جریان کشف سیاره‌ی جدید منظومه‌ی شمسی چیست؟

به نظر می‌رسد دوباره منظومه‌ی شمسی صاحب ۹ سیاره شده است. دیروز دو ستاره‌شناس مشهور گفتند که ممکن است در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی، سیاره‌ی خیلی بزرگی وجود داشته باشد. یک سیاره‌ی خیلی بزرگ که احتمالا هم اندازه‌ی سیاره‌ی نپتون است و هر ۱۵ هزار سال یک بار دور خورشید می‌گردد. این سیاره احتمالا در نزدیک‌ترین حالت، ۲۰۰ برابر فاصله‌ی خورشید تا زمین با ما فاصله دارد.

دانشمندانی که این ادعا را مطرح کرده‌اند، می‌گویند شاید زمانی در حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش و وقتی منظومه‌ی شمسی تازه در حال شکل گرفتن بوده، این سیاره در نواحی داخلی منظومه‌ی شمسی بوجود آمده و سپس به دلایلی، به بیرون پرت شده و اکنون در مداری به شدت بیضوی دور خورشید گردش می‌کند. این دو ستاره‌شناس شواهد خیلی قدرتمندی برای ادعای خود مطرح می‌کنند. بسیاری از ادعاهای قبلی پایه و اساس خیلی محکمی نداشتند. ولی این شواهد جدید را دو نفر از دانشمندان سیاره‌شناس مشهور به نام «کنستانتین باتیگین» (Konstantin Batygin) و «مایک براون» (Mike Brown) از انستیتوی فناوری کالیفرنیا در پاسادنا ارائه داده‌اند.

آن‌ها با بررسی دقیق مدار اجرام دوردست‌ منظومه‌ی شمسی و ماه‌ها شبیه‌سازی کامپیوتری این ادعا را مطرح کرده‌اند. براون می‌گوید: «اگر بگویید ما شواهدی مبنی بر وجود سیاره‌ی ایکس داریم، تقریبا همه‌ی ستاره‌شناسان می‌گویند، دوباره؟ این‌ها دیوانه شده‌اند! ولی چرا این بار داستان تفاوت می‌کند؟ معلوم است، چون که ما درست می‌گوییم!»

بقیه‌ی دانشمندان می‌گویند که محاسبات این دو خیلی جالب است و نتایج قابل تاملی ارائه می‌دهد. «گریگوری لافلین» (Gregory Laughlin) که یک سیاره‌شناس از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز است می‌گوید: «نکته‌ی جالب [درباره‌ی این سیاره]، قابل کشف بودن آن است.»

باتیگین و براون وجود این سیاره را از روی حرکت عجیب ۶ جرم منظومه‌ی شمسی که فراسوی مدار نپتون قرار دارند و از قبل هم آن‌ها را می‌شناختیم، حدس می‌زنند. آن‌ها می‌گویند که این اجرام در قسمتی از مدار خود نزدیک به یکدیگر قرار می‌گیرند و اصطلاحا خوشه‌ای می‌شوند. احتمال اینکه این وضعیت به صورت اتفاقی بوجود آید، فقط ۰.۰۰۷ درصد یا یک در ۱۵ هزار است. در عوض آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که احتمالا سیاره‌ای به اندازه‌ی ۱۰ برابر زمین باعث شده این ۶ جرم بدین شکل در مدار عجیب بیضوی خود که در ضمن نسبت به صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی انحراف دارد قرار بگیرند.

سیاره‌ی فرضی احتمالا هم اندازه‌ی نپتون است، هر ۱۵ هزار سال دور خورشید می‌گردد و نزدیک‌ترین فاصله‌ی آن، ۲۰۰ واحد نجومی است.

