کمربند کویپر چیست و چه اجرامی در آن سرگردانند

کمربند کویپر یک حلقه قرصی‌ شکل در خارج از منظومه شمسی است که از انبوهی از اجرام ساخته شده است. موقعیت آن در فاصله ۳۰ تا ۵۵ واحد نجومی از خورشید بوده که در صفحه‌ای به دور خورشید می‌چرخد.

به طور کلی دو منطقه در خارج از منظومه شمسی جلب توجه می‌کنند؛ کمربند کویپر و ابر اورت. باید دانست که ابر اورت بر خلاف کمربند کویپر که صفحه شکل است، حالتی کروی به خود گرفته است. اغلب اجرام موجود در کمربند کویپر را سنگ‌های یخی کوچک و بزرگ شامل می‌شود.

همچنین دو دسته دنباله‌دار در این منطقه وجود دارد؛ دسته اول، دنباله‌ دار‌هایی با دوره تناوب (T) کوتاه یعنی کمتر از ۲۰۰ سال هستند. در حالی که دنباله دار‌های دسته دوم دوره‌ تناوب (T) بیش از ۲۰۰ سال دارند. گمان برده می‌شود که گروهی از سیارک‌های یخی که در حد فاصل میان مشتری و نپتون حضور دارند، تحت تاثیر جاذبه نپتون به این منطقه آمده‌اند.

گاهش اوقات نیز برخی از اجرام موجود در کمربند کویپر تحت تاثیر گرانش خورشید و یا غول‌های گازی منظومه شمسی، راه درون را در پیش گرفته و بواسطه حرارت بالای خورشید، بخار شده و سرانجام مانند دنباله‌ داری در آسمان دیده می‌شوند.

اینگونه نیست که وجود مناطقی مانند کمربند کویپر منحصر به منظومه شمسی باشد. تاکنون در اطراف ۹ ستاره دیگر نیز چنین مناطقی تشخیص داده‌ شده‌اند. اگر در این کمربند‌ها لبه‌های تیز بیرونی وجود داشته باشد، می‌توان نتیجه گرفت که ستاره تنها نیست و اجرامی دیگری در کنار آن، لبه بیرونی کمربند را صیقل می‌دهند. این اتفاق همانند فرآیندی است که توسط اقمار سیاره زحل انجام شده و منجر به تیز شدن بخش بیرونی حلقه‌های آن می‌شود.

همان‌گونه که گفته شد، در آنسوی غول گازی نپتون، منطقه‌ای از فضا قرار دارد مملو از اجرام یخی که به کمربند اجرام کویپر مشهور است. این منطقه وسیع تریلیون‌ها شیء به جا مانده از دوران نخست شکل‌گیری منظومه شمسی را شامل می‌شود.

یان اورت (Jan Oort)، ستاره‌شناس هلندی، در سال ۱۹۵۰ نظریه‌ای ارائه داد که بر مبنای آن، منشا برخی از دنباله‌دارهای منظومه شمسی احتمالا مناطقی در خارج از این منظومه هستند. این مخزن بعد‌ها به عنوان ابر اورت شناخته شد. پیش‌تر و در سال ۱۹۴۳، کنت اجورث (Edgeworth) بیان کرد که دنباله‌ دار‌ها و برخی دیگر ازاجرام بزرگ‌تر، ممکن است در آنسوی سیاره نپتون وجود داشته باشند.

در سال ۱۹۵۲، جرار کویپر (Gerard Kuiper) وجود کمربندی از اجرام یخی در این منطقه را پیش‌بینی کرد که امروزه نام او را یدک می‌کشد. برخی ستاره شناسان نیز نام کمربند اجورث-کویپر را مناسب‌تر می‌دانند.

اخترشناسان هم‌اکنون در کمربند کویپر به دنبال “سیاره نهم” می گردند. جهانی فرضی که شواهدی از وجود آن در ۲۰ ژانویه ۲۰۱۶ منتشر شد. سیاره‌ای که در حدود ۱۰ برابر زمین و ۵۰۰۰ برابر پلوتو جرم دارد.

