بلوتو وما بعده / مايكل د. ليمونيك

لأول مرة، ستتمكن المركبات الفضائية من النظر عن كثب إلى المذنبات والكويكبات والكواكب القزمة الموجودة في حزام كويبر. ومن المفترض أن تكشف هذه المركبات الفضائية عن كيفية ولادة النظام الشمسي

كان يوم 20 يناير 2014 يومًا مصيريًا للرجال والنساء الذين عملوا في المركبة الفضائية الروبوتية روزيتا. كانت وكالة الفضاء الأوروبية قد أطلقت المركبة الفضائية التي يبلغ وزنها 3,000 كيلوغرام قبل ما يقرب من 10 سنوات، وكانت في طريقها للقاء مذنب غير معروف في أغسطس يحمل الاسم غير العملي 67P/Churyumov-Grasimenko (أو 67P للاختصار). مؤخرًا، في 12 نوفمبر، قامت روزيتا بشيء غير مسبوق: دخلت في مدار ضيق حول المذنب في مناورة دائرية وهبطت مركبة هبوط تدعى فيلة على سطحه. ستستمر روزيتا بمرافقة الجرم السماوي المتجمد كظل في مداره عندما توقظه حرارة الشمس للنشاط.

(شاهد التغطية الشاملة لمهمة رشيد/فيلة على موقع العلوم)

ولكن لكي يحدث واحد على الأقل من هذه الأشياء، كان على روزيتا أن تستيقظ أولاً. لقد تم وضعها في "وضع النوم" الذي يحافظ على الطاقة منذ أكثر من عامين. تم ضبط المنبه الداخلي الخاص بها لينطلق يوم 20 يناير الساعة 11 صباحًا بتوقيت وسط أوروبا. كان العلماء والمهندسون المنتظرون في غرفة العمليات في مركز عمليات وكالة الفضاء الأوروبية (ESOC) في دارمشتات بألمانيا، واثقين من أن المركبة الفضائية ستقدم تقريرها كما هو مخطط لها. ومع ذلك، فقد تذكروا أيضًا المركبة الفضائية Mars Observer التي فُقد الاتصال اللاسلكي بها دون أن يترك أثراً في عام 1993. وبعد دقائق قليلة يبدو أن شيئًا مشابهًا قد يحدث مرة أخرى.
يتذكر هولجر زيركس من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي في غوتنغن بألمانيا، والذي كان مسؤولاً عن الكاميرات البصرية والأشعة تحت الحمراء للمركبة الفضائية: "رأيت الكثير من الوجوه الشاحبة في الغرفة". بدا الوقت الذي مر وكأنه دهر، رغم أنه في الواقع لم يمر سوى حوالي 15 دقيقة فقط، لكن أخيرًا وصلت صافرة إلكترونية إلى دارمشتات من الفضاءات الواقعة خلف كوكب المشتري. يقول زيركس: "قالت: ها أنا ذا مرة أخرى، وكان ذلك بمثابة ارتياح كبير".
وفي الأسابيع التي مرت منذ ذلك الحين، أصبح من الواضح أن روزيتا لم تستيقظ فحسب، بل إنها تعمل أيضًا بشكل لا تشوبه شائبة وهي مستعدة للإجابة على الأسئلة الحاسمة حول بنية وتكوين وسلوك وأصل المذنبات: الأجرام السماوية الجليدية التي ولم يتغير تقريبًا منذ تكوين النظام الشمسي، قبل حوالي 4.6 مليار سنة. كما ذكرنا سابقًا، في 12 نوفمبر، أطلقت روزيتا مركبة الهبوط الخاصة بها. بسبب الأعطال، قامت بسلسلة من عمليات الهبوط والقفزات غير المنضبطة قبل أن تعلق في ظل منحدر. لمدة 60 ساعة تقريبًا، حتى نفدت بطاريتها، قامت بإجراء قياسات لتستخرج من المذنب تاريخ النظام الشمسي ذاته.
روزيتا ليست وحدها في الفضاء السحيق. في يوليو 2015، بعد رحلتها التي استغرقت تسع سنوات، ستقوم مركبة الفضاء نيو هورايزنز التابعة لناسا بمهمة أخرى غير مسبوقة: تحليق قريب من بلوتو وأقماره الخمسة المعروفة. يقول الباحث الرئيسي آلان ستيرن من مكتب معهد أبحاث الجنوب الغربي في بولدر، كولورادو: "إن المركبة الفضائية في حالة جيدة بشكل ملحوظ". وعلى الرغم من أن المهمتين مستقلتان عن بعضهما البعض، إلا أنه لا يمكن القول بعدم وجود أي صلة بينهما. يدرك علماء الفلك الآن أن بلوتو و67P ينتميان إلى حزام كويبر، وهو سرب ضخم غير محدد في الغالب من مليارات الأجرام السماوية الواقعة خلف نبتون والتي يتراوح حجمها من بضعة أمتار إلى 2,000 كيلومتر في القطر.
