دليل غير مباشر على وجود الكوكب التاسع: وهو كوكب غازي عملاق يدور حول الشمس مرة كل عشرة آلاف سنة

أدى التعاون بين عالم فلكي وأحد المنظرين إلى اكتشاف أدلة غير مباشرة على احتمال وجود كوكب عملاق يدور حول الشمس في مدار غريب شديد الاستطالة في النظام الشمسي الخارجي. الجسم الذي يطلق عليه الباحثون "الكوكب التاسع" والذي اكتسبه الجمهور لقب "الكوكب X" تبلغ كتلته 10 أضعاف كتلة الأرض ويدور حول الشمس في مدار أبعد 20 مرة من مدار نبتون-رحاب. يستغرق هذا الكوكب ما بين 10,000 إلى 20,000 سنة للدوران حول الشمس

وجد باحثون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أدلة غير مباشرة على وجود كوكب يتحرك في مدار غريب طويل للغاية في النظام الشمسي الخارجي. يمتلك الجسم، الذي أطلق عليه الباحثون اسم الكوكب التاسع، كتلة تبلغ 10 أضعاف كتلة الأرض ويدور حول الشمس على مسافة متوسطة أكبر 20 مرة من مسافة نبتون-رحاب، أبعد كوكب معروف في النظام الشمسي. في الواقع، يستغرق هذا الكوكب ما بين 10,000 إلى 20,000 سنة ليقوم بدورة كاملة حول الشمس.
واكتشف الباحثان كونستانتين باتيجين ومايك براون وجود الكوكب من خلال النماذج الرياضية والمحاكاة الحاسوبية، لكنهما لم يرصدا الواقع الفعلي بعد بشكل مباشر. وأطلق على الكوكب الجديد عند الجمهور لقب "الكوكب X" نسبة إلى الكوكب من المعتقدات الشعبية التي لعبت دور البطولة في نبوءات الغضب ليوم 21 ديسمبر 2012، عندما ادعى البعض أنه في مسار تصادمي مع الأرض. وهذا ليس هو الحال، ولكنه اكتشاف مهم للغاية.

يقول براون، من قسم علوم الكواكب في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "سيكون الكوكب التاسع الحقيقي". "منذ العصور القديمة، تم اكتشاف كوكبين حقيقيين فقط، وهذا سيكون الكوكب الثالث. هناك أجزاء أخرى مهمة من النظام الشمسي لا يزال أمامها المزيد لاكتشافه، وهو أمر مثير للغاية.

يشير براون إلى أن كتلة الكوكب التاسع المفترض أكبر بـ 5,000 مرة من كتلة بلوتو، مما يعني أنه كبير بما يكفي بحيث لا يكون هناك أي جدل حول ما إذا كان كوكبًا حقيقيًا. وعلى النقيض من حالة الأجسام الصغيرة المعروفة بالكواكب القزمة، تتمتع الكواكب الكبرى بمجال تحكم كبير تعمل عليه جاذبيتها. يحكم الكوكب التاسع مساحة أكبر من أي كوكب آخر معروف.
يصف باتيجين وبراون النتائج التي توصلا إليها في العدد الحالي من مجلة علم الفلك ويظهران كيف يساعد الكوكب التاسع في تفسير عدد من السمات الغامضة لمجال الأجسام الجليدية والصخرية التي تحيط بالنظام الشمسي خارج نبتون - وهي منطقة تعرف باسم حزام كويبر .
يقول باتيجين، أستاذ علم الكواكب: "على الرغم من أننا كنا متشككين في البداية في إمكانية وجود هذا الكوكب، ومع استمرارنا في دراسة مداره وتأثيره على النظام الشمسي الخارجي، فقد أصبحنا مقتنعين أكثر فأكثر بوجوده هناك". علوم. "لأول مرة منذ أكثر من 150 عامًا، هناك دليل قوي على أن القائد الكوكبي في النظام الشمسي غير مكتمل."

