اسرار کمربند کایپر و سیاره‌های کوتوله
امیلی لاکداوالا
ترجمه: شادی حامدی
کشف‌هایی که در این گوشه‌ی منظومه‌ی شمسی اتفاق می‌افتد دنیاهای اعجاب‌آور بسیاری را برای‌مان آشکار می‌کند. پس چرا فکر می‌کنیم که منظومه‌مان کوچک‌تر شده است؟
دختر من سه هفته پیش از آن روز تاریخی به دنیا آمد که انجمن بین‌المللی نجوم (IAU) رأی به حذف پلوتو از فهرست سیاره‌ها داد و «سیاره» را بازتعریف کرد. بنابراین، تا جایی که دختر من می‌داند، پلوتو سیاره نیست. معلم‌های او هم می‌دانند که پلوتو سیاره نیست. اما اگر سیاره نیست، پس چیست؟ وقتی دخترم این سؤال را از معلم‌هایش پرسیده، همه‌ی آن‌ها به او گفته‌اند که پلوتو درواقع نوعی ستاره است!
به نظر من این اظهارنظر حیرت‌انگیز است، اما در عین‌حال نمی‌توانم معلم‌ها را سرزنش کنم که چرا نمی‌دانند پلوتو چیست. منِ علاقه‌مند به کاوش‌های فضایی به‌خوبی می‌دانم که جایگاه پلوتو به‌سبب کشف‌های اخیرِ بیش از هزار جرم دیگر در همسایگی پلوتو و تغییر درک ما را از شکل منظومه‌ی شمسی‌مان تغییر کرد. هرچند، منِ مادر فهمیده‌ام که بازتعریف پلوتو به «سیاره‌ی کوتوله» منجر به حذف سریع آن از کتاب‌های درسی بچه‌ها، گِیم‌ها و اسباب‌بازی‌های آن‌ها شده است. بازتعریف به این سبب رخ داد که دانش ما دربارهی منظومه‌ی شمسی بیشتر شد، اما تغییر جایگاه پلوتو منجر به این شد که به بچه‌های‌مان (و شاید مهم‌تر، به
معلم‌های‌شان) کمتر بیاموزیم.
نه کاملاً کمربند. اجرام کمربند کایپر در جمعیت‌های متمایزی دسته‌بندی می‌شوند (سدنا استثناست) که براساس مدارهای‌شان، و رنگ سطح‌شان تشخیص‌پذیرند. تصویر بالا مدارهای بزرگ‌ترینِ این اجرام را در شرایطی نشان می‌دهد که صفحه‌ی مداری آن‌ها با صفحه‌ی مداری زمین یکی می‌بود. در تصویر پایین تمایل مدار اجرام بزرگ کمربند کایپر نسبت به صفحه‌ی مداری نپتون نمایش داده شده است. در این مقیاس صفحه‌ی مداری نپتون بر صفحه‌ی مداری دیگر سیاره‌های منظومه‌ی شمسی منطبق است. در این تصاویر مدارهای اجرام «کلاسیک سرد» نشان داده نشده‌اند. مدار آن‌ها هم مشابه «کلاسیک‌های داغ» ولی با تمایل کمتر است.
منِ آموزگار می‌خواستم این اشتباهِ «نوعی ستاره» را تصحیح کنم ولی اینجا بود که تازه به بی‌دانشیِ خودم پی بردم. می‌توانستم چند جرم کمربند کایپر (KBO) را نام ببرم، و می‌دانستم که حالا منظومه‌ی شمسی با شکل منظم نُه سیاره به ترتیبی که در کتاب‌های زمان کودکی‌ام خوانده بودم فرق می‌کند. اما شکلی ذهنی از منظومه‌ی شمسی جدید نداشتم که با آن پیش بروم. همه‌ی آن اجرام تازه‌کشف‌شده کجای این منظومه جای می‌گیرند؟ آیا کمربند کایپر فقط کمربند سیارکی دوم و یخ‌زده‌تر است، یا چیزی متفاوت؟ آیا همسایه‌های بزرگ پلوتو رابه‌شکل کراتی مجزا می‌شناسیم؟ راستی، فراتر از نپتون چه خبر است؟ کمی روی این موضوع کار کردم و با چند اخترشناس مطرح بحث‌های طولانی داشتم، و حالا می‌توانم برای شما (و خودم) تصویری از منظومه‌ی شمسی جدید ارائه کنم. اینجا مجبورم پایان ماجرا را لو بدهم: کمربند کایپر فقط کمربند سیارکی دوم نیست. شکل فعلی این کمربند سرنخ‌هایی از پازل شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی به دست می‌دهد. و اگر شما از آن دسته‌اید که می‌گویند پلوتو را باید همچنان سیاره بدانیم، به شما نشان می‌دهم که دست‌کم صد سیاره‌ی دیگر به‌جز این هشت‌تایی که اکنون نام می‌بریم وجود دارند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
آن‌ها همه‌جا هستند بررسی کمربند کایپر قابلیت‌های همه‌ی روش‌های رصدی را بسط می‌دهد زیرا این اجرام بسیار کم‌نور و و بسیار سردند. نخست، آنچه همه‌ی اخترشناسان می‌توانستند انجام بدهند آشکارسازی آن‌ها و محاسبه‌ی مدارشان بود. مدار پلوتو نمونه‌ی جمعیت بزرگی از اجرام KBO است؛ مداری کاملاً کشیده، متمایل نسبت به صفحه‌ی دایره‌البروج که مدار هشت سیاره را در خود جای داده است، و با رزونانس مداری ۲:۳ با نپتون؛ یعنی دقیقاً هر سه‌بار که نپتون به دور خورشید می‌گردد پلوتو دوبار می‌گردد. با ابداع اخترشناسی سی‌سی‌دی-محور در دهه‌ی ۱۹۸۰/۱۳۶۰، دیوید جُویت (اکنون در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس) و جِین لو (اکنون در آزمایشگاه لینکلن MIT) توانستند نخستین جست‌وجوی مدرنِ آسمان را برای همسایگی پلوتو انجام بدهند.
