کشف راز مدار عجیب سیاره پلوتون

فرارو: پلوتون به عنوان یک سیاره فرانپتونی، همیشه ذهن ستاره شناسان را به خود درگیر کرده و از بحت درباره سیاره بودن و یا نبودن آن گرفته تا رمز و راز مدار عجیب و غریب آن، همواره یکی از موضوعات مهم در منظومه شمسی ما بوده است. اکنون گروهی از ستاره شناسان ادعا می‌کنند موفق به کشف یکی از راز‌های این سیاره، یعنی مدار عجیب آن شده اند.

پلوتون یا پلوتو، سیارهٔ کوتولهٔ کمربند کویپر در منظومهٔ خورشیدی است که در هنگام کشف آن توسط کلاید تامبا در سال ۱۹۳۰ تا ۲۴ اوت ۲۰۰۶ نهمین سیارهٔ منظومهٔ خورشیدی به حساب می‌آمد، اما اکنون بنا بر تعریف تازهٔ اتحادیهٔ بین‌المللی اخترشناسی از سیاره، «پلوتون» یک سیارهٔ کوتوله محسوب می‌شود. چیزی که از همان ابتدای کشف این سیاره، مشخص بود، ماهیت عجیب و غریب مدار آن بود که توجه اخترشناسان را به خود جلب کرد.

در واقع، مدار پلوتون برخلاف مدار زمین و هفت سیارهٔ دیگر یک مدار نزدیک به دایره نیست بلکه این مدار یک مدار بیضی بسیار کشیده با خروج از مرکز بسیار محسوسی است و گردش مداری آن نزدیک به ۲۴۸ سال زمینی طول می‌کشد. کشیدگی مدار پلوتون بسیار زیاد و غیرعادی است به‌طوری که مدار آن با مدار نپتون، آخرین سیارهٔ سامانهٔ خورشیدی در دو نقطه برخورد دارد. فاصلهٔ پلوتون از خورشید در اوج مداری خود ۴۹ واحد نجومی است یعنی حدود ۵۰ برابر بیشتر از فاصلهٔ زمین از خورشید، اما این سیاره در حضیض خود تنها ۲۹ واحد نجومی از خورشید فاصله دارد. مدار پلوتون با دائرةالبروج بیش از ۱۷ درجه زاویهٔ انحراف دارد و در نتیجهٔ همین انحراف است که این سیارهٔ کوتوله نیمی از مسیر مداری خود را در بالای صفحهٔ گردش زمین به دور خورشید و نیمی دیگر را در پایین این صفحه می‌پیماید.

اکنون یک مطالعه جدید نشان داده است که مدار پلوتون در بازه‌های زمانی طولانی‌تر نسبتاً پایدار است، اما در مقیاس‌های زمانی کوتاه‌تر در معرض آشفتگی و تغییرات است. این تحقیق توسط رنو مالهوترا، استاد تحقیقات علمی لوئیز فوکار مارشال در آزمایشگاه قمری و سیاره‌ای دانشگاه آریزونا (LPL)، و تاکاشی ایتو، دانشیار مرکز تحقیقات اکتشاف سیاره‌ای موسسه فناوری چیبا (PERC) و مرکز رصدخانه ملی نجوم ژاپن (NAOJ) صورت گرفته و مقاله‌ای که یافته‌های آن‌ها را توصیف می‌کند اخیراً در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.

دانشمندان می‌گویند ماهیت غیرعادی مدار پلوتون به این معنی است که پلوتون در طول هر دوره ۲۰ سال در مدار نزدیکتر از نپتون به خورشید می‌چرخد. از زمان کشف پلوتون تاکنون، تلاش‌های متعددی برای شبیه‌سازی گذشته و آینده مدار آن انجام شده است که ویژگی شگفت‌انگیزی را نشان می‌دهد که پلوتون را از برخورد با نپتون محافظت می‌کند. مالهوترا در این خصوص به Universe Today گفت: «وضعیت تشدید مداری پلوتون که به رزونانس حرکت متوسط معروف است، که فاصلی مداری خود را با نپتون حفظ کند. این موضوع سپس راز دیگری از پلوتون را آشکار کرد که نشان می‌داد این سیاره در مکانی بسیار بالاتر از صفحه مدار نپتون به حضیض می‌رسد. این یک نوع متفاوت از تشدید مداری است که به عنوان «نوسان vZLK» شناخته می‌شود.»

