على تشريح الكواكب خارج المجموعة الشمسية

الكواكب الـ 18 التي تم اكتشافها (حتى تاريخ هذا المقال) حول نجوم زحل الأخرى تثير إعادة التفكير في عملية تكوين الكواكب

آفي بيليزوفسكي

اكتشافات الكواكب حول النجوم الأخرى حولت علماء الفلك إلى باحثين عن المتعة. لا يعني ذلك أنهم يأكلون كل يوم مع أدوات المائدة الاحتفالية، أو يشربون الشمبانيا أو يرتدون ملابس أنيقة لتناول وجبات على ضوء الشموع طوال الليالي الطويلة تحت قبة المرصد؛ إنهم ما زالوا يأكلون نفس السندويشات البائسة ويلتهمون أكياس الوجبات الخفيفة، شكرًا جزيلاً لك. لكن اليوم ذوقهم يتحرك أكثر في اتجاه التأملات الكونية لمؤسس الفلسفة الهرطقية.
أبيقور الفيلسوف اليوناني الذي عاش في القرن الرابع قبل الميلاد، لم يتنبأ بشكل دقيق بوجود كواكب تدور حول نجوم غير الشمس، لكنه كان يؤمن بلانهاية العوالم، أي بوجود أنظمة منظمة حسب ترتيب وترتيب. الطريقة التي تكمن وراء الكون المرئي، كما كان يُنظر إليه آنذاك. تعارض هذا النهج مع نهج الكون المتمحور حول الأرض الذي اتبعه معاصره أرسطو، الذي هيمن علم الكونيات على الفكر الغربي لأكثر من 2000 عام.
ولم يتحقق علماء الفلك من وجود الفرضيات الهرطقة المتعلقة بتعدد العوالم إلا في العقود الثلاثة الأخيرة، وهو المفهوم الذي اتخذ في القرون الأخيرة معنى وجود كواكب خارج حدود النظام الشمسي، وربما حتى بعضها قد يكون كذلك. تكون مأهولة. ولكن بينما يرفع علماء الفلك قبعاتهم إلى أبيقور، فإنهم يريدون منه أن يقدم لهم النصائح حول فهم الكواكب البعيدة التي يرصدونها في تلسكوباتهم.
اكتشاف شيء ما ليس مثل فهم ما تم اكتشافه. كلما زاد علماء الفلك في دراسة مجموعة الأدلة التي تتراكم حول موضوع وجود كواكب خارج المجموعة الشمسية، قل تشابههم مع النظام الكوكبي الوحيد الذي عرفوه وبنوا نظرياتهم عليه: عائلة الكواكب الشمسية.
في آخر إحصاء، يبدو أن علماء الفلك من الولايات المتحدة وأوروبا رصدوا 18 نجمًا شبيهًا بالشمس يبدو أن تذبذباتها تتأثر بجاذبية الكواكب غير المرئية التي تدور حولها، ومن المؤكد أنهم يتوقعون العثور على المزيد. لكنهم يشتبهون في أنهم رأوا ما يكفي لبدء إعادة هندسة الطريقة التي تخلق بها الطبيعة الكواكب وتدمرها، والتخطيط لرقصاتهم الصغيرة.
تسعة من هذه الكواكب أقرب إلى نجومها الأم من اقتراب عطارد (كوكب هيما) من الشمس، وهي أقرب مما تتنبأ به النظرية القياسية مثل المسافة المعقولة بين الكواكب وشمسها، أحدها قريب جدًا لدرجة أنه يكمل دورة كاملة _ أ سنة كاملة _ كل 3.1 يوم أرضي. وتتحرك الكواكب التسعة الأخرى في مدار بيضاوي أو بيضاوي غريب، حيث ينحدر بعضها بالقرب من شمسها ثم تتراجع إلى مسافة كبيرة. المدارات في نظامنا الشمسي تكاد تكون دائرية. تتمتع بعض الكواكب خارج المجموعة الشمسية بكتلة أكبر بثلاث مرات تقريبًا من كتلة كوكب المشتري، وهو أكبر كوكب في المجموعة الشمسية، ويُقدر أن كتلة أحدها أكبر بـ 11 مرة من كتلة نفسه _ مما يثير التساؤل حول ما هو أقصى كتلة ممكنة من الكواكب يمكن رفعها.
الدكتور جيفري دبليو. كان مارسي، عالم الفلك في جامعة سان فرانسيسكو والذي كان له يد في معظم الاكتشافات، متفاجئًا مثل أي شخص آخر. وقال: "من هذه الاكتشافات ظهر اتجاه اعتقدنا بصدق أنه لن يستمر".