آن‌ها نخستین جرم را در سال ۱۹۹۲/۱۳۷۱ کشف کردند و کشف‌های بیشتر در سال‌های بعد اتفاق افتادند. زمانی که چند ده جرم فرانپتونی کشف شده بودند، کاملاً روشن بود که نپتون حاکم این منطقه از منظومه‌ی شمسی است: بسیاری از دیگر اجرام یخی همان رزونانس مداری ۲:۳ پلوتو را، و حتی بسیاری هم رزونانس ۱:۲، با نپتون داشتند. تقریباً همه‌ی اجرام دیگر هم در رزونانس‌هایی بین این دو بودند، و در فواصل ۳۸ تا ۴۸ واحد نجومی در گردش بودند.
همان‌طور که اخترشناسان اجرام بیشتر و بیشتری کشف می‌کردند، الگوها و گروه‌بندی‌های دیگری رخ نشان دادند. اجرامی فراتر از حدّ نهاییِ ۴۸ واحد نجومی هم وجود داشتند ولی حتی آنجا هم نپتون حاکم بود. همه‌ی آن‌ها، به‌جز یکی، مدارهای بسیار کشیده‌ای دارند که سرانجام آن‌ها را به همین گوشه‌ی متراکم کمربند بازمی‌گردانند. فرقی نمی‌کند که این اجرام «پراکنده» چقدر دور می‌شوند، آن‌ها همیشه بازمی‌گردند.
آن استثنای یگانه کره‌ای تنها به نام سِدنا است که بعداً درباره‌اش حرف می‌زنم.
همین‌طور که اخترشناسان با بررسی دقیق‌تر و مفصل‌تر رنگ اجرامْ کشف‌های بیشتری انجام دادند، به نکته‌ی شگفت‌آور دیگری رسیدند: برخلاف کمربند سیارک‌ها، در این کراتِ یخیْ تنوع بی‌نظیری از رنگ‌ها، از خاکستریِ خنثی تا قرمز، دیده می‌شد. رنگ‌ها معمولاً نشان‌دهنده‌ی ترکیبات هر جرم و بنابراین تاریخچه‌ی آن جرم‌اند اما بین مکان این اجرام KBO و رنگ‌شان ارتباطی وجود نداشت که بلافاصله آشکار شود.
با کشف‌های بیشتر و بیشتر، دانشمندان علم دینامیک دریافتند که بخش «کلاسیک» کمربند کایپر – یعنی بخشی با رزونانس مداری ۲:۳ تا ۱:۲ و فاصله‌ی ۳۸ تا ۴۸ واحد نجومی – شامل دو جمعیت کاملاً مجزا اما گاه هم‌پوشان از اجرام است. اجرام در کمربند کلاسیکِ «سرد» مدارهایی تقریباً دایره‌ای و تمایل مداری کمی دارند؛ احتمالاً وقتی دربارهی کمربند کایپر فکر می‌کنید آن را این‌چنین می‌بینید. اجرام در کمربند کلاسیکِ «داغ» نیز مدارهای دایره‌ای دارند با تمایل مداری بسیار بیشتر. البته به یاد داشته باشید که این دسته‌بندی‌ها فقط مته به خشخاش گذاشتن از نوع نجومی نیستند: این‌ها دو جمعیت‌اند که تفاوت رنگ‌شان بارز است. احتمالاً اجرام داغ تاریخچه‌ای متفاوت با اجرام سرد داشته‌اند؛ با این حال همه در ناحیه‌ی یکسانی از فضا در مدارند.