"لم يكن الطريق إلى الاكتشاف النظري سهلاً. في عام 2014، نشر تشاد تروجيلو، زميل براون السابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه، وزميله سكوت شيبرد، أن مدارات الأجسام الـ 13 الأكثر بعدًا في حزام كويبر تشكل نمطًا مشابهًا والتفسير الوحيد للتشابه في الميزات هو وجود كوكب صغير. في هذه المنطقة.

التعاون بين عالم الفلك الرصد والنظري

قرر براون الدخول في شراكة مع باتيجين وبدأ الاثنان تعاونًا لمدة ستة أشهر لدراسة الأجسام البعيدة. كعالم ومنظر، على التوالي، تناول الباحثون العمل من وجهات نظر مختلفة جدًا. - براون كشخص ينظر إلى السماء ويحاول تثبيت كل شيء في سياق الملاحظات وباتيجين كشخص يراقب الديناميكيات ويفكر في كيفية عمل الأشياء من حيث الفيزياء. سمحت هذه الاختلافات للباحثين بتحدي أفكار بعضهم البعض والنظر في إمكانيات جديدة. "عندما أحضرت جوانب من الملاحظة، عاد إلي بحجج من النظرية، وهكذا دفعنا بعضنا البعض. لا أعتقد أن هذا الاكتشاف كان سيحدث بدون هذه النسخة الاحتياطية. ربما كان هذا هو العام الأكثر متعة الذي أمضيته في العمل على مشكلة في النظام الشمسي."

وسرعان ما أدرك الاثنان أن الأجسام الستة الأكثر بعدًا في مجموعة تروخيو وشيبرد الأصلية تتبع مدارات بيضاوية تشير إلى نفس الاتجاه في الفضاء المادي. وكان هذا مفاجئًا بشكل خاص لأن النقاط الخارجية لمداراتها في النظام الشمسي تختلف في المسافة، وتسافر بسرعات مختلفة.

يقول براون: "يشبه الأمر تقريبًا وضع ستة عقارب على الساعة، حيث يتحرك كل منها بمعدل مختلف، وكلها تخرج من نفس المكان". إن فرص حدوث ذلك بدون سبب ضئيلة، لكن بما أن مدارات الأجسام الستة مائلة بنفس الطريقة - تشير بزاوية 30 درجة إلى الأسفل في نفس الاتجاه بالنسبة لمستوى الكواكب الثمانية المعروفة. احتمال حدوث ذلك هو 0.007 بالمائة. يقول براون: "في الأساس، لا ينبغي أن يحدث ذلك بشكل عشوائي". "لذلك اعتقدنا أن شيئًا آخر يجب أن يشكل هذه المسارات."

كان الاحتمال الأول الذي اكتشفوه هو أنه قد يكون هناك ما يكفي من الأجسام البعيدة في حزام كويبر، وبعضها لم يتم اكتشافه بعد، لممارسة الجاذبية اللازمة للحفاظ على تجمع سكاني فرعي معًا. وسرعان ما اكتشف الباحثون أن مثل هذا السيناريو يتطلب أن تكون كتلة حزام كويبر أثقل 100 مرة من كتلته المعروفة.
مما تركهم بفكرة الكوكب، وكانت غريزتهم الأولى هي إجراء عمليات محاكاة تتضمن كوكبًا في مدار بعيد يدور حول مدارات ستة ذوات من حزام كوفير ويعمل بمثابة زائف عملاق يتسبب في اصطفافها. وتبين أن هذا نجح لكنه لم يحل كل الشذوذات.

ثم، بالصدفة، لاحظ الاثنان أنه إذا كان الكوكب نفسه في عمليات المحاكاة محاذيًا بطريقة مقلوبة، أي مدار تكون فيه أقرب مسافة للكوكب إلى الشمس، أو الحضيض الشمسي، 180 درجة مقابل الحضيض الشمسي من بين جميع الكائنات والكواكب المعروفة، فإن حزام كويبر نفسه يصطف كما هو الحال في الواقع.

