لبه منظومه‌ شمسی کجاست؟

ستاره مرکزی همان خورشید است و به ترتیب فاصله از این ستاره، زمین سومین سیاره است البته برای آن‌که همه خانواده سیارات منظومه‌شمسی در یک تصویر به نمایش درآیند معمولا مقیاس رعایت نمی‌شود. اما جدا از این موضوع به‌راستی منظومه‌ شمسی دارای چه بخش‌هایی است؟ و از آن مهم‌تر، اندازه و ابعاد آن چقدر است؟ چرا دانشمندان بسیار علاقه‌مندند این منظومه را بشناسند و برای پاسخ به سوال‌هایشان با طراحی ماموریت‌ های رباتیک فضایی میلیاردها دلار هزینه می‌کنند؟ اینها پرسش‌هایی است که معمولا از خود می‌پرسیم.

بشر از دیر باز در جست‌وجوی پرسش‌های بنیادی‌اش بوده‌است. زمین چگونه به وجود آمده‌است؟ خورشید و بقیه سیاره‌ها چطور؟! هنوز هم پاسخ چنین پرسش‌هایی به‌درستی روشن نیست؛ اما مطالعه دنیاهای دوردست منظومه‌ شمسی یا همان اجرامی که در بیرونی‌ترین قسمت آن حضور دارند می‌تواند رازهای حکایت پیدایش این منظومه را برملا سازد. از این روست که کنجکاویم بدانیم ورای مدار سیاره نپتون چه چیزی وجود دارد و منظومه‌شمسی در کجا پایان می‌یابد.

دنیاهای ماورای نپتون

فراتر از مدار نپتون، مجموعه‌ای از سیارک‌ها یا شاید بتوان گفت سنگ‌های بسیار عظیمی وجود دارند که در مدارهایشان به دور خورشید در گردشند.

به این مجموعه «کمربند کوئی‌ پر» می‌گویند. تخمین زده می‌شود این کمربند سیارک‌ها در فاصله مداری ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی گسترده‌باشد.

فاصله زمین تا خورشید به عنوان یک واحد نجومی تعریف می‌شود. در مورد اجرام کمربند کوئی‌پر اطلاعات محدودی در دست است زیرا فاصله آنها بسیار زیاد است و به‌علاوه ابعادشان در مقایسه با بقیه سیاره‌ها خیلی بزرگ نیست.

از این رو کشف و مطالعه آنها به کمک تلکسوپ‌های روی زمین کار بسیار دشواری است. هرچند تلسکوپ «پن-استارز» به طور مستمر آسمان را در جست‌وجوی اجرام کمربند کوئی‌ پر می‌کاود و در آینده نزدیک نیز تلسکوپ «ورا روبین» به این جست‌وجوی آسمانی خواهد پیوست.

حدود پنج سال پیش اخترشناسان به یافته‌ای حیرت‌انگیز درباره مدار اجرام «فرانپتونی» دست یافتند. آنها مدار برخی از این اجرام متعلق به کمربند کوئی‌پر در ورای مدار سیاره نپتون را تعیین کردند. البته داده‌های موجود برای تعداد محدودی از این اجرام در دست بود. مدار بیشتر آنها به‌شکل بیضی‌هایی بسیار کشیده به دست آمد. از این عجیب‌تر آن بود که ظاهرا این مدارها به یک‌سو کشیدگی بیشتری دارند. گویی یک جرم ناپیدا با دست‌کم چند برابر جرم زمین در ورای مدار نپتون این اجرام را به سمت خود می‌کشد. آیا به‌راستی چنین جرمی وجود دارد؟ آیا ممکن است این شاهد غیرمستقیم مبنی بر وجود سیاره نهم باشد؟ این معما همچنان وجود دارد و روز به روز ابعاد پیچیده‌تری پیدا می‌کند. حتی پیشنهاد شده‌است که شاید در ورای مدار سیاره نپتون یک سیاهچاله برجای‌مانده از عالم آغازین جا خوش کرده باشد! به همین دلیل مدار اجرام فرانپتونی این‌چنین به یک سمت کشیده شده‌اند. به‌هرحال هنوز به‌درستی مشخص نیست که در ورای مدار نپتون به غیر از کمربند کوئی‌پر چه جرم دیگری می‌تواند وجود داشته‌باشد. باید مطالعات بیشتری در این زمینه انجام شود.

سفیران ما در مرزهای منظومه

اما اخترشناسان موفق شدند فضاپیماهایی را نیز برای مطالعه اجرام دوردست منظومه‌شمسی پرتاب کنند.

