منظومه ي شمسي؛ خانه ي کيهاني ما

هنگامي که از منظومه ي شمسي صحبت مي شود، معمولاً خورشيد، سيارات و قمرهاي آنها به ذهن مي آيد. اين تصور عمومي درباره ي منظومه ي شمسي شايد عمدتاً به علت نحوه ي معرفي آن در دوران مدرسه است. اما، حتي در نظر گرفتن اجرامي مانند سيارک ها، دنباله دارها و شهاب واره ها، که آنها نيز از اعضاي منظومه ي شمسي اند، به معناي تصويري کامل از منظومه ي شمسي نيست. پس «منظومه ي شمسي چيست؟» يا شايد بايد بپرسيم، «تا کجاست؟» اصلاً، معيار ما براي تعريف منظومه اي ستاره اي چيست؟ در اين مقاله نگاهي قدري دقيق تر خواهيم انداخت بر آنچه منظومه ي شمسي مي ناميم اش.
زماني خانه ي ما فقط زمين بود؛ تک و تنها و منحصر به فرد. بقيه آسمان بود. زمين قوانين خودش را داشت و آسمان، با تمامي آنچه آن را تشکيل مي داد، قوانين خودش را. زمين ساکن بود و هفت گوي بلورين، که آسمان را تشکيل مي دادند، در نظمي ظاهري به دور آن مي گشتند. در اين دوران اصولاً هيچ فرقي بين خورشيد، سيارات، ماه، و حتي ستاره ها وجود ندارد. البته، تفاوت ها وجود دارند. اما، ظاهري اند: خورشيد درخشان است، ماه گاهي چراغ آسمان است و گاهي پيدايش نيست، سياره ها اجرام سرگردان آسمان اند، و ستاره ها نقاط درخشان آسمان. اما، با همه ي اينها، آنها آسمان اند و زمين، زمين. بنابراين، در اين دوران منظومه ي شمسي اي وجود ندارد و خانه ي ما فقط زمين است و، البته، مرکز عالم!
اما، دوران عوض مي شود، آن هم براي هميشه. در آغاز خورشيد در مرکز قرار مي گيرد و زمين تنها يکي از شش سياره اي مي شود که به دور آن مي گردند. اما، اين هنوز جابه جايي نقش ها است. ما اين جابه جايي را انجام داديم تا بتوانيم بي نظمي هايي را که در طي قرن ها «انباشته» شده و مدل زمين مرکزي بطلميوس ناتوان از رفع آن بود، سروساماني بدهيم و نظم را دوباره به عالم «برگردانيم.» اين به معناي آن است که، ما هنوز منظومه ي شمسي اي نداريم. اما، براي اينکه داراي منظومه ي شمسي شويم، گام بزرگي برداشته ايم. اين موضوع بسيار جالب و در عين حال درخور توجه و اهميت است که خورشيد به علاوه ي چند سياره، و البته، قمرهاي آنها، هنوز منظومه ي شمسي نيست! براي اينکه منظومه ي شمسي «متولد» شود، هنوز يک جابه جايي ديگر بايد انجام بگيرد. اين بار، در ذهن و نگرش ما نسبت به عالم. اين تغيير يا جابه جايي در نگرش ما به عالم به اين صورت روي داد که «قوانين طبيعت و عالم يکي است.» نتيجه ي منطقي و «طبيعي» چنين تغيير نگرشي طرح پرسش هايي جديد و متفاوت بود: «چرا و چگونه سيارات به دور خورشيد مي گردند؟» هنگامي که پاسخ را يافتيم، منظومه ي شمسي متولد شد! در واقع، بهتر است بگوييم دوباره متولد شد: بار اول، 4/5 ميليارد سال پيش از ابر عظيمي از گاز و غبار و بار دوم، هنگامي که ما آن را شناختيم؛ يعني، در قرن هفدهم. و اين، ماهيت شناخت است؛ هر شناختي تولدي ديگر است براي عالم و طبيعت.