مدار این سیاره‌ی احتمالی نیز به همین شکل با صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی انحراف دارد. در ضمن مدار آن چنان به دوردست‌های منظومه‌ی شمسی می‌رود که همه‌ی فرض‌های قبلی ما درباره‌ی مکانیک منظومه‌ی شمسی را به هم می‌ریزد. نزدیک‌ترین فاصله‌ی این سیاره به خورشید، ۲۰۰ واحد نجومی (AU) است. هر واحد نجومی برابر فاصله‌ی متوسط زمین تا خورشید است. بنابراین سیاره‌ی مذکور در نزدیک‌ترین حالت، حدود هفت برابر فاصله‌ی نپتون تا خورشید از ما دور است. اوج یا بیشترین فاصله‌ی مداری آن تا خورشید هم احتمالا چیزی در حدود ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ واحد نجومی است. یعنی اینکه اوج مداری آن به فراسوی کمربند کوییپر می‌رسد.  کمربند کوییپر منطقه‌ای مملو از اجرام کوچک سنگی و یخی است که از حدود سیاره‌ی نپتون و فاصله‌ی ۳۰ واحد نجومی شروع می‌شود.

باتیگین و براون می‌گویند که اگر سیاره‌ی ایکس وجود داشته باشد، ستاره‌شناسان باید اجرام بیشتری که تحت تاثیر گرانش آن هستند را پیدا کنند. با این حال براون اذعان می‌کند که تا این سیاره با تلسکوپ رصد نشود، کسی وجود آن را واقعا باور نخواهد کرد. او می‌گوید: «تا زمانی که این سیاره مستقیم کشف شود، وجود آن فقط یک فرض خواهد بود، هرچند که فرضیه‌ای کاملا قدرتمند باشد.» این دو برای کشف مستقیم سیاره‌ی ایکس جستجو با تلسکوپ سوبارو واقع در هاوایی را شروع کرده‌اند و امیدوارند دیگر ستاره‌شناسان هم به آن‌ها ملحق شوند.

باتیگین و براون نتایج تحقیق خود را در نشریه‌ی «استرونومیکال ژورنال» (Astronomical Journal) منتشر کردند. «الساندرو موربیدلی» (Alessandro Morbidelli) که یک دینامیک‌شناس سیاره‌ای در رصدخانه‌ی نیس فرانسه است خیلی دقیق مقاله‌ی آن‌ها را مطالعه کرده و می‌گوید که باتیگین و براون استدلال خیلی قدرتمندی ارائه کردند و خود او کاملا قانع شده که سیاره‌ای در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی وجود دارد.

جالب این‌جاست که براون یکی از کسانی بود که باعث شد پلوتو از لیست رسمی سیارات منظومه‌ی شمسی حذف شود. او در سال ۲۰۰۵، جرمی به نام «اریس» (Eris) را کشف کرد. اریس یک جرم یخی دوردست‌های منظومه‌ی شمسی و تقریبا هم اندازه‌ی پلوتو است. با کشف اریس، ما فهمیدیم که پلوتو یک جرم خیلی عادی در کمربند کوییپر است و بنابراین نیازی نیست آن را جزو سیارات به حساب آوریم چرا که ظاهرا اجرام بیشتری به اندازه‌ی آن وجود دارد. بنابراین از سال ۲۰۰۶ پلوتو از لیست سیارات منظومه‌ی شمسی خارج شد و آن را سیاره‌ی کوتوله نامیدند.

باتیگین در سمت راست و براون در سمت چپ. براون کاشف اجرامی به نام سدنا، اریس و حالا سیاره‌ی احتمالی جدید است.

ولی حالا ظاهرا براون می‌خواهد دوباره تعداد سیارات منظومه‌ی شمسی را به ۹ عدد برساند. روش او هم خیلی قدیمی است، وقتی سیاره‌ای را نمی‌بینیم، کافیست اثرات گرانشی آن روی اجرام نزدیکش را بررسی کنیم. این کار قبلا هم انجام شده بود. مثلا در سال ۱۸۴۶، ریاضی‌دانی فرانسوی از روی ناهنجاری‌هایی که در مدار سیاره‌ی اورانوس وجود داشت، وجود سیاره‌ای دیگر فراسوی آن را پیش‌بینی کرد. سپس مدار این سیاره‌ی احتمالی محاسبه شد و ستاره‌شناسان رصدخانه‌ی برلین توانستند به طور مستقیم آن را رصد کنند. این سیاره‌ی جدید را نپتون نامیدند.

