معمای گمشده‌های منظومه شمسی؛ آیا دو سیاره ناپدید شده‌اند؟

منظومه شمسی یکی از پایدارترین و آشناترین واقعیت‌های زندگی بشر است. هر اتفاقی که روی زمین رخ دهد، سیاره‌ها همچنان به گردش خود به دور خورشید ادامه می‌دهند، الگوهای قابل پیش‌بینی در آسمان ایجاد می‌کنند و در صفحه مداری منظومه شمسی در نظمی چشمگیر قرار دارند.اما شاید اوضاع همیشه به این اندازه منظم نبوده باشد.

به گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert ؛ بر اساس یکی از شناخته‌شده‌ترین مدل‌های شکل‌گیری منظومه شمسی اولیه، موسوم به مدل Nice model، منظومه شمسی ممکن است زمانی دو سیاره بیشتر از امروز داشته باشد؛ یعنی به جای دو غول یخی کنونی، چهار غول یخی در آن حضور داشته‌اند. امروزه تنها Uranus و Neptune از آن گروه باقی مانده‌اند.

با این حال، پژوهش جدیدی که این فرضیه را مورد آزمایش قرار داده، به مشکلی جدی برخورد کرده است.

شبیه‌سازی گذشته‌ای پرآشوب

اخترشناسان با شبیه‌سازی دوره پرتلاطم اولیه منظومه شمسی – زمانی که این سیاره‌های فرضی احتمالاً از منظومه بیرون رانده شدند – دریافتند که این سناریو پیامدهای خشونت‌باری برای قمرهای اورانوس به همراه داشته است؛ پیامدهایی که با وضعیت کنونی این قمرها همخوانی ندارد.

این یافته نشان می‌دهد که داستان شکل‌گیری منظومه شمسی و رسیدن آن به نظم امروزی هنوز کامل نشده و پرسش‌های زیادی بی‌پاسخ مانده‌اند.

تیمی به سرپرستی اخترفیزیک‌دان Matthew Clement در مقاله خود نوشته‌اند:

«این نتایج سه پیامد احتمالی دارد.»

1. قمرهای اورانوس در آن دوران پرتلاطم چندین بار بی‌ثبات شده و حتی با یکدیگر برخورد کرده‌اند.
2. نسخه فعلی مدل نیس نیازمند بازنگری است.
3. منظومه شمسی حاصل یک مسیر تکاملی بسیار نادر بوده که در آن برخوردهای نزدیک میان اورانوس و دیگر سیاره‌های غول‌پیکر تقریباً رخ نداده است.

زمانی که منظومه شمسی شبیه یک دستگاه پین‌بال بود

دانشمندان معتقدند منظومه شمسی اولیه بسیار آشفته‌تر از امروز بوده است. در آن دوران، سیاره‌های غول‌پیکر در میان دیسکی از بقایای مواد اولیه منظومه حرکت می‌کردند و برهم‌کنش‌های گرانشی آن‌ها احتمالاً باعث بی‌ثباتی گسترده در بخش بیرونی منظومه شده بود.

برای توضیح این آشفتگی گرانشی، پژوهشگران در سال ۲۰۰۵ مدل نیس را ارائه کردند.

نسخه‌های جدید این مدل پیشنهاد می‌کنند که منظومه شمسی در آغاز ممکن بود یک یا حتی دو غول یخی اضافی داشته باشد. در این سناریو، هر شش سیاره غول‌پیکر از محل اولیه خود جابه‌جا شدند و این جابه‌جایی موجی از بی‌ثباتی را در سراسر منظومه ایجاد کرد.

در نهایت، چهار سیاره غول‌پیکر باقی‌مانده در مدارهای امروزی خود قرار گرفتند و دو سیاره دیگر به فضای میان‌ستاره‌ای پرتاب شدند.

چرا قمرهای اورانوس مشکل‌ساز شدند؟

محققان برای بررسی دقیق‌تر این فرضیه، سرنوشت قمرهای Jupiter و اورانوس را در دو سناریو شبیه‌سازی کردند:

* وجود یک غول یخی اضافی
* وجود دو غول یخی اضافی

آن‌ها طیف گسترده‌ای از شرایط اولیه ممکن را بررسی کردند؛ بسیار بیشتر از آنچه در مطالعات پیشین در نظر گرفته شده بود.

نتایج شگفت‌انگیز بود.

در بیشتر شبیه‌سازی‌ها، قمرهای اورانوس دچار آشفتگی شدید شدند؛ برخی با یکدیگر برخورد کردند، برخی از مدار خود خارج شدند و برخی دیگر تغییرات مداری چشمگیری را تجربه کردند.

در مقابل، قمرهای مشتری وضعیت بهتری داشتند. اما حفظ هم‌زمان سامانه قمری هر دو سیاره در طول این آشفتگی‌ها بسیار دشوار از آب درآمد.

پژوهشگران تنها یک سناریو یافتند که در آن تمام قمرهای مشتری و اورانوس از این بی‌ثباتی جان سالم به در می‌برند.

دو احتمال بزرگ پیش روی دانشمندان

اگر مدل نیس درست باشد، دو توضیح اصلی باقی می‌ماند:

* منظومه شمسی مسیر تکاملی بسیار نادر و کم‌احتمالی را طی کرده که در آن مشتری و اورانوس تقریباً از برخوردهای شدید در امان مانده‌اند.
* سامانه کنونی قمرهای اورانوس پس از برخوردها و آشوب‌های گرانشی عظیم دوباره شکل گرفته است.

در حالت دوم، اورانوس دست‌کم دو بار دچار رویدادهای فاجعه‌بار شده است؛ نخست رویدادی که محور این سیاره را به شدت کج کرد و دوم بی‌ثباتی ناشی از سناریوی مدل نیس که سامانه قمری آن را به هم ریخت.

آیا مدل نیس ناقص است؟

البته احتمال سومی نیز وجود دارد: اینکه مدل نیس هنوز کامل نیست.

این موضوع چندان هم عجیب نخواهد بود، زیرا دانشمندان در تلاش‌اند رویدادهایی را بازسازی کنند که حدود ۴ میلیارد سال پیش رخ داده‌اند.

پژوهشگران در پایان می‌نویسند:

«بسیار محتمل است که هیچ‌یک از سناریوهای بی‌ثباتی مدل‌سازی‌شده تاکنون، دقیقاً شامل همان توالی برخوردها و تعاملاتی نباشند که تمام ویژگی‌های کنونی منظومه شمسی را بازتولید کند.»

آن‌ها تأکید می‌کنند که نتایج این مطالعه باید انگیزه‌ای برای تحقیقات آینده باشد؛ پژوهش‌هایی که بتوانند پیامدهای مسیرهای برخوردی مختلف را در تاریخچه منظومه شمسی با دقت بیشتری بررسی کنند.

جمع‌بندی

این پژوهش جدید نشان می‌دهد که تاریخ منظومه شمسی احتمالاً بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد. اگر واقعاً دو سیاره غول‌پیکر در گذشته از منظومه شمسی بیرون رانده شده باشند، ردپای این رویداد باید در قمرهای سیارات باقی مانده باشد. اما وضعیت کنونی قمرهای اورانوس با این داستان به‌طور کامل سازگار نیست؛ موضوعی که یکی از بزرگ‌ترین معماهای مربوط به شکل‌گیری منظومه شمسی را وارد مرحله‌ای تازه کرده است.