اقمار کوچک پلوتون

اقمار کوچک پلوتون

نه سال پیش، در سال ۲۰۰۶ میلادی، انجمن بین‌المللی نجوم (IAU) اعلام کرد که پلوتون دیگر یک سیاره نیست، بلکه همراه با اجرام دیگری در منظومه‌ی شمسی مانند سِرس و اِریس، در دسته‌بندی سیارات کوتوله قرار می‌گیرد. پلوتون از سنگ و یخ تشکیل شده است و بزرگترین جرم در کمربند کوییپر است. بزرگترین قمر پلوتون، شارون (Charon) نام دارد که اندازه‌اش تقریبا نصف اندازه‌ی پلوتون است. این دو جرم (پلوتون و شارون) در واقع یک مجموعه‌ی سیاره‌ای دوتایی هستند؛ به این علت که مرکز جرمی که این دو حول آن می‌گردند در داخل هیچ کدام از آن‌ها قرار نگرفته و در واقع در بین آن‌ها است (انیمشن زیر). این مرکز جرم در مداری به گرد خورشید می‌گردد.

Pluto-Charon System.gif
Pluto-Charon System” by Stephanie HooverOwn work. Licensed under CC0 via Wikimedia Commons.

پلوتون چهار قمر کوچک دیگر نیز دارد: استیکس (Styx)، نیکس (Nix)، کِربِروس (Kerberos)، و هیدرا (Hydra). این چهار قمر در مدارهای شبه دایروی به دور مجوعه‌ی سیاره‌ای دوتایی پلوتون و شارون می‌گردند. کربروس (یا P4) در سال ۲۰۱۱ میلادی در تصاویر تلسکوپ فضایی هابل کشف شد. نیکس و هیدرا در سال ۲۰۰۵ کشف و در سال ۲۰۰۶ تایید شدند. رصدهای بعدی در سال ۲۰۱۲ منجر به کشف قمر کوچک استیکس (یا P5) شد. بعدها مشخص شد که نشانه‌هایی از این اقمار در تصاویر قدیمی‌تر هم بوده است (مثلا در داده‌های سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۲ و حتی سال ۲۰۰۵). در تصویر ۱ نمونه‌هایی از این تصاویر را می‌بینید که با هابل گرفته شده‌اند.

تصویر ۱: تصاویر هابل از منظومه‌ی پلوتون. a: تشخیص قمر کربروس (K) در تصاویر اکتشاف دو قمر نیکس و هیدرا در سال ۲۰۰۵. b: کربروس در تصاویر تاییدی نیکس (N) و هیدرا (H) در سال ۲۰۰۶. c: تشخیص استیکس (S) و کربروس در سال ۲۰۰۶. d: هر چهار قمر در تصویر سال ۲۰۱۰. e: تصویر اکتشاف کربروس در سال ۲۰۱۱، استیکس نیز دیده می‌شود. f: کشف استیکس در سال ۲۰۱۱. در این تصاویر نور زیاد پلوتون و شارون تا حد ممکن حذف شده است.

تصویر ۱: تصاویر هابل از منظومه‌ی پلوتون.
a: تشخیص قمر کربروس (K) در تصاویر اکتشاف دو قمر نیکس و هیدرا در سال ۲۰۰۵. b: کربروس در تصاویر تاییدی نیکس (N) و هیدرا (H) در سال ۲۰۰۶. c: تشخیص استیکس (S) و کربروس در سال ۲۰۰۶. d: هر چهار قمر در تصویر سال ۲۰۱۰. e: تصویر اکتشاف کربروس در سال ۲۰۱۱، استیکس نیز دیده می‌شود. f: کشف استیکس در سال ۲۰۱۱.
در این تصاویر نور زیاد پلوتون و شارون تا حد ممکن حذف شده است.