با این حال همچنان قسمتی از ناهنجاری‌های مدار اورانوس برای ستاره‌شناسان نامفهوم بود. بنابراین آن‌ها حدس زدند که ممکن است به جز نپتون، سیاره‌ی دیگری هم وجود دارد که بر مدار اورانوس تاثیر می‌گذرد. در سال ۱۹۰۶ فردی ثروتمند به نام «پرسیوال لوول» (Percival Lowell) از رصدخانه‌ی شخصی خود در آریزونا شروع به جستجو به دنبال این سیاره‌ی احتمالی کرد. در سال ۱۹۳۰ پلوتو کشف شد، ولی این جرم خیلی کوچک بود و نمی‌توانست تاثیرات معناداری روی مدار اورانوس ایجاد کند. نیم قرن بعد محاسباتی که بر پایه‌ی داده‌های فضاپیمای وویجر بدست آمده بود مشخص کرد که مدار اورانوس و نپتون اصلا هیچ نقصی ندارد و اساسا نیازی به وجود سیاره‌ای دیگر نیست.

سیاره‌ی نپتون از روی ناهنجاری‌هایی که در مدار سیاره‌ی اورانوس می‌گذاشت ابتدا پیش‌بینی و سپس به طور مستقیم کشف شد. این اتفاق تاریخی باعث شد که دانشمندان به محض دیدن ناهنجاری یا حرکت عجیب دیگر اجرام منظومه‌ی شمسی به سوی این ایده که ممکن است یک جرم بزرگ ناپیدا مسئول ایجاد این ناهنجاری‌ها باشد، بروند.

با این حال علاقه به کشف سیاره‌ی ایکس همچنان باقی ماند. مثلا در دهه‌ی ۱۹۸۰ پژوهشگران پیشنهاد کردند که ممکن است یک ستاره‌ی کوتوله‌ی قهوه‌ای با منحرف کردن دنباله‌دارها از مدار خود و فرستادن آن‌ها به داخل منظومه‌ی شمسی، مسئول انقراض‌های دوره‌ای روی زمین بوده است. در دهه‌ی ۱۹۹۰ هم ستاره‌شناسان پیشنهاد کردند که ممکن است سیاره‌ای به اندازه‌ی مشتری در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی وجود دارد و بعضی دنباله‌دارها با مدار عجیب را به داخل منظومه‌ی شمسی می‌فرستد. جالب‌تر این‌جاست که دقیقا همین یک ماه پیش، پژوهشگران ادعا کردند تابش خیلی ضعیف مایکروویو یک سیاره‌ی سنگی در فاصله‌ی ۳۰۰ واحد نجومی را یافته‌اند. آن‌ها این کشف را با آرایه‌ی تلسکوپ‌ّهای رادیویی «آلما» (ALMA) انجام دادند.

براون اولین تلاش‌های خود برای یافتن اجرامی در مرزهای بیرونی منظومه‌ی شمسی را سال ۲۰۰۳ انجام داد. او توانست «سدنا» (Sedna) را کشف کند. جرمی که از اریس و پلوتو کوچک‌تر است. مدار سدنا چنان بیضوی بود که باعث شد در آن زمان دورترین جرم منظومه‌ی شمسی لقب بگیرد. حضیض سدنا یا همان نزدیک‌ترین فاصله‌ی آن به خورشید، ۷۶ واحد نجومی است. یعنی کاملا فراسوی کمربند کوییپر و خارج از حوزه‌ی نفوذ گرانشی نپتون قرار می‌گیرد. معنی این اتفاق مشخص بود، جرمی خیلی بزرگ آن‌سوی مدار نپتون باید سدنا را در این مدار عجیب قرار داده باشد.

