ورود یک سیاره جدید به منظومه شمسی!

غزال زیاری: اوموآموا در سال ۲۰۱۷ از منظومه شمسی ما عبور کرد تا رسماً اولین جرم بین ستاره ای تائید شده ای لقب گیرد که وارد منظومه ما شده است. دو سال بعدازآن و در سال ۲۰۱۹، Comet ۲l و Borisov نیز دو جرم بین ستاره ای (ISO) تائید شده ای عنوان گرفتند که به منظومه شمسی ما سرزده اند.

سفر ISO ها به منظومه شمسی

طبیعتاً در تاریخچه طولانی منظومه شمسی ISO های بیشتری از منظومه ما بازدید کرده اند و قطعاً در آینده نیز بازدیدهای بیشتری را شاهد خواهیم بود. بدیهی است که تعداد بیشتری از این اشیای بین ستاره ای در کیهان وجود دارند و انتظار می رود که رصدخانه ورا روبین در آینده تعداد بیشتری از این اجرام را رصد و کشف کند.

دراین بین، این احتمال هم وجود دارد که خورشید بتواند یک ISO یا یک سیاره سرگردان (سیاره بی ستاره) را به همان روشی که برخی از سیارات قمرهایشان را جذب کرده اند، به داخل منظومه شمسی کشیده و بدین ترتیب شاهد معرفی سیاره دیگری در منظومه شمسی باشیم.

همه چیز به فضای فاز بستگی دارد

درصورتی که ناگهان عضو جدیدی به منظومه شمسی بالغ و آرام ما بپیوندد، چه اتفاقی می افتد؟ همه چیز به جرم این جسم و مداری که در آن قرار خواهد گرفت بستگی دارد.

این، یک آزمایش فکری جالب است. در موقعیت های قبلی، Borisov و اوموآموا اجرام کوچک تری بودند؛ اما اگر یک سیاره سرگردان حجیم تر به منظومه شمسی ما وارد شود، ممکن است هرج ومرج های مداری ایجاد کرده و به صورت بالقوه مسیر زندگی روی زمین را تغییر دهد؛ هرچند که این اتفاقی تقریباً غیرممکن است.

اگر می پرسید که این سناریو چقدر محتمل است، باید به یادداشت تحقیقاتی جدید در مکانیک آسمانی و نجوم دینامیکی اشاره کنیم که نشان می دهد که چگونه منظومه شمسی ما می تواند یک ISO  را جذب کند.

تیتر این مقاله “اسیر کردن دائمی در منظومه شمسی” است و نویسندگان آن از اعضای سابق ناسا و اعضای فعلی تیم تلاش های علوم فضایی هستند.

فضای فاز، عبارتی ریاضی است که وضعیت یک سیستم دینامیکی مثل منظومه شمسی ما را توصیف می کند و در آن از مختصاتی استفاده می شود که موقعیت و حرکت را نشان می دهند. فضای فاز درواقع مثل یک فضای چندبعدی است که شامل تمام تنظیمات مداری ممکن به دور خورشید است و وضعیت یک سیستم دینامیکی را با ردیابی هر دو ویژگی موقعیت و تکانه ثبت می کند.

فضای فاز منظومه شمسی ما دارای نقاطی است که ISO می تواند خود را ازنظر گرانشی به خورشید متصل کند. این فضا، پیچیده است و براساس مکانیک همیلتونی بنا شده؛ چیزهایی شبیه به گریز از مرکز مداری، محور نیمه اصلی و میل مداری همگی در آن نقش دارند و درنتیجه فضای فاز درواقع به عنوان یک منظره چندبعدی درک می شود.

آشنایی با فضای فاز منظومه شمسی

این فضا در منظومه شمسی ما، شامل دو نوع نقطه جذب (اسیر کردن اجرام) است: ضعیف و دائمی.