ستكون هذه اللقاءات هي أبرز سلسلة من الاكتشافات على مدى العشرين عامًا الماضية، والتي، إذا استعرنا كلمات ستيرن، "أطعمتنا الغبار وكتبت، حرفيًا، كل ما اعتقدنا أننا نعرفه عن بنية النظام الشمسي". في الواقع، قبل ما يزيد قليلاً عن عشرين عامًا، لم يكن أحد يعلم بوجود حزام كويبر. اكتشف علماء الكواكب خلال هذه السنوات حفنة من العوالم الجليدية التي تقارب حجم بلوتو بل وتساويه. ووجدوا أدلة على نشاط عنيف أدى منذ فترة طويلة إلى تعطيل مدارات كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون، وربما حتى وجود كوكب خامس عملاق مفقود. وقاموا بتحليل أحجام ومدارات ما يقرب من 1,500 جسم معروف لنا في حزام كويبر (KBOs)) للتعرف على كيفية تشكيل الحزام نفسه. وتساءل الباحثون أيضًا عما إذا كانت قطع الجليد هي التي تحطمت أثناء تكوين حزام كويبر، الذي كان يزود المحيطات بالمياه في العصور القديمة على الأرض الجافة الشابة.
فتحت كل هذه الملاحظات نافذة صغيرة على أصل وتطور حزام كويبر. ولكن كما في الأسطورة الشعبية عن العميان والفيل، بدأوا في رسم صورة أكثر شمولاً لبنيته وتكوينه وتطوره. وبفضل هذين اللقاءين، لقاء روزيتا مع المذنب ولقاء نيو هورايزنز المستقبلي مع بلوتو، وهما أول لقاء على الإطلاق مع جسمين مختلفين تمامًا ينشأان في حزام كويبر، ستصبح هذه الصورة أكثر وضوحًا بلا حدود.
إعادة الاكتشاف
في عام 1930، عندما اكتشف عالم فلك شاب يدعى كلايد تومبو جسمًا جديدًا وراء نبتون، لم يكن لدى هو وبقية المجتمع الفلكي أدنى شك في أنه اكتشف "الكوكب X"، الكوكب التاسع في النظام الشمسي، والذي كان يشتبه منذ فترة طويلة في أنه اكتشفه. أن تكون موجود. في البداية، أظهرت الحسابات أن الجسم الجديد، الذي سمي بلوتو على اسم اقتراح فينيسيا بارني، وهي تلميذة بريطانية تبلغ من العمر 11 عاما، له كتلة مماثلة لكتلة الأرض. ولكن في السبعينيات كان من الواضح بالفعل أن بلوتو أصغر من قمر الأرض وأقل كتلة. ما اكتشفه تومبو بالفعل هو ألمع جسم في حزام كويبر.
ومع ذلك، حتى الثمانينيات، لم يكن أحد يدرك وجود حزام كويبر على الإطلاق، ولا حتى جيرارد كويبر، عالم الفلك الهولندي الأمريكي الذي يحمل الحزام اسمه. في الخمسينيات من القرن الماضي، أثار كويبر احتمال أن تكون المنطقة الواقعة خلف نبتون مباشرة مليئة بالأجسام الجليدية. لكنه يعتقد أن جاذبية بلوتو "الضخم" تشتتهم نحو الفضاء السحيق. وكتب أن هذا الجزء من النظام الشمسي يجب أن يكون فارغًا في الغالب. يقول عالم الفلك ديفيد ك. جيويت من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، وهو أحد رواد رصد النظام الشمسي الخارجي: "لقد كان الأمر في الأساس بمثابة تنبؤ مضاد".
