زمین، مریخ، زهره و یه سیاره گمشده: داستان رقص شگفت‌انگیزشون دور خورشید!

تا حالا فکر کردی شاید منظومه شمسی ما یه زمانی مثل یه تیم موزیسین حرفه‌ای بوده باشه که چندتا از سیاراتش دست‌به‌دست هم دادن و با هم شروع کردن یه والسِ کیهانی رقصیدن؟ خب، دانشمندها به یه نتایج جالب رسیدن که میشه گفت واقعاً ذهن آدمو قلقلک میده!

ماجرا اینطوریه: به تازگی تو یه تحقیقی که تازه چاپ شده، گفتن که چهار تا از سیارات سنگی منظومه شمسی (که بهشون terrestrial planets می‌گن، یعنی سیاراتی که از جنس سنگ هستن مثل زمین و مریخ و زهره)، با احتساب یکی دیگه که الان نیست و گم شده(!)، احتمالاً اولش دور خورشید با یه ریتم منظم و خفن می‌چرخیدن؛ انگار واقعا داشتن می‌رقصیدن! و نکته جالب: به نظر میاد این سیارات خیلی زودتر از چیزی که همیشه فکر می‌کردیم شکل گرفتن.

حالا ماجرا چیه؟ دانشمندها همیشه دنبال این بودن که بفهمن سیاره‌ها چه جوری تو منظومه شمسی یا تو کهکشان‌های دیگه تغییر و تحول پیدا می‌کنن. یه مثال جالبش سیستم TRAPPIST-1 هست، یعنی یه ستاره کوچیک که ۷ تا سیاره دورش می‌گردن، همه کِی با یه نسبت خاص و منظم، همون والسی که گفتم! این نسبت‌ها بهش می‌گن «رزونانس» یا “resonance”. یه توضیح رزونانس به زبان ساده اینه: مثلاً اگه یکی از سیاره‌ها دور ستاره‌ش هشت دور می‌زنه و همسایه‌ش پنج دور، نسبت ۸ به ۵ هست و این یعنی رزونانس!

سیاره‌هایی که تو دیسک پروتوپلنتاری (همون ابر و غبار و گاز اولیه دور ستاره که بعداً سیاره می‌سازه) تشکیل می‌شن و هنوز کلی گاز دوروبرشونه معمولاً به خاطر کشش‌های گرانشی و گاز، سرعت و مدارشون طوری تغییر می‌کنه که برسن به یه ریتم یا همون رزونانس. خلاصه، انگار اینا تا یه مدت مثل رقصنده‌های حرفه‌ای همه با یه آهنگ حرکت می‌کردن.

ولی الان دیگه اکثر سیارات منظومه شمسی ما تو هیچ رزونانسی نیستن (مثلاً نسبت مدار زهره و مریخ فقط نزدیک ۳.۰۵ به ۱ هست که کاملاً رزونانس حساب نمیشه). البته یه زمانی مشتری و زحل (Jupiter و Saturn) باهم تو یه رزونانس باحال بودن اما حدود ۴.۴ میلیارد سال پیش، بعد از اینکه گاز دور و بر خورشید کم شد، این رقص نابود شد و زحل و اورانوس و نپتون از خورشید فاصله گرفتن. به این اتفاق می‌گن “giant planetary instability” یعنی یه ناپایداری بزرگ تو سیارات غول‌پیکر که کل سیستم رو بهم ریخت.

تا الان کسی واقعا نگفته بود که آیا سیارات سنگی مثل زمین و مریخ هم تو اون دوران رزونانس داشتن یا نه. دلیلش هم این بود که یه نظریه قدیمی‌تر می‌گفت اینا با کلی برخوردهای بزرگ به وجود اومدن و همون توضیح برا دانشمندها کافی بود.

جالبه بدونی یه پژوهش تو سال ۲۰۱۳ از روی ایزوتوپ‌های مریخ (ایزوتوپ یعنی انواع مختلف یه عنصر که تعداد نوترون‌هاش فرق داره) یه چیزی نشون داد: احتمالاً سیارات سنگی خیلی زودتر از اون چیزی که فکر می‌کردیم، وقتی هنوز گاز دور خورشید زیاد بوده، ساخته شدن. یعنی ممکنه اینا هم یه روزی باهم تو رزونانس بودن!