البته لزومی ندارد آن جرم خیلی بزرگ یک سیاره باشد، یک ستاره‌ی گذرنده از نزدیک منظومه‌ی شمسی هم می‌توانسته این کار را انجام داده باشد. شاید اصلا آن زمان که منظومه‌ی شمسی تازه در حال شکل گرفتن بوده، ستاره‌های زیادی دور و اطراف وجود داشته که به نوبه‌ی خود این تاثیر را گذاشته‌اند.

از آن زمان تعداد دیگری جرم یخی در مدارهای مشابه کشف شد. براون می‌گوید وقتی سدنا و پنج جرم دیگری که در مدارهای مشابه بودند را بیشتر بررسی کردیم، متوجه شدیم که آن‌ها احتمالا تحت تاثیر گرانش یک ستاره آن‌جا قرار نگرفته‌اند و حتما باید سیاره‌ای بزرگ آن دور و اطراف وجود داشته باشد. براون که اریس و سدنا را کشف کرده، می‌گوید سومی، یعنی سیاره‌ی ایکس از همه هیجان‌انگیزتر است. او می‌گوید: «کشتن پلوتو بامزه بود. کشف سدنا از نظر علمی جالب بود. ولی این‌یکی، یک سر و گردن از بقیه بالاتر است.»

در سال ۲۰۱۴ «اسکات شپرد» (Scott Sheppard) و «چاد تروهیو» (Chad Trujillo) مقاله‌ای منتشر کردند و گفتند که جرمی به نام VP113 را کشف کرده‌اند. جرمی بسیار دوردست که هیچ‌وقت خیلی به خورشید نزدیک نمی‌شود. این دو به خوبی از معنی حرفشان مطلع بودند. آن‌ها شروع به بررسی مدار سدنا و VP113 بعلاوه‌ی ۱۰ جرم دیگر آن منطقه کردند. این دو متوجه شدند که این اجرام در حضیض مداری، به صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی نزدیک می‌شوند. صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی یا همان دایره‌البروج همان صفحه‌ای است که زمین و بیشتر سیارات موازی با آن به دور خورشید می‌گردند. شپرد و تروهیو در مقاله‌ای به تجمع عجیب این اجرام نزدیک دایره‌البروج اشاره کردند و گفتند که شاید یک سیاره‌ی بزرگ دوردست این اجرام را به نزدیک دایره‌البروج می‌آورد.

در همان سال، باتیگین و براون در کلتک درباره‌ی این نتایج گفتگو کردند. آن‌ها متوجه شدند الگویی که شپرد و تروهیو به آن رسیدند فقط نیمی از داستان بوده است. نه تنها حضیض آن‌ها نزدیک به صفحه‌ی دایره‌البروج رخ می‌دهد، بلکه حضیض این اجرام خیلی به هم نزدیک است. این را به خوبی می‌توان در تصویر زیر دید.

در این تصویر می‌توان مدار سیارات منظومه‌ی شمسی، اجرامی دوردست مثل سدنا و مداری که برای سیاره‌ی احتمالی کشف شده پیشنهاد شده است را دید. این اجرام به طرز عجیبی حضیض نزدیک به هم دارند. احتمال می‌رود که سیاره‌ی ایکس این حضیض نزدیک را ایجاد کرده باشد.

باتیگین و براون شروع به بررسی دوباره‌ی ۶ جرم کوچک موجود در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی کردند. آن‌ها مدل‌های کامپیوتری زیادی را با در نظر گرفتن حضور سیاره‌ی ایکس ساختند. مدل‌های کامپیوتری به آن‌ها نشان داد که اندازه‌ی احتمالی این سیاره باید بین ۵ تا ۱۵ برابر زمین باشد. آن‌ها متوجه شدند که احتمالا جهت مدار گردش این سیاره به دور خورشید باید با جهت گردش ۶ جرم دیگر متضاد باشد. مدار این ۶ جرم مدار سیاره‌ی ایکس را قطع می‌کند، ولی نه زمانی که این سیاره نزدیک آن‌ها است و می‌تواند آن‌ها را کاملا پراکنده یا جذب کند. دو ماه پیش هم مشخص شد که سیاره‌ی ایکس باید مدار اجرامی که از قسمت بالا و پایین، تقریبا عمود به دایره‌البروج وارد قسمت داخلی منظومه‌ی شمسی می‌شوند را شکل دهد.

