در خود منظومه شمسی، ما شاهد قمرهای سنگی مانند قمر زمین، قمرهای اقیانوسی مانند اروپا و انسلادوس، و قمرهای یخی منجمد مانند تریتون هستیم. اما این سوال مطرح است که چرا در این منظومه قمرهای گازی وجود ندارد؟ آیا این امر ناشی از بدشانسی است یا علت فیزیکی خاصی دارد؟
در واقع، قمرهای گازی وجود دارند، اما نه در محدوده‌ی منظومه شمسی ما. تاکنون بیش از ۵۵۰۰ سیاره فراخورشیدی شناسایی شده‌اند، اما تنها دو قمر فراخورشیدی احتمالی شناسایی شده‌اند و هنوز هیچ‌کدام به‌طور قطعی تایید نشده‌اند. این دو قمر فراخورشیدی خود، غول‌های گازی هستند که دور غول‌های گازی بزرگ‌تر می‌چرخند. با این حال، این ویژگی نادر است و به عبارت دیگر، قمرهای گازی در حالت عادی در منظومه‌ی شمسی ما وجود ندارند.
برای درک بهتر این موضوع که چرا قمرهای گازی حداقل در منظومه شمسی وجود ندارند، لازم است به نحوه‌ی تشکیل سیاره‌های گازی غول‌پیکر پرداخته شود.
برداشت هنرمند از کپلر 1625b-i، قمر احتمالی سیاره فراخورشیدی کپلر 1625b و ستاره‌‌ی منظومه.
برای تشکیل سیاره گازی غول‌پیکر، دو سناریو وجود دارد: سناریوی پایین به بالا و سناریوی بالا به پایین.
تشکیل دنیاهای گازی طبق سناریوی پایین به بالا
سناریوی پایین به بالا، معروف به “برافزایش هسته”، توضیح می‌دهد چگونه سیاره‌های غول‌پیکر گازی در منظومه شمسی شکل گرفتند.
در صورتی که به ۴٫۵ میلیارد سال پیش باز گشته بودیم، شاهد خورشیدی جوان بودیم که یک دیسک از گاز و غبار اطراف خود را شکل داده بود. تمامی سیاره‌ها از این دیسک یا قرص پیش‌سیاره‌ای نشات گرفتند. در ابتدا، آن‌ها به شکل اجرام سنگی شروع به شکل‌گیری کردند و با جذب گرد و غبار، سنگریزه‌ها و سیارک‌های اطراف، به اجسام بزرگ‌تر تبدیل شدند. برخی از آن‌ها تنها به اندازه مریخ یا زهره رشد کردند، در حالی که برخی دیگر به افزایش جرم خود ادامه دادند و به اجسام سنگی غول‌پیکری با جرم تقریباً ۱۰ برابر زمین تبدیل شدند.
هنگامی که این سیاره‌ها به ابعاد چنین بزرگی رسیدند، گرانش آن‌ها به گونه‌ای قوی بود که حجم عظیمی از گاز را از دیسک پیش‌سیاره‌ای به خود جلب کردند. میزان گازی که به سرقت می‌بردند و ابعادی که به دست می‌آوردند، به نیروی گرانش و مقدار گاز موجود بستگی داشت. در نهایت، منظومه شمسی ما با چهار سیاره غول گازی یعنی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون باقی ماند.
ماموریت جونو ناسا به مقصد مشتری، با شناسایی گرانش ناشی از هسته بزرگ و سنگی، به بررسی مدل “برافزایش هسته” کمک کرده و به یافتن شواهدی از این فرآیند کمک نموده است.
سیاره‌های منظومه شمسی طی فرایند پایین به بالا یا برافزایش هسته در قرص پیش‌سیاره‌ای تشکیل شدند.
تشکیل دنیاهای گازی طبق سناریوی بالا به پایین
در مدل پایین به بالا، جهان‌های گازی، همانند ستاره‌ها، به صورت مستقیم از توده گاز در حال متلاشی‌شدن در سحابی تشکیل می‌شوند. با این‌حال، برای تولید چنین فرایندی، یک مقدار حداقل جرم وجود دارد.
