در تكاپوي يك كشف

كشف رقص مداري اورانوس حين گردش اش به گرد خورشيد، طي رصد هاي بي وقفه از اين سياره در دهه 1840 ميلادي؛ موجب شد كه براي نخستين بار از اصول مكانيك نيوتوني- به عنوان پذيرفته ترين نظام فيزيكي توجيه گر رفتار نيروي جاذبه در آن دوران- در پيش بيني مكان احتمالي جرمي كه مسبّب بروز اين آشفتگي هاي مداري بود، به كار بسته شود. به واسطه همين پيش بيني ها بود كه عضو بعدي منظومه مان يعني«نپتون»، فقط اندكي بعد از دريچه چشمان تلسكوپ ستاره شناسي به نام «جان گال»(1) كشف شد.
اما رصدهاي پي گيرتر از اورانوس در قرن نوزدهم، نشان از عدم ناتواني صرفا يك سياره همچون نپتون در ايجاد چنين آشفتگي هايي مي داد و از اين رو، احتمال وجود سياره اي ديگر در وراي مدارش قوت گرفت و به طبع به دنبالش هم عطش عمومي براي كشف عضوي ديگر از منظومه. در اين بين، اخترشناس ثروتمندي به نام «پرسيوال لاول»(2) كه رصدخانه مجهز شهر فلاگستاف آريزونا را به سال 1894 ميلادي، به منظور كشف نشانه هايي از حيات پيشرفته بر سطح مريخ بنا نهاده بود؛ ابراز علاقه اش به كشف سياره مجهول را با پياده سازي طرح جستجوي سراسري آسمان در 1906 ميلادي، نشان داد؛ هر چند اين مهم، تا درگذشت وي تحقق نيافت.

طرح آسمان پيمايي رصدخانه لاول اما با وقفه اي سيزده ساله، به همت اخترشناس آماتور جواني به نام «كلايد تومباو»(3) از سر گرفته شد. تومباو وظيفه داشت جفت تصاويري از ژرفاي آسمان كه با وقفه هاي زماني چندين روزه از دريچه چشمي تلسكوپ 4/2 متري رصدخانه لاول، تهيه شده بودند را با هدف تشخيص جابه جايي احتمالي سياره مزبور حين اين بازه زماني، به وسيله ابزاري موسوم به «چشمك سنج»(4)، با يکديگر مقايسه كند. اين تصاوير، تماما از حوزه منطقه البروج آسمان، كه شاهراه سيارات منظومه مان طي حركت شان به گرد خورشيد محسوب مي شود، تهيه شده بودند.
تومباو، پس از تلاش هاي پي گيرش و بازرسي حركات احتمالي بالغ بر 90 ميليون ستاره؛ سرانجام در 18 فوريه 1930، پي به جابه جايي نقطه اي نوراني به هنگام تعويض تصاوير پيش رويش بُرد و اين گونه معماي «سياره X»، موقتا حل شد. با اين حال، بلافاصله پس از اعلام اين كشف، ابعاد سياره تازه وارد، كوچك تر از آني دانسته شد كه بتواند رقص مداري اورانوس و نپتون را توجيه كند. ولي به هر حال ترتيب، اين سرآغاز فصل نويني بود در علم اخترشناسي؛ چنان كه بعدها با ورود نام «كمربند كوئيپر» به فهرست اجزاي منظومه شمسي ما، كنكاش در فراسوي مدار نپتون رويكردي كاملا تعيين كننده در شناخت خانه كيهاني مان گرفت.
سياره جديد را به پيشنهاد يك دختر بچه 11 ساله انگليسي و تصويب اخترشناسان زمان، «پلوتو» نام نهادند و بعدها معماي رقص مداري دو غول بيروني منظومه نيز با درك مضاعف مان از نحوه توزيع جرم دروني شان، بدون نياز به وجود يك سياره اضافه، حل شد.

