چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر یک ابَر زمین به منظومه شمسی بیافزاییم؟

تمام اجزای منظومه‌ی شمسی مانند چرخ‌ دنده‌های یک ساعت پیچیده عمل می‌کنند اما اگر یک سیاره بزرگ به این منظومه اضافه شود چه اتفاقی رخ خواهد داد؟

کد خبر: ۵۹۸۱۴۱

تاریخ: ۲۴ اسفند ۱۴۰۱ - ۰۸:۵۶

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از اسپیس، بر اساس تحقیقات جدیدی که در آن یک ابرزمین شبیه‌سازی شده درون منظومه شمسی قرار گرفته و سرنوشت هر هشت سیاره‌ی منظومه‌ی ما پس از حضور آن مشخص شده است باید گفت که چنین سیاره‌ای می‌تواند اثرات مخربی بر مدار اکثر سیارات داشته باشد.

ابر زمین واژه‌ای است که برای سیاراتی با اندازه‌ی بزرگ‌تر از زمین اما سبک‌تر از سیارات گازی استفاده می‌شود.

نتایج نشان می‌دهد که کوچک‌ترین تغییر در مدار مشتری که عظیم‌تر از مجموع سیارات دیگر است، تاثیری عمیق و ویرانگر بر مدارهای سیارات دیگر می‌گذارد.

استفان کین(Stephen Kane)، اخترشناس دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید و تنها نویسنده‌ی این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: همه‌ی سیارات مانند چرخ دنده‌های یک ساعت پیچیده عمل می‌کنند. چرخ‌ دنده‌های بیشتری را اضافه کنید و همه چیز خراب خواهد شد.

منظومه شمسی ما برای مدتی طولانی الگویی برای همه منظومه‌های سیاره‌ای در نظر گرفته می‌شد. با این حال، طی ۲۵ سال اخیر، به دلیل نداشتن ابر زمین به گزینه‌ای استثنایی تبدیل شده است.

ماموریت‌های شکار سیارات فراخورشیدی ناسا مانند کپلر و ماهواره بررسی سیارات فراخورشیدی(TESS) به ستاره شناسان کمک کرده است تا متوجه شوند که چنین سیاراتی به طور شگفت‌انگیزی در کهکشان راه شیری بسیار متداول هستند. یک سوم تمام سیارات فراخورشیدی ابر زمین هستند. محققان فکر می‌کنند که منظومه شمسی به این علت یک ابرزمین ندارد که سیاره مشتری زمانی به سمت کمربند سیارک‌ها مهاجرت کرده و دوباره به بیرون برگشته است و این اتفاق شکل‌گیری آن را سرکوب کرده و طی این فرآیند مواد زیادی به سمت خورشید فرستاده شده است. به دلیل عدم وجود داده‌های محلی از ابر زمین درک چنین جهان‌هایی که در سایر منظومه‌های خورشیدی رایج هستند برای محققان مشکل است.

کین در ایمیلی به اسپیس گفت که این ناکامی دائمی در میان جامعه‌ی سیارات فراخورشیدی بوده است. بنابراین من در این مطالعه به این پرسش پاسخ دادم که اگر آرزوی داشتن ابر زمین در منظومه‌ی شمسی محقق شود چه اتفاقی می‌افتد؟

چهار سیاره درونی به طور ویژه آسیب‌پذیر هستند

ابر زمین‌ها می‌توانند بین دو تا ۱۰ برابر از سیاره ما بزرگ‌تر باشند، بنابراین کین سیاراتی با جرم‌های مختلف را شبیه‌سازی کرد و آن‌ها را در فاصله‌های متعدد در کمربند اصلی سیارک‌ها بین مریخ و مشتری قرار داد. او با یک ابر زمین در دو برابر فاصله‌ی بین زمین و خورشید یا دو واحد نجومی (AU) معادل ۲۹۷ میلیون کیلومتر کار خود را آغاز کرد و این فاصله را تا لبه‌ی بیرونی کمربند سیارکی تا چهار واحد نجومی معادل ۵۹۷ میلیون کیلومتر افزایش داد. این کار منجر به ایجاد هزاران مدل شبیه‌سازی شده شد که هر کدام در زمان کنونی آغاز و ۱۰ میلیون سال بعد به پایان می‌رسیدند. کین هر ۱۰۰ سال، عواقب این سیاره را بر هر یک از هشت سیاره‌ی منظومه شمسی ثبت می‌کرد.

