يشرح نموذج تم تطويره في كلية الفيزياء في التخنيون الخصائص الفريدة لجسم أروكوث - وهو جسم صوره مسبار نيو هورايزنز في عام 2019. النموذج له آثار مهمة لفهم الخطوات الأولى في تشكيل الكواكب
نشر باحثون في كلية الفيزياء في التخنيون وزملاؤهم في ألمانيا في مجلة Nature شرحًا للخصائص الفريدة لـ "رجل الثلج"، وهو أبعد جسم في النظام تم رسم خرائطه وتصويره عن قرب. وفي أوائل عام 2006، أُرسل مسبار نيو هورايزنز لالتقاط صور قريبة لبلوتو، وهو الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي لم يتم رسم خرائطه بعد. المهمة: رسم خريطة بلوتو والتعرف على خصائصه وسطحه. وبالعودة إلى نفس العام، قرر الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) أن بلوتو ليس كوكبًا "حقيقيًا" ولكنه كوكب قزم، وبالتالي خفض عائلة النظام الشمسي بفارق ضئيل من 9 كواكب إلى 8 فقط. وبطبيعة الحال، كل هذا لم يمنع مهمة نيو هورايزنز التي وصلت إلى بلوتو بعد حوالي 9 سنوات من إطلاقها وقدمت الكثير من المعلومات المرئية والعلمية عن بلوتو وقمره شارون. ومن هناك واصل المسبار طريقه إلى حافة النظام الشمسي. في 27 ديسمبر 2017، قامت وكالة ناسا بإيقاف تشغيل أنظمة نيوهورايزنز لتوفير الطاقة، وأعادت تشغيلها مرة أخرى بعد ستة أشهر.
تم تصميم الرحلة إلى ما بعد بلوتو لدراسة 2014 MU69 - وهو جسم سماوي يقع على بعد حوالي 6 مليارات كيلومتر من الأرض في حزام كويبر - وهو حزام كويكبات يحتوي على عدد هائل من الكويكبات التي تتراوح أحجامها من بضعة أمتار إلى أجسام يبلغ حجمها آلاف الكيلومترات (بلوتو، على سبيل المثال). هنا، على عكس حزام الكويكبات الداخلي الذي يقع بين مداري المريخ والمشتري، تكون درجات الحرارة منخفضة للغاية وبالتالي فإن بعض تلك الأجسام مكونة من الجليد. تم اكتشاف MU69 في عام 2014 بواسطة تلسكوب هابل الفضائي، ونظرًا للاهتمام الكبير به، تقرر أنه سيكون الهدف التالي لنيو هورايزنز بعد بلوتو. وهكذا، في 1 يناير 2019، مر المسبار بالقرب من MU69 وقام بتصويره من مسافة لا تقل عن 3,500 كيلومتر.
نظرًا لبعده عن الأرض - حوالي 6 مليارات كيلومتر منا - أطلق موظفو ناسا على الجسم البعيد اسم Ultima Thule ("نهاية العالم" مترجمة بشكل فضفاض من اللاتينية، بسبب موقعه على حافة النظام الشمسي). تم تغيير اسمه لاحقًا إلى أروكوث، وهي كلمة تعني "السماء" أو "السحابة" في لغة بوهاتان الهندية المنقرضة. الصور الفوتوغرافية لنيو هورايزنز، والمعلومات الإضافية التي جاءت من هابل وغيره من المصادر، زودت المجتمع العلمي بالكثير من المعلومات حول العظم البعيد، الذي يبلغ طوله حوالي 30 كيلومترا ويتكون من "فصين" مسطحين بأحجام مختلفة متصلين بالعظم. بعضها البعض بنوع من الرقبة الرفيعة. وهذا هو أصل لقب آخر يُطلق على العظم ذو الفصوص - "الرجل الثلجي".
ورغم أنه تم الاتفاق بالفعل في مرحلة مبكرة على أن أروكوث قد تشكل نتيجة اصطدام جسمين مختلفين -الفصين اللذين يشكلانه- فإن النماذج المقترحة حتى الآن لا تشرح السمات الرئيسية لـ"الرجل الثلجي"، ولا سيما بطئه. سرعة دورانه حول نفسه، وزاوية ميله العالية. والآن، في مقال نشر في مجلة Nature الشهيرة، يقدم باحثو التخنيون نموذجًا قائمًا على المحاكاة يطابق نفس الميزات.
