در كمربند سيارك ها چه مي گذرد؟

سيارك ها از نظر اندازه، جنس و مكاني كه دارند به دسته هاي گوناگون تقسيم مي شوند. در اين مقاله مي توانيد با انواع دسته هاي سيارك ها آشنا شويد
سيارك ها اجرامي سنگي و فلزي،‌ و كوچك تر از سياره هاي اصلي منظومه ي شمسي اند كه در مدارهاي مشخصي به دور خورشيد مي گردند. اين اجرام كه منشأ پيدايش آن ها سال هاي آغازين تشكيل منظومه ي شمسي است و ابعادي از چند متر تا چند ده كيلومتر دارند، در سراسر منظومه ي شمسي پراكنده اند؛ از همسايگي نزديك خورشيد و داخل مدار عطارد گرفته تا مرزهاي بيروني آن در وراي مدار نپتون.
با اين حال نواحي مشخصي وجود دارند كه در آن ها تعداد سيارك هايي كه در كنار هم به دور خورشيد مي گردند بيشتر است. مهم ترينِ اين ناحيه ها، فضايي ميان مدار سياره هاي مريخ و مشتري در فاصله ي 2/1 تا 3/3 واحد نجومي از خورشيد است كه به كمربند سيارك ها معروف است. اين ناحيه بيشترين تعداد سيارك ها و برخي از بزرگ ترين آن ها را در خود جاي داده است. سِرِس، نخستين سيارك كشف شده در اين ناحيه، جرم كروي شكلي به قطر 950 كيلومتر است كه اكنون به خانواده ي جديدي از اجرام منظومه ي شمسي به نام سياره هاي كوتوله تعلق دارد. پالاس به ابعاد 530 در 565 كيلومتر، جونو 320 در 267 كيلومتر، و وستا به قطر 530 كيلومتر اجرام بعدي اند كه به ترتيب در كمربند سياركي كشف شدند.
بر خلاف تصوري كه اغلب از نام كمربند سيارك ها در ذهن ايجاد مي شود، اين ناحيه فضاي متراكم و يكنواختي از سيارك ها نيست. به رغم تعداد زياد سيارك ها اين اجرام به قدري از هم دورند كه رسيدن به يكي از آن ها به صورت اتفاقي و بدون هدف گيري و تعيين دقيق مسير حركت، تقريباً ناممكن است. با اين حال، ميليون ها عدد از آن ها (بسته به حدّ پاييني كه براي ابعادشان در نظر گرفته مي شود) به دور خورشيد در حال گردش اند.
حدود 200 سيارك با قطر بيش از 100 كيلومتر شناخته شده اند و بررسي ها در طول موج هاي مختلف نشان مي دهند كه 700 هزار تا 1/7 ميليون سيارك با قطر بيش از يك كيلومتر وجود دارند. به سبب اندازه ي كوچك و ضريب بازتاب سطحي (آلبدو) نسبتاً پايين، قدر ظاهري بسياري از اين اجرام بين 11 تا 19 است. البته سيارك هاي بزرگ تر با روشنايي بيشتري در آسمان زمين مي درخشند. (اين شب ها مي توانيد سيارك وستا را از قدر 5/4 در صورت فلكي جدي ببينيد.) جرم كلّ سيارك هاي اين ناحيه 1021×3 كيلوگرم تخمين زده مي شود كه اين مقدار فقط 4 درصد از جرم ماه است. در اين ميان،‌ نيمي از جرم همه ي سيارك ها در چهار سيارك بزرگ تر (سِرِس، وستا، پالاس و هيگيا) تجمع يافته و سرس به تنهايي يك سوم اين مقدار را در بر دارد.