حقایقی درباره کمربند کویپر

کمربند کویپر مداری بیضوی شکل است که فضایی در حدود ۳۰ تا ۵۵ برابر فاصله زمین تا خورشید را در برمی‌گیرد -۴.۵ تا ۷.۴ میلیارد کیلومتر- این کمربند چیزی شبیه به کمربند سیارکی موجود در حد فاصل مریخ و مشتری است. برخلاف اجرام موجود در کمربند سیارکی که عمدتا سنگی هستند، بخش بزرگی از اجرام موجود در این منطقه از جنس یخ هستند

دانشمندان تخمین می‌زنند که هزاران جرم به قطر بیش از ۱۰۰ کیلومتر در کنار تریلیون‌ها جرم کوچک‌تر، مانند دنباله‌ دار‌های کوتاه مدت در این کمربند حول خورشید گردش می‌کنند. این منطقه همچنین چندین سیاره کوتوله‌ را نیز در خود دارد.

سیارات کوتوله اجرامی هستند که جرمشان برای سیاره‌ بودن کافی نیست، همچنین آنقدر هم کوچک نیستند که در زمره سیارک‌ها گنجانده شوند. همچنین سیارات کوتوله مانند ۸ سیاره رسمی شناخته شده، توانایی پاکسازی مسیر حرکتی خود از سایر اجرام در مدارشان را ندارند.

با وجود حجم عظیمی که کمربند کویپر در فضا اشغال می کند، تا سال ۱۹۹۲ ناشناخته باقی مانده بودند، البته قبل از آنکه در این سال توسط دیو جویت (Dave Jewitt) و جین لو (Jane Luu) شناسایی شوند. بر اساس گفته‌های ناسا، این دو نفر تا سال ۱۹۸۷ آسمان‌ها را در جستجوی اجرامی کم‌نور در آنسوی نپتون مورد واکاوی قرار می‌دادند. جالب آنکه اولین جرمی که رصد کردند را “اسمایلی” (Smiley) نام نهادند. البته بعد‌ها تحت عنوان “۱۹۹۲ QB1” فهرست بندی شد.

شکل‌گیری

در هنگام شکل‌گیری منظومه شمسی، بسیاری‌ از گاز‌ها، سنگ‌ها و غبار‌های کیهانی به یکدیگر پیوستند و بدین شکل خورشید و سایر سیارات را شکل دادند. پس از آن سیارات باقی‌مانده، خرده‌ اجرامی را که در مسیرشان قرار می‌گرفتند به درون خورشید و یا به خارج از منظومه شمسی هدایت کردند.

اجرام دورتر از کشش گرانشی سیاراتی مانند مشتری در امان ماندند؛ به طوری که به آرامی در مداری به دور خورشید شروع به گردش کردند. کمربند کویپر و همتای دور و کروی شکل آن، بقایای به‌ جا مانده از مراحل اولیه شکل‌گیری منظومه شمسی هستند و می‌توانند اطلاعات ارزشمندی از نحوه پیدایش این منظومه ارائه دهند.

بر اساس مدل نیس (Nice)، کویپر احتمالا در جایی نزدیک‌تر به خورشید نسبت به منطقه کنونی خود شکل گرفته است؛ جایی در حوالی مدار کنونی نپتون. در این مدل، یک رقص دقیق طراحی شده را در پیش می‌گیرند، به این شکل که اورانوس و نپتون به سمت خارج از مرکز منظومه شمسی تغییر مکان می‌دهند. این امکان وجود داشته که آنها اجرام کمربند کویپر را نیز با خود حمل کرده باشند. به عبارت دیگر نقش یک راهنما را برای سفر مهاجرتی آنها ایفا کرده‌اند.

کمربند کویپر کلاسیک (بخش متراکم‌تر کمربند کویپر) منطقه‌ای در حدود ۴۲ تا ۴۸ واحد نجومی (هر واحد نجومی فاصله میان زمین تا خورشید یا به عبارتی ۱۵۰ میلون کیلومتر است) را دربرمی‌گیرد. مدار اجرام در این ناحیه بیشترین مقدار پایداری را دارد. اگرچه برخی اجرام در مواقعی که بسیار زیاد به نپتون نزدیک می‌شوند، مسیر حرکت خود را تغییر می‌دهند.

اجرام کمربند کویپر

پلوتو اولین جرم از کمربند کویپر بود که مورد مشاهده قرار گرفت، هرچند که دانشمندان در آن زمان این منطقه را شناسایی نکرده بودند. جویت (Jewitt) و لو (Luu) نخستین کسانی بودند که حرکت آهسته برخی از اجرام این کمربند را در خارج از منظومه شمسی رصد کردند. سایر اجرام نیز اندکی بعد کشف شدند و ستاره‌شناسان به سرعت ناحیه‌ای در ورای سیاره نپتون را، مملو از جهان‌های کوچک و سنگ‌های یخی، کشف کردند.