فضاپیمای نیوهورایزنز (New Horizons به معنی افق‌های نو) در ۲۴ تیر ۹۴ از کنار پلوتو عبور کرد. این فضاپیما موفق شد تصویری منحصر به‌فرد از این دنیای یخ‌زده در مقابل دیدگان بشر قرار دهد. سپس این فضاپیما به راه خودش ادامه داد و در ۱۱ دی ۹۷ با یکی از اعضای کمربند کوئی‌پر به نام «اِروکا» ملاقات کرد.

فضاپیمای افق‌های نو همچنان به راهش ادامه می‌دهد و احتمالا شش سال دیگر از کمربند کوئی‌پر خارج خواهد شد. اما آیا این کمربند مرز نهایی منظومه‌شمسی است؟ در پاسخ باید گفت خیر!

بیش از چهار دهه پیش دو فضاپیما به نام‌های ویجر۱ و ویجر۲ با فاصله زمانی کوتاهی از یکدیگر به فضا پرتاب شدند. این دو فضاپیما در مطالعه اجرام منظومه‌شمسی دستاوردهای بی‌نظیری داشتند. آنها در حالی که از خورشید دور می‌شوند همچنان در قلمرو فرمانروایی خورشید هستند.

میدان مغناطیسی خورشید تا فاصله زیادی گسترش دارد. ذرات باردار پرتاب شده از طرف خورشید نیز تحت تأثیر این میدان مغناطیسی قرار دارند. اما منطقه تحت نفوذ میدان مغناطیسی خورشید در برهمکنش با محیط میان‌ستاره‌ای محدود می‌شود و به آن مرز توقف خورشیدی یا پایان خورسپهر می‌گویند. اندازه این ناحیه به میزان فعالیت‌های خورشیدی بستگی دارد.

در واقع خورشید دارای یک چرخه فعالیت ۱۱ساله است. وقتی فعالیت‌های خورشیدی در بیشینه است میدان مغناطیسی شدت و گستردگی بیشتری دارد. فضاپیماهای ویجر۱ و ویجر۲ به ترتیب در سال‌های ۱۳۹۲ و ۱۳۹۷ از مرز توقف خورشیدی عبور کردند.

اندازه‌گیری‌هایی که این دو فضاپیما انجام دادند به‌وضوح نشان داد که اندازه قلمرو تحت غلبه میدان مغناطیسی خورشید متأثر از میزان فعالیت‌های خورشید است. اخترشناسان براساس داده‌های به دست آمده، هندسه میدان مغناطیسی را هم به دست آوردند که ساختار بسیار پیچیده‌ای دارد.

به این ترتیب با این که فضاپیماهای ویجر۱ و ویجر۲ حدود ۴۴ سال است که در راهند، هنوز در قلمروی منظومه‌شمسی هستند. البته پیش از این دو فضاپیما نیز به نام فضاپیماهای پایونیر۱۰ و پایونیر۱۱ این مسیر را طی کرده بودند.

در حوالی ابر اورت

اما بعد از ناحیه مغناطیده خورشیدی به عضو دیگر خانواده خورشید می‌رسیم: ابر اورت. از فاصله تقریبی ۲۰۰۰ واحد نجومی تا شاید ۵۰هزار واحد نجومی، مجموعه‌ای از سنگ‌های آسمانی یا سیارک‌ها مانند ابری عظیم، همه سیاره‌ها و ناحیه مغناطیده خورشید را احاطه می‌کنند. در ابر اورت تعداد پرشماری از این سنگ‌های آسمانی حضور دارند. ممکن است برخی از آنها تحت تأثیر جاذبه گرانشی خورشید به سمت آن کشیده شوند. اینها وقتی به نزدیک خورشید می‌رسند مانند دنباله‌داری دیده خواهند شد. اخترشناسان بر این باورند که ابر اورت می‌تواند خاستگاه دنباله‌دارها، به‌ویژه دنباله‌دارهای با دوره تناوب طولانی باشد. همه اجرام ابر اورت نیز تحت سیطره جاذبه گرانشی خورشید هستند.

به این ترتیب به نظر می‌رسد فضاپیماهای ویجر۱ و ویجر۲ اکنون رهسپار ابر اورت هستند. این دو فضاپیما در دو راستای مختلف، خارج از صفحه مداری سیاره‌های منظومه‌شمسی در حرکتند. با این سرعتی که دارند حدود ۴۰هزار سال طول می‌کشد تا بتوانند در نهایت از جاذبه گرانشی خورشید خلاص شوند و به طور رسمی منظومه‌ شمسی را ترک کنند! راهی که بس طولانی است.

اکنون می‌توان تصور کرد ابعاد واقعی منظومه‌شمسی بسیار گسترده‌تر از شعاع مداری سیارات منظومه‌ شمسی است.