"رد الفعل الطبيعي هو القول بأن هندسة هذا المسار لا يمكن أن تكون صحيحة. يقول باتيجين: "هذا مسار غير مستقر مع مرور الوقت، لأنه سيؤدي إلى اصطدام الكوكب وهذه الأجسام في النهاية". "هناك آلية تعرف باسم رنين الحركة المتوسط. في الواقع، يمنع المدار الرجعي للكوكب التاسع ذوات حزام كويبر من الاصطدام به ويبقيها محاذية. نظرًا لأنها تبدو وكأنها تصل إلى نفس النقطة من حين لآخر، مثل أحد الوالدين الذي يدفع أرجوحة طفله في كل مرة تقترب منه، يقوم الكوكب التاسع بدفع مدارات هذه الأجسام بشكل دوري بحيث يتم الحفاظ على تكوينها بالنسبة للكوكب. يقول باتيجين: "ومع ذلك، كنت متشككًا للغاية". "لم يسبق لي أن رأيت شيئًا كهذا في ميكانيكا الكواكب."

ولكن شيئًا فشيئًا، عندما استكشف الباحثون ميزات وتأثيرات إضافية للنموذج، اقتنعوا. "لا ينبغي للنظرية الجيدة أن تشرح الأشياء التي نعرفها فحسب، بل يجب أن تشرح الملاحظات وتتنبأ بكيفية اختبارها." - قال باتيجين.

وجود الكوكب التاسع يفسر الملاحظات

في الواقع، يساعد وجود الكوكب التاسع في تفسير أكثر من مجرد محاذاة حزام كويبر البعيد. كما يقدم شرحًا للطرق الغامضة التي اتبعها الاثنان. الأول – الكوكب القزم سيدنا الذي اكتشفه براون في عام 2003. وعلى عكس أجسام حزام كويبر الأخرى، يبدو أن سيدنا قد طرد من النظام الشمسي الداخلي بواسطة نبتون، وعلى الرغم من عودته مرة أخرى إلا أنه لن يقترب أبدًا من نبتون. جسم آخر هو VP113 الذي تم اكتشافه في عام 2012 وأعلنه تروخيو وشيبرد في عام 2014 ككوكب قزم. ووجد الاثنان أن وجود كوكب تاسع في المدار المقترح يتسبب بشكل طبيعي في أن تكون الأجسام مثل ورشة العمل أقل انجذابًا إلى مدار نبتون.

لكن الحافز الحقيقي للباحثين كان حقيقة أن عمليات المحاكاة التي أجروها تنبأت أيضًا بوجود أجسام في حزام كويبر تقع في مدارات مائلة بشكل عمودي على مستوى الكواكب. واصل باتيجين التحقيق في هذا الأمر في عمليات المحاكاة وأظهره لبراون. يتذكر براون: "فجأة أدركت أن هناك أشياء مشابهة لهذه". في السنوات الثلاث الماضية، حدد علماء الفلك الرصدي أربعة أجسام في حزام كويبر تكون مداراتها متعامدة مع مدار نبتون وجسم واحد بزاوية مختلفة. يقول براون: "لقد تحققت من موقع الأجسام ومساراتها، وقد تطابقت مع عمليات المحاكاة تمامًا". "عندما اكتشفنا ذلك، اصطدم فكي بالأرض."

"عندما تسببت نفس المحاكاة في محاذاة حزام كويبر البعيد ذاتيًا وإنشاء أجسام تشبه ورشة العمل، بدا الأمر مذهلاً. - أنت تقتل عصفورين بحجر واحد، يقول باتيجين. "ولكن عندما يفسر وجود هذا الكوكب أيضًا هذه المدارات المتعامدة، فإنك لا تقتل عصفورين فحسب، بل تصطاد أيضًا طائرًا غير قادر على الفهم كان يجلس في شجرة قريبة."