خانه ي کيهاني
 

با تولد دوباره ي منظومه ي شمسي خانه ي ما «ناگهان» وسيع تر شد: ما اکنون، صاحب خانه اي کيهاني شديم. اين وضعيت جالبي است. زمين، که زماني مرکز عالم بود و آسمان به دور آن مي چرخيد، زماني، با از دست دادن مرکزيتش، به يک سياره ي عادي و بي اهميت تبديل شد که به دور خورشيد، يکي از اجزاء سابقاً چرخنده به دور آن، مي گرديد. اما، اکنون موجودي کيهاني شد و جايگاهي بس وسيع تر نسبت به گذشته اش پيدا کرد. اکنون، زمين براي شناخت خود، بايد عالمي وسيع تر در حدّ منظومه ي شمسي را مي شناخت. براي درک بهتر اهميت موضوع بياييد مثالي را با هم مرور کنيم.
فردي را تصور کنيد که از ابتداي تولدش تا سنين بلوغ در خانه اي زندگي کرده است که ديوارهايي بلند او را از بقيه ي سرزمين اش جدا کرده است. براي وي تمام دنيايي که به آن تعلق دارد آن خانه و حياطش است. بنابراين، هنگامي که پرسش هايي درباره ي گذشته خودش و عالمي که در آن مي زيد، برايش مطرح مي شود، در همان چارچوب موجود به دنبال پاسخ مي گردد. و در اين تلاش براي يافتن پاسخ همه ي آنچه هست را مورد مطالعه و توجه قرار مي دهد. اما، روزي به طريقي، ديوارهاي حياطش فرو مي ريزد و او با کشف دنيايي جديد متوجه مي شود که به يک شهر و از آن طريق به يک کشور تعلق دارد. او، اکنون، متوجه مي شود که بدون در نظر گرفتن اين قلمرو جديد نمي تواند پاسخ هايي درست، دقيق و کامل درباره ي خودش و هر آنچه به وي مربوط است، بيابد. وضعيت جديد حتي نوع پرسش، شيوه ي مطالعه و ابزارهاي کاوش و کاوشگري اش را تغيير مي دهد. مهم ترين پرسش يا پرسش هاي اصلي در وهله ي اول اين است که براي شناخت خود تا کجا بايد پيش برود (قلمرو کشورش تا کجاست؟) از سوي ديگر، متوجه گوناگوني و کثرت در مردمان، فرهنگ ها، آداب و رسوم کشورش مي شود که بدون مطالعه ي آنها نيز شناختش کامل نيست. چون اين گوناگوني در کشورش پراکنده است، پس ناچار مي شود تمامي گوشه و کنار کشورش از فرهنگ هاي کلان و خرد را بشناسد. براي وي مطالعه ي سکه يا کوزه اي که در يک روستاي دورافتاده پيداکرده است، اهميتش از مطالعه ي بناي باستاني عظيمي که بسيار پيچيده تر مي نمايد، کمتر نيست. پرسش مهم ديگري که براي اين فرد مطرح مي شود آن معياري است که مجموعه ي تمامي سرزمين ها همراه با مردمانش را جزو کشورش تعريف مي کند. به عبارت ساده تر، معيار يا معيارهاي اصلي که محدوده اي را به عنوان کشور تعريف مي کند، چيست؟
به لحاظ رسمي بين المللي، قانون اساسي تبيين کننده ي اطلاق کشور به يک سرزمين است. (اميدوارم به اين نکته که اين فقط يک تشبيه است توجه کنيد و برخي ملاحظات را ناديده بگيريد.) بر مبناي قانون اساسي ما مرزهاي جغرافيايي و انساني مان را تعيين و تعريف مي کنيم.
بر اساس تشبيه فوق، اکنون مي توانيم تصور بهتري از وضعيتمان، هنگامي که دريافتيم در خانه اي کيهاني هستيم، داشته باشيم. اگر زماني براي يافتن پاسخ هايي براي پرسش هاي «زميني مان» زمين را عرصه ي مطالعه و کنجکاوي قرار داده بوديم، اکنون بايد، دست کم، در پهنه اي به وسعت منظومه ي شمسي به دنبال اين پاسخ ها باشيم. اکنون، گره شناخت زمين، تاريخچه ي آن و حتي معماي پيدايش حيات بر روي آن با شناخت کل منظومه ي شمسي گره خورده است. خوب، براي اين کار تا کجا بايد پيش برويم؟ همچنين، بايد به اين پرسش نيز جواب بدهيم که «ساکنان خانه ي کيهاني ما کدامند؟»