مالهوترا افزود: «در اواخر دهه ۱۹۸۰، با در دسترس بودن کامپیوتر‌های قوی تر، شبیه سازی‌های عددی سومین ویژگی عجیب و غریب این سیاره را نیز آشکار کرد، که مدار پلوتون از نظر فنی آشفته است، یعنی انحرافات کوچک شرایط اولیه منجر به واگرایی نمایی راه حل‌های مداری در طول ده‌ها میلیون سال می‌شود. با این حال، این هرج و مرج محدود است. در شبیه‌سازی‌های عددی مشخص شده است که دو ویژگی خاص مدار پلوتون که در بالا ذکر شد در بازه‌های زمانی گیگا سال باقی می‌مانند و مدار آن را علی‌رغم شاخص‌های هرج و مرج به طرز قابل ملاحظه‌ای پایدار می‌کنند.»

مالهوترا و ایتو به ویژه امیدوار بودند که به سؤالات حل نشده در مورد مدار‌های عجیب و غریب پلوتون و سایر اجرام به اندازه پلوتون (معروف به پلوتینوس) پاسخ دهند. این سؤالات توسط تحقیقاتی که در چند دهه گذشته انجام شده، مانند «نظریه مهاجرت سیاره» مورد توجه قرار گرفته است. در این فرضیه، پلوتون توسط نپتون که در طول تاریخ اولیه منظومه شمسی مهاجرت کرده بود، به رزونانس حرکت متوسط فعلی خود کشیده شد. پیش‌بینی اصلی این نظریه این است که دیگر اجرام ترانس نپتونی (TNO) دارای شرایط تشدید مشابهی هستند که از آن زمان با کشف تعداد زیادی پلوتینوس تأیید شده است. این کشف همچنین منجر به پذیرش گسترده‌تر نظریه مهاجرت سیاره‌ها شده است.

اما همانطور که مالهوترا توضیح داد: «میل مداری پلوتون ارتباط نزدیکی با نوسان vZLK آن دارد؛ بنابراین ما استدلال کردیم که اگر بتوانیم شرایط نوسان vZLK پلوتون را بهتر درک کنیم، شاید بتوانیم معمای تمایل آن را حل کنیم. ما این کار را با بررسی نقش دیگر سیارات غول پیکر منظومه شمسی (مشتری، زحل و اورانوس) در مدار پلوتون آغاز کردیم. برای انجام این کار، ما شبیه‌سازی‌های کامپیوتری را اجرا کردیم که در آن تکامل مداری پلوتون را تا ۵ میلیارد سال شبیه‌سازی می‌کرد.»

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که در طول دوران مهاجرت سیاره در تاریخ منظومه شمسی، شرایط اجرام ماوراء نپتون به گونه‌ای تغییر کرد که بسیاری از آن‌ها - از جمله پلوتون - را به حالت نوسانی vZLK رساند. در واقع تمایل مداری پلوتون در طول این تکامل دینامیکی منشا گرفته است. این نتایج احتمالاً پیامد‌های مهمی برای مطالعات آینده منظومه شمسی بیرونی و دینامیک مداری آن خواهد داشت. مالهوترا معتقد است که اخترشناسان با استفاده از این یافته، اطلاعات بیشتری در مورد تاریخچه مهاجرت سیارات غول پیکر و چگونگی قرار گرفتن آن‌ها در مدار‌های فعلی خود خواهند یافت. همچنین می‌تواند منجر به کشف یک مکانیسم دینامیکی جدید شود که منشأ مدار پلوتون و دیگر اجرام با تمایل مداری بالا را توضیح می‌دهد.

وی افزود: «من فکر می‌کنم که کار ما امید جدیدی را برای ایجاد ارتباط بین دینامیک امروزی منظومه شمسی و دینامیک تاریخی منظومه شمسی ایجاد می‌کند. منشاء تمایلات مداری سیارات کوچک در سراسر منظومه شمسی - از جمله TNOs - نشان دهنده این موضوع است.»