وفي نفس الوقت تقريبًا، افترض جان أورت، مواطن كويبر، أن الأجسام المتباعدة على نطاق واسع قد تشكل سحابة كروية من المذنبات الأولية التي تدور حول الشمس بقطر يصل إلى سنة ضوئية. واقترح أنه بين الحين والآخر، سيشق أحدهم طريقه للخروج من السحابة ويسقط في النظام الشمسي الداخلي، حيث سيعود إلى الحياة كمذنب. وقد قدم هذا السيناريو تفسيرا جيدا لوجود المذنبات ذات الدورة الطويلة، والتي تسقط في النظام الشمسي من جميع الاتجاهات وتستغرق ما لا يقل عن 200 سنة لإكمال دورة واحدة.
لكن هذه الفرضية فشلت في تفسير المذنبات قصيرة الدورة، والتي تميل إلى الطيران نحو الداخل عبر المستوى المسطح نسبيًا حيث تتواجد الكواكب. اعتقد أورت أنها مجرد مذنبات طويلة الأمد تم تحويلها إلى مدارات أقصر من خلال مواجهات قريبة مع الكواكب العملاقة، ولم يكن لدى أحد فكرة أفضل. (أو في الواقع، لا أحد تقريبا؛ في أربعينيات القرن العشرين، أثار عالم الفلك الأيرلندي كينيث إيدجوورث احتمال أن المذنبات قصيرة الدورة جاءت من سرب من الأجسام الصغيرة التي تتواجد على مسافة أقرب بكثير. لكنه قدم هذا الاقتراح بشكل عام وفقط براون، عالم الفلك من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الذي اكتشف إيريس في عام 40، وهو جسم كبير آخر في حزام كويبر، بعد اكتشاف بلوتو: "إذا كنت تعتقد أن هذا يعتبر تنبؤًا، حسنًا". تم تخفيض تصنيفه إلى "كوكب قزم" بعد عام، ولا يعتقد براون أنه من الممكن رؤية هذا على أنه توقع، وعلى أي حال لم يهتم أحد بفكرة إيدجوورث في ذلك الوقت).
يتفق معظم علماء الكواكب الآن على أن أول تنبؤ مشروع بوجود حزام كويبر يعود الفضل فيه إلى عالم الفلك الأوروغوياني خوليو فرنانديز. في ورقته البحثية عام 1980، "حول وجود حزام من المذنبات وراء نبتون"، قدم الحجة التي قدمها إيدجوورث ولكن بتفاصيل أكثر دقة. في عام 1988، أظهر سكوت تريمين، الذي كان يعمل آنذاك في جامعة تورنتو، وزملاؤه مارتن دنكان وتوماس كوين أن سرب الأجسام التي تصورها فرنانديز يمكن أن يفسر تواتر المذنبات قصيرة الدورة ومداراتها. لقد كانوا أول من استخدم مصطلح "حزام كويبر"، على الرغم من أنه وفقًا لترمين، الذي يعمل الآن في معهد الأبحاث المتقدمة في برينستون، نيوجيرسي، "ربما لا يكون هذا هو المصطلح الصحيح. الحقيقة هي أن فرنانديز هو الرجل الذي كان ينبغي أن نعطيها اسمه".
بينما كان تريمين ودنكان وكيفن يعملون على تحسين حجة حزام كويبر، كان جيويت وجين "إكس" لو، الذي كان حينها طالبًا له في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا [وأضاف الحرف X كاسم وسط بعد اقتراح جيويت]، للبحث عن الأدلة في الميدان. لم تكن التوقعات هي التي دفعتهم إلى البدء في البحث: لم يسمع جيويت ولو عن ورقة فرنانديز، وبدأا البحث في عام 1986، أي قبل عامين من نشر تريمين وزملائه لنتائجهم. يقول جيويت: «ما شجعنا وحفزنا هو الفكرة البسيطة القائلة إنه من الغريب جدًا أن يكون النظام الشمسي الخارجي فارغًا».
وبالطبع اتضح أنها لم تكن فارغة. في أغسطس 1992، أثناء البحث الذي أطلقوا عليه اسم "مسح الأجسام البطيئة"، والذي أجروه باستخدام تلسكوب قطره 2.2 متر تم وضعه على قمة بركان ماونا كيا الخامد في هاواي، اكتشف جيويت ولوي أول جسم في حزام كويبر، التي حصلت على التصنيف 1992 QB1. وبعد ستة أشهر عثروا على الجسم الثاني، وعلى الرغم من أن جيويت ولو كانا الفلكيين الوحيدين اللذين قاما بالبحث في تلك الأيام، إلا أن "مجتمع الفلكيين انخرطوا بسرعة"، كما يقول جيويت. حتى الآن، حدد علماء الفلك بالفعل حوالي 1,500 من هذه الأجسام؛ وبناء على هذا الرقم، يقدرون أن حزام كويبر يضم 100,000 ألف جسم يزيد قطرها عن 100 كيلومتر وما يصل إلى 10 مليارات جسم يزيد قطرها عن كيلومترين. يقول جيويت: «مقابل كل كويكب في حزام الكويكبات الرئيسي، هناك 1,000 جسم في حزام كويبر. هذه حقيقة صادمة بالنسبة لي".