امروزه مي دانيم كه پلوتو، در حقيقت از اعضاي برجسته منطقه اي گسترده از فضا موسوم به كمربند كوئيپر است. كمربند كوئيپر(5) نام قلمرويي مرموز در ماوراي مدار نپتون و در فاصله تقريبي 30 تا 55 واحد نجومي از خورشيد است (هر واحد نجومي معادل فاصله زمين تا خورشيد است). اين كمربند همچون «كمربند سيارك ها»، خانه ميلياردها سنگ سرگردان فضايي است؛ با اين تفاوت كه در حدود 20 برابر وسيع تر، و 20 تا 200 برابر از آن پرجرم تر است. هر دوي اين كمربندها در حقيقت مصالح نخستين، و بلااستفاده بازمانده از عصر تولد منظومه مان هستند؛ مصالحي كه اگر در معرض آشفتگي هاي گرانشي سيارات غول پيكر همسايه شان قرار نمي گرفتند و در نتيجه بستر به هم پيوستن شان فراهم مي گشت؛ شايد تمامي شان را امروزه در پيكره يك سياره كوتوله همچون پلوتو مي ديديم.
بلافاصله پس از اعلام كشف پلوتو، بسياري آن را نخستين عضو كشف شده از «اجرام فرانپتوني»(6) خواندند. رفته رفته فرض وجود منطقه اي وسيع از پس ماندهاي ابر اوليه خورشيدي ميان جامعه آكادميك زمان رواج يافت؛ تا آنكه در سال 1951 ميلادي، اخترشناس هلندي تباري به نام «جرارد كوئيپر»(7)، از لزوم وجود كمربندي در اين منطقه خبر داد؛ هر چند وي اشاره اي به اين كه آيا امروزه هم اين كمربند وجود دارد يا خير، نكرد. از آن پس اين كمربند ناديده را كمربند كوئيپر ناميدند.

در اواخر دهه هشتاد ميلادي، اخترشناسي به نام «ديويد جيويت»(8) از موسسه فناوري ماساچوست (ام. آي. تي)، با ياري دانشجويش «جين لو»(9) تلاش براي تشخيص ديگر اعضاي احتمالي كمربند كوئيپر را پس از گذشت حدود 60 سال از كشف پلوتو، به همان روش چشمك سنجي از سر گرفت؛ با اين تفاوت كه اين بار به جاي صرف حدود 8 ساعت زمان براي بررسي هر جفت تصاوير پيش رو از اعماق آسمان؛ فناوري سي. سي. دي به همراه رايانه اي پويش گر به كمك شان آمد، تا سرانجام در سي ام آگوست 1992 موفق به كشف نخستين، و شش ماه بعدش هم ديگر عضو احتمالي از ميلياردها عضو ناديده اين كمربند شوند. يك دهه بعد، آمار كشف اعضا رو به فزوني نهاد تا بدانجا كه در كمتر از شش سال، تنها گروه «مايك بروان»(10) و «چادتروژيلو»(11) به اتفاق همكارانش، موفق به كشف 12 جرم بزرگ فرانپتوني در قلمرو كمربند كوئيپر و ماورايش شدند كه از آن بين، طرح نام «اريس»(12)، به عنوان بزرگ ترين جرم اين فهرست (حتي بزرگ تر از پلوتو) موجب شد تا دانشمندان به لزوم باز تعريف مفهوم «سياره» بيش از پيش توجه كنند.
در نهايت آنان طي تشكيل جلسه اي در تابستان 2006، ضمن حذف نام پلوتو از زمره سيارات متعارف منظومه شمسي بر اساس مفاد تعريف نوين يك سياره؛ آن را در دسته اي جديد از اجرام، موسوم به «سياره كوتوله» در كنار ديگر اعضاي غول پيكر كمربند كوئيپر قرار دادند. در اين بين، فهرست جديد ديگري نيز با سرنام ناآشناي «پلوتوئيد» به اعضاي منظومه مان اضافه شد كه شامل تمامي سياره هاي كوتوله ماوراي مدار نپتون (تاكنون 4 مورد) مي شود.
اجرام كمربند كوئيپر از حيث ساختاري، متفاوت از سيارك هاي سرگردان مابين مدار مريخ و مشتري اند؛ هر چند ايجاد و پيدايش هر دوشان را به تاريخ مشتركي نسبت مي دهند. اين اجرام، متشكل از تركيبات فرّار و منجمدي چون متان، آمونياك و آب هستند و از اين رو عمدتا چگالي نسبتا اندكي دارند.

