" در شماره مهر 1385 منتشر شده بود.] اما "پاتريک ليکاوکا" (3) اميد دارد جايگزيني مناسب براي آن چه که از منظومه شمسي کنار گذاشته شده پيدا کند.
ليکاوکا که منجم دانشگاه کوب (4) در ژاپن است، گمان مي کند سياره نهمي به بزرگي زمين پشت پلوتو پنهان شده است. تاکنون اين "ابرپلوتو" ي منجمد شناسايي نشده است، اما ليکاوکا اميدوار است زمان زيادي تا کشف آن نمانده باشد. طبق گفته وي، تا پنج سال آينده روشن خواهد شد که آيا چنين سياره اي وجود دارد يا نه.
ليکاوکا از وجود اين سياره مطمئن شده است و اين اطمينان را مديون برخي از ويژگي هاي شگفت آور کمربند کوپير (5) است. اين کمربند، حلقه اي از بقاياي اجرام منجمد خارج از منظومه شمسي است که پلوتو بزرگ ترين آنهاست. تنها ليکاوکا نيست که گمان مي کند سياره ديگري آنجا هست. طبق اظهارات "رنو مالهوترا" (6) از دانشگاه آريزونا (7) درتاکسون، (8) موارد مشابه ديگري از فرضيه وجود سياره اي ديگر در منظومه شمسي در پيشينه تحقيقات مربوط به آن وجود دارد؛ اما کار ليکاوکا جامع تر است و به نظر او بايد کاملاً توجه شود.
فرض وجود سياره اي جديد، روشي قابل اطمينان و آزمايش شده براي توضيح مشاهدات گيج کننده است. پيش بيني وجود سياره نپتون، در قرن 19 و براساس بي نظمي هاي موجود در مدار اورانوس صورت گرفت. مدت ها بعد، اخترشناسي آمريکايي به نام "پرسيوال لوول" (9) تصور کرد که برخي ناهماهنگي ها ديگر در مدار اورانوس و نپتون ممکن است توسط سياره ديگر به وجود آمده باشد که وي لقب سياره ايکس را به آن داد. تحقيقي که لوول آغاز کرده بود به کشف پلوتو در سال 1930 توسط "کلايد تامبا" (10) انجاميد. وقتي معلوم شد که پلوتو خيلي کوچک تر از آن است که نيروي جاذبه آن روي دو سياره غول پيکر (نپتون و اورانوس) تأثير بگذارد، تحقيقات براي يافتن سياره هاي سرگردان در ظلمات خارج از منظومه شمسي آغاز شد. از آن زمان تاکنون رصدهاي فوق العاده پيشرفته نشان داده اند که هيچ چيز غيرعادي در مدار اورانوس و نپتون وجود ندارد؛ با اين وجود تصور وجود سياره هاي دور و ناشناخته به نظر غير قابل انکار مي آيد. تلسکوپ هاي بزرگ تر، کاوشگري هاي بهتر و تحقيقات جامع تر همه و همه تاکنون دست خالي برگشته اند. با اين وجود هيچ کس نمي تواند احتمال وجود سياره اي را که دستيابي به آن فراتر از دسترس مشاهدات ماست، منکر شود. تلاش براي يافتن سياره ايکس همچنان ادامه دارد.
شواهد مبتني بر حضور سياره ايکس در منطقه اي دورتر از سياره نپتون که مدار گردشش به دور خورشيد 30 برابر زمين است، وجود دارد. منطقه مذکور در واقع شروع کمربند کوپير است. نام اين کمربند از نام سياره شناس مشهور "جرارد کوپير" (11) گرفته شده است. وي در سال 1950 اين فرض را مطرح کرد که اين منطقه بايد حاوي کمربندي از بقاياي اجرامي باشد که در اثر پيدايش منظومه شمسي به جا مانده اند. نخستين، کشف اين منطقه در سال 1992 توسط "ديوجوويت" (12) و "جين لو" (13) در رصد خانه ماناکي (14) در هاواني انجام شد. از آن موقع تاکنون بيش از 1000 جرم آسماني در اين منطقه کشف شده اند.
