تؤكد الملاحظات الجديدة النظرية حول عملية تكوين الكواكب
أفيشاي جال يام
حتى وقت قريب، كان بإمكان علماء الفلك مراقبة نظامنا الشمسي فقط. ولذلك تم بناء فضاء النظرية التي تفسر تكوين الكواكب من أجل تفسير ما يحدث في هذا النظام. في السنوات الأخيرة، وفي أعقاب سلسلة من الإنجازات التكنولوجية في إنتاج وتشغيل التلسكوبات المتطورة، أصبح علماء الفلك قادرين لأول مرة على مراقبة أنظمة الكواكب التي هي في طور التكوين حول شموس أخرى: على سبيل المثال، تظهر عمليات رصد الأشعة تحت الحمراء كيف تظهر النجوم في عمليات التكوين الأولية من سحب الغاز والغبار.
نتيجة للتقدم التكنولوجي، تم مؤخرًا تكريس الكثير من الجهود البحثية لدراسة عمليات تكوين النجوم. ويحاول الباحثون، دون جدوى حتى الآن، معرفة سبب اختلاف النجوم المتكونة عن بعضها البعض: هناك نجوم عملاقة كتلتها أكبر بعشرات المرات من كتلة الشمس، وفي المقابل نجوم قزمة تبلغ كتلتها حوالي عشر الشمس. سؤال آخر يحاول علماء الفلك العثور على إجابة له هو لماذا لا تتشكل معظم النجوم منفردة بل كأزواج: نجمان يدوران حول بعضهما البعض.
تتشكل النجوم من سحب الغاز، وخاصة الهيدروجين، التي تطفو في الفضاء بين النجوم. تؤدي قوة الجاذبية المؤثرة بين جزيئات الغاز إلى تقلص السحب بحيث تكون المسافة بين جزيئات الغاز صغيرة. ونتيجة لذلك، يزداد التجاذب بينهما. وتسمى هذه العملية "انهيار الجاذبية". تتقلص سحب الغاز، ويصبح الغاز أكثر ضغطًا وسخونة. يمكن أن تصل درجات الحرارة في قلب سحب الغاز المنهارة تحت تأثير الجاذبية إلى ملايين الدرجات المئوية: وفي مثل هذه الحالات، تكون التصادمات بين جزيئات الغاز قوية للغاية.
في بعض الأحيان، تصطدم ذرات غاز الهيدروجين مع بعضها البعض بقوة كبيرة بحيث تصبح ذرات عنصر آخر: غاز الهيليوم. وتسمى هذه العملية بالاندماج النووي (أو الاندماج) - وهي العملية التي تعتمد عليها القنبلة الهيدروجينية. عندما تحدث مثل هذه العملية في قلب سحابة غازية، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة على شكل حرارة وإشعاع: ويمكن مقارنتها بانفجار ملايين القنابل الهيدروجينية في نفس الوقت. إن الطاقة المنطلقة في قلب السحابة نتيجة عملية الاندماج النووي تدفع الطبقات الخارجية للسحابة إلى الخارج وتوازن قوة الجاذبية التي تسحبها إلى الداخل: تصل سحابة الغاز، التي أصبحت الآن شديدة الحرارة، إلى حالة من التوازن . تنبعث الحرارة والإشعاع، اللذان ينشأان في مركز السحابة، من الطبقات الخارجية، وتتحول السحابة الغازية إلى كرة غازية ساخنة تنبعث منها إشعاع وحرارة - وهذا نجم.
تشرح العملية الموصوفة كيف تتشكل النجوم - شمسنا على سبيل المثال. ولكن كيف تشكلت الكواكب؟ طبيعة الكواكب تختلف جوهريا عن طبيعة نجوم السبت. وأحد الاختلافات الكبيرة بينهما هو أن "نجوم السبت تبعث ضوءها الخاص. فهي مرئية فهي شاحبة للغاية بالنسبة لنا فقط لأنها تبعد مسافة هائلة عنا. وعلى النقيض من ذلك، فإن الكواكب هي أجسام أصغر بكثير. فهي ليست مصادر للضوء في حد ذاتها: الضوء الذي يصل إلى أعيننا منها هو ضوء الشمس المنعكس عن أسطحها.