ومع ذلك، فإن العديد من علماء الفلك أكثر ملاءمة بالنظر إلى ما ليس في حزام كويبر. ووفقا لأفضل نماذجهم لتكوين الكواكب، ينبغي أن يضم أجساما كبيرة مثل الأرض، بل وأكبر منها. لكن بينما انضمت إلى بلوتو أجسام تنافسه في الحجم، مثل عوالم مثل Make-Make، وUmea، وKwa-War، وEris، لم يتم اكتشاف أي شيء حتى يقترب من حجم أحد الكواكب. يقول جيويت: «هناك عدد كبير من الأجسام هناك، لكنها مجتمعة تعادل عُشر كتلة الأرض. انها حقا عرجاء جدا. "
لا بد أن شيئًا ما قد حدث في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي، مما أدى إلى القضاء على أكبر سكان حزام كويبر. ظل علماء الفلك الكواكب يناقشون منذ سنوات ما قد يحدث. يجب أن تبدأ روزيتا ونيو هورايزنز أخيرًا في تقديم بعض الإجابات.
نموذج الانبعاثات
وبحلول الوقت الذي تم فيه اكتشاف حزام كويبر، كان لدى الفيزيائيين بالفعل نظرية دقيقة حول كيفية تشكل النظام الشمسي. بدأ الأمر في سحابة بين النجوم واسعة النطاق من الغاز والغبار، والتي انهارت لتشكل قرصًا دوارًا. سحبت الجاذبية قلب القرص وخلقت كتلة من المواد المضغوطة والساخنة لدرجة أنها اشتعلت في نار نووية حرارية وبالتالي شكلت الشمس.
حاولت حرارة الشمس وإشعاعها طرد معظم الغازات وبعض الغبار؛ وبالقرب من المركز، تبلور الغبار إلى أحجار صغيرة، ثم إلى صخور، ثم إلى أجسام تشبه الكويكبات تسمى الكواكب المصغرة. الفرضية هي أنه أخيرًا، في المراحل الأخيرة من تكوين الكواكب، طارت مئات الأجسام بحجم المريخ ذهابًا وإيابًا، وتحطمت إلى قطع، واصطدمت ببعضها البعض والتصقت ببعضها البعض مرة أخرى، وفي النهاية شكلت الكواكب الثمانية التي نراها اليوم - ليس فقط الكواكب الداخلية الصخرية، بل أيضًا كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون، وهي في الأساس كتل من الصخور تمارس جاذبية قوية بما يكفي لامتصاص كميات هائلة من الغاز المحيط بها.
وبعد نبتون، من المحتمل أن يكون "الغبار" عبارة عن جزيئات جليدية في الغالب، والتي كان من المفترض أن تتشكل على أجسام بحجم الكوكب في عملية مماثلة. هناك مشكلتان في هذا السيناريو. أولاً، ببساطة لا يرى علماء الفلك أجسامًا بهذا الحجم (على الرغم من أنه، كما يقول براون، على حد علمنا، قد تكون هناك بعض الأجسام كبيرة مثل المريخ في مكان ما في سحابة أورت البعيدة، حيث لا يمكن اكتشافها باستخدام التكنولوجيا الحالية).
المشكلة الثانية هي أنه لا يوجد ما يكفي من المواد في حزام كويبر لتفسير وجود أي جسم مهما كان حجمه. إذا كانت كل المادة في جميع الكائنات الموجودة في الحزام قد بدأت كسحابة بدائية من الغبار الجليدي، فإن تلك السحابة كانت منتشرة جدًا لدرجة أنها لم تتمكن من تكوين أي شيء منها.
لذلك يبدو أن وجود حزام كويبر في حد ذاته لا يتوافق مع الطريقة التي يصف بها المنظرون تكوينه. يقول جيويت: «الحل الذي يتفق عليه الجميع هو أنه في البداية كانت هناك مادة أكثر بكثير في حزام كويبر، تبلغ كتلتها 30 أو 40 أو حتى 50 مرة كتلة الأرض». كانت هذه المادة تنتمي إلى سرب ضخم من الأجسام، لكن هذا السرب تضاءل بطريقة ما.