اکثر "اجرام شناخته شده کمربند کوپير" (KBOs) اندکي بزرگ تر از توده هاي يخي بوده و قطري چندصد کيلومتري دارند؛ البته قطر بعضي از آنها به 100 کيلومتر هم مي رسد. نام بزرگ ترين جرم آسماني شناسايي شده در کمربند کوپير "اريس" (15) است که قطر آن 2400 کيلومتر بوده و جرمش 27 برابر پلوتر است. کشف آن در سال 2003 توسط "مايک براون" (16)، چادتروجيلو" (17) و "ديويد رابينوويتز" (18) در رصدخانه پالومار (19) کاليفرنيا، اتحاديه اخترشناسي بين الملي را وارد کرد که براي لغت "سياره" تعريفي ارائه دهد و همين تعريف بود که پلوتو را از جمع سياره ها خارج کرد.
همين سرنخ هاي معمولي از انبوه اجسام منجمد بود که جويندگان سياره ها را دوباره به فعاليت واداشت. نخستين سرنخ از لبه خارجي کمربند کوپير سرچشمه مي گيرد که به طرز غير منتظره اي تيز بوده و 50 واحد نجومي از خورشيد فاصله دارد (هر واحد نجومي فاصله بين زمين و خورشيد است، تقريباً 150 ميليون کيلومتر). در اين ناحيه که به آن پرتگاه کوپيري مي گويند، تعداد اجرام به طور چشمگيري کاهش پيدا مي کند. سرنخ دوم آن است که کمرنبد خود شامل شماري از صخره هاي يخي با حداقل سه مدار گردش کاملاً مجزا است. طبق گفته ليکاوکا، تنها سياره ايکس مي تواند آن را به اين شکل درآورده باشد. همان طور که از مشاهده حلقه هاي زحل فهميديم، دليل آن که حلقه اي از ذرات در حال گردش در لبه خارجي تيز خود دارد، احتمالاً نيروي جاذبه شي ء بزرگ است که دورتر از آن در حال گردش است. آيا پديده مشابهي در مقياس بزرگ تر توانسته پرتگاه کوپير را به وجود آورده باشد؟
طبق استدلال "ماريو مليتا" (20) از دانشگاه کويين مري (21) لندن و "آدريان بونيني" (22) از دانشگاه ملي لاپلاتا (23) در آرژانتين در سال 2002، چنين احتمالي وجود دارد.
آنها وجود سياره ايکس را با حداقل جرمي به اندازه مريخ و فاصله 60 واحد نجومي از خورشيد مطرح کرده اند. اما دو سال بعد وقتي مليتا با دقت بيشتري موضوع را بررسي کرد، به مشکلي برخورد. ضمن همکاري با منجمان دانشگاه لندن ودانشگاه کويين (24) شهر بلفاست، (25) وي دريافت که صرفاً طرح وجود سياره ايکس نمي تواند تمام خصوصيات پيچيده کمربند کوپير را شرح دهد.
ليکاوکا اين طرح را با يک برنامه شبيه ساز رايانه اي دنبال کرده است. و اين برنامه نشان مي دهد سياره غول پيکري که به پرتگاه کوپير بسيار نزديک است، خيلي بيشتر از آن چه که با مشاهدات ما ديده مي شود باعث بي نظمي هايي بين اجرام موجود در کمربند کوپير مي شود.
ولي اين تمام ماجرا نيست. برخي از بقاياي منجمد اجرم در کمربند کوپير، همگام با نپتون به دور خورشيد مي گردند. مثال بارز آن هم پلوتو است. در مدت زماني که نپتون سه بار به دور خورشيد مي گردد، پلوتو دو بار گشته است. اين در واقع "هم گامي" با يک سياره است. ليکاوکا اثبات کرده است که جاذبه سياره ايکسي که سابقاً مليتا و برونيني درباره اش صحبت کرده بودند، اين پايداري مطلوب در گردش مداري را از بين برده و تعداد اجرام هم گام با سيارات منظومه شمسي را در کمربند کوپير، خيلي کمتر از آن چيزي مي کند که ما عملاً مي بينيم.
