الأسئلة التي تطرح بعد اكتشاف أنظمة شمسية جديدة

وسنقدم بعضًا من هذه البيانات هنا بهدف استخدامها كأداة لعرض الأسئلة الأساسية التي ستكون بمثابة أساس لرؤى مستقبلية لإجراء المزيد من الدراسات المتعمقة

مزار حاييم

في عدد أبريل 1996 من مجلة علم الفلك، نُشرت مقالة تنويرية حول اكتشافات الكواكب خارج النظام الشمسي. تم اكتشاف كواكب بحجم المشتري تدور حول النجوم 47 Ursae Majoris، 70 Virginis، 51 Pegasi ومنذ ذلك الحين تم اكتشاف 80 كوكبًا خارج كوكب الأرض. منذ البداية، كان البحث موجهًا إلى هذه الأهداف، نظرًا لأن خصائصها تشبه خصائص شمسنا. البيانات الخاصة بهذه الكواكب أولية فقط. وسنقدم بعضًا من هذه البيانات هنا بهدف استخدامها كأداة لعرض الأسئلة الأساسية التي ستكون بمثابة أساس لرؤى مستقبلية لإجراء المزيد من الدراسات المتعمقة.

كتلة الكوكب (كتلة المشتري تعتبر 1- كتلة) القطر (قطر المشتري يعتبر 1- قطر) المسافة من الشمس (بالوحدات النجمية) زمن الثورة
درجة الحرارة في درجة مئوية

51 بيجاسي ب 0.6 0.32-1.35 0.05 4.2 (يوم) 1000
70 فيرجينيس ب 8.1 0.32-1.05 0.43 116.7 (يوم) 85
47 Ursae Majoris B 3.5 0.35-1.1 2.1 3 سنوات 80

الافتراض المقبول حاليًا حول كوكب المشتري هو أن له نواة صلبة يبلغ قطرها 20,000 ألف كيلومتر، وكتلتها تعادل 13 كتلة أرضية، وكثافة المادة 20GR/CM3. كتلة هذه الكواكب معروفة، ويقدر قطرها بما بين 1/3 نصف قطر المشتري وأكثر قليلاً من نصف قطر المشتري. ومن هنا يمكننا أن نستنتج بشكل معقول الاستنتاجات التالية:
I. نواة 51 Pegasi B أقل كثافة من نواة كوكب المشتري.
ثانيا. نواة 70 فيرجينيس ب و 47 أورساي ماجوريس أكثر كثافة من نواة كوكب المشتري. يبدو أن الفجوة في الكثافات هي أوامر من حيث الحجم. الفرق بين الحد الأدنى للقطر والحد الأقصى للقطر هو بنسبة 1:3 تقريبًا. إذا انطلقنا من افتراض وجود تماثل بين البنية الداخلية لكوكب المشتري والبنية الداخلية لهذه الكواكب، فإن الكتلة النووية لـ 70 فيرجينيس بي أكبر بـ 8.1 مرة من كتلة المشتري والكتلة النووية لـ 47 أورساي ماجوريس بي هي أكبر بـ 3.5 مرة من كوكب المشتري، ومن ثم يتم الحصول على النتائج التالية:
يمكن أن تكون كثافة المادة في 70 Virginis B GR/CM3 170.1 في القطر الأقصى أو GR/CM3 558 في القطر الأدنى. في 47 Ursae Majoris B، تكون كثافة المادة في القطر الأقصى GR/CM3 77 وفي القطر الأدنى GR/CM3 242. في حالة 51 Pegasi B ستكون الكثافة على أية حال أقل من كثافة كوكب المشتري منذ وجوده. كتلته أقل من كتلة كوكب المشتري. تعتبر هذه الكثافة المادية العالية في الحالتين الأوليين مهمة من حيث العمليات الكيميائية والفيزيائية التي تحدث في قلب هذه الكواكب. ومن المفترض أن لهذه الكثافات أهمية أيضاً من حيث سرعة دورانها المحوري. والسؤال الواضح هو ما إذا كانت هذه السرعات عالية كما هي الحال في حالة الكواكب الغازية في نظامنا الشمسي.
ثالثا. هيكل نظامنا الشمسي هو أن الكواكب الأرضية وعالية الكثافة هي الأقرب إلى الشمس، في حين أن الكواكب الغازية ومنخفضة الكثافة أبعد. وهنا نجد الكواكب الغازية بالقرب من شمسها. الكوكب 51 بيجاسي بي أقرب إلى شمسه من كوكب عطارد. ويبعد عطارد عن الشمس 0.387 وحدة فلكية، أي 57.9 مليون كيلومتر. ويبعد 51 Pegasi B عن شمسه 0.05 AU أي 7.5 مليون كيلومتر فقط. أي أنه أقرب إلى الشمس بـ 7.72 مرة من عطارد. والسؤال الذي يطرح نفسه هنا هو التالي: من الممكن أنه لو كان المشتري أقرب إلى الشمس مثل 51 بيجاسي بي لفقد غلافه الجوي، إن لم يكن كله، فعلى الأقل جزء منه بسبب الحرارة الشديدة للشمس. الشمس التي كانت ستتبخره. الكوكب 70 فيرجينيس بي أبعد قليلا عن الشمس من عطارد، لذلك من الممكن أن تتمكن جاذبيته الهائلة من "موازنة" جدار الشمس ومنع هروب الغلاف الجوي. وينطبق الشيء نفسه على 47 Ursae Majoris B وهو الأبعد عن الشمس. ما الذي يحمل الغلاف الجوي لـ 51 Pegasi B؟ جدار الطبقة الخارجية يعطي صحة أكبر لهذا السؤال. أسئلة أخرى واضحة: هل من الممكن أن القرب الكبير لـ 51 بيجاسي بي يجعله يظهر دائمًا جانبًا واحدًا من وجهه للشمس، وإذا كان الأمر كذلك، فماذا يعني ذلك بالنسبة لانتقال الحرارة من الجانب الفاتح إلى الجانب المظلم؟