شپرد که به همراه تروهیو قبلا مشکوک به وجود سیاره‌ی ایکس شده بودند می‌گوید: «[باتیگین و براون] نتایج ما را یک مرحله جلو بدند. آن‌ها در دینامیک عمیق شدند. چیزی که چاد و من خیلی در آن خوب نیستیم. به همین دلیل است که می‌گویم خیلی هیجان انگیز است.»

دیگران مثل «دیو جویت» (Dave Jewitt) که کمربند کوییپر را کشف کرد بیشتر محتاط هستند. او می‌گوید از آن‌جا که براون و باتیگین تعداد اجرام مورد بررسی خود را به ۶ عدد کاهش دادند، ادعای آن‌ها را ضعیف کرده است. او می‌گوید: «من نگرانم کشف یک جرم جدید که در این گروه نیست، کل فرض آن‌ها را به هم بریزد.»

یک مشکل اصلی را رصدخانه‌ی «وایز» (WISE) ناسا ایجاد کرد. رصدخانه‌ای فضایی که همه‌ی آسمان را به دنبال نور ضعیف فروسرخ کوتوله‌های قهوه‌ای و سیاره‌های گازی خیلی بزرگ جستجو می‌کند. طبق آن‌چه در سال ۲۰۱۳ از داده‌های این رصدخانه بدست آمد و تحقیق «کوین لومان» (Kevin Luhman) از دانشگاه پنسیلوانیا، باید سیاره‌ای خیلی بزرگ به اندازه‌ی زحل یا حتی بزرگتر در فاصله‌ی ۱۰ هزار واحد نجومی وجود داشته باشد. ولی لومان می‌گوید که اگر سیاره‌ی ایکس به اندازه‌ی نپتون یا کوچکتر باشد، تلسکوپ وایز نباید بتواند آن را ببیند. با این حال اذعان می‌کند که شانس کوچکی برای یافتن این سیاره‌ی کوچکتر در طول موج‌هایی که دماهای کمتر را ثبت می‌کنند وجود دارد. رصدخانه‌ی وایز این کار را برای ۲۰ درصد آسمان انجام داده و لومان اکنون در حال آنالیز آن داده‌ها است.

حتی اگر باتیگین و براون بتوانند دیگر ستاره‌شناسان را قانع کنند که سیاره‌ی ایکس وجود دارد، همچنان یک مشکل دیگر باقی می‌ماند. اینکه چطور سیاره این‌قدر از خورشید دور شده است؟ در این فواصل، قرص پیش سیاره‌ای پر از گاز و غبار باید آن‌قدر باریک و رقیق ‌بود که هیچ سیاره‌ای نتواند تشکیل شود. در ضمن حتی اگر سیاره‌ای کوچک می‌توانست تشکیل شود، آن‌قدر در مدار خود آهسته حرکت می‌کرد که نمی‌توانست این همه بزرگ شود.

در عوض براون و باتیگین پیشنهاد می‌کنند سیاره‌ی ایکس خیلی نزدیک‌تر به خورشید و در جایی به اندازه‌ی فاصله‌ی مشتری، زحل، اورانوس یا نپتون تشکیل شد. مدل‌های کامپیوتری نشان می‌دهند که منظومه‌ی شمسی اولیه مثل یک میز بیلیارد خیلی شلوغ با دهها و هزاران هسته‌ی سازنده‌ی سیاره‌ای بوده است. به جز سیاراتی که اکنون می‌بینیم، ممکن است سیاره‌ی بزرگ دیگری هم در این مکان متولد شده و بر اثر تنش‌های گرانشی به بیرون منظومه‌ی شمسی پرت شده است.