طبق گفته ليکاوکا که تحقيق دکترايش را سال 2007 در دانشگاه کوب به اتمام رساند، شبيه سازي هاي وي طرح امکان وجود خيلي از سياره هاي ايکس ديگر را منتفي کرده است. هيچ کدام از اين طرح ها با آن چه ما در مورد پويش شناسي (ديناميک) کمربند کوپير مي دانيم، سازگاري ندارد.
با اين حال، جاذبه سياره اي خارجي و پوشيده از انظار شديدتر از آن بود که ليکاوکا به کل، جست و جو براي يافتن آن را کنار بگذارد. سياره ايکس دورتري مي تواند ويژگي هاي عجيب کمربند کوپير (همچون وجود برخي از اجرام در بخش اصلي کمربند)را توضيح دهد که مدارهايي بسيار دراز و کشيده دارند و زاويه گردششان به دور خورشيد از هيچ قاعده و قانوني پيروي نمي کند. توضيح رفتار برخي از اجرام، حتي عجيب تر از بدنه اصلي کمربند کوپير است. به عنوام مثال مي توان از "سندا" (26) که جرمي آسماني با قطر يک هزار کيلومتر است يادکرد. فاصله و سر مدارکشيده اين جرم آسماني تا خورشيد از 975 واحد نجومي تا 76 واحدمتغير است. سندا تنها جرم آسماني نيست که هيچ گاه به نپتون نزديک نمي شود. پس آيا سياره ايکسي مي تواند اين اجرام را در مسير نامتعارفشان قرار داده و مسئول ديگر رفتارهاي عجيب کمربند کوپير باشد؟ ليکاوکا و همکارش "تاداشي موکايي" (27) براي کشف صحت اين موضوع با يکديگر همکاري مي کنند.
اين دو با استفاده از برنامه هاي شبيه ساز رايانه اي در مقياس بزرگ، به اين نتيجه رسيدند که سياره ايکس مي بايست عامل ايجاد تمام خصوصيات شناخته شده کمربند کوپير باشد. نظريه هاي اصلي درباره روزهاي نخستين تشکيل منظومه شمسي حاکي از آنند که خيلي از سياره ها در نخستين مراحل پيدايش خود بسيار به خورشيد نزديک بوده اند و در اثر برخورد و تجمع توده هايي از اجرام کوچک تر پديد آمده اند. خيلي از اجرامي که در ابتدا به اندازه زمين يا مريخ بودند، با تجمع توده ها به تدريج بزرگ و بزرگ تر شده و تشکيل سياراتي همچون مشتري، زحل، اورانوس و نپتون را دادند و در نهايت از موقعيت اوليه خود در اطراف خورشيد نقل مکان کردند. وجود جاذبه متقابل با اجرام غول پيکر نوظهوري همچون سياره ايکس ليکاوکا و موکايي، قاعدتاً مستلزم آن است که چنين سياره هايي مي بايست در مداري دور دست باشند.
با توجه به مدل سياره ها، سياره ايکس توسط سياره اي نوپا مانند نپتون به سمت مداري بيضوي در مرزهاي دوردست منظومه شمسي رانده شده است. با قرار گرفتن در اين مدار، نيروي جاذبه سياره ايکس کمربند کوپير را به جنب و جوش واداشته و بخشي از آن را از اجرام آسماني تهي کرده است؛ که اين امر باعث به وجود آمدن پرتگاه کوپير شده است. دومين مرحله در سير حرکت مداري سياره ايکس که توسط ليکاوکا موکايي مطرح شده است نيز ريشه در نظريه هاي اثبات شده درباره نقل مکان سياره ها دارد. ده ها ميليون سال بعد از شکل گيري نپتون، جاذبه متقابل اين سياره غول پيکر و بقاياي اجرام آسماني در خارج از منظومه شمسي سبب شد که سياره مذکور اندکي به سمت بيرون رانده شود. با نقل مکان نپتون، جاذبه آن بر اجرام کمربند کوپير تأثير گذاشته و آنها را در گردش مداري با خود هم گام کرد. به نظر مي آيد اين سازوکار در کل بهترين توضيح باشد براي وجود شمار زيادي از اجرام موجود در کمربند کوپير مانند پلوتو که با نپتون هم گام هستند.