این نتایج نشان داد که هر چهار سیاره درونی یعنی عطارد، زهره، مریخ و زمین به طور ویژه‌ای در برابر تغییرات مداری آسیب‌پذیر هستند. برخی از آنها یا هر چهار سیاره در بسیاری از موارد از منظومه شمسی بیرون افتادند. در هیچ یک از هزاران شبیه‌سازی خروج مشتری یا زحل دیده نشد. اما در موارد معدودی، این دو غول گازی سیارات دیگری از جمله خود ابرزمین تازه اضافه شده و همچنین اورانوس را به بیرون پرتاب کردند و باعث هرج و مرج در میان قمرهای آن‌ شدند.

هنگامی که سیاره‌ای هفت برابر بزرگ‌تر از زمین مانند سیاره‌ی فراخورشیدی Gliese ۱۶۳c کمی فراتر از مریخ قرار گرفت، شبیه‌سازی نشان داد که مدار هر چهار سیاره درونی ناپایدار شده است. مدارهای زمین و زهره به اندازه کافی غیرعادی یا تخم مرغی شکل شدند که برخوردهای نزدیک فاجعه بار رخ داد. تغییر در مدار آنها انرژی آزاد کرد که به عطارد منتقل شد و این سیاره از منظومه شمسی خارج شد.

غول‌های گازی می‌توانند خود را حفظ کنند

بر خلاف سیارات سنگی، غول‌های گازی، به ویژه مشتری و زحل، کمتر تحت تاثیر سیاره‌ی اضافی قرار گرفتند. مدارهای آن‌ها فقط در نواحی رزونانس حرکت متوسط (MMR) کمی ناپایدار بودند.

رزنانس مداری زمانی اتفاق می‌افتد که دو یا چند جرم سماوی که به دور جرم دیگری می‌گردند، اثر گرانشی متقابل و متناوبی بر هم داشته باشند و نسبت دوره‌ی تناوبی گردششان به هم نسبت دو عدد صحیح کوچک باشد. برای مثال در منظومه‌ی شمسی، دوره‌ی تناوب اقمار اروپا، گانیمِد، و آیو به دور مشتری به نسبت یک به دو به چهار است. در این حالت گفته می‌شود که این سه قمر در رزونانس ۱:۲:۴ هستند.

اجرامی که با هم در رزونانس هستند، اثر گرانشی زیادی بر هم می‌گذارند و مدار یکدیگر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. در بیشتر مواقع رزونانس‌ها ناپایدار هستند.

زمانی که کین ابرزمین Gliese ۱۶۳c را در قسمت بیرونی کمربند سیارکی در ۳.۸ واحد مجومی قرار داد، مدار هر دو غول گازی تخم مرغی‌شکل‌تر شد، به طوری که ابتدا ابرزمین و پس از آن اورانوس از منظومه خارج شدند. مطالعه کین نشان داد که در این مورد، حتی کوچکترین تغییرات در مدار منظومه شمسی خارجی، سیارات درونی را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد.

بر اساس این مطالعه، اگر سیاره در سمت انتهای کمربند سیارکی در حدود سه واحد نجومی معادل ۴۴۷ میلیون کیلومتر قرار گیرد، کمترین آشفتگی را به همراه خواهد داشت. کین استدلال می‌کند که در اینجا، ابر سیاره با سیارات غول‌پیکر به صورت حداقلی تعامل خواهد داشت و اختلالات کمی در منظومه شمسی ایجاد می‌کند.

کین می‌گوید، به طور کلی، این مطالعه نشان می‌دهد که سیاره مشتری چقدر برای دینامیک منظومه شمسی اهمیت دارد و حتی تغییرات نسبتا کوچک نیز می‌تواند تفاوت عظیمی در پایداری منظومه ما ایجاد کند.

ابر زمین‌ها ممکن است در بیشتر منظومه‌های شمسی رایج باشند، زیرا وجود سیارات غول‌پیکری مانند مشتری یک اتفاق نادر است. تنها ۱۰ درصد از ستارگان خورشید مانند، میزبان سیارات غول‌پیکر در فواصل مشابه خورشید ما هستند.

کین گفت که محققان اغلب گمانه زنی‌هایی مبنی بر اینکه آیا منظومه شمسی ما می‌تواند به طور ایمن سیاره دیگری بین مریخ و مشتری را در خود جای دهد یا خیر، دارند و به نظر می‌رسد که پاسخ آن یک «نه» قاطع باشد.

این تحقیق در مقاله‌ای که در روز ۲۸ فوریه در مجله‌ی علوم سیاره‌ای(Planetary Science) منتشر شده است، شرح داده شده است.