لكنها نجت، والأسئلة تتراكم. العديد من النجوم لديها كواكب، كما تشير الاكتشافات، ولكن هل هناك نمط نموذجي؟ فهل من الممكن أن يكون النظام الشمسي هو الاستثناء؟ وإذا كان الأمر كذلك، فهل يقلل هذا من فرص وجود حياة ذكية في أماكن أخرى من الكون؟
الدكتور آلان ف. ويعتقد بوس، وهو متخصص في نظريات أنظمة الكواكب في معهد كارنيجي في واشنطن، أن علماء الفلك في نهاية المطاف "سيجدون أنظمة مشابهة لنظامنا الشمسي". ويعترف بأنهم قد "يجدون أيضاً المزيد من المفاجآت التي ستجعلنا نعيد التفكير فيما نقوم به".
ويعترف علماء الفلك بأن عينتهم من الكواكب الخارجية قد لا تكون ممثلة حتى الآن، ولكنها مجرد انعكاس لقدرتهم على الاكتشاف. وليس لديهم أي دليل على وجود نجم آخر شبيه بالشمس يدور حوله أكثر من كوكب، أو آخر أصغر بكثير من المشتري. لكن من الأسهل فهم تأثيرات قوة الجاذبية للكواكب من نوع المشتري، ولا سيما تلك القريبة جدًا من النجوم التي تتحرك حولها. يستغرق الأمر سنوات من الملاحظات المتكررة لجمع أدلة موثوقة على تحرك الكواكب في مدارات أطول ومسافات أكبر من النجم. ولا يزال من غير الممكن تمييز أي مدار قريب أو بعيد لكوكب مماثل في الحجم للأرض أو حتى زحل.
وكان الاكتشاف الأخير، الذي أُعلن عنه الشهر الماضي، يتعلق بأصغر كوكب تم اكتشافه خارج المجموعة الشمسية، بكتلة أقل من نصف كتلة المشتري و1.4 مرة فقط من كتلة زحل. تم اكتشاف الكوكب، الذي يتحرك في مدار ضيق مدته 3.5 يوم حول النجم HD 75289، من قبل فريق من علماء الفلك السويسريين برئاسة الدكتور مايكل موير من مرصد جنيف، الذي قدم تقريرا في أكتوبر 1995 عن الاكتشاف المؤكد لأول مرة. اكتشاف كوكب يدور حول نجم آخر يشبه الشمس.
وفي العقد القادم، تأمل ناسا في إطلاق عدة تلسكوبات فضائية لإجراء مسح أكثر شمولاً للكواكب الموجودة حول النجوم القريبة نسبيًا من النظام الشمسي. يوجد على لوحة الرسم قمر صناعي متقدم يسمى Planet Finder والذي سيكون قادرًا يومًا ما على إرسال الصور الأولى للكواكب الشبيهة بالأرض خارج النظام الشمسي.
وقال الدكتور ستيفن لوبو، عالم الفيزياء الفلكية في معهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور: "في الوقت الحالي هذا مجال مثير للغاية"، وقد فتحت الاكتشافات في بروش نافذة جديدة لفهم طبيعة الكواكب في الكون.
كان من المفترض أن تكون الاكتشافات الأولى للكواكب خارج النظام الشمسي قد أعدت علماء الفلك لتوقع ما هو غير متوقع. وفي عام 1992، أعلن علماء الفلك الراديوي عن أول دليل قوي على وجود هذه الأجسام، لكن هذين الكوكبين لم يدورا حول نجم عادي. لقد رافقوا النجم النابض (نجم يصدر إشعاعًا كهرومغناطيسيًا على فترات منتظمة)، والبقايا الكثيفة لنجم منفجر، وهي منطقة من غير المرجح أن توجد فيها حياة.
اكتشف الدكتور موير والدكتور ديدييه كلوز من سويسرا كوكبًا بالقرب من 51 بيجاسي، وهو نجم مشابه جدًا للشمس، وهو الأمر الذي أكده لأول مرة الدكتور مارسي وزميله الدكتور ر. بول بتلر. فاجأ التأكيد الأول لوجود كوكب يتحرك حول نجم آخر علماء الفلك. وتفاجأ الفريقان عندما اكتشفا أن الكوكب، الذي تبلغ كتلته صغيرة نصف كتلة كوكب المشتري، يتحرك في مدار دائري أقل من سدس المسافة المكافئة بين المشتري والشمس.