منظومه اي به نام پلوتو
 

پلوتو، كه بالغ بر 76 سال از آن به عنوان نهمين سياره منظومه شمسي مان ياد مي شد، در مداري كشيده با كمينه و بيشينه فاصله 30 تا 49 واحد نجومي از خورشيد؛ در مداري به ميل 17 درجه از صفحه منظومه، هر 248 سال يك بار به گرد خورشيد مي چرخد. به واسطه همين عدم تقارن مداري است كه پلوتو گاه از مدار نپتون هم پيشي جسته و از آن به ما نزديك تر مي شود؛ البته نه آن چنان كه حتي تلسكوپ فضايي هابل هم بتواند آن چنان جزئيات جذابي از سطح پر تضادش را آشكار كند. پلوتو، همچون اورانوس به پلو خوابيده و نه تنها جهت حركت وضعي اش همانند اورانوس و زهره، در جهت حركت عقربه هاي ساعت است؛ بلكه در خلاف جهت ديگر سيارات منظومه شمسي نيز به گرد خورشيد مي چرخد.
با اين وجود، پلوتو در اين سفر كند و ناگزير به گرد خورشيد، آن قدرها هم تنها نيست. 48 سال پس از كشف اين سياره كوتوله بود كه «جيمز كريستي» آمريكايي، حين بررسي تصاوير نماي نزديك تهيه شده از آن، متوجه برآمدگي محو اما بارزي در سمت راست پلوتو شد. در نهايت پس از بررسي ديگر عكس ها مشخص شد كه اين بر آمدگي، قمر نسبتا عظيم الجثه اي است كه بعدها «شارون»(13) ناميده شد؛ قمري به قطر اندكي بيش از نصف پلوتو، با ساختاري سراسر يخي كه همين ابعاد نسبي بزرگ اش موجب شده تا مركز ثقل منظومه، بيرون از پيكره پلوتو جاي گيرد و از اين روست كه برخي پلوتو را نه يك سياره كوتوله، كه يك سياره كوتوله دوگانه مي خوانند. به علاوه، اين دو پدر و پسر، در آرايش مداري ويژه اي نيز استقرار يافته اند كه موجب شده نه تنها شارون همچون ماه ما همواره يك طرف اش روبه پلوتو باشد؛ كه برعكس، پلوتو نيز هميشه يك نيمكره اش رو به شارون باشد. پس تصور وضعيت عجيب هر يك از اين دو جرم، از آسمان ديگري چندان دشوار نيست (فرض كنيد كه ماه ما در آسمان همواره در نقطه اي ثابت ايستاده باشد و هر شب هلال هايش به همان منوال، تغيير كنند.)