البته توضیح اینکه چرا این سیاره هیچ وقت دوباره به داخل منظومه‌ی شمسی وارد نشد یا اینکه اصلا چرا برای همیشه این سامانه را ترک نکرد مشکل است. ولی باتیگین می‌گوید که ممکن است گازهای باقی مانده در قرص پیش سیاره‌ای توانسته به میزان کافی از سرعت سیاره بکاهد و در نتیجه باعث شود سیاره در منظومه‌ی شمسی باقی بماند. این تنها در صورتی ممکن است که این سیاره فقط ۳ تا ۱۰ میلیون سال پس از تولد منظومه‌ی شمسی به بیرون پرت شده باشد. زمانی که هنوز این سامانه پر از غبار و گاز بود.

احتمالا این سیاره در منظومه‌ی شمسی تشکیل شده بوده و بر اثر تنش‌های گرانشی به تدریج به مداری در دوردست‌های منظومه‌ی شمسی منتقل شده است.

به هر صورت فراتر از همه‌ی این بحث‌ها، مهم این است که بتوانیم سیاره‌ی ایکس را پیدا کنیم. هم اکنون نیز ستاره‌شناسان ایده‌های خوبی برای اینکه دقیقا کجا را نگاه کنند دارند، ولی به هر صورت یافتن این سیاره کار آسانی نخواهد بود. از آن‌جا که اجرام با مدار خیلی بیضوی وقتی به خورشید نزدیک می‌شوند سریع حرکت می‌کنند، سیاره‌ی ایکس هم زمان خیلی کمی را در فاصله‌ی ۲۰۰ واحد نجومی می‌گذراند. در ضمن براون می‌گوید که اگر این سیاره اکنون در حضیض بود، آن‌قدر پرنور بود که ستاره‌شناسان تا حالا آن را یافته بودند.

در عوض احتمالا سیاره‌ی ایکس بیشتر اوقات در اوج مداری است و خیلی آهسته در فاصله‌ی ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ واحد نجومی در مدار خود حرکت می‌کند. خوشبختانه بیشتر تلسکوپ‌های بزرگ دنیا می‌توانند اجرامی در آن فاصله را رصد کنند. مثل تلسکوپ فضایی هابل یا تلسکوپ‌های ۱۰ متری کک. با این حال میدان دید آن‌ها خیلی کوچک است و درست مثل این می‌شود که بخواهید در انبار کاه دنبال سوزن بگردید.

ممکن است تلسکوپ ۸ متری ژاپنی سوبارو در هاوایی بتواند تا حدی این جستجو را آسان کند. این تلسکوپ هم توانایی جمع آوری نور زیادی دارد و هم میدان دید آن خیلی باز است. تقریبا ۷۵ برابر میدان دید تلسکوپ کک. این تلسکوپ به ستاره‌شناسان کمک می‌کند بتوانند هر شب قسمت بزرگی از آسمان را رصد کنند. باتیگین و براون جستجوی خود با تلسکوپ سوبارو را شروع کرده‌اند و شپرد و تروهیو هم با همین تلسکوپ به آن‌ها ملحق شده‌اند. براون می‌گوید که ۵ سال طول می‌کشد بتوانند بیشتر مکان‌هایی که امکان حضور سیاره‌ی ایکس وجود دارد را رصد کنند.

تلسکوپ ژاپنی سوبارو به دلیل توانایی جمع‌آوری نور زیاد و میدان دید بزرگ برای یافتن این سیاره مناسب است.

اگر این سیاره پیدا شود نام آن را باید چه بگذاریم؟ براون می‌گوید خیلی زود است بخواهیم نگران نام‌گذاری آن باشیم. اکنون او و باتیگین آن را صرفا سیاره‌ی نهم می‌خوانند. براون اشاره می‌کند نه اورانوس و نه نپتون که جدید کشف شدند را کاشفان آن‌ها نام‌گذاری نکردند و این خیلی خوب است. او درباره‌ی بزرگی این کشف می‌گوید: «مثل این است که قاره‌ای جدید را روی زمین کشف کرده باشیم.» او مطمئن است سیاره‌ی ایکس برخلاف پلوتو لیاقت اینکه سیاره نامیده شود را دارد.

ویدیوی زیر که درباره‌ی این کشف توضیح می‌دهد را حتما ببینید.

.

منبع: Science Mag