الآلية الأكثر منطقية لذلك "بطريقة ما"، التي اقترحها لأول مرة رينو مالهوترا، عالم الفيزياء من جامعة أريزونا، هي أن الكواكب الأربعة العملاقة في النظام الشمسي، المشتري، وزحل، وأورانوس، ونبتون، كانت أقرب بكثير إلى بعضها البعض مما هم عليه اليوم.
جادلت مالهوترا وبعض زملائها بأن تفاعلات الجاذبية بين هذه الكواكب المكتظة بالكثافة والنشاط البدائي لأجسام حزام كويبر دفعت زحل وأورانوس ونبتون إلى الخارج. في الوقت نفسه، تحرك كوكب المشتري، الذي كان رد فعله على هذه الأشياء وعلى الكويكبات، إلى الداخل.
وفقًا لهذه الفرضية، كان من المفترض أن تؤدي مواجهات الجاذبية هذه ليس فقط إلى مزج الكواكب، بل أيضًا إلى رمي العديد من الأجسام البعيدة إلى الخارج، إلى الأطراف البعيدة لتأثير جاذبية الشمس، مما يؤدي إلى إنشاء سحابة أورت البعيدة، بالإضافة إلى رمي العديد من الكويكبات إلى الداخل، باتجاه الشمس. النظام الشمسي الداخلي. علاوة على ذلك، كان على المشتري وزحل أن يجدا نفسيهما لفترة زمنية معينة في هجرتهما في حالة رنين مع بعضهما البعض، أي في حالة يقوم فيها زحل بثورة واحدة بالضبط بينما يقوم المشتري بدورتين.
نشأت صدمة الجاذبية عندما كان الكوكبان محاذيين بدقة على طول خط مستقيم مما أدى إلى تناثر حزام كويبر نفسه بقوة لدرجة أن أكثر من 99٪ منهم انجرفوا بعيدًا. وجد بعضهم أنفسهم أخيرًا في سحابة أورت. اصطدم آخرون بالكواكب الداخلية في كارثة تُعرف باسم القصف الثقيل المتأخر (LHB). يقول جيويت: "لا بد أن النظام الشمسي قد تعرض لضربة قوية".
هناك فيزيائي واحد على الأقل، هو ديفيد نيسبورني من معهد أبحاث الجنوب الغربي، يأخذ هذه الفكرة خطوة إلى الأمام. ويجادل بأن النظام الشمسي ربما كان يتباهى ذات يوم بكوكب غازي عملاق، كوكب المشتري، تم إلقاؤه في الفضاء بين النجوم في هذا الخلط العنيف.
إذا حدث اختلاط الكواكب العملاقة بالفعل، فقد يفسر ذلك سبب عدم احتواء حزام كويبر على أجسام كبيرة حقًا: فقد جرفت المادة التي بنتها قبل الأوان. علاوة على ذلك، من المحتمل أن تكون الأجسام الناتجة مشابهة جدًا للكواكب المصغرة: كواكب أولية صغيرة اندمجت لاحقًا لتشكل الكواكب. ومن هذا المنظور، فإن حزام كويبر يشبه لقطة مجمدة في زمن النظام الشمسي الداخلي الصخري بعد بضعة ملايين من السنين فقط من بدء عملية تكوين الكوكب.
تقول هيلكا شليتشتينج، باحثة الكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إن أكبر عدم اليقين بشأن كيفية تشكل الكواكب الموجودة هو تكوين الكواكب المصغرة: كيف جاءت إلى العالم وما حجمها". لم تكن هذه المعلومات متاحة منذ فترة طويلة في النظام الشمسي الداخلي، ولكن بمساعدة مجموعة من الملاحظات والنماذج، أظهرت هي وزملاؤها أنه من الممكن تفسير توزيع حجم أجسام حزام كويبر إذا كانت الكواكب المصغرة الجليدية التي ينتمون إليها وتميزت تلك الكواكب بقطر يبلغ حوالي كيلومتر واحد، وهي فكرة قد تنطبق على الكواكب الداخلية أيضًا. وتقول: "لقد بدأنا نتعلم، بعد عقود من التكهنات، عن الظروف الأولية لتكوين الكواكب".