همه‌ی این‌ها چه معنایی دارد؟ سرنخ اصلی این ماجرا کلاً در خارج از منظومه‌ی شمسی به دست آمد! در همان‌زمان که کمربند کایپر برای نخستین‌بار بررسی می‌شد، اخترشناسان شروع به کشف سیاره‌هایی به دور ستاره‌های دیگر نیز کردند. بسیاری از این سیاره‌های فراخورشیدی نام «مشتری داغ» به خود گرفتند؛ یعنی سیاره‌هایی غول‌پیکر در مدارهایی بسیار نزدیک به ستاره‌شان. باتوجه به دانشِ (هرچند اندکِ) ما دربارهی شکل‌گیری سیاره‌ها، ممکن نبود این سیاره‌های گازیِ جوشان در مکان فعلی خود شکل گرفته باشند. این یعنی این سیاره‌های غول‌پیکر باید در مکانی دور از ستاره‌شان شکل گرفته و بعد به نواحی دورنی‌تر مهاجرت کرده باشند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
پلوتو و بچه‌هایش. در این تصویرِ ترکیبی از سه نوردهیِ سه‌دقیقه‌ای، که با دوربین زاویه‌باز شماره‌ی ۳ تلسکوپ فضایی هابل در تاریخ ۷ ژوییه ۲۰۱۲ / ۱۷ تیر ۱۳۹۱گرفته و با هم ترکیب شده‌اند، هر پنج قمر پلوتو آشکار شده‌اند. روشنایی پلوتو و کارن کاهش داده شده تا بقیه بهتر دیده شوند و نوارهای افقی کم‌نور نویزهای ایجادشده در عکس‌اند.
پژوهشگران چنین نتیجه گرفتند که اگر مشتری‌های فراخورشیدی می‌توانند به نواحی درونی مهاجرت کنند، پس حتماً سیاره‌های غول‌پیکر منظومه‌ی ما هم سر جای اصلی‌شان نیستند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که اگر نپتون از زمان شکل‌گیری‌اش به سوی نواحی خارجی‌تر مهاجرت کرده و وارد کمربندی کهن از اجرام دنباله‌دارمانند شده باشد، تعدادی از آن‌ها را خورده است و بقیه را مانند توپ‌های بیلیارد در منظومه‌ی شمسی پراکنده کرده، برخی را در دام رزونانس مداری انداخته و برخی را به سوی نواحی درونی‌تر و خورشید فرستاده است.
تعدادی از اجرامی که به سوی نواحی درونی در حرکت بودند، به‌سلامت در نواحی خارجی منظومه‌ی شمسی ماندند و گروه تروژان را تشکل دادند. اما اغلبِ این مسافران به حرکت‌شان ادامه دادند. درنتیجه، سیلی از دنباله‌دارها به سوی نواحی داخلی منظومه‌ی شمسی به راه افتاد که شاید عامل دوره‌ی آخر بمباران شدید باشد که چند صدمیلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی پی‌درپی بر سر سیاره‌ها و قمرهای داخلی منظومه‌ی ما ضربه زد.
بنابراین توزیع فعلی مدارها در کمربند کایپر صحنه‌ی جرم است و مدارکی را از ویرانی‌های به‌جامانده از حمله‌ی نپتون به این قلمرو در خود حفظ کرده است. هرچند متخصصان علم دینامیک هنوز نمی‌دانند که نپتون چطور این جنایت را مرتکب شده است؛ نمی‌توان تاریخچه‌ای از حرکات نپتون نوشت؛ حرکاتی که این جمعیت‌های «برانگیخته»ی متعدد (اجرام گرفتار در رزونانس مداری، اجرام پراکنده، و اجرام کلاسیک داغ) را در کمربند کایپر ایجاد کرده ولی درعین‌حال قرص کلاسیک سرد را دست‌نخورده باقی گذاشته است.
در اوایل دهه‌ی ۲۰۰۰/۱۳۸۰، مایک براون (کلتک)، چاد تروخیو (رصدخانه‌ی جمینی شمالی)، و دیوید رابینوویتز (دانشگاه یِیل) جست‌وجوهای جدیدی را به‌کمک CCD آغاز کردند که مخصوص آشکارسازی اجرام فرانپتونی بزرگ طراحی شده بودند. نتیجه‌ی این جست‌وجوها کشف برخی از بزرگ‌ترین اجرام شناخته‌شده در این محدوده بود. کشف اجرام KBO در سال ۲۰۰۳/۱۳۸۲ با حدود ۲۰۰ جرم جدید به اوج خود رسید. در سال ۲۰۱۱/۱۳۹۰، کمتر از ۲۰ جرم KBO کشف شدند. علت کاهش‌یافتن تعداد کشف‌ها این نیست که همه‌ی اجرام درخشان کشف و تمام شده‌اند بلکه این است که گروه اخترشناسانی که بر این محدوده‌ی دوردست منظومه‌ی شمسی کار می‌کردند تمرکز کارشان را از توضیح جمعیت‌های گوناگون KBO به بررسی تک‌تک آن‌ها تغییر داده‌اند.
"کانوت"