زمانی که توده بزرگی از گاز تحت نیروی گرانش خود فشرده می‌شود، گرم می‌شود، زیرا گاز در حجم کمتر و در نتیجه متراکم‌تری جمع می‌شود. با این حال، وقتی گاز گرم است، به سمت منبسط شدن تمایل دارد، بنابراین برای حفظ فشرده‌شدن، توده گاز باید گرمای اضافی را از خود کاهش دهد. در نتیجه، اغلب با مشاهده فروپاشی ابرهای گازی به شکل انرژی فروسرخ حرارتی روبرو می‌شویم.
میزان تابش گرمای لازم به میزان دما، تراکم و کدورت غبار بستگی دارد، و این فرآیند در اجسام کوچک‌تر ناکارآمدتر می‌شود. به‌طور مثال، جسمی با جرمی کمتر از سه برابر مشتری نمی‌تواند توانایی تولید گرمای کافی را داشته باشد تا به متلاشی‌شدن ادامه دهد. هرچه حجم کمتر باشد، غبار کدرتر و غلیظ‌تر می‌شود و فرایند تابش گرمای اضافی ناشی از انقباض گرانشی به‌طور فزاینده‌ای ناکارآمدتر می‌گردد. بنابراین، جسمی با اندازه‌ای کوچک‌تر از سه برابر مشتری نمی‌تواند به صورت مؤثر در این فرآیند شرکت کند.
چرا منظومه شمسی قمر گازی ندارد؟
بیشتر قمرهای منظومه شمسی ما، مشابه سیاره‌های مادرشان، از طریق فرآیند برافزایش هسته از پایین به بالا در دیسک‌هایی از مواد باقیمانده تشکیل گرفته‌اند که اطراف سیاره‌های مادرشان قرار داشته‌اند. به دلیل اینکه سیاره‌ها پیش‌تر بیشترین مواد را جذب کرده بودند، مقدار کافی از مواد باقی نمانده برای ایجاد قمر با جرم کافی که گرانش لازم برای نگهداشتن مقدار زیاد گاز را ایجاد کند، باقی نمانده بود. در واقع، در منظومه شمسی ما، تنها یک قمر وجود دارد که حتی دارای جو است و آن نیز بزرگ‌ترین قمر حلقه‌ای زحل یعنی تیتان است. به همین ترتیب، فرآیند بالا به پایین نیز قادر به اتفاق نیافته است، زیرا مقدار کافی از گاز باقی نمانده نبود.
اقمار عجیب
با توجه به توضیحات ارائه شده، در منظومه شمسی، تشکیل قمرهای گازی از طریق دو فرآیند معمول تولید جهان‌های گازی ممکن نیست. با این وجود، در محیط کیهانی ما وجود عجایبی وجود دارد که به روش‌های متفاوتی شکل گرفته‌اند.
با توجه به مورد زمین، احتمالاً ماه از مواد منفجرشده از زمین به دنبال برخورد با یک پیش‌سیاره به اندازه مریخ تشکیل شده است. این باقیمانده‌ها حلقه‌ای را ایجاد کردند که از طریق فرآیند برافزایش هسته، ماه را به وجود آوردند. اما آیا برخورد یک سیاره گازی غول‌پیکر می‌تواند مقدار کافی گاز برای ایجاد یک قمر گازی را پرتاب کند؟
متأسفانه، این امکان وجود ندارد. طبق گفته جسی کریستینسن از مؤسسهٔ فناوری کالیفرنیا به اسپیس‌دات‌کام، سیاره‌های سنگی ممکن است چنین برخوردهایی را تجربه کنند، اما مواردی مانند برخورد دنباله‌دار شومیکر-لویی ۹ با مشتری در سال ۱۹۹۴ نشان داده است که غول‌های گازی همه چیز را می‌بلعند. هرچیزی که با یک غول گازی برخورد کند، به جای اینکه به فضا پرتاب شود، فقط به بخشی از آن تبدیل می‌شود.
علاوه بر این، موارد دیگری نیز در کیهان ما وجود دارند که به نحوه‌های مختلفی ایجاد شده‌اند. به عنوان مثال، قمرهای به‌دام‌افتاده مثال‌های دیگری هستند. به‌عنوان نمونه، قمرهای مریخ یا فوبوس و دیموس در دام گرانش سیاره سرخ افتاده‌اند. همچنین، فوبه، بیرونی‌ترین قمر زحل، جرم دنباله‌دار اسیرشده است و تریتون، قمر نپتون، جرمی از کمربند کویپر است که در گذشته درنتیجه گرانش نپتون به دام افتاده است. این موارد به تنهایی در فضا ایجاد شده‌اند و بعداً به سرگردانی درآمده‌اند تا در نهایت در دام گرانش یک سیاره افتاده باشند.