شكاف هاي كِرك وود
 

در كمربند سيارك ها نواحي مشخصي وجود دارند كه تعداد اجرام در آنها بسيار كم است، به طوري كه مي توان اين نواحي را در مقايسه با محيط متراكم اطراف شان تقريباً خالي در نظر گرفت. اين فضاهاي خلوت در فواصلي از خورشيد قرار دارند كه در آن ها دوره ي تناوب گردش يك جرم به دور خورشيد (كه با دور شدن از خورشيد افزايش مي يابد) به صورت نسبت صحيحي از دوره ي تناوب سياره ي مشتري است؛ مثل 2 به 1 يا 5 به 2 كه به صورت 2:1 و 5:2 نوشته مي شوند. اين شكاف ها به افتخار كاشف آن ها،‌ دنيل كرك وود اخترشناس آمريكايي، به شكاف هاي كرك وود معروف شده اند. عامل اصلي خالي بودن اين شكاف ها اين است كه وقتي دوره ي تناوب جرمي به صورت نسبت صحيحي از دوره ي تناوب مشتري باشد، اثرات گرانشي اين سياره سبب اعمال اختلالات دائمي در مدار جرم موردنظر و خارج شدن آن از مدار مي شود. چنين اثري را در اصطلاح تشديد مداري با نسبت مشخص مي نامند. مثلاً اگر فاصله ي جرمي از خورشيد به گونه اي باشد كه دوره ي تناوب آن به دور خورشيد سه برابر دوره ي تناوب مشتري باشد، وقتي سياره ي مشتري يك بار به دور خورشيد بگردد، جرم موردنظر سه دور كامل را طي كرده است. در اين حالت گفته مي شود تشديد مداري 3 به 1 اتفاق افتاده است.
همان طور كه اشاره شد اين شكافت ها الزاماً خالي از سيارك نيستند و فقط تراكم سيارك ها در آن ها بسيار كم است. در شكاف موسوم به هِكوبا، كه در تشديد مداري 2 به 1 و در فاصله ي 3/27 واحد نجومي از خورشيد اتفاق مي افتد، سه گروه مختلف از سيارك ها شناخته شده اند كه دو گروه از آنها داراي مدارهاي نسبتاً پايدار و دائمي اند و گروه سوم مدارشان كاملاً ناپايدار است.
بر اساس موقعيت شكاف هاي كرك وود اصلي و پايدار، مي توان كمربند سيارك ها را به سه ناحيه ي اصلي تقسيم بندي كرد. سيارك هايي كه در هر يك از اين ناحيه ها قرار مي گيرند، ويژگي هاي فيزيكي و حركتي تقريباً مشابهي دارند. ناحيه ي يك (ناحيه ي داخلي) در فاصله ي 2/06 تا 2/5 واحد نجومي، منطبق بر شكاف هاي كرك وود متناظر با تشديد مداري 4:1 و 3:1 است. ناحيه ي دو (ناحيه ي مركزي) از لبه ي خارجي ناحيه ي يك شروع مي شود و تا 2/82 واحد نجومي متناظر با تشديد مداري 5:2 ادامه مي يابد و سرانجام ناحيه ي سه (ناحيه ي بيروني) تا 3/28 واحد نجومي، متناظر با تشديد 2:1 گسترش مي يابد.

گروه هاي سياركي در كمربند اصلي سيارك ها
 

نكته ي جالبي كه در مورد اجرام كمربند سيارك ها وجود دارد اين است كه اغلب شان داراي مشخصات مداري (مانند نيم قطر بزرگ، خروج از مركز، زاويه ي تمايل نسبت به صفحه ي منظومه شمسي) و طيف سنجي مشابهي هستند و اين تشابه سبب مي شود بتوان آن ها را در گروه ها و خانواده هاي معيني طبقه بندي كرد. در واقع، اگر در نموداري موقعيت پراكندگي سيارك ها را بر اساس ويژگي هاي مداري آن ها ترسيم كنيم، نواحي پُرجمعيت و متمركزي در نمودار پديدار مي شوند كه نشان دهنده ي گروه هاي مختلف سيارك ها هستند.
برخي از مهم ترين گروه هاي سياركي در كمربند اصلي سيارك ها، ‌بر حسب افزايش فاصله از خورشيد، عبارت اند از خانواده هاي فلورا، اينوما، كورونيس، ائوس و تميس. سيارك معروف وستا متعلق به گروه سيارك هاي 800 عضوي فلورا است.