نقاط جذب ضعیف، مناطقی در فضا هستند که در آن یک جسم می تواند به صورت موقت، به یک مدار نیمه پایدار کشیده شود. این نقاط اغلب جایی هستند که لبه های بیرونی مرزهای گرانشی اجسام به هم می رسند و بیشتر شبیه تلنگرهای گرانشی هستند تا پذیرش مداری.

اما نقاط جذب دائمی، مناطقی در فضا هستند که در آن یک جسم می تواند به شکل دائم در یک مدار ثابت گرفتار و اسیر شود. تکانه زاویه ای و انرژی یک جسم، پیکربندی های دقیقی هستند که به آن کمک می کند تا مدارش را حفظ کند. در منظومه های سیاره ای، این نقاط جذب دائمی، پیکربندی های مداری پایداری هستند که برای دوره های زمانی بسیار طولانی باقی می مانند.

ازآنجاکه فضای فاز منظومه شمسی ما، بسیار پیچیده است و شامل بسیاری از اجسام متحرک و مختصات متغیر آن ها می شود، تغییرات ظریف در مختصات فضای فاز می تواند به اجسام اجازه انتقال بین حالت های جذب دائمی و ضعیف را بدهد. به علاوه تفاوت های ظریف در ISO یا سیارات سرگردان (بی ستاره) می تواند آن ها را به این نقاط هدایت کند.

نویسندگان این مقاله، اسیر شدن دائمی یک ISO در منظومه شمسی را بدین ترتیب توصیف می کنند: «اسیر شدن دائمی یک جسم کوچک (بانام فرضی P) از فضای بین ستاره ای، در مدار خورشید (که به اختصار S نامیده می شود) زمانی اتفاق می افتد که P هرگز نتواند به فضای بین ستاره ای برگردد و در آینده در منظومه شمسی اسیر می ماند و بدون برخورد با خورشید به حرکتش ادامه می دهد.»

دراین بین، محققان دیگری هم به بررسی این سناریو پرداخته اند، اما گام را فراتر گذاشته اند: «P علاوه بر آنکه برای همیشه اسیر می شود، ضعیف نیز خواهد شد.» این موضوع، حول محور مشکل دشوار سه بدنه می چرخد. برخلاف تحقیقات قبلی که از سیاره مشتری به عنوان جسم سوم استفاده می شد، در این بررسی از نیروی جزر و مدی کهکشان به عنوان جسم سوم، همراه با P و S استفاده شده است. در توضیح این مقاله می خوانیم: «این نیروی جزر و مدی تأثیر قابل توجهی بر ساختار فضای فاز در محدوده سرعت و فاصله ای از خورشید که در نظر داریم، دارد.»

تمرکز این مقاله بر ماهیت نظری فضای فاز و اسیر شدن ISO است و به مطالعه درباره خواص دینامیکی و توپولوژیکی نوع خاصی از اسارت دائمی به نام جذب ضعیف دائمی که برای زمان بی نهایت رخ می دهد می پردازد. جسمی که دائماً به شکل ضعیفی اسیر می شود، گرچه هرگز فرار نمی کند، اما به مدار ثابت و پایداری هم نمی رسد و بدون آنکه با ستاره ای برخورد کند، به اسارت نزدیک می شود.

بحث های زیادی درباره وجود سیارات سرگردان وجود ندارد. ستارگان در گروه هایی تشکیل می شوند و درنهایت در منطقه وسیع تری پراکنده می شوند و ازآنجاکه ستارگان میزبان سیارات هستند، برخی از سیارات قبل از آنکه ستاره ها از هم جدا شوند، از طریق فعل وانفعالات گرانشی پراکنده خواهند شد. طبق توضیح نویسندگان این مقاله، معماری نهایی هر منظومه شمسی با پراکندگی سیاره-سیاره، علاوه بر پروازهای ستاره ای منظومه های ستاره ای در حال شکل گیری مجاور شکل می گیرد؛ چراکه برخوردهای نزدیک ممکن است سیارات و اجرام کوچک را از منظومه بیرون بکشد و این ها سیارات سرگردان یا بی ستاره نامیده می شوند.

