شاید منظومه شمسی روزگاری بسیار شلوغتر از امروز بوده است. میلیاردها سال پیش، در آن سوی مدار زحل، احتمالاً علاوهبر اورانوس و نپتون، یک یا دو غول یخی دیگر نیز در مدارهایی فشرده و ناپایدار به دور خورشید میچرخیدند. این سیارههای عظیم بارها از نزدیکی یکدیگر عبور کردند، مدار قمرها را به هم ریختند و حتی ممکن است در کجشدن محور اورانوس نقش داشته باشند. سرانجام، برهمکنشهای گرانشی آنقدر شدید شد که یک یا دو مورد از این جهانها از منظومه شمسی بیرون رانده شدند و به سیارههایی سرگردان در تاریکی فضای میانستارهای تبدیل شدند. این سناریو در نگاه اول به داستانهای علمیتخیلی شباهت دارد، اما بر پایه شبیهسازیهای دقیق دینامیک سیارهای شکل گرفته است. پژوهشی تازه در مجله علمی «ایکاروس» (Icarus) نشان میدهد که برای توضیح آرایش کنونی سیارهها و قمرهای منظومهٔ شمسی، باید احتمال وجود دستکم یک غول یخی گمشده را جدی گرفت؛ هرچند هنوز شواهد کافی برای اثبات قطعی وجود دو سیاره گمشده در دست نیست. منظومه شمسی از ابتدا اینقدر مرتب نبود تصویر آشنایی که در کتابهای درسی میبینیم، منظومه شمسی را مانند ساعتی دقیق نشان میدهد: خورشید در مرکز قرار دارد و هشت سیاره در مدارهایی منظم و تقریباً همصفحه به دور آن میچرخند. اما این نظم امروزی، نتیجه میلیاردها سال تحول و آشوب است. حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش، بخشی از یک ابر عظیم و سرد گاز و غبار بر اثر گرانش خود فرو ریخت. هرچه این ابر کوچکتر و متراکمتر میشد، سرعت چرخشش افزایش مییافت و بیشتر ماده آن به شکل قرصی تخت پیرامون مرکز جمع میشد. در بخش مرکزی، فشار و دما آنقدر بالا رفت که همجوشی هستهای آغاز و خورشید متولد شد. در قرص اطراف آن نیز ذرات غبار بارها با یکدیگر برخورد کردند و بههم چسبیدند. ابتدا دانهها و سنگریزهها شکل گرفتند، سپس خردهسیارهها بهوجود آمدند و درنهایت، پیشسیارههایی ساخته شدند که بعدها به سیارههای امروزی تبدیل شدند. بااینحال، دمای این قرص در همهجا یکسان نبود. در نواحی نزدیک به خورشید، گرمای شدید اجازه نمیداد آب و بسیاری از مواد فرّار به شکل یخ باقی بمانند. بههمیندلیل، سیارههای درونی عمدتاً از سنگ و فلز ساخته شدند. اما در فاصلههای بیشتر و آنسوی محدودهای بهنام خط برف، دما به اندازهای پایین بود که آب و ترکیبات فرّار یخ بزنند. درنتیجه، مواد جامد بیشتری برای رشد هستههای سیارهای در دسترس قرار گرفت. مشتری و زحل که بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شدهاند، غولهای گازی نامیده میشوند. اما اورانوس و نپتون، بهدلیل سهم بیشتر مواد سنگین و ترکیباتی مانند آب، آمونیاک و متان، در گروه غولهای یخی قرار میگیرند. بنابراین از نظر علمی، درست نیست هر چهار سیاره بیرونی را غول گازی بنامیم. چرا چهار غول امروزی برای بازسازی گذشته کافی نیستند؟ دانشمندان برای پیبردن به گذشته منظومه شمسی، نسخهای مجازی از دوران جوانی آن میسازند. آنها جرم سیارهها، فاصله اولیه مدارها و توزیع خردهسیارههای یخی را وارد شبیهسازی میکنند و سپس اجازه میدهند این سامانه در طول میلیونها سال تحتتأثیر گرانش تکامل پیدا کند. یک مدل موفق باید چیزی بسیار فراتر از حضور مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را بازسازی کند؛ فاصله کنونی سیارهها، میزان کشیدگی و انحراف مدارهایشان، ساختار کمربند کویپر و پراکندگی اجرام کوچک نیز باید با آنچه امروز مشاهده میکنیم هماهنگ باشد. مشکل اینجاست که بسیاری از شبیهسازیهایی که تنها با همین چهار غول آغاز میشوند، به نتیجه مناسبی نمیرسند: بعضی از آنها بیش از حد آرام باقی میمانند و نمیتوانند آرایش کنونی منظومه را توضیح دهند، درحالیکه برخی دیگر چنان آشوبناک میشوند که یکی از چهار سیاره اصلی نیز از منظومه بیرون رانده میشود. یکی از مهمترین چارچوبها برای توضیح این دوران پرآشوب، مدل نیس است. براساس این مدل، سیارههای غولپیکر در آغاز بسیار نزدیکتر از امروز به یکدیگر قرار داشتند و مدارهایشان در زنجیرهای از تشدیدهای مداری بههم قفل شده بود؛ یعنی دوره گردش آنها نسبتهای منظم و مشخصی با یکدیگر داشت. برهمکنش گرانشی این سیارهها با انبوه خردهسیارههای یخی در نواحی بیرونی، باعث شد مدار غولها بهتدریج تغییر کند و آنها در منظومه جابهجا شوند. با شکستهشدن این نظم مداری، دورهای از بیثباتی شدید آغاز شد: مدار سیارهها ناگهان تغییر کرد، برخوردها و گذرهای نزدیک افزایش یافت و بسیاری از اجرام کوچک به بیرون پرتاب شدند. پژوهشهای پیشین نشان دادهاند که آغاز شبیهسازی با پنج غول، یعنی چهار سیاره امروزی بهاضافه یک غول یخی دیگر، در بسیاری از موارد نتیجهای طبیعیتر و شبیهتر به منظومه فعلی ایجاد میکند. سناریوهای ششغولی، با دو غول یخی اضافی، نیز در شماری از شبیهسازیها موفق بودهاند. بااینحال، نباید نتیجه این پژوهشها را بیش از اندازه قطعی جلوه داد. مطالعه تازه ثابت نمیکند که منظومه شمسی حتماً در آغاز شش سیاره غولپیکر داشته و دقیقاً دو مورد از آنها را از دست داده است. پژوهشگران در واقع سناریوهای مختلف پنجغولی و ششغولی را با یکدیگر مقایسه کردهاند. برخی نشانهها با حضور دو غول یخی اضافی بهتر توضیح داده میشوند، اما بعضی شواهد دیگر سناریوی سادهتر، یعنی وجود تنها یک سیاره گمشده، را محتملتر میدانند. جالب اینکه شمار اندکی از شبیهسازیهایی که در آنها هم قمرهای مشتری و هم قمرهای اورانوس توانستند از آشوب آغازین جان سالم به در ببرند، با پنج غول شروع شده بودند. قمرها؛ حافظههای کوچک یک فاجعه بزرگ نکته مهم پژوهش تازه این است که فقط مدار سیارهها را بررسی نمیکند، بلکه قمرهای مشتری و اورانوس را نیز وارد شبیهسازیها میکند. قمرهای منظم در نزدیکی سیاره مادر شکل گرفتهاند و مدارهایشان میتواند ردپای آشوبهای گرانشی گذشته را در خود حفظ کند. گذر یک سیاره غولپیکر از نزدیکی مشتری یا اورانوس میتوانست
انتخاب
انتخابانتخاب