والافتراض العلمي المقبول هو أن الكواكب تتشكل من بقايا السحابة الغازية التي تشكل منها النجم الرئيسي للنظام. البقايا المتبقية تحيط بالنجم الشاب وتشكل قرصًا. وكما ذكرنا، فإن معظم هذه المادة عبارة عن غاز الهيدروجين، ولكنها تحتوي أيضًا على عناصر أثقل: الكربون والأكسجين والنيتروجين والحديد. وفي القرص الناتج، تتبلور هذه المواد إلى حبيبات غبار صغيرة، والتي تتجمع لتشكل كتلًا أكبر من المواد. وتتصادم هذه الكتل مع بعضها البعض لتشكل أجسامًا تشبه في شكلها الكويكبات الموجودة في نظامنا الشمسي. وبمرور الوقت، تلتقط الكتل الأكبر، بمساعدة الجاذبية، كل المادة التي تتحرك بالقرب من مدارها وتصبح كواكب، مثل الأرض والزهرة والمريخ. وتتكون هذه الكواكب بشكل أساسي من الأكسجين والكربون والنيتروجين والحديد وتسمى بالكواكب الشبيهة بالأرض. وخاصة الكواكب الثقيلة، والتي تكون في مدار بعيد عن كوكب زحل، مثل كوكب المشتري وزحل في نظامنا الشمسي، لديها قوة جاذبية قوية بما يكفي لالتقاط غلاف من غاز الهيدروجين: وتسمى هذه النجوم "العمالقة الغازية".
استخدمت مجموعتان من علماء الفلك من الولايات المتحدة الأمريكية مؤخرًا تلسكوب "هابل" الفضائي لدراسة ظروف نشوء الكواكب. واختار الباحثون نجمين خارج نظامنا الشمسي، ويشير تحليل خصائص الضوء الصادر منهما إلى أنهما صغيران إلى حد ما. وأراد الباحثون رصد قرص الغبار المحيط بالنجوم والذي من المفترض أن تتشكل منه الكواكب. ومن الصعب إجراء مثل هذه الملاحظات لأن الضوء القادم من القرص ضعيف جداً مقارنة بالضوء المبهر للنجم. ومن أجل تمييز قرص الغبار المحيط بالنجوم، استخدم الباحثون كاميرا حساسة للأشعة تحت الحمراء.
وفي هذه المنطقة يكون الضوء القادم من الغبار الموجود في القرص قويا نسبيا، في حين أن الضوء القادم من النجم ضعيف نسبيا. وضوح الصور التي تم الحصول عليها من التلسكوب الفضائي يجعل من الممكن إخفاء ضوء النجم، بحيث يمكن تمييز الضوء الشاحب المنبعث من القرص. وكشفت الصور التي تم الحصول عليها من التلسكوب الفضائي تفاصيل لم يتم رؤيتها من قبل: فقد تمكن الباحثون من التعرف بوضوح على أقراص الغبار حول النجمين. كما أصبح من الواضح أن الأقراص ليست متصلة: من الممكن ملاحظة أن بعض المناطق الحلقية للأقراص خالية من الغبار.
والتفسير الواضح لذلك هو أن الكواكب قد تشكلت بالفعل في هذه الأنظمة، والتي التقطت معظم الغبار والجزيئات الصغيرة من المادة بالقرب من مداراتها. بوسائل الرصد المتوفرة لدينا اليوم، من المستحيل رؤية هذه الكواكب نفسها، لأن ضوء نجمها الأم المنعكس عنها إلينا ضعيف جداً، لكن الآثار التي تركتها خلفها في القرص الغازي، والغبار الذي ينطلق منها لقد تشكلوا، يشهدون على وجودهم.
