شیب زیاد اورانوس ممکن است نتیجه‌ی یک قمر گم شده باشد
دانشمندان سناریوی تازه‌ای را به‌عنوان دلیل شیب زیاد محور چرخش اورانوس مطرح کرده‌اند که می‌تواند از جنبه‌های گوناگون این پدیده را توضیح دهد.
«اورانوس» (Uranus) سیاره‌ای بسیار عجیب است و یکی از عجیب‌ترین ویژگی‌های آن کج بودن کامل محور گردش آن است. این سیاره با ۹۸ درجه انحراف محور گردش، بیشترین شیب را در منظومه‌ی شمسی را دارد و تقریبا به‌صورت عمود بر مدار خود دور خورشید، دور خودش می‌چرخد.
ستاره‌شناسان مدت‌ها گمان می‌کردند که مجموعه‌ای از برخوردهای عظیم در اوایل شکل‌گیری اورانوس باعث چرخیدن آن به پهلو شده است اما تحقیقات جدید دلیل متفاوتی را نشان می‌دهد: قمری که از اورانوس دور شده است.
تمام سیارات منظومه‌ی شمسی به جز اورانوس، انحراف مداری کمتر از ۳۰ درجه دارند اما اورانوس در جهت چرخش خود کج شده است و نه تنها بر چرخش سیاره بلکه بر حلقه‌ها و قمرهای آن نیز اثر گذاشته است و کل مجموعه عمود بر صفحه‌ی حرکت اورانوس به دور خورشید، دور سیاره می‌چرخند.
انحراف اورانوس به‌ویژه با توجه به اینکه غول یخی همسایه‌ی آن یعنی «نپتون» (Neptune) شیب معمولی و البته تاریخ شکل‌گیری مشابهی دارد، بسیار عجیب است. ستاره‌شناسان مدت‌ها گمان می‌کردند که حداقل یک برخورد بزرگ هنگام شکل‌گیری اورانوس رخ داده و باعث این انحراف شده است.
این برخورد در زمان مناسب و در حالی که اورانوس هنوز در مرحله‌ی پیش‌سیاره‌ای خود بود، انرژی کافی برای هل دادن و چرخاندن سیاره را تولید کرده و سیاره پیش از تشکیل منظومه‌ی سیارات و قمرهای خود هم، به سمت بالا برنگشته است.
دانشمندان شواهدی هم برای پشتیبانی از این دیدگاه دارند. منظومه‌ی شمسی در دوران جوانی خود مکانی نسبتا خشن و پر برخورد بود، بنابراین سنگ‌های فضایی بزرگ زیادی در اطراف وجود داشته‌اند تا با اجرام اصلی مانند سیارات برخورد کند.
در مقابل، سیاره‌ی نپتون تفاوت‌های اندکی از جمله دمای متفاوت و مجموعه‌ای از قمرها با ویژگی‌های متفاوت دارد و کمی بزرگ‌تر هم هست. این موارد نشان می‌دهند که دو سیاره در جایی از روند شکل‌گیری خود، شرایط متفاوتی را تجربه کرده‌اند.
بدشانس‌ترین سیاره
فرضیه‌ی برخورد نقاط ضعفی هم دارد. در دوران اولیه‌ی منظومه‌ی شمسی، فقط یک سنگ فضایی بزرگ وجود نداشت که به دنبال یک هدف بدشانس باشد، بلکه تعداد زیادی اجرام سرگردان وجود داشت.
نگاه کاوشگر وویجر ۲ به اورانوس
Credit: NASA/JPL
همه‌ی سیارات، به‌ویژه سیارات بیرونی، احتمالا در طول شکل‌گیری خود دچار برخوردهای زیادی شده‌اند. حتی سیارات درونی هم از این موضوع در امان نبودند. زمین در اوایل عمر خود با یک پیش‌سیاره به اندازه‌ی مریخ برخورد کرد و ماه را تشکیل داد.
اما اگر اورانوس بر اثر این ضربه تا این اندازه کج شده باشد، چرا این اتفاق برای دیگر سیارات رخ نداد؟ می‌توان گفت مشتری و زحل در نهایت بر اثر ایجاد ابرهای ضخیم گازی و با گذشت زمان می‌توانستند دوباره به حالت قبلی بازگردند.
