اخترشناسان با کمک تلسکوپهای پیشرفته در حال ترسیم نقشه دقیقتری از کمربند کویپر هستند؛ ناحیهای اسرارآمیز در مرزهای منظومه شمسی.
به گزارش تکراتو و به نقل از arstechnica، فراتر از مدار نپتون، حلقهای گسترده از بقایای باستانی، معماهای دینامیکی و شاید حتی یک یا دو سیاره پنهان قرار دارد.
کمربند کویپر ناحیهای از اجرام یخزده است که حدود 30 تا 50 برابر دورتر از فاصله زمین تا خورشید امتداد دارد و شاید حتی بسیار فراتر از این محدوده کشیده شده باشد، هرچند هنوز کسی از مرز دقیق آن خبر ندارد. این منطقه از زمان کشفش در دهه 1990 در هالهای از ابهام قرار داشته است.
در 30 سال گذشته، اخترشناسان حدود 4000 جرم کمربند کویپر را فهرست کردهاند؛ از جمله چند سیاره کوتوله، دنبالهدارهای یخی و بقایای بهجامانده از شکلگیری سیارات.
با این حال انتظار میرود در سالهای آینده و با ورود دادههای تلسکوپهای پیشرفتهتر، این تعداد تا 10 برابر افزایش یابد. بهویژه رصدخانه ورا سی.
روبین در شیلی با پروژه اصلی خود به نام پیمایش میراث فضا و زمان که از سال گذشته آغاز به کار کرده، این منطقه تاریک را روشنتر خواهد کرد. دیگر رصدخانههای نسل جدید مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز به تمرکز دقیقتر بر این کمربند کمک خواهند کرد.
رنو مالهوترا، استاد پژوهشهای علمی لوئیز فوکار مارشال و استاد علوم سیارهای در دانشگاه آریزونا، میگوید فراتر از نپتون نوعی سرشماری از اجرام منظومه شمسی در اختیار داریم، اما این دادهها حاصل مجموعهای پراکنده از پیمایشهاست و همچنان فضای زیادی برای اجرامی که ممکن است از قلم افتاده باشند وجود دارد.
او میافزاید مهمترین کاری که روبین انجام خواهد داد، پر کردن شکافهای دانشی ما درباره محتویات منظومه شمسی است و این پروژه سرشماری و شناخت ما را به شکل چشمگیری ارتقا خواهد داد.
در نتیجه، اخترشناسان خود را برای سیلی از کشفیات در این مرز جدید آماده میکنند؛ کشفیاتی که میتواند به پرسشهای بنیادینی پاسخ دهد. آیا سیارههای تازهای در کمربند یا فراتر از آن پنهان شدهاند؟
این ناحیه تا چه فاصلهای امتداد دارد؟ و آیا نشانههایی از برخوردهای فاجعهبار گذشته میان جهانها، چه بومی و چه میانستارهای، در این مجموعه نسبتاً دستنخورده از گذشتههای دور ثبت شده است؟
امیر سراج، دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه پرینستون که کمربند کویپر را مطالعه میکند، میگوید با توجه به دادههای پیمایش میراث فضا و زمان، این حوزه بهزودی به یکی از داغترین زمینههای پژوهشی تبدیل خواهد شد.
کمربند کویپر در واقع گورستانی از بقایای سیارهای است که حدود 4.6 میلیارد سال پیش و در دوران شکلگیری آشفته منظومه شمسی، به فاصلههای دور از خورشید پراکنده شدند. پلوتو نخستین جرم این کمربند بود که بیش از نیم قرن پیش از کشف رسمی خود کمربند شناسایی شد.
از دهه 1990 تاکنون، اخترشناسان چند سیاره کوتوله دیگر مانند اریس و سدنا و هزاران جرم کوچکتر را در این منطقه یافتهاند. هرچند کمربند کویپر کاملاً ایستا نیست، اما تا حد زیادی مانند یک کپسول زمان از دوران آغازین منظومه شمسی باقی مانده و میتوان از آن سرنخهایی درباره شکلگیری سیارات استخراج کرد.