با فناوری فعلی بسیار بعید است که بشر بتواند در آینده‌ای نزدیک فضاپیمایی را به خارج از منظومه‌شمسی ارسال کند.

این که ابر اورت چگونه شکل گرفته‌است هنوز به‌درستی روشن نیست. ولی به نظر می‌رسد منظومه‌ شمسی در ابتدای پیدایش و تکوین، بسیار آشوبناک و متلاطم بوده‌است. برخوردهای بین اجرام تازه شکل گرفته زیاد اتفاق افتاده‌است.

اجرام کوچک‌تر تحت تأثیر جاذبه گرانشی سیاره‌های پرجرم‌تر به بیرون از این مجموعه رانده شدند. سپس طی میلیون‌ها سال، مجموعه این اجرام رانده شده مانند ابری کل مجموعه را دربر گرفتند.

اجرام کمربند کویی‌پر یا ابر اورت به دلیل فاصله بسیاری که از خورشید دارند، سرد و منجمد هستند. آنها معمولا دارای فعالیت درونی نیستند.

از این رو ساختار و ترکیبات آنها از بدو پیدایش در چند میلیارد سال پیش تاکنون بدون تغییر باقی مانده‌است. یعنی مانند یک ماشین زمان می‌مانند.

با مطالعه این اجرام در بیرونی‌ترین بخش‌های منظومه‌شمسی، گویی پیشینه این منظومه و نحوه پیدایش آن را مطالعه می‌کنیم.

اخترشناسان بر همین اساس مأموریت‌های فضایی مختلفی را برای مطالعه سیارک‌ها تدارک دیده‌اند؛ با این حال دستیابی به اجرام ابر اورت و نمونه‌برداری مستقیم کاری است که به‌زودی قابل انجام نیست. مگر آن که دنباله‌داری از این ناحیه به سمت خورشید بیاید.

مسافرانی از منظومه‌های دیگر

طی دو سال اخیر منظومه‌شمسی میزبان دو مسافر کیهانی بود. این دو سنگ آسمانی با توجه به شکل و جهت‌گیری مدارشان بدون تردید از خارج منظومه‌شمسی آمده بودند.

این فرصتی استثنایی برای اخترشناسان بود. آنها می‌توانستند سنگ‌های آسمانی را مطالعه کنند که از یک منظومه سیاره‌ای دیگر به سمت ما رانده شده‌بود. خاستگاه آنها هنوز هم یک معماست. نخستین پیام‌آور کیهانی «اومواموا» نام گرفت و دومین پیام‌آور کیهانی «بوریسف» نام داشت.

هر دو اینها برای مدتی قابل مطالعه بودند و به نزدیک‌ترین فاصله‌شان به خورشید رسیدند و بعد رهسپار عالم لایتناهی شدند.

قدر مسلم می‌دانیم خاستگاه آنها اجرام ابر اورت نبود. ولی این که چگونه وارد مظنومه‌شمسی شدند به‌درستی روشن نیست.

اخترشناسان معتقدند احتمالا تعداد بیشتری از این مسافران کیهانی در منظومه‌شمسی وجود دارد که هنوز امکانات رصدی برای کشف آنها کافی نیست. با آغاز به کار تلسکوپ‌های جدید بعید نیست هر سال تعدادی از چنین اجرامی کشف شوند.

در آن صورت شاید بتوان فهمید سایر منظومه‌های سیاره‌ای چه خصوصیات و ترکیباتی دارند.به این ترتیب به نظر می‌رسد خاستگاه اصلی دنباله‌دارها یا سیارک‌ها، کمربند کوئی‌پر یا ابر اورت هستند. حدود ۹۰سال پیش اخترشناسی به نام کلاید تومبا موفق شد پلوتو را کشف کند.

در آن زمان کوچک‌ترین تصوری وجود نداشت که ورای پلوتو هم ممکن است اجرام بسیاری وجود داشته باشد. این یک سرآغاز بود.

در جست‌وجو به دنبال سیاره نهم، اجرام فرانپتونی و البته کمربند کوئی‌پر کشف شدند. بعد مشخص شد ناحیه تحت غلبه میدان مغناطیسی خورشید گستردگی بسیار بیشتری دارد. و البته فراتر از همه اینها ابر اورت وجود دارد.

وسعت منظومه‌شمسی اکنون بسیار بزرگ‌تر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌شد. شاید هم در آینده‌ای نه‌چندان دور بخش‌های ناشناخته بیشتری از منظومه کشف شود که حالا اصلا تصوری از آن نداریم!

دکتر محسن شادمهری - دانشیار گروه فیزیک دانشگاه گلستان / روزنامه جام جم