منذ ذلك الحين، تصارع المنظرون مع مسألة كيفية تمكن بعض الكواكب الكبيرة - التي يطلق عليها اسم "المشتريات الساخنة" بسبب قربها من الحرارة الشديدة لنجومها - من التواجد في مكانها. ولماذا لم يكونوا على نفس المسافة الموجودة بين كوكب المشتري والشمس؟ وبما أن قوانين الفيزياء المعروفة تستبعد إمكانية تكوين كواكب كبيرة على هذا القرب من النجم، فإن واضعي النظريات يعتقدون أنها تشكلت في جو أكثر متعة وأبعد وهاجرت إلى الداخل. يبدو أن الكواكب سيئة الحظ اصطدمت بنجومها. واستقر الآخرون بطريقة ما في مدارات مناسبة أقل من ربع وحدة فلكية، وهو المقياس القياسي للمسافة في الفضاء الخارجي حيث تساوي وحدة المسافة الواحدة المسافة من الشمس إلى الأرض، أو 150 مليون كيلومتر.
نظرية الهجرة التي حظيت بأكبر قدر من الاهتمام قدمها الدكتور دوجلاس لين من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، والدكتور بيتر بودنهايمر من حرم جامعة سانتا باربرا، والدكتور ديريك ريتشاردسون من جامعة واشنطن. أجرى الدكتور ويليام وارد من معهد أبحاث الجنوب الشرقي في بولدر بولاية كولورادو أبحاثًا بناءً على هذه الفكرة، وطور نظريات تشرح التأثير المتبادل الموجود بين الحلقات والأقمار الصناعية المحيطة بكوكب زحل.
وبحسب النظرية السائدة، يتشكل نظام الكواكب من قرص من الغاز والغبار والصخور يحيط بنجم حديث الولادة. ستعمل حرارة النجم على دفع الغاز بعيدًا عن داخل القرص وتمنع تكوين الكواكب الغازية. وستتطور هذه الكواكب في الجزء الخارجي من القرص الغني بالغاز.
أثناء تكوين الكواكب يكون القرص مليئًا بالغاز والغبار. ينسحب النجم الشاب إلى الداخل داخل مادة القرص وهذا قد يسحب العديد من الكواكب الكبيرة من مداراتها الأصلية. يفترض علماء الفيزياء الفلكية أن هناك ظواهر تمنع على الأقل بعض الكواكب من الاصطدام بنجومها. أحدها هو أنه عندما كان النجم صغيرًا، كان يدور بسرعة أكبر، مما أدى إلى نشوء قوى مد وجزر توقف هجرة النجم نحو محرقة مضمونة. فكرة أخرى، مقترحة من خلال مراقبة النجوم الشابة، تعتمد على احتمال أن تقوم قوى الجاذبية أو المغناطيسية للنجوم المتكونة حديثًا بإزالة جميع المواد المتبقية من القرص في جوارها المباشر، مما يترك فجوة في المركز مثل تلك الموجودة في ثقبك. وهنا تستقر الكواكب العابرة في مداراتها النهائية.
قرر الدكتور لين، الذي تساءل لماذا لم يحدث شيء كهذا لكوكب المشتري، أن "كواكب المشتري" المبكرة في النظام الشمسي ربما تجولت حتى اصطدمت بالشمس. يمثل كوكب المشتري والكواكب الموجودة في نظامنا الشمسي الجيل الأخير، الذي تشكل عندما تفرق القرص الكوكبي وترك وراءه ظروفا أكثر استقرارا. أو ربما لم يكن القرص الكوكبي يحتوي على ما يكفي من الغاز والغبار لإزعاج مدارات الكواكب الجديدة.
تم تقديم تعديل أحدث لنظرية الهجرة من قبل فريق من المنظرين من جامعة تورنتو برئاسة الدكتور نورمان موراي. ويقولون إنه خلال تطورها المبكر، ربما تكون الكواكب قد تحركت عبر قرص من الأجسام الصخرية الصغيرة التي اصطدمت بالكواكب أو قُذفت منها.
كانت إحدى الجثث الأولى التي لاحظها الفريق هي مارسي بتلر، التي تم الإبلاغ عنها في يناير 1996، مما تسبب في مزيد من الارتباك. وكانت كتلة الكوكب الذي تم اكتشافه كعطلة حوالي _70 فيرجيني أكثر من سبعة أضعاف كتلة كوكب المشتري ولم يكن أيضًا قريبًا من نجمه مثل الآخرين، لكن مداره كان أيضًا إهليلجيًا للغاية. وكشفت اكتشافات الكواكب الأخرى عن خصائص مماثلة. كان الكوكب الذي يدور حول 16 Cygni B هو المدار الأكثر إهليلجيًا. ولو كان في المجموعة الشمسية لاقترب حتى المسافة التي بين الزهرة والشمس ثم ابتعد إلى حزام الكويكبات بين المريخ والمشتري.