به بهانه‌ی نزدیک شدن فضاپیمای افق‌های نوی ناسا(۱) که در چهاردهم جولای از نزدیکی پلوتون خواهد گذشت، و هم‌چنین به انگیزه‌ی این اکتشافات، مؤلفان این مقاله به بررسی مداری و فیزیکی این چهار قمر کوچک پرداخته‌اند و پیش‌بینی‌هایی را درباره‌ی آنچه افق‌های نو خواهد دید اعلام کرده‌اند.

مدارها

مؤلفان مقاله، به منظور مدل‌سازی مدارها، ابتدا میدان گرانشی پلوتون و شارون را ساده‌سازی کرده‌اند. پلوتون و شارون همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، یک مجموعه‌ی دوتایی هستند که حرکتشان میدان گرانشی نامتقارن و وابسته‌ به زمانی را به وجود می‌آورد. این میدان ناپایداری‌هایی را در مدار اقمار بیرونی به وجود می‌آورد که در این مقاله از آن‌ها صرف نظر شده است.

مدارها بر طبق شش عنصر مدار کپلری (مانند نیم‌قطر بزرگ بیضی، خروج از مرکز، تمایل مداری و …) مدل‌سازی و تحت قیود متنوعی حل شده‌اند (برای دیدن جزئیات حل مداری می‌توانید به جدول شماره‌ی ۱ مقاله‌ی اصلی رجوع کنید). نتایج این مدل‌ها حرکت مداری هر قمر را در سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۲ به دقت توضیح می‌دهد.

تشدید (رزونانس) مداری

تصویر ۲: نمودار زاویه‌ی تشدید سه قمر استیکس، نیکس، و هیدرا بر حسب زمان.

تصویر ۲: نمودار زاویه‌ی تشدید سه قمر استیکس، نیکس، و هیدرا بر حسب زمان.

مسئله‌ی دیگر، وجود احتمالی تشدید (رزونانس) مداری بین این اقمار است. پنج قمر پلوتون چینش مداری جالبی دارند: نسبت دوره‌ی تناوبی این اقمار به دور پلوتون نزدیک به ۱:۳:۴:۵:۶ (خوانده شود: نسبت یک به سه به چهار به پنچ به شش) است. این بسیار شبیه به تشدید مداری سه قمر مشتری (یو، اروپا و گانیمد) با نسبت مداری ۱:۲:۴ است. مؤلفان مقاله با استفاده از مؤلفه‌های مداری محاسبه‌شده‌شان به دنبال تشدیدی در مدارهای منظومه‌ی پلوتون گشتند و یک تشدید قوی سه‌تایی بین استیکس، نیکس، و هیدرا پیدا کردند. مدار این سه قمر به هم گره خورده است، درست مانند سه قمر مشتری. در تصویر ۲ نمودار زاویه‌ی تشدید این سه قمر را برحسب زمان می‌بینید. این بررسی‌ها حدودی نیز بر روی تخمین جرم این اقمار می‌گذارد ولی مهم‌تر از آن، کشف چنین تشدیدی قیود جدیدی بر سناریوی شکل‌گیری منظومه‌ی پلوتون می‌گذارد.

اندازه و شکل

در کنار بررسی‌های مداری، شکل و اندازه‌های این اقمار نیز بررسی شده است. نیکس، جرم بسیار کشیده‌ای با نسبت قطری ۲ به ۱ است، مانند قمر بسیار کشیده‌ی زحل، «پرومتئوس». هیدرا هم احتمالا کمی کشیده است. تغییرات زیاد درخشندگی سطحی نیکس نشان‌دهنده‌ی این است که احتمالا محور گردش این قمر در خط دید ما است. نتایج نورسنجی‌ها نشان می‌دهد که نیکس و هیدرا سطوح روشنی مانند شارون دارند اما کربروس بسیار تیره‌تر است. این‌که چه‌طور چنین منظومه‌ی اقماری ناهمگونی به وجود آمده است، یکی از پرسش‌های پیش‌رو است. در منظومه‌ی زحل نیز یکی از اقمار داخلی، به نام آگئون بر خلاف سایر اقمار و بر خلاف آن‌که در دل حلقه‌ی یخی G قرار دارد، بسیار تیره است.