بلوتو - نظرة فاحصة
لقد زودت النماذج والملاحظات عن بعد علماء الكواكب بمعلومات هائلة حول بنية حزام كويبر وتاريخه المحتمل. لكن هذه لا يمكن أن تحل محل المراقبة الدقيقة، كما تعلمنا بالفعل من عشرات المركبات الفضائية التي أرسلت إلى جميع الكواكب وعشرات الأقمار والكويكبات. يقول ستيرن: "إن صورة بلوتو، التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي، رائعة، لكن عرضها لا يتجاوز بضع بكسلات". في يونيو 2015 "سوف يتجه بلوتو نحونا كعالم حقيقي."
كان هذا العالم لا يزال كوكبًا في يناير 2006، عندما انطلقت نيو هورايزنز؛ لم يتم تخفيض رتبته إلى كوكب قزم إلا في الصيف التالي. ولكن أيًا كان ما تسميه، سيحاول ستيرن وشركاؤه في البحث أن يتعلموا قدر المستطاع مع تسارع المركبة الفضائية نحو بلوتو وقمره شارون، وتمر بهما بسرعة تقارب 40,000 ألف كيلومتر في الساعة وتصل إلى ارتفاع لا يزيد عن على ارتفاع 10,000 كيلومتر فوق سطحه الجليدي.
سيكون أحد الأهداف هو حساب الفوهات التي من المرجح أن تترك أثراً على السطح الجليدي لبلوتو وملاحظة عددها الإجمالي وعددها بأي حجم معين. وستزود هذه المعلومات علماء الفلك بقياس مستقل لأحجام الأجسام الموجودة في حزام كويبر، إذ لا بد أنها اصطدمت ببلوتو وفقا لرقمها النسبي في الحزام.
يقول ستيرن: "لكن الأمر أفضل من ذلك". بمرور الوقت، تآكلت فوهات بلوتو بسبب العمليات التي خلقت غلافه الجوي الهش: التسخين والتبريد المتكرر لسطحه الذي يحدث أثناء تحرك الكوكب القزم في مداره الطويل. لكن شارون ليس له غلاف جوي، وهذا يعني أن جميع الاصطدامات التي حدثت على سطحه ظلت محفوظة. يقول ستيرن: "يمكنك مقارنة هذين الاثنين، ومعرفة كيف تغير تاريخ الاصطدامات، وما هو نطاق حجم هذه المقاليع اليوم مقارنة بما كان عليه في حزام كويبر المبكر".
ستبحث نيوهورايزنز أيضًا عن علامات وجود محيط تحت سطح الأرض. وقد اكتشف علماء الكواكب بالفعل مثل هذه المحيطات المخفية تحت الأنهار الجليدية الكثيفة القليلة لبعض أقمار كوكب المشتري وزحل: أوروبا، وجانيميد، وإنسيلادوس، وتيتان. إذا كان بلوتو يحتوي على ينابيع من الجليد أو البراكين، فقد يشير ذلك إلى أن باطنه حار ومائي، ربما بسبب التحلل الإشعاعي في قلب صخري. وحتى في حالة عدم وجود علامات خارجية للحرارة، يمكن لكاميرات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالمركبة الفضائية اكتشاف النقاط الساخنة على السطح. إن فكرة إمكانية وجود الحياة داخل بلوتو هي فرضية افتراضية، ولكن بما أن الماء السائل يعتبر عنصرا ضروريا في علم الأحياء، كما نعرفه، فإن اكتشاف مثل هذا الماء من شأنه أن يجعل مثل هذه الفرضية مشروعة، على أقل تقدير.
ستقوم المركبة الفضائية بكل هذا وأكثر لمدة خمسة أشهر فقط، وسيتم إجراء الرصد الأكثر اختراقًا خلال النهار، تقريبًا، الذي ستمر خلاله بالكوكب القزم. لكن الأمر سيستغرق حوالي 16 شهرًا حتى تنتقل البيانات شيئًا فشيئًا لمسافة تبلغ حوالي خمسة مليارات كيلومتر إلى الأرض.
الرقص مع المذنب
سوف تقضي روزيتا وقتًا مماثلاً في الدوران بالقرب من 67P. على عكس نيوهورايزنز، التي ستمر فوق بلوتو بسرعة كبيرة، ستكون روزيتا فوق هدفها لمدة 15 شهرًا، مما سيسمح لها بالإجابة على جميع أنواع الأسئلة حول التركيب الكيميائي الدقيق للكوكب 67P وحول بنيته الداخلية، وهي أدلة قيمة لفهم الكون. طبيعة الغاز والغبار الذي بنى في البداية حزام كويبر وفهم الطريقة التي تم بها تجميع الأشياء فيه. إن الفهم الحالي للعلماء أساسي للغاية لدرجة أنه لا يوجد دليل قاطع يمكن أن يدعم نظرية واحدة بشكل معقول ويضع حداً للمنافسة. يمكن لنتائج روزيتا المستقبلية أن تساعد الباحثين على وضع نظرية مقنعة لأول مرة.
