كيف تم إنشاء الكواكب - التحديثات والتصحيحات والإكمال

إن اكتشاف المزيد والمزيد من الكواكب خارج النظام الشمسي يجبر الباحثين على تحديث النظريات حول تكوينها وسلوكها

خبير اقتصادي

وفي عام 1995، تم اكتشاف أول كوكب خارج المجموعة الشمسية في مدار حول النجم 51 بيغاسي. وفي السنوات الخمس التي مرت منذ ذلك الحين، ومع اكتشاف المزيد والمزيد من الكواكب خارج النظام الشمسي (يبلغ العدد اليوم 50)، تم تقويض الرأي المقبول حول كيفية تشكل هذه الكواكب وتصرفاتها. وُلدت نظريات جديدة، تعتمد إلى حد كبير على دراسة تلك الكواكب "الجديدة".

وفقًا للنموذج المقبول، تشكلت الكواكب من قرص من الغازات والغبار يحيط بالشمس الفتية، في عملية تسمى "الامتصاص بواسطة الحمم البركانية". اصطدمت قطع المادة وتجمعت حتى أصبحت كبيرة بما يكفي لتشكل النوى الصخرية للكواكب. في حالة العمالقة الغازية، قامت الحمم الصخرية بسحب الغازات من خلال الجاذبية. وكانت النتيجة النهائية هي الصورة المألوفة للنظام الشمسي: كواكب صغيرة صخرية قريبة من الشمس، كواكب محاطة بالغازات على مسافة كبيرة منها، وكلها - باستثناء بلوتو، كرة ثلج صغيرة لا تعتبر كوكبا حقيقيا على أي حال - التحرك في مدارات منظمة ودائرية إلى حد ما.

وطالما اعتمد الباحثون على نظامنا الشمسي كمثال، بدا النموذج معقولًا تمامًا، وكان التفسير الشائع هو أن الأنظمة الشمسية حول النجوم الأخرى، على الرغم من أنها غير معروفة في ذلك الوقت، كانت مشابهة لمجموعتنا. ولهذا تفاجأ الباحثون عندما تبين أن الأنظمة الشمسية الأخرى مختلفة تماما. على سبيل المثال، الكوكب 51 بيجاسي هو عملاق غازي مثل المشتري، لكن مداره أقرب إلى نجمه من مدار عطارد (كوكب عطارد) حول شمسنا. ومنذ ذلك الحين، تم اكتشاف عمالقة غازية أخرى تتحرك في مدارات قريبة من نجمها، مما زاد من الغموض.

وهناك أيضًا الكواكب اللامركزية، مثل ذلك الذي يدور حول النجم إبسيلون إريداني. وتتحرك هذه الكواكب في مدارات إهليلجية للغاية، لذا فإن المسافة التي تفصلها عن النجم الأم تختلف بشكل كبير أثناء دورانها. وتختلف هذه الظاهرة بشكل واضح عن سلوك الكواكب في النظام الشمسي للأرض.

وهذا ليس كل شيء. وفي النظامين حيث تم اكتشاف أكثر من كوكب واحد، يتعايش عملاق غازي يشبه المشتري وواحد أو أكثر من الكواكب اللامركزية. وهذا شكل من أشكال التنظيم لا يمكن تفسيره بالنظرية التقليدية لتكوين الكواكب. ومن الواضح أن الوصفة القديمة تحتاج إلى تحديث، حيث يجب إضافة بعض المكونات الجديدة لشرح تكوين الأنواع المختلفة للأنظمة الشمسية. تحدث اثنان من المتحدثين في مؤتمر الاتحاد الفلكي الدولي الذي عقد مؤخرًا في مانشستر - آلان بوس من معهد كارنيجي في واشنطن وبافيل أرتيموفيتش من جامعة ستوكهولم - عن التقدم المحرز في التحديثات.

الدكتور بوس متحمس بشكل خاص لآلية التكوين التي تسمى "عدم استقرار القرص"، والتي يعتقد أنها قد تكون بنفس أهمية نموذج "الامتصاص من خلال القلب". على عكس التراكم الذي يحدث ببطء، فإن عدم استقرار القرص هو عملية مفاجئة، تتشكل فيها النوى الكوكبية نتيجة عدم الاستقرار في قوة الجاذبية للقرص الكوكبي الأولي (بقايا قرص الغاز الذي تشكل منه النجم الأم).

عدم استقرار القرص ليس فكرة جديدة. طُرحت الفكرة لأول مرة في الخمسينيات، ولكن تم التخلي عنها بسرعة كبيرة. والسبب في ذلك هو أنه بحسب هذه النظرية، لا تتشكل العمالقة الغازية حول نواة صخرية، في حين افترض الباحثون بشكل مؤكد وجود مثل هذه النواة في مركز المشتري. واليوم، عندما ظهرت الحاجة إلى أفكار جديدة، قام بوز بإحياء الدعوة القديمة. ويشير إلى أنه وفقا للدراسات الحديثة، قد لا يكون لدى كوكب المشتري حمم صخرية على الإطلاق. وهذا يعني، كما يقول، أن كوكب المشتري ربما يكون قد تشكل بسبب عدم استقرار القرص.