وقاد البحث طالب الدكتوراه يفغيني غريشين، وطالب ما بعد الدكتوراه الدكتور أوري ميلمود ومشرفهم البروفيسور حاجي بيرتس، مع مجموعة بحثية ألمانية. ووفقا لجريشين، "كان من الممكن أن يؤدي اصطدام بسيط بين جسمين عرضيين في حزام كويبر إلى تحطيمهما لأن معظمهما مصنوعان من الجليد الناعم، وكان من الممكن أن يحدث الاصطدام بسرعة عالية للغاية". ولذلك افترضنا أن الاصطدام سبقته فترة طويلة دار فيها الجسمان حول بعضهما البعض في مدار دائري يشبه القمر الذي يدور حول الأرض. خلال هذه الفترة، اقتربت الجثث من بعضها البعض تدريجياً، وعندما اصطدمت ببعضها البعض في النهاية، لم يكن ذلك اصطداماً مميتاً بل نوعاً من الاحتكاك".
وقد أضاف باحثو التخنيون إلى هذا النظام ثنائي الجسم جسمًا ثالثًا، وهو الشمس، وبذلك حولوه إلى نظام ثلاثي الأجسام. الآن تبقى مشكلة أخرى - إذا تحرك جزأا أروكوث في دائرة حول بعضهما البعض، فمن الصعب تفسير بيانات الحركة الحالية للكائن المشترك، بما في ذلك سرعة دورانه المنخفضة وزاوية ميله الكبيرة (الميل بالنسبة إلى المستوى دورانها حول الشمس) وهي 98 درجة - بحيث تكاد تكون على جانبها بالنسبة لمسارها. يقول البروفيسور بيرتس: "لقد حلت عمليات المحاكاة التي أجريناها هذه المشكلة أيضًا". "لقد أظهرنا أنه في بداية الرحلة تحرك الجسمان في مسار دائري وعلى مسافة كبيرة من بعضهما البعض، ثم مع مرور الوقت أصبح المسار أكثر وأكثر إهليلجية بسبب تداخل قوى الجذب بين الأجسام الثلاثة وفي نقاط معينة يقترب فصا أروكوث من بعضهما البعض. من المتوقع أن يؤدي مثل هذا الموقف إلى الاصطدام بسرعة بطيئة، وهو ما لن يؤدي إلى تحطيم الأجسام المتصادمة بل سيؤدي إلى التصاقها ببعضها البعض، وعلاوة على ذلك - يتسبب في انخفاض سرعة الدوران النهائية للجسم المشترك وزاوية الميل عالي."
ويختتم الدكتور ميلمود قائلاً: "لقد أجرينا العديد من عمليات المحاكاة لحركة الأجسام حول بعضها البعض بالإضافة إلى الاصطدام نفسه، واكتشفنا أن هذه الديناميكية يمكنها بالفعل إنشاء الكائن المشترك، وهو "رجل الثلج".
في المقال، يشير باحثو التخنيون أيضًا إلى احتمال اصطدام جسمين في مثل هذا النموذج ببعضهما البعض - حوالي 15٪. وبحسب البروفيسور بيرتس، "حتى الآن لم يتم اقتراح أي نموذج يفسر الشكل الفريد للاصطدام. لا يشرح نموذجنا البيانات الخاصة للنظام الموحد اليوم فحسب، بل يشرح أيضًا الاحتمالية العالية لحدوث تصادم. لقد تمكنا من أن نشرح، بطريقة تتعارض مع الحدس الأساسي، كيف تزداد فرص الاصطدام بدقة عندما تكون المسافة الأولية بين الفصين أكبر. علاوة على ذلك، يتنبأ هذا النموذج بأن العديد من الأجسام الأخرى في حزام كويبر، وربما حتى نظام بلوتو وقمره "شارون"، تطورت بطريقة مماثلة، وأن العديد من هذه الأجسام يمكن اكتشافها في أماكن أخرى من النظام الشمسي. ولهذه العمليات معنى مهم ليس فقط لفهم ديناميكيات الأجسام وتكوينها وفهم مكوناتها، ولكن أيضًا لفهم الظروف التي كانت موجودة في المراحل الأولى من خلق النظام الشمسي بأكمله وتطوره اللاحق.
للمادة العلمية
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