منظومه ي خورشيد
 

براي پاسخ به اين پرسش ها بايد برگرديم به پرسشي که قبلاً مطرح کرديم، يعني، «چرا و چگونه سيارات به دور خورشيد مي گردند؟» يا، به عبارتي، مبناي تعريف ما براي آنچه «منظومه ي شمسي» مي ناميم اش چيست؟» پاسخ به اين پرسش هم قلمرو منظومه ي شمسي و هم ماهيت ساکنين آن را تعيين مي کند.
سرنخ اصلي براي رسيدن به پاسخي درست براي پرسش اخير در خود عبارت «منظومه ي شمسي» نهفته است. «منظومه ي شمسي» واژه اي ترکيبي است از «منظومه» به معناي «به نظم درآمده» (فرهنگ معين) و «شمسي» به معناي خورشيدي ( شمس=خورشيد) بنابراين، منظومه ي شمسي يعني «هرآنچه توسط خورشيد به نظم درآمده است.» پس، منظومه ي شمسي جمع جبري خورشيد، سيارات، قمرها، سيارک ها، دنباله دارها ، و شهاب واره ها ، ... نيست. درست همان طور که جمع شدن يک مرد، يک زن و چند بچه در يک مکان به معناي خانواده نيست! خانواده بر اساس وجود نوعي نظم و مناسبات و روابط خاصي، که بين اعضاي آن وجود دارد، تعريف مي شود. در خصوص خورشيد و اجرامي که نام برديم، اين چه عاملي است که آنها را به صورت خانواده در کنار هم قرار داده است؟ بر اساس تشبيهي که قبلاً زديم، بر مبناي کدام «قانون اساسي» قلمرو کيهاني ما، که منظومه ي شمسي نام دارد، تعريف مي شود؟ پاسخ اين پرسش کليدي را نيوتون کبير در همان قرن هفدهم داد: گرانش.
بسيار عالي! خوب، چگونه؟ (امان از دست اين علم که هر پاسخش، پرسشي جديد را مطرح مي کند!) پاسخ اين پرسش را هم نيوتون داد: بر اساس قوانين حرکت يا همان F=ma معروف (F نيروي وارد بر جسم، m جرم جسم و aشتاب جسم است.)
من در خصوص اين رابطه نمي خواهم زياد دردسرتان بدهم. اما، براي اينکه صحبتمان کامل شود، لازم است قدري به آن و اينکه چگونه به پرسش اصلي ما جواب مي دهد، بپردازم. اجازه بدهيد از بحث گرانش شروع کنيم. نيوتون نشان داد که خورشيد بر سيارات، و ديگر اجرام، نيرو وارد مي کند که به آن نيروي گرانش مي گوييم. او رابطه اي رياضي به دست داد که نشان مي داد اين نيرو به چه ميزان و در چه جهتي بر اجرام وارد مي شود.
او، از سويي ديگر، نشان داد که اگر اين رابطه را در رابطه ي F=ma قرار بدهيم که در آن m جرمِ، مثلاً سياره است، علي الاصول مي توانيم مسير حرکت آن را به دست آوريم.
به اين ترتيب، او راهي پيش پاي ما گذاشت که بر مبناي آن مي توانيم مدار سيارات، قمرها، سيارک ها و دنباله دارها را تعيين کنيم و نظم موجود در حرکت هاي آنها را توضيح دهيم. به اين ترتيب، او نشان داد که اين نيروي گرانش است که آن «مناسباتي» را بين خورشيد و اجرام ديگر به وجود مي آورد، که بتوانيم آنها را يک «خانواده» در نظر بگيريم؛ خانواده اي تحت حاکميت خورشيد به نام منظومه ي شمسي.
حالا ببينيم نيروي گرانش چگونه محدوده ي قلمرو خانه ي کيهاني ما را تعيين مي کند. کليد اصلي در مطالعه ي دنباله دارهاي بلند دوره است که زمان تناوب گردش آنها به دور خورشيد از مقياس چند هزار سال است. دنباله دارها اجرامي هستند که قطر آنها حداکثر از چند ده کيلومتر بيشتر نيست. با در نظر گرفتن زمان تناوب دنباله دارهاي بلند دوره و تعيين مشخصات مداري آنها، معلوم مي شود که آنها مسافراني از دوردست ترين نواحي منظومه ي شمسي اند، يعني فاصله هايي در مقياس يک سال نوري. (براي مقايسه بد نيست بدانيد که فاصله ي پلوتون، که زماني دورترين جرم منظومه ي شمسي تصور مي شد، از خورشيد حدود 6 ساعت نوري است!) با توجه به حضور گاه به گاه اين دنباله دارها نظريه اي درباره ي منشأ آنها ارائه شد که ابر اورت نام گرفت. بنا به اين نظريه، که يان اورت اخترشناس هلندي آن را ارائه کرده، دنباله دارهاي بلند دوره متعلق به مجموعه اي از چند تريليون دنباله دارند که به صورت کره اي خورشيد و اجرام دروني منظومه ي شمسي را احاطه کرده اند. يعني، اگر حرکت يکي از آنها را دنبال کنيم، مي بينيم که در مداري تقريباً دايره اي به گرد خورشيد حرکت مي کند و اين تقريباً مداري است که همه ي اين اجرام دارند.
اين به معناي آن است که اين اجرام نيز از همان نظمي پيروي مي کنند که اجرام آشناي منظومه ي شمسي. بنابراين، خانه ي کيهاني ما بسيار فراتر از آن مي رود که عموماً تصور مي شود. در تصور عمومي مرز منظومه ي شمسي در جايي است که به مدار پلوتون مي رسد.