عامل ايکس

به گفته ليکاوکا، نقل مکان نپتون سياره ايکس را به سمت مداري دوردست و موازي با مدارات منظومه شمسي رانده است. با قرار گرفتن در مداري با متوسط فاصله 100 تا 170 واحد نجومي از خورشيد، سياره ايکس به اندازه اي دور بود که گردش هم گام اجرام ديگر در مدار خود را به هم نزند. اما از طرف ديگر، هنوز نزديکي آن به اندازه اي بود که نيروي جاذبه اش شماري از اجرام منفصل مانند سندا را به وجود آورد.
نهايتاً اين ليکاوکا و موکايي معقتدند جاذبه اي است که مدار قمرهاي کوچک را حول سياره شان شکل مي دهد، نقش زيادي در سير تکامل تدريجي مدار سياره ايکس داشته است. چنين تقابلي در سال 1962 توسط اخترشناس ژاپني "يوشيهايد کوزايي" (28) ضمن مشاهده مدار سيارک ها کشف شد. وي ثابت کرد که گروهي از اجرام بزرگ که مدارشان در سطح مشابهي است، مي تواند سبب انحناي مسير حرکت جرم کوچک تر شده و شکل مدار آن را بيضوي تر کنند. تأثير مشابهي نيز مي توان سبب انحناي مدار سياره ايکس شده و آن را از سطح کمربند کوپير دورتر کند. فعلاً يک دور گردش کامل سياره ايکس ليکاوکا به دور خورشيد، درمقايسه با پلوتو (که 248 سال است) بين يک هزار تا 2500 سال طول مي کشد. سياره ايکس در اين گردش هيچ گاه بيشتر از 80 واحد نجومي به خورشيد نزديک نمي شود و زاويه مداري آن با سطح اشغال شده توسط سياره هاي اصلي منظومه شمسي مي توان تا 40 درجه باشد.
فرض وجود سياره اي جديد، روشي قابل اطمينان و آزمايش شده براي توضيح مشاهدات گيج کننده است. اما آيا سياره پيشنهادي ليکاوکا و موکايي مي تواند دليل قانع کننده اي براي نوع ساختار کمربند کوپير باشد؟ شايد.طبق اظهارات "مالهوترا" (29) که در زمينه نقل مکان سياره هاي متخصص است: "از ديدگاه ديناميکي چنين چيزي قابل تصور است. پيشنهاد ليکاوکا و موکايي خالي از اشکال نيست؛ اما نقاط قوت قابل توجهي دارد. من نسبت به ايده آنها نظر بسيار مساعدي دارم."
نظر "جوييت" نيز اين است که اين ايده قابل تصور است، گرچه قيد و شرط هايي نيز براي آن بايد قائل شد. طبق گفته وي، مشکل آن است که ما اطلاع چنداني از وضعيت خارج منظومه شمسي نداريم، پس خيلي چيزها حتي اگر حقيقت هم نداشته باشند ممکن است قابل تصور باشند.