لا يدعي بوس أن نظرية امتصاص الحمم البركانية خاطئة، وأن نظرية عدم استقرار القرص صحيحة؛ في الواقع، داخل نفس النظام الشمسي، قد تتشكل بعض النجوم في عملية واحدة، ونجوم أخرى في عملية أخرى. لكن اعتماد آلية التشكيل الإضافية هذه -إذا أمكن التأكد من إمكانية وجودها بالمحاكاة الحاسوبية- سيزيد بشكل كبير نطاق النتائج المحتملة.

بينما يشجع بوس التفكير الابتكاري حول تكوين الكواكب، يهتم الدكتور أرتيموفيتش بتطور الأنظمة الشمسية التي تشكلت بالفعل. بالنظر إلى عدد الكواكب الجديدة التي تتحرك في مداراتها حول نجم معين (دون الخوض في مسألة كيفية تشكلها)، كيف يتم تحديد تكوينها النهائي؟ ومن الواضح أن وجود عمالقة غازية ساخنة تتحرك بالقرب من نجمها الأم لا يمكن التوفيق بينه وبين الفكرة القديمة القائلة بأن الكواكب تتشكل حول نجم، ثم تظل ثابتة في مداراتها.

وتستند هذه الفكرة القديمة أيضًا إلى النظرية التقليدية لتكوين نظامنا الشمسي. ومع ذلك، لم يتمكن هذا النموذج أبدًا من تفسير حقيقة وجود الكواكب أورانوس ونبتون بشكل صحيح، وهما أكبر من المتوقع نظرًا لبعدهما عن الشمس. علاوة على ذلك، يُظهر التحليل الأخير للتركيب الكيميائي لكوكب المشتري أن الكوكب ربما يكون قد تشكل بعيدًا عن الشمس، واقترب منها بمرور الوقت. يبدو أن هناك حاجة إلى عملية يمكن تسميتها "الهجرة" - حركة كوكب من وإلى النجم الأم - لشرح بنية نظامنا الشمسي.

ومن الممكن أن تكون إحدى الآليات المسببة للهجرة مرتبطة بالتفاعل بين الكوكب وبقايا القرص الذي تشكل منه. لكن هذه عملية معقدة وتفاصيلها بعيدة عن أن يتم فك شفرتها. اللغز الأكبر هو لماذا لا تصطدم عمالقة الغاز بنجومهم الأم.

قد تؤثر التفاعلات بين الكوكب والقرص أيضًا على شكل مدار الكوكب حول نجمه الأم. يدعي الدكتور أرتيموفيتش أنه قد تكون هناك كتلة حرجة للكوكب، وهي التي تحدد شكل المدار. عندما تتجاوز كتلة الكوكب الكتلة الحرجة، يتم تشكيل مدار بيضاوي الشكل؛ وعندما يكون أصغر من ذلك، يتم إنشاء مسار دائري. قد يفسر هذا سبب كون الكواكب التابعة للشمس تمتلك مدارات دائرية أكثر أو أقل، بينما تتحرك الكواكب الأكبر حجمًا في مدارات غريبة الأطوار.

بالإضافة إلى التفاعل بين القرص والكوكب، يبدو أن التفاعلات بين الكواكب نفسها تساعد أيضًا في تشكيل بنية النظام الشمسي. في بعض الأحيان، تدفع مثل هذه التفاعلات بعض الكواكب إلى خارج نظامها الأصلي، وفي أحيان أخرى تغير مداراتها. مرة أخرى، هذا من شأنه أن يفسر وجود الكواكب الكبيرة، التي تتحرك في مدارات غريبة الأطوار حول نجومها. هؤلاء هم الناجون الوحيدون من صراع الجاذبية بين عدة كواكب.

وماذا عن العواقب على الكواكب الشبيهة بالأرض؟ ونظرًا لأن الأساليب الحالية غير قادرة على اكتشاف مثل هذه الكواكب الصغيرة، فإن نظرية تكوينها، والتي تعتمد على نظرية النظام الشمسي، لم تضطر بعد إلى التعامل مع الملاحظات المتضاربة. على أية حال، قبل الاستعداد للتعامل مع تلك الأجسام الصغيرة، سيكون من الضروري فك سر تكوين وتطور العمالقة الغازية التي تحدد مصير إخوانهم الصغار.

خبير اقتصادي

(نُشرت في الأصل بتاريخ 12.8)
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 16/8/2000}