در پانزدهم مي 2005، اخترشناسان حين بررسي تصاوير دريافتي از تلسكوپ فضايي هابل از منظومه پلوتو، متوجه وجود دو جرم ستاره مانند و ريز پيرامون پلوتو شدند و رصدهاي پي گير، ماهيت غيرستاره اي و وابستگي شان به پلوتو را محرز كرد. از آن پس اين دو قمر را «نيكس»(14) و «هيدرا»(15) ناميدند. هيدرا اندكي از خواهرش درخشنده تر است؛ پس اگر ابعادش از آن بزرگ تر نباشد، حتما از تركيبات سطحي متفاوت از آن پوشانده شده است. با اين حال، محاسبات نسبي دانشمندان از ابعاد اين دو، قطرهاي 46 و 61 كيلومتر را به ترتيب براي نيكس و هيدرا به دست داده است. حال با 90 درصد اطمينان مي توان گفت اين منظومه ريز، هيچ قمر ديگري با قطر بزرگ تر از 12 كيلومتر ندارد.
پلوتو را بايد بزرگ ترين جرم كمربند كوئيپر خواند (اريس، كه پيش از اين نام اش برده شد؛ به هيچ وجه از اعضاي اين كمربند به شمار نمي رود و آن را متعلق به قلمروي فراتر از آن، موسوم به «قرص پراكنده»(16) مي دانند). اين كمربند، همان گونه كه پيش تر اشاراتي رفت؛ آكنده از اجرام يخي است كه در صورت راه يافتن به درون منظومه و ملاقات نزديك با خورشيد، بدل به دنباله دارهاي كوتاه دوره مي شوند. علت ايجاد اين دنباله، افزايش دماي سطح جرم ورودي حين نزديكي به خورشيد و قرار گرفتن اش در معرض جريان هاي بادمانند و مالامال از ذرات بارداري از سوي خورشيد است كه بخارات و غبار برخاسته را به شكل گيسويي پشت به خورشيد، به دنبال آن جرم ايجاد مي كند. با اين حساب، اگر چنان چه پلوتو را هم به ميهماني نواحي دروني تر منظومه خورشيدمان آوريم؛ آن گاه اين سياره كوتوله به دنباله داري با شكوه در آسمان شب مان تبديل خواهد شد.
ساختار دروني پلوتو همچون ديگر مشخصه هاي اين جرم، از نادانسته ها با دست كم، كم دانسته هاست. چگالي اش اشاره به مخلوطي احتمالي از 70 درصد سنگ و 30 درصد يخ آب مي دهد كه تا حد زيادي همانند تريتون، بزرگ ترين قمر سياره نپتون است؛ قمري كه گمان مي رود آن نيز از كمربند كوئيپر سربرآورده و بعدها در دام نپتون افتاده باشد. نواحي درخشان سطح پلوتو، احتمالا از يخ هاي نيتروژني و مقادير كمتري از متان، اتان و مونواكسيدكربن (هر سه به شكل جامد) پوشيده شده اند.

تركيبات سازنده نواحي تيره تر، هنوز نامشخص است؛ اما احتمال مي رود كه تركيبات بنيادين اُرگانيك، و يا واكنش هاي فتوشيميايي حاصله از برخورد پرتوهاي كيهاني به سطح پلوتو به وجودشان آورده باشند. اين در حالي است كه چگالي شارون، اشاره به شباهت ساختار دروني اش با اقمار يخي سياره زحل (همچون رئا) مي دهد كه آكنده از آب يخ بسته و تنها مقادير اندكي مواد سنگي اند.
از جو پلوتو نيز حدودا هيچ نمي دانيم؛ ولي شايد اصلي ترين سازنده اش، همان نيتروژن و مقاديري مونواكسيدكربن و متان باشد. اين جو، به شدت نازك است و به هنگام قرارگيري پلوتو در نزديك ترين فواصل اش تا خورشيد، همچون جو ديگر سياره ها گازي است؛ اما با دورتر شدن اش از خورشيد و در اكثريت اوقات سال، يخ مي بندد!
آنچه در اين مقاله ارائه شد، دورنمايي از همه آن چيزي بود كه تاكنون از اين منظومه تنها و دوردست، دانسته ايم؛ اطلاعاتي به شدت اندك در قياس با آنچه كه از ديگر اعضاي خانواده خورشيدي مان مي دانيم. دليل اين امر، فقط در حقيقتي آشكار نهفته: تاكنون پاي هيچ كاوشگري بدانجا باز نشده است. بُعد سرسام آور مسافت؛ نياز به ارسال پرتابه با سرعتي بيشتر از هر آنچه كه تاكنون به مرزهاي فضا پرتاب شده؛ تامين انرژي مصرفي ابزارها در نبود نور خورشيد و تضمين دوام شان در سرماي وصف ناپذير آن نقطه از فضا، تنها بخشي از موانع فراوان و دلايل رد ده ها پيشنهادي بود كه چندين دهه متوالي، كنكاش هر چه زودتر اين گوشه جامانده از منظومه مان را به تعويق مي انداخت. اما ورق برگشت و فناوري هاي نوين، راه را چندي است كه به سمت «افق هاي نو» گشوده اند.

پي نوشت ها :
 

1- Johann Galle
2- Percival Lowell
3- Clyde Tombaugh
4- Blink Comparator
5- Kuiper Belt
6- Ttans- Neptunian Objects
7- Gerard Kuiper
8- David Jewitt
9- Jane Luu
10- Mike Brown
11- Chad Trujillo
12- Eris
13- Charon
14- Nix
15- Hydra
16- Scattered Disk
 

منبع: ماهنامه دانشمند شماره 570