تو تحقیق جدید، دانشمندها کلی مدل شبیه‌سازی با کامپیوتر ساختن. منظور از شبیه‌سازی همون مدل‌سازی کامپیوتریه که شرایط رو تو کامپیوتر بازسازی می‌کنن تا ببینن چی میشه. تو این مدل‌ها فرض کردن مشتری و زحل هستن و چهار سیاره سنگی اصلی هم اینا بودن: زمین، مریخ، زهره، و تئیا (Theia). حالا تئیا چیه؟ یه سیاره فرضی در ابعاد تقریباً مریخ که دانشمندها معتقدن حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش خورد به زمین و نتیجه‌اش چی شد؟ ماه خودمون! خلاصه، شبیه یه داستان جنایی فضایی!

عجیبیش اینه که تو اکثر این مدل‌ها، اون چهار سیاره (زهره، زمین، تئیا، مریخ) تو یه زنجیره رزونانسی با نسبت ۲:۳:۴:۶ گیر افتاده بودن، اونم فقط تو یه میلیون سال! یعنی همه‌شون با ریتمی منظم دور خورشید می‌چرخیدن. مشتری و زحل هم تو این مدل‌ها زحل رو نزدیک‌تر گذاشتن تا شرایط واقعی اوایل منظومه رو داشته باشن. عطارد هم تو مدل نیومد چون احتمالاً به خاطر برخوردهای عظیم‌تر ساخته شده.

بعدش اینا اومدن ۱۳,۲۰۰ بار شبیه‌سازی رو برای حرکت سیاره‌ها تو بازه ۱۰۰ میلیون سال اجرا کردن (اینو بهش می‌گن شبیه‌سازی عددی، یعنی همه نیروهای گرانشی رو وارد می‌کنن تا ببینن اوضاع چطور پیش میره). حدود ده میلیون سال که گذشته بوده دانشمندها زحل رو به بیرون هل دادن تا ناپایداری غول‌های گازی رو شبیه‌سازی کنن.

نتیجه چی شد؟ حدود نصف شبیه‌سازی‌ها در نهایت سیارات سنگی رو تو همون حالتی نشون دادن که امروز هستن! یعنی برخورد تئیا به زمین، نسبت دوره‌های مداری مثل ۳.۰۵ به ۱ زهره و مریخ و … خلاصه کلی نشونه از اون رزونانس قدیمی! تازه نتیجه شون نشون میده این سیارات سنگی ما تو اون ۱۰ میلیون سال اولیه، خیلی زود‌تر از نظر مدل‌های قبلی ساخته شدن؛ یعنی حداقل ۲۰ میلیون سال جلوتر از تصورات قبلی.

یه تیکه جالب دیگه: حالا اگه بخوایم دقیق بفهمیم سیاره‌ها واقعاً کی متولد شدن، بهترین گزینه نمونه‌برداری از زهره‌ست! چون برخلاف زمین و مریخ، هیچ برخورد عظیمی تجربه نکرده، پس گوشته (mantle) زهره همون ترکیب اولیه رو داره و می‌تونه سن واقعی رو لو بده. شاید تو آینده، ماموریت‌های فضایی نمونه از زهره بیارن و این راز رو فاش کنن.

یه نکته نهایی هم اینه که طبق این مدل‌ها، حضور سیارات غول‌پیکر بیرونی (مثل مشتری و زحل) می‌تونه حسابی سیارات داخلی رو به آشوب بکشه! شاید دلیل اینکه سیستم‌هایی مثل TRAPPIST-1 این همه منظم و رزونانسی می‌مونن هم اینه که اصلاً سیاره غول‌پیکر خارجی مثل مشتری ندارن که بیان همه‌چی رو بهم بریزن.

در نهایت، این کار تازه نشون میده چقدر مدل‌سازی و بررسی علمی می‌تونه دید ما رو روی یه موضوع قدیمی عوض کنه! اگه از این داستانا خوشت اومده، حواست باشه خبرهای فضایی همیشه سورپرایزت می‌کنن و کلیش هم تازه داره روشن میشه!

پس دفعه بعد که به ماه نگاه می‌کنی یا دنبال مریخ و زهره می‌گردی، یادت باشه شاید همین سیارات سال‌ها پیش یه والسِ خفن دور خورشید می‌رقصیدن و ما هیچ‌وقت اون نمایش رو ندیدیم! 😉

منبع: +