یکی از اجرام کویپر، سیاره کوتوله‌ای است به نام سدنا (Sedna) که در سال ۲۰۰۴ کشف شد. سدنا فاصله بسیار زیادی تا خورشید دارد؛ به نحوی که ۱۰ هزار و ۵۰۰ سال طول می‌کشد تا یک مرتبه، مدار خود به دور خورشید را طی کند. این جرم، ۱۷۷۰ کیلومتر پهنا دارد و در یک مدار غیرعادی به دور خورشید گردش می‌کند. کمترین فاصله سدنا از خورشید، ۱۲.۹ میلیارد کیلومتر و بیشترین میزان آن، ۱۳۵ میلیارد کیلومتر است که همین موضوع غیرعادی بودن مدار این سیاره کوتوله را تعریف می‌کند.

مایکل براون، ستاره‌شناس آمریکایی، کاشف سدنا و چند جرم دیگر در کمربند کویپر، می‌گوید:

در منطقه‌ای که سدنا حضور دارد، خورشید بسیار کوچک است. شما می‌توانید با سر یک سوزن آن را بپوشانید.

در ماه جولای سال ۲۰۰۵، ستاره‌شناسان وجود جرمی را در این کمربند تایید کردند که به نظر می‌رسید از پلوتو بزرگتر باشد. در مشاهدات بعدی مشخص شد اندازه این جرم، که اریس (Eris) نام گرفت، اندکی از پلوتو کمتر است. اریس مدار خود به دور خورشید را طی ۵۸۰ سال طی می‌کند و در سفرش به دور خورشید، گاهی به نسبت زمین از مناطقی ۱۰۰ برابر دورتر از خورشید، گذر می‌کند.

کشف اریس، ستاره‌شناسان را نسبت به قرار دادن پلوتو در فهرست سیارات، کاملا به شک انداخت. در سال ۲۰۰۶ بود که آنها پلوتو، اریس و سرس (Cerec) را به عنوان یک سیاره کوتوله مجددا نامگذاری کردند. دو سیاره کوتوله دیگر هائومیا (Haumea) و ماکه‌ماکه (Makemake) نام دارند که در سیال ۲۰۰۸ در کمربند کویپر شناسایی شدند.

اما وضعیت هائومیا به عنوان یک سیاره کوتوله هنوز در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. وقتی در سال ۲۰۱۷، این جرم از مقابل یک ستاره درخشان عبور کرد، دانشمندان متوجه شدند که بیشتر از آنکه کروی باشد حالتی کشیده دارد. بر اساس تعریفی که اتحادیه بین‌المللی ستاره‌شناسان (IAU) ارائه داده‌اند، کروی بودن، یکی از مشخصه‌های سیاره کوتوله بودن است. چرخش سریع هائومیا به دور خودش جدا از اینکه شکل کشیده آن را سبب شده، منجر به آن شده که هر روز، در این سیاره تنها ۴ ساعت به طول انجامد.

سانتوس سانز، اخترفیزیکدان اسپانیایی، معتقد است:

اگر از من بپرسید که آیا این موضوع منجر به ایجاد تغییراتی در تعریف کلی یک سیاره کوتوله می‌شود یا خیر، در پاسخ خواهم گفت که احتمالا بله؛ اما مدتی زمان خواهد برد.

تا پیش از این در اطراف سیارات کوتوله چندین قمر نیز مشاهده شده است. اخیرا آقای سانز و تیمش موفق به شناسایی حلقه‌هایی در اطراف این اجرام شده‌اند.

سیاره نهم

سیاره‌ نهم جهانی فرضی است که در مداری ۲۰ مرتبه بزرگ تر از مدار نپتون -این مدار در نزدیک‌ترین حالت ۲.۷ میلیون مایل از خورشید فاصله دارد- به دور خورشید در گردش است. همچنین باید اشاره کرد که شعاع مدار حرکت این سیاره ناشناخته، ۶۰۰ برابر بزرگ‌تر از شعاع مدار زمین است.