سيارك هاي تروايي
 

تروايي نام عمومي گروهي از سيارك هاست كه در امتداد سياره ي مادرشان، در مداري مشترك با آن به دور خورشيد مي گردند و در نقاط 4 و 5 لاگرانژي سامانه ي سياره -خورشيد، در جايي به فاصله ي زاويه اي 60 درجه، در مقابل و عقب سياره تجمع مي يابند.
نقاط لاگرانژي كه در همه ي سامانه هاي دوجرمي مانند زمين - ماه يا سياره - خورشيد تعريف مي شوند، نقاطي هستند كه در آن ها اثرات گرانشي دو جرم تعديل و خنثي مي شود و اگر جسم سومي در يكي از اين نقاط قرار بگيرد، نيروي گرانشي خالصي احساس نمي كند.
برخي از سياره هاي منظومه شمسي مستعد داشتن سيارك هاي تروايي هستند. زحل و اورانوس سيارك تروايي ندارند؛ زيرا مدار اين دو سياره ميان مدارهاي سياره هاي غول پيكر مشتري و نپتون واقع شده است و اثرات گرانشي اين دو سياره مانع از تجمع سيارك هاي سرگردان در نقاط چهارم و پنجم لاگرانژي مدار سياره هاي زحل و اورانوس مي شود.
مريخ چهار سيارك تروايي شناخته شده دارد كه يكي از آن ها در نقطه ي چهارم لاگرانژي و سه تاي ديگر در نقطه ي پنجم قرار دارند. مشتري بيشترين تعداد تروايي هاي شناخته شده را دارد، به طوري كه بيش از 1600 سيارك در نقطه ي چهارم و 1200 سيارك در نقطه ي پنجم لاگرانژي مدار آن به دور خورشيد مي گردند.
نپتون هفت سيارك تروايي در نقطه ي چهارم و دو سيارك در نقطه ي پنجم لاگرانژي مدار خود دارد. نخستين سيارك متعلق به نقطه ي پنجم لاگرانژي مدار اين سياره، در مرداد سال 1389 كشف شده است.
دانشمندان از مدت ها پيش، به طور نظري پيش بيني مي كردند كه زمين نيز سيارك تروايي داشته باشد. اما اندازه ي كوچك اين نوع سيارك ها و قرار گرفتن شان در مجاورت خورشيد از ديد ناظر زميني، مانع كشف آن ها به روش رصد مرئي شده بود. با اين حال، نخستين سيارك تروايي زميني در تير امسال با بررسي داده هاي تلسكوپ وايز (WISE)، كه بين سال هاي 1389 تا 1390 سرتاسر آسمان را در نور فروسرخ پويش مي كرد، كشف شد. قطر اين سيارك كه 2010‏7TK‏ نام گرفته است، 300 متر است و در مداري پيچيده در مجاورت نقطه ي چهارم لاگرانژي مدار زمين به دور خورشيد مي گردد؛ به طوري كه مدام به بالا و پايين صفحه ي مداري زمين منتقل مي شود. انيميشن كوتاهي از مدار حركت اين سيارك را در اين نشاني ببينيد:
nasa. gov/multimedia/videogallery/index. html?media_id=103550791
اين سيارك تروايي 80 ميليون كيلومتر از زمين فاصله دارد و بررسي مدار آن نشان مي دهد كه دست كم در 100 سال آينده به فاصله ي كمتر از 24 ميليون كيلومتري زمين نخواهد رسيد!

سيارك هاي نزديك زمين
 

گروه هايي از سيارك ها نيز وجود دارند كه مدارشان فقط محدود به فضاي ميان مريخ و مشتري نيست و اغلب در فاصله ي نزديك تري از زمين قرار مي گيرند. سه گروه اصلي اين سيارك ها عبارت اند از گروه هاي آمور، آپولو و آتن.

سيارك هاي گروه آمور همواره در خارج از مدار زمين به دور خورشيد مي گردند،‌ اما بخشي از مدار دو گروه ديگر داخل مدار زمين قرار مي گيرد. سيارك هاي گروه آتن زمان طولاني از دوره ي تناوب خود را در داخل مدار زمين سپري مي كنند، در حالي كه فاصله ي سيارك هاي آپولو از خورشيد در بخش عظيمي از مدارشان،‌ بيشتر از فاصله ي زمين تا خورشيد است. تخمين زده مي شود بيش از 6000 سيارك متعلق به سه گروه فوق، در فضاي نزديك به مدار زمين به دور خورشيد در حال گردش باشند.
خانواده ها و گروه هاي سيارك ها در منظومه شمسي محدود به موارد فوق نمي شوند. اين گروه ها بر حسب فاصله اي كه از خورشيد دارند بسيار متنوع اند. تقريباً در هر فاصله اي از خورشيد كه تعداد قابل توجهي سيارك يافت مي شوند، چنين گروه هايي ممكن است شكل بگيرند؛ به طوري كه كمتر سيارك بزرگي را مي توان يافت كه متعلق به يكي از اين گروه ها نباشد.
منبع : نشريه ي نجوم، شماره ي 209