پيوندهاي کيهاني ما
 

حالا ممکن است اين پرسش را مطرح کنيد که اين درست که زمين هم از همان نظمي پيروي مي کند که ديگر اجرام منظومه ي شمسي، اما چرا اين موضوع بايد خانه ي ما را از زمين به تمامي منظومه ي شمسي گسترش دهد؟ پاسخ اين پرسش را نيز بايد در پيوندهاي ديگري جست که بدون توجه به آنها نمي توانيم به پرسش هاي اساسي، که به درازاي عمر بشر مطرح بوده است، پاسخ دهيم: پرسش هايي درباره ي منشأ زمين، نحوه ي شکل گيري و تحول آن و حتي پيدايش حيات بر روي آن. اين موضوع درباره ي ديگر اعضاي خانواده خورشيد و خود خورشيد نيز صدق مي کند. کليد شناخت خودمان در شناخت کل منظومه ي شمسي است و بنابراين، به تعبيري حتي در شناخت کل عالم است. ريشه ي اين پيوندها به گذشته هاي بسيار دور بر مي گردد، يعني آن قدر دور که به زمان تشکيل منظومه ي شمسي مي رسيم. بنا به نظريه هاي کنوني، خورشيد و خانواده اش، حدود 4/5 ميليارد سال پيش، از ابر عظيمي از گاز و غبار شکل گرفت؛ ابري تقريباً يک دست که مواد آن بعدها مواد تشکيل دهنده ي اعضاي منظومه شدند.
همين جا ممکن است ايراد بگيريد که اگر منظومه شمسي ما از ابري «يکنواخت» از گازها و غبار تشکيل شده است، پس چرا ما براي شناخت منظومه ي شمسي (از جمله خودمان) بايد به مطالعه ي اعضاي مختلف منظومه، حتي شهاب واره ها و سنگ هاي آسماني بپردازيم؟ کافي است يکي از اعضاي خانواده، مثلاً، همين زمين را که کاملاً در دسترس است، بکاويم و دانش حاصل را به کل اعضا تعميم دهيم. ايراد شما منطقي و معقول مي نمايد. پاسخ آن نيز در نحوه ي شکل گيري خورشيد و منظومه ي شمسي است. براي يافتن سرنخي براي پاسخ خوب است نگاهي به جدول 1 که چگالي سيارات منظومه ي شمسي در آن آمده است، بيندازيد.
چگالي ها را با هم مقايسه کنيد!
خوب، به چه نتيجه اي رسيديد؟ اين مقايسه نشان مي دهد که تفاوت فاحشي بين چگالي ها وجود دارد. در واقع، بر مبناي اين مقادير مي توانيم سيارات را به دو دسته ي مختلف تقسيم کنيم: دسته اي که مقدار چگالي آنها در حدّ چگالي عناصر سنگين است، و، دسته ي دوم که چگالي آنها در حدّ مواد سبک، مايعات و گازها است. همين نکته نشان مي دهد که ماده ي اوليه که در ابر گازي بوده به طور يکسان توزيع نشده است: سياره هاي دروني از مواد سنگين و سياره هاي بيروني از مواد سبک تر تشکيل شده اند.