دانشمندان تاکنون سیاره نهم را به طور مستقیم مشاهده نکرده‌اند. اما وجود آن بواسطه اثرات گرانشی که بر سایر اجرام کمربند کویپر می‌گذارد به اثبات رسیده است.

مایک براون (Mike Brown) و کنستانتین باتیگین (Konstantin Batygin) از موسسه تکنولوژی دانشگاه کالیفرنیا در پاسادنا، در مطالعه‌ای که در مجله Astronomical Journal منتشر شد، به توضیح شواهد اثبات کننده وجود سیاره نهم پرداخته‌اند.

این تحقیق بر اساس مدل‌های ریاضی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به دست آمده است و در آنها اطلاعات حاصل از رصد ۶ جرم کوچک‌ دیگر که در کمربند کویپر و در وضعیت مشابه با هم در مدارشان گردش داشته‌اند، گنجانده شده‌ است.

اکتشافات

رصد اجرام کمربند کویپر به دلیل اندازه کوچک و موقعیت دور دست‌شان، امری بسیار چالش برانگیز است. اندازه گیری‌های مادون قرمز صورت گرفته توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر به شناسایی این اجرام کمک‌های شایانی کرده است.

سازمان فضایی ناسا در راستای بسط درک و بینش‌مان از اجرام کمربند کویپر که به دلیل تاریخچه‌شان به منزله سرنخی برای کشف رموز تولد منظومه شمسی به شمار می‌‌آیند، ماموریت افق‌های نو (New Horizons) را تدارک دیده است. این فضاپیما در سل ۲۰۱۵ مسیر خود را برای بررسی چندین عضو دیگر از مجموعه اجرام کمربند کویپر ادامه داد. مطابق برنامه‌ریزی‌ها در اول ژانویه ۲۰۱۹ این فضاپیما پروازی نزدیک از کنار یکی از این اجرام به نام ۲۰۱۴ MU69 خواهد داشت.

آلن استرن (Alan Stern) محقق اصلی محقق اصلی ماموریت افق‌های نو از موسسه تحقیقاتی جنوب غربی (SwRI) در کلورادو، طی بیانیه‌ای گفت:

جرم ۲۰۱۴ MU69 انتخاب بسیار خوبی است، چرا که یکی از اجرام قدیمی کمربند کویپر محسوب می‌شود و مدار‌ آن درحال شکل‌گیری است. تحقیقات صورت گرفته در دهه‌های اخیر ما را بر آن داشت تا فضاپیما افق‌های نو را به سمت این جرم سوق دهیم.

تحقیقات اخیر نشان داده است که ۲۰۱۴ MU69 شکلی کشیده دارد و حتی ممکن است با یکی دیگر از اجرام کمربند کویپر جفت شده باشد.

استرن می‌افزاید:

تحقیقات جدید واقعا چشمگیر هستند. شکل عجیب MU69 برای تیم تحقیقاتی ما انگیزه‌ای محسوب می‌شود تا مطالعات را ادامه دهیم. همچنین به نظر می‌رسد این جرم در صورت داشتن یک شریک و تشکیل منظومه‌ای دوتایی، یکی دیگر از اولین‌ها را در فهرست کشفیات افق‌های نو به ثبت برساند. مادامی که کاوشگر افق‌های نو به کندوکاو در این کمربند ادامه می‌دهد، تاریخ‌سازی‌های آن نیز ادامه خواهد داشت.

جان اسپنسر (John Spencer)، یکی از اعضای تیم علمی ماموریت افق‌های نو، می‌گوید:

از رصد‌ها و نما‌های نزدیکی که فضاپیما افق‌های نو از ثبت خواهد کرد، آموزه‌های بسیاری می‌توانیم بدست آورید، مواردی که به هیچ عنوان از سطح زمین امکان دسترسی به آنها را نخواهیم داشت. تصاویر دقیق و سایر داده‌هایی که “افق‌های نو” بواسطه پرواز‌های نزدیک از کنار اجرام کمربند کویپر بدست خواهد آورد، در درک ما از کمربند کویپر و اجرام آن انقلابی به پا خواهد کرد.

کمربند کویپر هنوز ناشناخته‌های زیادی در خود دارد، اما مطمئنا در سال‌های آتی، داده‌های ما از این منطقه در فضا بیشتر خواهد شد.

تانی کال

برگرفته از Space

تکراتو