چرخش

همه‌ی اقمار در منظومه‌ی شمسی، به جز یک مورد تایید شده، با نظم به دور خود می‌چرخند. در این مقاله، با استفاده از منحنی‌های تغییر نوری قمرهای نیکس و هیدرا مؤلفان سعی کرده‌اند که دوره‌های چرخش این اقمار را محاسبه کنند، اما نتیجه‌ی تلاش‌ها منفی بوده است. هیچ دوره‌ی چرخش واحدی پیدا نمی‌شود که منحنی‌های نوری هر سه سال این دو قمر را توضیح دهد. شبیه‌سازی‌ها پیشنهاد می‌کنند که منظومه‌ی دوتایی سیاره‌ای موجب بی‌نظمی مداری قمرها می‌شود. برای مثال ویدئوی زیر شبیه‌سازی یکی از ناپایداری‌ها را نشان می‌دهد. در این ویدئو هر ۲ ثانیه برابر یک دور گردش نیکس به دور پلوتون (یعنی ۲۵ روز) است. قمر سعی می‌کند در بازه‌های کوتاهی چرخش هماهنگ داشته باشد اما ناپایدار است. این شبیه‌سازی با تغییرات رصدشده‌ی جهت‌گیری نیکس نسبت به خط دید ما هم‌خوانی دارد. از آن‌جایی که قمر هیدرا کم‌تر کشیده است (برخلاف نیکس)، گشتاوری که بر آن وارد می‌شود ضعیف‌تر است. اما در هر حال، بررسی‌ها نشان می‌دهند که هر دوقمر چرخش نامنظمی دارد، به این معنی که پیش‌بینی جهت آن‌ها ممکن نیست.

 

(۱) NASA New Horizons

عنوان اصلی مقاله: Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons
نویسندگان:  M. R. Showalter &  D. P. Hamilton
این مقاله در نشریه‌ی  ‌Nature چاپ شده است.
لینک مقاله‌‌ی اصلی: http://www.nature.com/nature/journal/v522/n7554/full/nature14469.html

گردآوری: آیرین شیوایی

دسته‌ها: مقالات روز
برچسب‌ها: سیاره, منظومه‌ شمسی

درباره نویسنده

آیرین شیوایی

پژوهشگر پَسادکترا در زمینه‌ی نجوم رصدی کهکشان‌ها در دانشگاه آریزونا است. او هم‌اکنون عضو تیم علمی ابزار فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب است. او در سال ۲۰۱۷ دکترای فیزیک خود را از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید دریافت کرد. پروژه‌ی دکترای او تحقیق درباره‌ی چگونگی تحول کهکشان‌های جوان عالم از طریق بررسی غبار میان‌ستاره‌ای و ستاره‌زایی در آن‌ها بود. او برای مطالعه و بررسی این کهکشان‌ها، که حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند، از داده‌های تلسکوپ‌های زمینی کک و تلسکوپ‌های فضایی هابل و اِسپیتزر استفاده کرد.

دیدگاه‌ها

  1. جهانبانی
    جهانبانی ۵ تیر, ۱۳۹۴، ۰۸:۳۲

    سلام
    طبق معمول مقاله جالبی بود متشکرم
    غفط متوجه نشدم که شبیه سازی گردش سیاره چگونه انجام شده است
    با تشکر
    جهانبانی

    پاسخ به این دیدگاه
  2. محمد
    محمد ۱۷ تیر, ۱۳۹۴، ۱۴:۰۰

    با سلام
    مقاله پرباری بود
    چرا آلن استرن زمان تحقیق افقهای نو از پلوتو را اینقدر کم اختصاص داده؟

    پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*