ديگر متخصصان پوياشناسي، ديد منتقدانه تري نسبت به اين مسئله دارند. هنگامي که ليکاوکا در اکتبر 2007 ايده اش را در گردهمايي ساليانه جامعه اخترشناسي آمريکا که بخشي از سازمان علوم اخترشناسي است مطرح کرد، الکساندرو مربيدلي (30)از رصدخانه کتدازور (31) در شهر نيس (32) فرانسه اين ايده را ساختگي دانست. مربيدلي گويد: "ليکاوکا متوجه آن نيست که دارد بالاجبار رفتار سياره را طوري تحليل مي کند که با آن چه خودش مي خواهد همخواني داشته باشد. "هال لويسون"، (33) همکار مربيدلي از مؤسسه تحقيقات جنوب غربي در شهر بولدر (34) ايالت کلرادو (35) نيز همين نظر را دارد. وي اظهار داشت: "ليکاوکا خودش سياره اش را با دست عقب جلو مي برد تا بالاخره کمربند کوپير را بتواند از آن دربياورد. من فکر نمي کنم که شکل گيري کمربند کوپير آن طور که او توضيح مي دهد اتفاق افتاده باشد."
مربيدلي، لويسون و دو تن ار همکارانشان نظريه متفاوتي را درباره پيشينه اوليه منظومه شمسي بنا نهاده اند که به آن "مدل نيس" مي گويند. نيس نام شهري از فرانسه و محل تولد اين نظريه است. در تصويري که اين نظريه ارائه مي دهد، مشتري، زحل، اورانوس و نپتون در هنگام تشکيل بسيار نزديک تر از موقعيت امروزي شان بوده اند. مدار آنها به مرور زمان و به تدريج تغيير کرده و اين تغيير سرانجام باعث به وجود آمدن يک سري اختلالات عظيم و برخوردهاي سهمگين شده است که براي هميشه مدار اين چهار سياره بزرگ و در نتيجه تعداد بي شماري از سيارک ها و سياره هاي کوتوله منجمد را تغيير داده است.اين دانشمندان مدعي هستند که نظريه مذکور به نحو مطلوبي موارد زير را تبيين مي کند:1-مدار سياره ها غول پيکر 2-وجود سيارک هايي که همراه با مشتري به دور خورشيد مي گردند 3-حادثه سخت و عظميي که هفتصد ميليون سال بعد از تشکيل منظومه شمسي بر آن تأثير گذاشته و به آن "بمباران شديد متأخر" مي گويند.
درمقاله جديدي که هنوز منتشر نشده، مربيدلي، لويسون و همکارانشان با استناد به مدل نيس و بدون نياز به وجود سياره ايکس، ويژگي هاي کمربند کوپير را شرح مي دهند. با توجه به نظريه آنها، حلقه اي از گاز و غبار که نخستين اجرام يخي کوچک از آن به وجود آمدند، بسيار باريک بوده و لبه خارجي تيزي داشته که احتمالاً نتيجه گذر يک ستاره و جمع کردن مواد توسط آن است. کمربند کوپير در منظومه شمسي تشکيل شده و بعدها به خارج از آن نقل مکان کرده و حجيم شده است. چنين حرکتي، با توجه به تأثير جاذبه سياره هاي غول پيکر در حال حرکت انجام شده است.
مربيدلي و لويسون قبول دارند که مدل آنهاهم مشکلات خود را دارد. براساس پيش بيني هاي اين نظريه، بيشتر اجرام کمربند کوپير بايد مداري بسيار وسيع تر از آن چه مشاهدات نشان مي دهد داشته باشند. اين نظريه در توضيح مدار بيضوي اجرام شناخته شده در کمربند کوپير به مشکل برمي خورد. به هر حال، گروه مربيدلي و لويسون به اين نکات جزئي نيز توجه دارد. آنها در مقاله شان اظهار مي دارند:"ما فکر مي کنيم فهرست موفقيت هاي مدل ما به مشکلات آن، که هنوز جوابي برايشان يافت نشده، مي چربد."
اين ايده که سياره اي باجرمي معادل نصف جرم زمين کمربند کوپير را شکل داده است، به عنوان ايده اي "غيرفيزيک" توسط لويسون رد شده است. طبق استدلال لويسون، نيروي جاذبه از جانب حلقه غول آسايي از بقاياي يخي اجرام آسمان، سياره ايکس را به سمت داخل کشانده و طبق يافته ها تا به امروز مدار اين سياره را از آن چيزي که ليکاوکا و موکايي پيش بيني کرده اند، نزديک تر کرده است. سياره مذکور سرانجام در مدار دواري با فاصله اي کمتر از 7 ميليارد کيلومتر (50 واحد نجومي) از خورشيد قرار مي گيرد.
