الطبيعة تكشف لماذا تتحرك "كواكب المشتري الساخنة" في الاتجاه المعاكس؟

دراسة نشرت اليوم في مجلة Nature بقيادة سامدار ناوز، الباحث السابق من جامعة تل أبيب والمقيم في الولايات المتحدة الأمريكية، تجيب على لغز لماذا تتحرك العديد من الكواكب في الأنظمة الشمسية الأخرى في الاتجاه المعاكس لاتجاه دوران شمسها و لماذا يوجد عدد قليل منها، بما في ذلك تلك الأكبر من كوكب المشتري، على مقربة من شمسها. يجلب البحث أيضًا رؤى جديدة لنظامنا الشمسي

تم اكتشاف أكثر من 500 كوكب خارج النظام الشمسي منذ عام 1995. ومع ذلك، وبسبب تطور التكنولوجيا، لاحظ علماء الفلك في السنوات الأخيرة فقط أن بعضها يدور شموسه في اتجاهين متعاكسين. يُطلق على العديد من هذه الكواكب اسم "المشتريات الساخنة" لأنها كبيرة مثل المشتري أو أكبر منه (وأحيانًا أكثر)، ولكن على عكس الوضع في النظام الشمسي حيث يكون كوكب المشتري بعيدًا جدًا عن الشمس، فإن هذه الكواكب بعيدة جدًا عن الشمس. قريبون من شمسهم، لدرجة أنهم يستغرقون أيامًا قليلة للدوران حول شمسهم، مقارنة بثلاثة أشهر تقريبًا التي يستغرقها أقرب كوكب إلى الشمس، وهو عطارد، للدوران حولها.

كيف انتقلت هذه الكواكب من موقعها في منتصف النظام الشمسي إلى هذا القرب من الشمس، وخاصة لماذا تتحرك نسبة كبيرة منها -حوالي النصف- في الاتجاه المعاكس. تم حل هذين اللغزين في وقت واحد في دراسة نشرت نتائجها اليوم في مجلة نيتشر، بقيادة الدكتور سمدار ناوز، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة نورث وسترن، بالاشتراك مع الدكتور ويل فار، والبروفيسور يورام ليتفيك (أيضًا) إسرائيلي سابق، لكنه أكمل دراسته في الولايات المتحدة الأمريكية)، البروفيسور فريد راسيو وطالب الدكتوراه جان دي سيديا.

ووفقا للدكتورة ناعوز، التي أكملت دراستها الثالثة في كلية علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة تل أبيب، فإن الاكتشاف ذاته يتناقض مع نظرية طويلة الأمد حول تكوين الأنظمة الشمسية، والتي كانت تعتمد بشكل أساسي على نظامنا الشمسي، والذي تبين أنه شذوذ في المشهد حيث تتحرك جميع الكواكب مع محور دوران الشمس، وبشكل أو بآخر في مستوى خط الاستواء. "عندما تنظر إلى الأنظمة الشمسية الأخرى التي تم اكتشافها، ترى أن نصف الكواكب التي يمكن قياس محور دورانها تقع فوق أو تحت المستوى الاستوائي، وأنه في نصف هذه الكواكب تتحرك الكواكب في اتجاهين متعاكسين.
وهذا تطلب من فريق جامعة نورثويسترن إجراء تغيير بسيط وإعادة بناء نظرية نشأة الأنظمة الشمسية، وذلك بإضافة جسم خارجي آخر يؤثر عليها. يقال في النظرية الحالية أنه في البداية توجد سحابة من الغاز والغبار تبدأ في الدوران. ثم تتشكل الشمس في مركزها، وفي مستواها الاستوائي تتشكل الكواكب من بقايا سحابة الغاز التي تستمر في إحاطتها في نفس المستوى وفي نفس الاتجاه الذي تدور فيه أيضاً حول محورها.

وذلك بإضافة عامل خارجي للنموذج - وجود كوكب أو نجم مرافق (شمس إضافية في الأنظمة النجمية المزدوجة) فوق خط الاستواء، وهو يسحب الكواكب إليه إلى حد ما. وباستخدام قوانين نيوتن القديمة وقوى المد والجزر المؤثرة على الكوكب بمجرد اقترابه بدرجة كافية من شمسه، تمكن الباحثون من بناء نموذج رياضي وإثباته وبناء محاكاة بناءً عليه. وبحسب النموذج يوضح الدكتور ناوز: "لإظهار الظاهرة وتبسيط الشرح، ركزنا على نظام له شمس وكوكب آخر، مثل كوكب المشتري، الذي يبعد مسافة المشتري عن شمسه ، وكوكب آخر ذو مدار إهليلجي يؤثر على الكوكب الشبيه بالمشتري الذي يقع في البداية في مدار شبه دائري في المستوى الاستوائي وفي الاتجاه الذي تدور فيه الشمس حول محور في المرحلة الأولية. عندما يوجد نظام في مثل هذا التكوين، ترى أنه شيئًا فشيئًا، يبدأ تأثير الجسم الخارجي في التأثير على مدار الكوكب الداخلي ويبدأ في التأرجح بين مداره الأصلي والمدار الإهليلجي.

وعندما يرتفع فوق المستوى الاستوائي أو ينزل تحته يكون مداره دائريا، وعندما يقترب من المستوى يكون مداره إهليلجيا للغاية. وبمرور الوقت، يصبح مداره بيضاويًا أكثر فأكثر حتى تصبح إحدى البؤرتين قريبة جدًا من الشمس ومن ثم يكون لديه إمكانية محاصرة مدار قريب بمساعدة قوى المد والجزر.

يوجد حتى الآن تفسير لكيفية وصول كوكب مثل المشتري إلى مدار يدور فيه حول الشمس على مسافة قصيرة، ولكن لماذا في 50% من الحالات يدور حوله أيضًا في الاتجاه المعاكس لاتجاه الدوران؟

وبحسب الدكتور ناوز، فمن النموذج الذي بناه، اتضح أن التقلبات بين شكل المسار وارتفاع المسار فوق السهل كبيرة جدًا، لدرجة أنه في حوالي خمسين بالمائة من الحالات ينقلب المسار رأسًا على عقب ". والسؤال الآن هو في أي مرحلة من مدارها تلحق بها الشمس، إذا حدث أن لحقتها وهي في الاتجاه المعاكس لاتجاه دورانها الذاتي، فسيكون ذلك هو الاتجاه الذي ستدور فيه إلى الأبد .
"نموذجنا مناسب للملاحظات، وهو أيضًا بسيط جدًا ويعتمد بشكل أساسي على قوانين نيوتن، على عملية معروفة منذ الستينيات، المشكلة هي أن طريقة استخدام النموذج لمدة خمسين عامًا كان هناك خطأ. الفيزياء موجودة، لقد ارتكب الناس خطأً في الطريقة التي أجروا بها الحسابات لمدة خمسين عامًا، وقام تسوت بتصحيح الخطأ والآن يشرح الحسابات جيدًا. ويختتم الدكتور ناوز.