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” by Stephanie Hoover – Own 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.
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
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.
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
سلام
طبق معمول مقاله جالبی بود متشکرم
غفط متوجه نشدم که شبیه سازی گردش سیاره چگونه انجام شده است
با تشکر
جهانبانی
سلام،
خیلی ممنون. منظورتان شبیهسازی گردش سیاره به دور ستاره است یا چرخش سیاره به دور خودش؟
با سلام
مقاله پرباری بود
چرا آلن استرن زمان تحقیق افقهای نو از پلوتو را اینقدر کم اختصاص داده؟
سلام خانم شیوایی عزیز ممنون از مقاله جذابتون امیدوارم به زودی شاهد پرتاب تلسکوپ بی نظیر جیمز وب باشیم