اين انتقادات، ليکاوکا را از کار خود باز نداشته است. وي اظهار داشت: "شمار زيادي از اين نظرات و انتقادات، عجولانه و بيش از حد موشکافانه و غيرمنصفانه بوده است. قصد دارم براي مطالعه اين موضوع با جزئيات بيشتر از برنامه هاي شبيه ساز واقعي تري استفاده کنم."
خوب حالا سياره ايکس واقعاً وجود دارد يا نه؟

"براون" (26) خاطرنشان کرد که هنوز زمان زيادي باقي است تا جست و جوي وي براي يافتن اجرام بزرگ کمربند کوپير به پايان برسد. آيا امکان آن هست که سياره ليکاوکا جايي در آن حوالي باشد اما کسي آن را نديده باشد؟ براون مي گويد احتمالاً همين طور است و جوييت نيز با نظر او موافق است. با اين همه به دليل عدم هماهنگي در تحقيقات فضايي منتشر شده و همچنين کمبود چنين تحقيقاتي، تقريباً هر چيزي را مي توان خارج از منظومه شمسي متصور شد که تاکنون شناسايي نشده باشد. تحقيقات جامع تري در اين زمينه بايد اين ترديدها را برطرف کند. طول نمي کشد که تلسکوپ هايي حساي با ميدان ديد عريض همچون تلسکوپ "پن ستارز" (37) درهاوايي، تلسکوپ "ديسکاوري چنل" (38) در آريزونا و تلسکوپ "لارج سينوپتيک سروي" (39) در شيلي سطح آسمان ها را در مي نوردند. و هيچ ستاره يا سنگ آسماني از ديدشان پنهان نخواهد ماند. براون اظهار داشت: "من هميشه يکي از طرفداران بزرگ نظريه هايي همچون نظريه ليکاوکا بوده ام، صرفاً به خاطر اين که چنين نظريه هايي همچنان ما را اميدوارمي کنند که ممکن است چيز مهم و بزرگي را در فضا پيدا کنيم. اگر تحقيقات برجسته اي همچون تحقيق پن ستارز چنين چيزي را پيدا نکنند، فکر مي کنم بهتر باشد کنارگذاشته شوند."
مثل هيمشه، اخترشناسان هستند که رأي نهايي را صادر مي کنند. جوييت مي گويد:"وقتي ما همه جاي آسمان را بررسي کرديم، خواهيم دانست که آيا چنين جرم آسماني مريخ مانندي در آن نوع مداري که ليکاوکا برايش ترسيم مي کند، وجود دارد يا خير؛ و اين پايان ماجرا خواهد بود."
پي‌نوشت‌ها:

1-Pluto
2-Govert Schiling
3-Patryk Lykawka
4-Kobe
5-Kuiper Belt
6-Renu Malhotra
7-Arizona
8-Tuscon
9-Percival Lowell
10-Clyde Tombaugh
11-Gerard Kuiper
12-Dave Jewitt
13-Jane Luu
14-Mauna Kea
15-Eris
16-Mike Brown
17-Chad Trujillo
18-David Robinowitz
19-Palomar
20-Mario Melita
21-Queen Mary
22-Adrian Brunini
23-La Plata
24-Queen
25-Belfast
26-Senda
27-Tadashi Mukai
28-Yoshihide Kozai
29-Malhotra
30-Alessandro Morbidelli
31-Cote d Azur
32-Nice
33-Hal Levison
34-Boulder
35-Colorado
36-Brown
37-Pan-STARS
38-Discovery Channel
39-Large Synoptic Survey.

منبع:نشريه دانشمند -ش 548
/خ