وقتی این سیارات کنار هم جمع می شوند، احتمالاً پرتاب سیاره از پراکندگی سیاره-سیاره اولیه و برخوردهای ستاره ای و در تکامل بعدی یک منظومه شمسی چند سیاره ای رخ می دهد و شواهد زیادی از تعداد بالای سیارات سرگردانی که آزادانه در فضای بین ستاره ای شناورند وجود دارد که این ادعایی بحث برانگیز است.

جمع بندی ماجرا چیست؟

محققان یک مقطع تصویری برای فضای فاز منظومه شمسی ایجاد کردند و به محاسبه این موضوع پرداختند که چند سیاره سرگردان در مجاورت منظومه شمسی ما قرار دارند.

در همسایگی خورشیدی ما تا شعاع شش پارسک (هریک پارسک معادل ۳۰٫۸۶ تریلیون کیلومتر یا ۳٫۲۶ سال نوری است) در امتداد خورشید، ۱۳۱ ستاره و کوتوله قهوه ای وجود دارند. اخترشناسان می دانند که حداقل چندین مورد از آن ها میزبان سیاره ها هستند و همه آن ها ممکن است میزبان سیاراتی باشند که هنوز شناسایی نشده اند.

هر یک میلیون سال، حدود دو تا از همسایگان ستاره ای ما در فاصله سال نوری زمین قرار می گیرند و انتظار می رود شش ستاره در پنجاه هزار سال آینده از نزدیکی زمین عبور کنند.

مرز بیرونی ابر اورت (نام مکانی که خیلی از دنباله دارها از آن سرچشمه می گیرند) حدود ۱.۵ سال نوری از زمین ما فاصله دارد و بدین ترتیب برخی از این برخوردهای ستاره ای ممکن است به راحتی اجرام را از این ابر جدا کرده و به سمت داخلی منظومه شمسی بفرستند. این اتفاق قبلاً بارها رخ داده است. حالا محققان روزنه هایی را در فضای فاز منظومه شمسی شناسایی کرده اند که می تواند به برخی از این اجرام، یا ISO ها و یا سیارات سرگردان اجازه دهد تا به اسیری ضعیف دائمی برسند. این روزنه ها در کره تپه خورشید هستند؛ منطقه ای که گرانش خورشید، نیروی گرانشی غالب برای گرفتن ماهواره ها است و در جهت مرکز کهکشان یا مخالف آن با خورشید ۳.۸۱ سال نوری فاصله دارند.

طبق گفته نویسندگان این مقاله، جذب و اسیر کردن ضعیف دائمی اجرام بین ستاره ای در منظومه شمسی از طریق این روزنه ها امکان پذیر است؛ چراکه آن ها به شکلی پر هرج ومرج در کره تپه حرکت می کنند تا با چرخه های بی نهایت شان جذب دائمی از خورشید را به طور خودسرانه انجام دهند.

این اجرام هرگز با خورشید برخورد نمی کنند و ممکن است به شکلی دائمی اسیر شوند؛ بنابراین یک سیاره سرگردان می تواند مدار سیاراتی را که ممکن است قابل تشخیص باشد، مختل کند.

ما هنوز در روزهای اولیه درک ISO و سیارات سرگردان هستیم و تنها می دانیم که آن ها وجود دارند؛ اما نمی دانیم چند تا یا کجا هستند. حالا رصدخانه ورا روبین ممکن است چشمان ما را به روی این اشیای سرگردان جذاب باز کند و حتی ممکن است نشان دهد که چگونه در برخی مناطق جمع می شوند و از برخی مناطق اجتناب می کنند. درعین حال می دانیم که اگر آن ها به هر یک از منافذ در کره تپه خورشید نزدیک باشند، ممکن است هر آن تصمیم به ماندن بگیرند و مهمان منظومه شمسی ما شوند.

منبع: sciencealert

58321