برای نمونه، این کمربند ساختارهای عجیبی در خود دارد که شاید نشانه برخوردهای گذشته میان سیارات غولپیکر باشد. یکی از این ساختارها خوشهای از اجرام موسوم به هسته است که در فاصله حدود 44 واحد نجومی قرار دارد. هر واحد نجومی معادل فاصله زمین تا خورشید، یعنی حدود 93 میلیون مایل است.
منشأ این هسته هنوز مشخص نیست، اما یکی از فرضیههای مطرح میگوید اجرام تشکیلدهنده آن که به کلاسیکهای سرد معروفاند، بیش از 4 میلیارد سال پیش و در جریان مهاجرت نپتون به بیرون منظومه شمسی، همراه این سیاره کشیده شدهاند؛ مهاجرتی که احتمالاً مسیری پرنوسان داشته است.
وس فریزر، اخترشناس رصدخانه اخترفیزیکی دومینیون در شورای ملی پژوهش کانادا، توضیح میدهد که بر اساس ایدهای که دیوید نسوورنی مطرح کرده، نپتون تحت تأثیر دیگر غولهای گازی کمی جابهجا شده و نوعی جهش انجام داده است؛ سناریویی که به نپتون جهنده معروف است.
او این وضعیت را به برفروبی تشبیه میکند که هنگام حرکت، تیغه خود را بالا میبرد و تودهای از برف را پشت سر باقی میگذارد. به گفته فریزر، هسته کمربند کویپر نیز به همین شکل شکل گرفته است.
به بیان دیگر، نپتون هنگام مهاجرت به بیرون، این اجرام را با خود کشید، اما در لحظه جهش، پیوند گرانشی خود را با آنها از دست داد و این اجرام در الگویی متمایز و شکلگرفته بهدست نپتون در کمربند کویپر باقی ماندند.
سال گذشته، امیر سراج و استادانش در دانشگاه پرینستون با استفاده از الگوریتمی جدید که 1650 جرم کمربند کویپر را بررسی میکرد، به دنبال ساختارهای پنهان دیگر رفتند؛ تعدادی که حدود 10 برابر بیشتر از پژوهش سال 2011 به رهبری ژان-روبر پتی بود که نخستین بار هسته را شناسایی کرد.
نتایج این مطالعه حضور هسته اصلی را تأیید کرد و همچنین از وجود هسته درونی احتمالی در فاصله حدود 43 واحد نجومی خبر داد، هرچند برای تأیید قطعی این یافته به پژوهشهای بیشتری نیاز است.
به گفته سراج، اکنون دو توده در فاصلههای 43 و 44 واحد نجومی دیده میشود و هنوز مشخص نیست که بخشی از یک ساختار واحد هستند یا خیر، اما در هر صورت میتوانند سرنخهایی درباره مهاجرت نپتون یا فرایند دیگری که این تودهها را شکل داده، ارائه دهند.
با کشف هزاران جرم دیگر در سالهای آینده بهوسیله روبین و دیگر تلسکوپها، ماهیت و منشأ این ساختارهای مرموز روشنتر خواهد شد و شاید پنجرههای تازهای به سوی گذشته پرتلاطم منظومه شمسی بگشاید.
در کنار بازسازی زندگی آغازین سیارات شناختهشده، پژوهشگران کمربند کویپر در جستوجوی سیارات ناشناخته نیز هستند. مشهورترین نمونه، سیاره فرضی نهم یا سیاره ایکس است که در سال 2016 پیشنهاد شد.
برخی دانشمندان معتقدند اگر این سیاره وجود داشته باشد، اثر گرانشی آن میتواند مدارهای خوشهای غیرعادی در کمربند کویپر را توضیح دهد، هرچند جایگاه احتمالی آن چند صد واحد نجومی فراتر از کمربند است.
سراج و همکارانش همچنین احتمال وجود جهانی هماندازه عطارد یا مریخ با نام سیاره وای را مطرح کردهاند که ممکن است در فاصلهای حدود 80 تا 200 واحد نجومی قرار داشته باشد.