ستمنح الرحلة أيضًا روزيتا ومركبتها فيلة (إذا استيقظت من سباتها الذي فرضه عليها الظل المستمر الذي يلقيه الجرف الذي علقت بجواره)، مقعدًا في الصف الأمامي عندما يصبح المذنب نشطًا. عند اقترابها من الشمس. يقول مات تايلور من وكالة الفضاء الأوروبية، وهو الباحث الرئيسي في المذنب: "سنكون بجانب المذنب طوال صيف عام 2015، عندما يكون النشاط في ذروته وستنبعث من النواة 1,000 كيلوغرام من المواد في الدقيقة". المهمة ككل. ولا يزال الباحثون لا يعرفون ما إذا كانت هذه المادة ستأتي من جميع أنحاء سطح المذنب أم سيتم رشها من نقاط نشطة صغيرة. وفي غضون عام، سيحصل السؤال على إجابة تساعد علماء الكواكب على فهم كيف ولماذا تفقد المذنبات جليدها في النهاية وتختفي.
ينبغي أن تكون روزيتا قادرة على معالجة الأسئلة التي تهمنا، وخاصة مسألة مصدر المياه على الأرض. يعتقد العديد من علماء الكواكب أن عاصفة مذنب حدثت في فجر النظام الشمسي هي التي أوصلت المياه إلى الأرض لأول مرة. ولاختبار هذه الفرضية، ستقوم روزيتا باختبار ما إذا كانت جزيئات H2O المحاصرة في جليد 67P متطابقة كيميائيًا مع جزيئات H2O الموجودة على الأرض. لقد تم بالفعل الحصول على أدلة من مرصد هيرشل الفضائي بأن بعض المذنبات على الأقل تحتوي على مياه تكون نسبة الهيدروجين فيها إلى نظيره الأثقل، الديوتيريوم، هي نفس تلك التي يمكن العثور عليها في محيطات الأرض. ومع ذلك، وبفضل أدوات روزيتا، سنكون قادرين على مراقبة مياه المذنب ومكوناته الأخرى عن كثب وبشكل أكثر دقة، بما في ذلك المركبات العضوية الغنية بالكربون، والتي ربما لعبت دورًا في خلق الحياة. [أثناء إعداد المقال للطباعة باللغة العبرية تم الحصول على نتائج أولية تشير إلى أن نسبة نظائر الهيدروجين في بخار الماء المنبعث من 67P تختلف عن النسبة الموجودة في محيطات الأرض – المحررين.]
ستعمل فيلة وروزيتا معًا أيضًا للإجابة على سؤال ما إذا كانت المذنبات مجرد قطع من الجليد القذر، أم أنها مجموعات من القطع الأصغر التي يتم تجميعها معًا بشكل فضفاض نسبيًا بسبب جاذبيتها. وعندما كانت المركبة المدارية روزيتا ومركبة الهبوط فيلة على جانبين متقابلين من المذنب، أرسلت روزيتا إشارة راديوية مرت عبر جسم المذنب إلى فيلة وتم إعادتها بواسطتها. وهذا الإجراء مشابه لما يتم في الأشعة المقطعية، وسيُظهر للعلماء لأول مرة البنية الداخلية للمذنب. [تم إجراء التجربة، لكن نتائجها الكاملة ليست في أيدينا نحن المحررين.]
ولسوء الحظ بالنسبة لمعظمنا، فإن 67P لن يكون مرئيًا بالعين المجردة. تمامًا كما هو الحال مع بلوتو والغالبية العظمى من الأجسام الموجودة في حزام كويبر، ستحتاج إلى التكبير الاصطناعي حتى تعرف وجود المذنب هناك. لا عجب إذن أن علماء الفلك توصلوا مؤخرًا فقط إلى استنتاج مفاده أن حزام كويبر موجود وأنه ربما لعب دورًا حاسمًا في تاريخ النظام الشمسي وهندسته المعمارية.
بفضل مركبتين فضائيتين تم إطلاقهما قبل ما يقرب من عشر سنوات، في نهاية عام 2015، سنفهم المزيد عن تاريخ النظام الشمسي - أكثر من ذلك بكثير.