أين يقع الكوكب التاسع وكيف يبدو النظام الشمسي الخارجي؟ يعتقد العديد من العلماء أن النظام الشمسي المبكر بدأ بأربعة مراكز كوكبية استمرت في احتجاز كل الغاز المحيط بها، مما أدى إلى تكوين الكواكب الغازية الأربعة - المشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون. وبمرور الوقت، شكلتها الاصطدامات والانبعاثات ونقلتها إلى مداراتها الحالية. يقول براون: "لكن لا يوجد سبب لعدم وجود خمسة مراكز وليس أربعة". قد يمثل الكوكب التاسع النواة الخامسة، وإذا اقترب كثيرًا من كوكب المشتري وزحل، فقد يتم قذفه إلى مداره البعيد اللامركزي.
يواصل باتيجين وبراون تحسين عمليات المحاكاة الخاصة بهما ومعرفة المزيد عن مدار الكوكب وتأثيره على النظام الشمسي الخارجي، وفي الوقت نفسه، بدأ براون وزملاؤه الرصديون الآخرون في مسح السماء بحثًا عن الكوكب التاسع. مداره معروف بشكل تقريبي فقط، وليس من الواضح أين يقع على طول مساره الإهليلجي. يقول براون إنه إذا كان قريبًا من الحضيض الشمسي، فيجب أن يتمكن علماء الفلك من اكتشافه في الصور التي التقطتها المسوحات السابقة. وإذا كان في الجزء الأبعد من مداره، فستكون هناك حاجة إلى أكبر التلسكوبات في العالم - مثل التلسكوبين التوأمين البالغ قطرهما 10 أمتار في مرصد كيك وتلسكوب سوبارو - وجميعها على قمة مونا كيا في هاواي - لمراقبته. أما إذا كان في منتصف الطريق فيمكن توجيه العديد من التلسكوبات إليه لمراقبته.

يقول براون: "أحب أن أجده". "لكنني سأكون سعيدًا تمامًا إذا وجدها شخص آخر. ولهذا السبب ننشر هذا المقال. نأمل أن يكون مصدر إلهام الآخرين والبدء في البحث.

وبعبارات أوسع عن سياق النظام الشمسي في الكون، يقول باتيجين إنه من عدة نواحٍ، فإن هذا الكوكب التاسع الذي يبدو غريبًا بالنسبة لنا يجعل نظامنا الشمسي أكثر تشابهًا مع الأنظمة الشمسية الأخرى التي يكتشفها علماء الفلك حول نجوم أخرى. بعض الكواكب قريبة جدًا من نجمها المضيف، والبعض الآخر بعيد عنها. وتتراوح الكتلة المشتركة لمثل هذه الكواكب من 1 إلى 10 أضعاف كتلة الأرض، أي بين كتلة الأرض وكتلة نبتون. حتى الآن كنا نظن أن النظام الشمسي يفتقد النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب، وربما نحن أكثر طبيعية بعد كل شيء".

ويضيف براون، الذي كان له دور مهم في إنزال بلوتو إلى مرتبة الكوكب القزم، "كل هؤلاء الأشخاص الذين يشعرون بالاستياء من أن بلوتو لم يعد كوكبًا يمكن أن يكونوا سعداء بمعرفة أن هناك كوكبًا حقيقيًا لا يزال من الممكن العثور عليه، " هو يقول. "الآن يمكننا الذهاب والعثور على هذا الكوكب وإعادة النظام الشمسي إلى حجمه السابق - تسعة كواكب."

لإشعار الباحثين

على المقال العلمي "دليل على وجود كوكب عملاق بعيد في النظام الشمسي".

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• ناسا - على الرغم من عمليات المسح المكثفة، فشل التلسكوب وايز في تحديد موقع الكوكب العاشر
• بلوتو وما بعده
• الأسئلة العشرون الشائعة التي أجابت عليها وكالة ناسا ردًا على الرسائل المنشورة على الإنترنت استعدادًا لعام 2012