به اين ترتيب مي توانيم انتظار داشته باشيم که اعضاي ديگر منظومه شمسي، مانند سيارک ها و دنباله دارها، نيز از مواد متفاوتي تشکيل شده باشند که در واقع نيز چنين است. در اينجا نيز خورشيد در ايجاد اين گوناگوني و پراکندگي نقش اصلي را داشته است. اما اين بار عامل موثر نه گرانش خورشيد بلکه دماي آن بوده است. (گرچه گرانش نقشي غير مستقيم داشته است.)
آيا مي توانيد نقش گرانش را در دماي خورشيد در حال تشکيل بيان کنيد؟
در دوران اوليه ي شکل گيري خورشيد و سيارات، سياراتي که به خورشيد نزديک تر بودند به علت گرماي بالاتري که از خورشيد دريافت مي کردند و گرانش پايين خودشان نتوانستند عناصر سبک تر جدول مندليف را نگه دارند. بنابراين، اين عناصر به نواحي دورتر گريختند. از سويي ديگر، در سيارات دورتر گرماي خورشيد آن قدر کم بود که عناصر سنگين تر تشکيل نشدند و در عوض آنها توانستند عناصر و مواد سبک تر را حفظ کنند. نزديکي به خورشيد تأثير ديگري نيز داشت و آن، تغييرات و تحولاتي بود که پيوسته در سيارات نزديک به خورشيد روي مي داد. اما، در عوض بخشي از سيارک ها و دنباله دارها، به ويژه آنها که در دوردست ها ابر اورت را تشکيل دادند، عملاً دست نخورده باقي ماندند. بنابراين، هر اطلاعاتي که ما از اين اجرام به دست آوريم، ما را به دوران هاي اوليه ي تشکيل منظومه ي شمسي پيوند مي دهد.

سخن آخر
 

بنا به آنچه گفته شد تصوير ما از منظومه ي شمسي زماني کامل مي شود که به شناخت واحد و يکپارچه اي از آن برسيم. منظومه ي شمسي در عين حال که به لطف گرانش منظومه است، پيچيدگي و تنوعي دارد که در هر مکاني اين پيچيدگي با مکاني ديگر متفاوت است. اگر در عطارد بايد به دنبال عناصر سنگين بگرديم، در مشتري به دنبال عناصر و مواد سبک هستيم. براي يافتن«ناب ترين» ملکول ها ناچاريم به دوردست هاي منظومه ي شمسي سفر کنيم، يا مسافراني را که از آن ديار مي آيند، پذيرا باشيم تا شايد گوشه اي از رازهايي را که ميلياردها سال است با خود حمل مي کنند، بازگشايي کنيم.
*دکتر منصور وصالي، پژوهشگر ترويج علم و عضو شوراي سردبيري ماهنامه ي نجوم، با پست الکترونيکي زير در دسترس است: mvesali@srttu.edu
منبع: نشريه نجوم، شماره 188