شیب زیاد اورانوس ممکن است نتیجه یک قمر گم شده باشد - دنیای راه راه

اورانوس (Uranus) سیاره ای بسیار عجیب است و یکی از عجیب ترین ویژگی های آن کج بودن کامل محور گردش آن است. این سیاره با 98 درجه انحراف محور گردش، بیشترین شیب را در منظومه شمسی را دارد و تقریبا به صورت عمود بر مدار خود دور خورشید، دور خودش می چرخد.

ستاره شناسان مدت ها گمان می کردند که مجموعه ای از برخوردهای بزرگ در اوایل شکل گیری اورانوس باعث چرخیدن آن به پهلو شده است اما تحقیقات تازه علت متفاوتی را نشان می دهد: قمری که از اورانوس دور شده است.

تمام سیارات منظومه شمسی به جز اورانوس، انحراف مداری کمتر از 30 درجه دارند اما اورانوس در جهت چرخش خود کج شده است و نه تنها بر چرخش سیاره بلکه بر حلقه ها و قمرهای آن نیز اثر گذاشته است و کل مجموعه عمود بر صفحه حرکت اورانوس به دور خورشید، دور سیاره می چرخند.

انحراف اورانوس به ویژه با توجه به اینکه غول یخی همسایه آن یعنی نپتون (Neptune) شیب معمولی و البته تاریخ شکل گیری مشابهی دارد، بسیار عجیب است. ستاره شناسان مدت ها گمان می کردند که حداقل یک برخورد بزرگ هنگام شکل گیری اورانوس اتفاق افتاده و باعث این انحراف شده است.

این برخورد در زمان مناسب و در حالی که اورانوس هنوز در مرحله پیش سیاره ای خود بود، انرژی کافی برای هل دادن و چرخاندن سیاره را فراوری نموده و سیاره پیش از تشکیل منظومه سیارات و قمرهای خود هم، به سمت بالا برنگشته است.

دانشمندان شواهدی هم برای پشتیبانی از این دیدگاه دارند. منظومه شمسی در دوران جوانی خود مکانی نسبتا خشن و پر برخورد بود، بنابراین سنگ های فضایی بزرگ زیادی در اطراف وجود داشته اند تا با اجرام اصلی مانند سیارات برخورد کند.

در مقابل، سیاره نپتون تفاوت های اندکی از جمله دمای متفاوت و مجموعه ای از قمرها با ویژگی های متفاوت دارد و کمی بزرگ تر هم هست. این موارد نشان می دهند که دو سیاره در جایی از روند شکل گیری خود، شرایط متفاوتی را تجربه نموده اند.

بدشانس ترین سیاره

فرضیه برخورد نقاط ضعفی هم دارد. در دوران اولیه منظومه شمسی، فقط یک سنگ فضایی بزرگ وجود نداشت که در پی یک هدف بدشانس باشد، بلکه تعداد زیادی اجرام سرگردان وجود داشت.

همه سیارات، به ویژه سیارات بیرونی، احتمالا در طول شکل گیری خود دچار برخوردهای زیادی شده اند. حتی سیارات درونی هم از این موضوع در امان نبودند. زمین در اوایل عمر خود با یک پیش سیاره به مقدار مریخ برخورد کرد و ماه را تشکیل داد.

اما اگر اورانوس بر اثر این ضربه تا این مقدار کج شده باشد، چرا این اتفاق برای دیگر سیارات رخ نداد؟ می توان گفت مشتری و زحل در نهایت بر اثر ایجاد ابرهای ضخیم گازی و با گذشت زمان می توانستند دوباره به حالت قبلی بازگردند.

اما نپتون تاریخچه مشابهی با اورانوس دارد و این دو غول یخی با وجود تفاوت های اندک بسیار شبیه به هم هستند: آن ها جو مشابهی دارند، هر دو دارای میدان های مغناطیسی درهم تنیده اند و مقدار ها، جرم ها و سرعت چرخش مشابهی دارند. پس چرا نپتون چنین شیبی ندارد؟

بنابراین دانشمندان در یک دوراهی مانده اند. شاید اورانوس به شدت بدشانس بوده است و بعضی شبیه سازی ها هم از ایده برخورد پشتیبانی می نمایند. اما شانسِ تنها، پاسخ قانع نماینده ای برای اخترشناسان نیست و آن ها باید تمام احتمالات دیگر را هم در نظر بگیرند.

پس شاید کج شدن اورانوس، ارتباطی به یک برخورد نداشته باشد و چنان که تیمی از دانشمندان در مقاله پذیرفته شده برای نشریه استرونومی اند استروفیزیکس (Astronomy and Astrophysics) بیان نموده اند، به قمرهای سیاره مرتبط باشد.

فرزند گم شده

منظومه شمسی در دوران اولیه خود چندان شبیه به ساختار امروزی نبود. به طور خاص سیارات غول پیکر احتمالا بسیار نزدیک تر به هم و بسیار نزدیک تر به خورشید شکل گرفته اند اما با گذشت زمان، برهم کنش میان آن ها، باعث فاصله گرفتن از یکدیگر شد و اورانوس و نپتون در دورترین نقاط جای گرفتند. در واقع، بعضی از مدل های منظومه شمسی حتی وجود پنجمین سیاره پرجرم را هم پیش بینی می نمایند که در طول این مهاجرت کاملا به بیرون پرتاب شده است.

هر یک از سیارات غول پیکر با مجموعه ای از قمرها شکل گرفتند، اما با مهاجرت سیارات چیدمان این قمرها هم تغییر کرد و در اثر دینامیک گرانشی پیچیده ای که در جریان بود، بعضی از سیارات قمرهایی را از دست دادند و به بعضی دیگر قمرهای تازه ای اضافه شد. بنابراین ممکن است اورانوس با یک قمر بزرگ متولد شده یا آن به تصرف خود درآورده باشد. قمری که اگر به مقدار کافی بزرگ بود، می توانست حتی باعث تغییر شیوه چرخش سیاره گردد.

طبق این دیدگاه، چرخش اورانوس احتمالا با یک شیب تصادفی اما کوچک شروع شده است. اما با گذشت زمان، این شیب در جهت چرخش سیاره که مانند یک فرفره غول پیکر تلوتلو می خورد، افزایش یافته است.

از سویی هرچند معمولا چرخش یک قمر احتیاج به انطباق دقیق با مقدار کج شدن سیاره مادر ندارد اما ممکن است در یک الگوی تشدید (رزونانس) با سیاره قفل گردد و بدین ترتیب افزایش شیب محور سیاره را در کنترل خود بگیرد. در اثر تشدید، نیروی گرانش قمر به آرامی سیاره را می کشد و آن را بیشتر کج می نماید.

مانند یک ریسمان نامرئی که به بالای سیاره متصل شده است، در طول میلیون ها سال، این شیب تندتر و تندتر می گردد و با ادامه این روند، مدار قمر به سیاره نزدیک تر می گردد. اگر این قمر اورانوس به مقدار کافی بزرگ بوده باشد، در عرض چند صد میلیون سال، می توانست شیب سیاره را بیش از 80 درجه تغییر دهد. در نهایت این قمر به اورانوس برخورد نموده و شیب سیاره را در موقعیت فعلی آن قفل می نماید.

این سناریو شرح می دهد که چرا اورانوس تا این حد منحصربه فرد است. این سیاره فقط یک قمر به مقدار 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 حلقه اورانوس و حلقه آن

Credit: Keck / Nasa

منبع: Space