وإذا كانت هذه الكواكب لها أقمارها الخاصة، فإن هذه الأقمار مثل أقمار نظامنا الشمسي لا تواجه هذه الكواكب إلا من جانب واحد. من الصعب معرفة ما إذا كانت لديهم أجواء أم لا. ومن ناحية أخرى، يمكن للمرء أن يفترض شيئًا ما حول تأثير انخفاض درجات الحرارة بين النهار والليل. كلما اقترب الكوكب من الشمس، كلما انخفضت درجة الحرارة بين النهار والليل. في عطارد، تصل درجة الحرارة في "منتصف النهار" إلى 327 درجة مئوية - وفي "منتصف الليل" تنخفض إلى 173 درجة مئوية. على جسم بحجم الأرض يدور حول 51 Pegasi B، سيكون نطاق درجة الحرارة أكبر ومن الصعب تصديق أنه يمكن أن يحتوي على غلاف جوي. على الأقمار التي تدور حول 70 فيرجينيس B و47 Ursae Majoris B، هناك احتمال أكبر لوجود أغلفة جوية.

إن محاولة حل هذه الأسئلة ستكون بطبيعتها تخمينية. وأفضل طريقة للتعامل معها هي بناء نماذج حاسوبية، مع تقديم بيانات مختلفة تشير إلى أحجام فيزيائية مختلفة وإلى أجواء ذات تركيبات غازية مختلفة. وستمنح هذه العوالم المرئية الباحثين أدوات للتعامل مع المعلومات الجديدة التي ستأتي من هذه الكواكب في المستقبل من خلال تقنيات الرصد المختلفة التي سيتم تطويرها لتلبية هذه الاحتياجات.

מקורות
1. روبرت ناي – علم الفلك “الأنظمة الشمسية الجديدة”، أبريل 1996، ص. 50-55.