سوالی که به‌وجود می‌آید این است که آیا یک سیاره گازی کوچک‌تر می‌تواند توسط یک سیاره گازی بزرگ‌تر اسیر شود؟ در واقع، جهان‌های گازی می‌توانند به اندازه ۱۲ برابر مشتری رشد کنند، بنابراین، اساساً می‌توانند یک جهان گازی مانند نپتون را به دام بیندازند.
قمرهای فراخورشیدی گازی
به نظر می‌رسد امکان اسیر شدن اجرام گازی کوچک‌تر توسط سیاره‌های گازی بزرگ‌تر وجود داشته باشد. کریستینسن اظهار می‌کند: “ممکن است قمرهای (گازی) به اندازه نپتون در اطراف سیاره‌های فراخورشیدی غول‌پیکر وجود داشته باشد.”
دو قمر فراخورشیدی احتمالی که در ابتدای مقاله به آن‌ها اشاره شد (کپلر 1625b-i و 1708b-i) هر دو به خودی خود غول‌های گازی هستند، اما به‌نظر می‌رسد در اصل اقمار غول‌های گازی بزرگ‌تری باشند. کریستینسن اظهار می‌کند: “هر دوی اینها کاندیدا هستند. چیزی را در داده‌ها مشاهده می‌کنیم که با قمر سازگار است، اما پدیده‌های دیگری نیز می‌تواند آن را توضیح دهد.”
اگر کپلر 1625b-i قمری واقعی باشد، جرمی ۱۹ برابر زمین (حدود ۶ درصد جرم مشتری) دارد، از نظر جرم مشابه نپتون است و سیاره‌ای گازی با جرمی ۳۰ برابر جرم زمین و قطری معادل نصف قطر مشتری را همراهی می‌کند. جرم کپلر 1708b-i احتمالاً کمتر از جرم کپلر 1625b-i است و قطری حدود پنج برابر زمین دارد (حدود نصف قطر کپلر 1625b-i) و دور سیاره‌ای گازی با اندازه‌ای ۴٫۶ برابر مشتری می‌چرخد.
برداشت هنرمند از قمر فراخورشیدی که به دور سیاره فراخورشیدی کپلر 1708b می‌چرخد.
کریستینسن توضیح می‌دهد: “آن‌ها تئوری‌های زیادی را به چالش می‌کشند. به سختی می‌توان راهی را پیدا کرد که قمرها از طریق آن تشکیل شده باشند، بنابراین باید به‌دام افتاده باشند.” این به‌دام‌افتادن، عملاً آن‌ها را شبیه قمرهای اسیر شده در منظومه شمسی می‌سازد. آن‌ها همچون سیاره‌ها از برافزایش هسته در دیسک تشکیل شده‌اند و سپس به دلیل مهاجرت به سمت ستارهٔ خود اسیر می‌شوند.
به‌نظر می‌رسد که مهاجرت، یک فرآیند رایج در سیستم‌های سیاره‌ای جوان است. مهاجرت، به توضیح اخترشناسان از اجرامی معروف به “مشتری داغ” اشاره دارد که غول‌های گازی بسیار نزدیک به ستارهٔ خود قرار دارند، اما ممکن است در ابتدا در فاصلهٔ دورتری تشکیل شده باشند.
قمرهای فراخورشیدی کپلر 1625b-i و کپلر 1708b-i، هنگام مهاجرت توسط سیاره‌های بزرگ‌تری که مقابل آن‌ها قرار گرفته‌اند، به دام افتاده‌اند. با‌این‌حال، آن‌ها احتمالاً قمرهای واقعی نیستند، بلکه احتمالاً نمونه‌هایی از سیاره‌های دوگانه هستند تا قمرهای فراخورشیدی.
سیاره دوگانه زمانی وجود دارد که هر دو جهان دور مرکز جرمی که بین آن‌ها وجود دارد، در گردش هستند، نه اینکه یکی دور دیگری در گردش باشد. در منظومه شمسی ما، سیاره دوگانه‌ای مانند پلوتون و بزرگ‌ترین همراه آن یعنی شارون وجود دارد.
به‌طور کلی، قمرهای گازی ممکن است وجود داشته باشند، اما به نظر می‌رسد که طبیعت برای ایجاد آن‌ها نیاز به چند حیله داشته باشد!
نظرات کاربران