وتقول بعض أقوى قوى الجاذبية إن علماء الفيزياء الفلكية لابد وأنهم قد أزعجوا مدارات الكواكب. إن اقتراب كوكب أكثر من اللازم من نفس النظام قد يؤدي إلى إخراج الكواكب من مداراتها الدائرية.
الاحتمال الآخر هو أن النجم الأم لهذا الكوكب هو في حد ذاته جزء من نظام النجوم المزدوجة (زوج من النجوم يتحرك في احتضان الجاذبية) حيث قد يغير النجم المرافق مدارات الكواكب.
دكتور فريدريك أ. توصل راسيو من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ماساتشوستس، مع الدكتور إريك فورد، إلى فكرة تشتت الجاذبية التي تفسر بشكل طبيعي وبسيط وجود الكواكب ذات المدارات الإهليلجية. ووفقا لمنهجهم، فإن الفكرة تنطوي على وجود كوكبين عملاقين أو أكثر قريبين جدا من بعضهما البعض بحيث يشكلان نوعا من مقلاع الجاذبية. قد تؤدي القوى إلى إخراج أحد تلك الكواكب من المدار المشترك إلى النظام الشمسي الداخلي بينما قد يطير الآخر إلى حواف النظام الشمسي وربما يهرب إلى الفضاء بين النجوم.
قد يفسر هذا السيناريو أيضًا سبب عدم تمكن علماء الفلك حتى الآن من العثور على أكثر من كوكب واحد يدور حول نجم واحد. أي نجم كبير آخر قد يكون موجودًا هناك، تم تفجيره إلى مدار أعمق وأبعد ولم يكن من الممكن اكتشافه في الوقت القصير الذي بحث فيه علماء الفلك عن أدلة على تحرك الكواكب حول نظارات أخرى.
علاوة على ذلك، فإن مجرد تحرك كوكب واحد في مدار بيضاوي الشكل من شأنه أن ينذر بمحرقة للكواكب الصغيرة التي تصطدم بمسارها بشكل متكرر، مما يؤدي إلى إخراجها من مداراتها أو تدميرها بقوى الجاذبية الهائلة.
قال الدكتور مارسي: "إذا كان كوكبنا المشتري يتحرك في مدار بيضاوي الشكل، فمن المحتمل أن يتم دفع الأرض والمريخ خارج النظام الشمسي". "وبالتالي، فإن وجودنا يعتمد على بقاء كوكب المشتري والأرض في مدارات مستقرة ودائرية."
إن الآثار المترتبة على ذلك عميقة بالنسبة للبحث عن الحياة على كواكب خارج كوكب الأرض. قال الدكتور مارسي: "لقد قام البلطجية العملاقون بتطهير الكواكب الأرضية من تلك الأنظمة الشمسية وتركوها دون أي نظير محتمل للأرض".
ومع ذلك، فإن الدكتور مارسي يتخذ نهجا أكثر تفاؤلا. من بين كل النجوم الشبيهة بالشمس التي تم فحصها حتى الآن بغرض البحث عن الكواكب. تم العثور على خمسة بالمائة فقط من النجوم الشبيهة بالمشتري تتحرك في مدارات إهليلجية. وهذا يترك 95% من الأنظمة خالية من قوى التدمير وقد تكون بمثابة ملاذات آمنة للكواكب الحاملة للحياة.
وقال الدكتور راسيو إن جميع النظريات التي تفسر تلك الكواكب التي تم اكتشافها مؤخرا تدور حول نجوم أخرى، لا تزال في مرحلة أولية فقط. ويعاني المنظرون من قلة الأرصاد ولا يزال من الضروري اكتشاف أكثر من كوكب يتحرك حول كواكب شبيهة بالشمس. إن الجسمين أو الثلاثة الذين يتحركون حول النجم النابض والذين تم اكتشافهم معًا أعطوا أصغر لمحة. ولم يتم تأكيد التقارير السابقة عن الاكتشافات المحتملة لكوكبين حول لالاند 21185 بعد.
قال الدكتور راسيو: «إذا رأيت رفيقًا واحدًا فقط حول نجم، فلا يمكنك القول إنه نظام شمسي». "سيكون هذا هو الإنجاز الكبير القادم، وهو العثور على عدد كبير من الكواكب ومن ثم وضع حدود معينة على خصائص وسلوك الأنظمة الشمسية الأخرى. هذه هي كأسنا المقدسة."
يواصل صائدو الكواكب مثل الدكتور مارسي البحث. يتحدثون عن عدد من التلميحات المثيرة للاهتمام، ولكن لا شيء من شأنه أن يكون سببًا للاحتفال بالأبطال الجدد.