رصدخانه روبین توانایی شناسایی چنین جهانهای فرضی را دارد، اما پیشبینی ویژگیهای سیاراتی که در این فاصله دور از خورشید پنهان شدهاند، چالشبرانگیز است.
فریزر میگوید ما هیچ اطلاعی از جو و سطح سیارات غول گازی یا غول یخی در فاصلههای 200 تا 400 واحد نجومی نداریم و از ترکیب شیمیایی آنها نیز بیخبریم. به گفته او، هر بار که سیارهای فراخورشیدی را بررسی میکنیم، رفتارش با پیشبینیهای مدلهای ما متفاوت است.
او حتی احتمال میدهد سیاره نهم جرمی بسیار تاریک شبیه گلولهای قیری باشد که به دلیل تاریکی شدید تاکنون دیده نشده است.
فریزر میگوید کشف چنین جرمی برای او شگفتآور نخواهد بود و تأکید میکند اگر جرمی شبیه زمین در کمربند وجود داشته باشد، ترکیب آن قطعاً با زمین، مریخ یا زهره در بخش درونی منظومه شمسی متفاوت خواهد بود.
رصدخانههایی مانند روبین و تلسکوپ فضایی جیمز وب ممکن است این خلأهای دانشی را پر کنند و حتی سیارات پنهان را بیابند. با این حال، حتی اگر نبود سیارهای در این ناحیه تأیید شود، خود این نتیجه نیز دستاوردی مهم خواهد بود.
مالهوترا میگوید فضای زیادی برای کشف اجرام بزرگ وجود دارد و اگر چنین اجرامی یافت شوند فوقالعاده خواهد بود، اما نیافتن آنها نیز اطلاعات ارزشمندی به ما میدهد.
به گفته او، اگر تا فاصلهای مشخص سیارهای پیدا نشود، میتوان برآورد کرد که فرایند شکلگیری سیارات تا چه اندازه کارآمد یا ناکارآمد بوده است و این امر برخی عدمقطعیتهای مدلهای کنونی را کاهش خواهد داد.
یکی دیگر از پرسشهای مهم درباره کمربند کویپر، مرزهای آن است. این کمربند در حدود 50 واحد نجومی بهطور ناگهانی کمتراکم میشود؛ لبهای که به صخره کویپر معروف است. این ویژگی عجیب نشان میدهد منظومه شمسی در مقایسه با بسیاری از سامانههای دیگر، کمربند بقایای کوچکی دارد.
فریزر میگوید منظومه شمسی تا حدی عجیب به نظر میرسد، زیرا فراتر از این لبه هیچ مدرکی از وجود قرص ماده گستردهتری نداریم، در حالی که در بیشتر سامانههای ستارهای دارای قرص بقایا، این قرصها بسیار بزرگتر هستند.
او توضیح میدهد اگر قرص بقایایی در فاصله مثلاً 100 واحد نجومی پیدا شود، منظومه شمسی دیگر عجیب نخواهد بود و در حد متوسط قرار میگیرد.
در سال 2024، فریزر و همکارانش نشانههایی از جمعیتی کشفنشده از اجرام احتمالی در فاصله حدود 100 واحد نجومی ارائه کردند، هرچند تأکید میکند اینها تنها نامزدهای اولیه هستند و هنوز وجود حلقه بیرونی پنهان تأیید نشده است.
با این حال حتی روبین نیز ممکن است نتواند اجرام کوچک و بسیار دوری را که میتوانند حد بیرونی تازهای برای کمربند کویپر باشند، آشکار کند و باید منتظر گذر زمان ماند.
در حالی که اخترشناسان برای این جهش بزرگ در شناخت کمربند کویپر آماده میشوند، پاسخ به برخی بنیادیترین پرسشهای ما در گرو این رصدهاست. این منطقه با ثبت تقریباً دستنخوردهای از آغاز منظومه شمسی، رازهایی از اعماق گذشته را حفظ کرده است.
شاید در آنجا اژدهایی وجود نداشته باشد، اما بهاحتمال زیاد سیارات پنهان، ساختارهایی شگفتانگیز و کشفیاتی فراتر از تصور ما در انتظارند.