اما نپتون تاریخچه‌ی مشابهی با اورانوس دارد و این دو غول یخی با وجود تفاوت‌های اندک بسیار شبیه به هم هستند: آن‌ها جو مشابهی دارند، هر دو دارای میدان‌های مغناطیسی درهم‌تنیده‌اند و اندازه‌ها، جرم‌ها و سرعت چرخش مشابهی دارند. پس چرا نپتون چنین شیبی ندارد؟
بنابراین دانشمندان در یک دوراهی مانده‌اند. شاید اورانوس به‌شدت بدشانس بوده است و برخی شبیه‌سازی‌ها هم از ایده‌ی برخورد پشتیبانی می‌کنند. اما شانسِ تنها، پاسخ قانع‌کننده‌ای برای اخترشناسان نیست و آن‌ها باید تمام احتمالات دیگر را هم در نظر بگیرند.
پس شاید کج شدن اورانوس، ارتباطی به یک برخورد نداشته باشد و چنان‌که تیمی از دانشمندان در مقاله‌ی پذیرفته شده برای نشریه‌ی «استرونومی اند استروفیزیکس» (Astronomy and Astrophysics) بیان کرده‌اند، به قمرهای سیاره مرتبط باشد.
فرزند گم شده
منظومه‌ی شمسی در دوران اولیه‌ی خود چندان شبیه به ساختار امروزی نبود. به‌طور خاص سیارات غول‌پیکر احتمالا بسیار نزدیک‌تر به هم و بسیار نزدیک‌تر به خورشید شکل گرفته‌اند اما با گذشت زمان، برهم‌کنش میان آن‌ها، باعث فاصله گرفتن از یکدیگر شد و اورانوس و نپتون در دورترین نقاط جای گرفتند. در واقع، برخی از مدل‌های منظومه‌ی شمسی حتی وجود پنجمین سیاره‌ی پرجرم را هم پیش‌بینی می‌کنند که در طول این مهاجرت کاملا به بیرون پرتاب شده است.
هر یک از سیارات غول‌پیکر با مجموعه‌ای از قمرها شکل گرفتند، اما با مهاجرت سیارات چیدمان این قمرها هم تغییر کرد و در اثر دینامیک گرانشی پیچیده‌ای که در جریان بود، برخی از سیارات قمرهایی را از دست دادند و به برخی دیگر قمرهای تازه‌ای اضافه شد. بنابراین ممکن است اورانوس با یک قمر عظیم متولد شده یا آن به تصرف خود درآورده باشد. قمری که اگر به اندازه‌ی کافی بزرگ بود، می‌توانست حتی باعث تغییر شیوه‌ی چرخش سیاره شود.
طبق این دیدگاه، چرخش اورانوس احتمالا با یک شیب تصادفی اما کوچک آغاز شده است. اما با گذشت زمان، این شیب در جهت چرخش سیاره که مانند یک فرفره‌ی غول‌پیکر تلوتلو می‌خورد، افزایش یافته است.
روند احتمالی چرخش محور اورانوس
Credit: MIT
از سویی هرچند معمولا چرخش یک قمر نیاز به انطباق دقیق با میزان کج شدن سیاره‌ی مادر ندارد اما ممکن است در یک الگوی تشدید (رزونانس) با سیاره قفل شود و بدین ترتیب افزایش شیب محور سیاره را در کنترل خود بگیرد. در اثر تشدید، نیروی گرانش قمر به آرامی سیاره را می‌کشد و آن را بیشتر کج می‌کند.
مانند یک ریسمان نامرئی که به بالای سیاره متصل شده است، در طول میلیون‌ها سال، این شیب تندتر و تندتر می‌شود و با ادامه‌ی این روند، مدار قمر به سیاره نزدیک‌تر می‌شود. اگر این قمر اورانوس به اندازه‌ی کافی بزرگ بوده باشد، در عرض چند صد میلیون سال، می‌توانست شیب سیاره را بیش از ۸۰ درجه تغییر دهد. در نهایت این قمر به اورانوس برخورد کرده و شیب سیاره را در موقعیت فعلی آن قفل می‌کند.
این سناریو توضیح می‌دهد که چرا اورانوس تا این حد منحصربه‌فرد است. این سیاره فقط یک قمر به اندازه‌ی کافی بزرگ داشته است (موضوعی که رایج است) و سپس در تشدید با روند کج شدن سیاره قرار گرفته (چیزی که آنچنان رایج نیست که برای نپتون هم روی دهد) و پس از برخورد با اورانوس، از آن دور شده است.
عکس کاور: شیب زیاد حلقه‌ی اورانوس و حلقه‌ی آن
Credit: Keck / Nasa
منبع: Space