باختصار
حزام كويبر الموجود خلف كوكب نبتون عبارة عن مجموعة من مليارات الكويكبات الجليدية التي تعد بمثابة أمثلة شبه بدائية لمكونات النظام الشمسي.
سفينتان فضائيتان في منتصف مهمات تهدف إلى البحث في أسرار الحزام. إحداها، روزيتا، تدور حول مذنب ولد في حزام كويبر. أما المركبة الأخرى، نيو هورايزونز، فهي في طريقها إلى بلوتو، أكبر سكان المنطقة.
قد تؤدي هذه المهام إلى العثور على مفتاح أصول النظام الشمسي.

مدارات - مهمتان إلى وجهة واحدة: حزام كويبر
يتبع زوج من المركبات الفضائية، نيو هورايزنز وروزيتا، طرقًا مختلفة لفحص الحلقة الواسعة من الكويكبات الجليدية التي تسمى حزام كويبر. إن مليارات الأجسام الصغيرة التي يقال إنها تتجمع هناك، خارج مدار نبتون، هي بقايا تكوين النظام الشمسي ويمكن أن تعلمنا كيف ظهرت كواكبنا. تتجه نيوهورايزنز مباشرة إلى حزام كويبر لدراسة كوكب بلوتو، أكبر سكانه. ومن ناحية أخرى، دخلت روزيتا مدارًا حول مذنب نشأ هناك.
نحن ذاهبون إلى حزام كويبر: مهمة نيو هورايزنز
تم إطلاق مركبة الفضاء نيو هورايزنز التابعة لناسا في عام 2006، ومنذ ذلك الحين وهي في رحلتها، التي لا تزال مستمرة، إلى بلوتو. عبرت المركبة الفضائية مدار نبتون في أغسطس 2014، ومن المقرر أن تحلق بالقرب من بلوتو في يوليو 2015. خلال هذا اللقاء الوثيق، ستقوم نيو هورايزونز بتحليل تكوين السطح العاكس للغاية للكوكب القزم والتحقيق في كيفية هروب غلافه الجوي الرقيق باستمرار منه. قد تفسر عملية الهروب كيف فقد الغلاف الجوي للأرض كمية كبيرة من الهيدروجين عندما كان الكوكب لا يزال شابًا. ستقوم المركبة الفضائية أيضًا بالبحث على سطح بلوتو عن المركبات العضوية، مثل الميثان المتجمد. ربما يكون حزام كويبر نفسه قد حقن مثل هذه المركبات، وهي المواد اللازمة لخلق الحياة، إلى الأرض منذ فترة طويلة عندما تجولت في النظام الشمسي الداخلي.

حزام كويبر قادم إلينا: روزيتا ترصد المذنب 67P
في أغسطس 2014، بعد رحلة استغرقت عشر سنوات، وصلت المركبة الفضائية روزيتا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية إلى المذنب 67P/Churyumov-Grasimenko. والتفسير هو أن 67P، مثل معظم المذنبات في منطقته، نشأ في حزام كويبر. ربما يكون الاصطدام الذي حدث منذ زمن طويل، أو قوة الجاذبية من جسم آخر، قد دفعه إلى النظام الشمسي الداخلي. ستدور روزيتا حول 67P عندما تصل إلى أقرب نقطة لها من الشمس، وسوف يذوب سطحها الجليدي ليشكل ذيلًا متوهجًا. في 12 نوفمبر 2014، أطلقت روزيتا مركبة الهبوط فيلة، التي قامت بهبوط عميق على المذنب وأرسلت صورًا وبيانات لتحليل سطح الأرض حتى نفاد بطارياتها.
المزيد عن هذا الموضوع
اكتشاف جسم بحجم كوكبي في حزام كويبر المبعثر. مي براون وآخرون. في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، المجلد. 635، لا. 1، الصفحات L97-L100؛ 10 ديسمبر 2005.
ملفات بلوتو: صعود وسقوط كوكب أمريكا المفضل. نيل ديجراس تايسون. دبليو دبليو نورتون، 2009.

عن المؤلف
مايكل د. ليمونيك هو مراسل لموقع المناخ المركزي، وهو موقع إخباري غير ربحي، ومؤلف كتاب "مرآة إلى الأرض: البحث عن كوكب توأم" (ووكر برس، 2012). كان مراسلاً علمياً لمجلة "تايم" لمدة 21 عاماً.