جستجوی دیرینه برای کشف اجرام آسمانی جدید در منظومه‌ی شمسی

جستجوی دیرینه برای کشف اجرام آسمانی جدید در منظومه‌ی شمسی

اگر تاکنون نام‌های ولکان، نپتون، پلوتون، نمسیس، تایکی و سیاره‌ی ایکس را شنیده باشید، شاید بدانید که این اجرام آسمانی همگی دارای یک وجه مشترک هستند و آن پیش‌بینی وجود آن‌ها در منظومه‌ی شمسی بر اساس پدیده‌های نجومی غیرقابل توضیح است. اکنون پیش‌بینی وجود نپتون و پلوتون به حقیقت پیوسته است و به‌احتمال‌زیاد نمسیس و تایکی وجود خارجی ندارند. سیاره‌ی ولکان با وجود اینکه به ادعای بسیاری از ستاره شناسان بارها رؤیت شده است، ولی ۷۵ سال جستجوی بی‌حاصل و همین‌طور مطرح‌شدن تئوری نسبیت عام انیشتین، نهایتا احتمال پیدا کردن آن را منتفی کرد.

جایی در فضای بیکران

کشف سیاره‌های جدید در نقاط ناشناخته‌ی کهکشان راه شیری همیشه به‌راحتی ممکن بوده است؛ ولی در مقابل، شناسایی سیاره‌های جدید در منظومه‌ی شمسی بسیار مشکل است. بخش از مشکل به تفاوت روش‌های مورداستفاده برای کشف سیاره‌های خارج از منظومه‌ی شمسی بازمی‌گردد. بیشتر این روش‌ها مبتنی بر مشاهده‌ی متناوب تغییرات نور ستاره‌ی مرکزی منظومه‌های دیگر به‌وسیله‌ی تلسکوپ‌های فضایی قدرتمند نظیر کپلر هستند. وقتی سیاره‌های جدید خارج از منظومه‌ی شمسی بین تلسکوپ فضایی و ستاره‌ی مرکزی منظومه‌ی خود قرار می‌گیرند، محل دقیق آن‌ها قابل‌محاسبه است.

این روش برای سیاره‌های ناشناخته‌ی منظومه‌ی شمسی قابل‌استفاده نیست؛ چراکه همه‌ی آن‌ها در فاصله دورتری از خورشید (نسبت به محل قرارگیری تلسکوپ) قرار دارند و قرار گرفتن آن‌ها بین تلسکوپ و خورشید غیرممکن است. به همین دلیل جستجوگران سیاره‌های منظومه‌ی شمسی راهی بجز استفاده از روش‌های غیرمستقیم و استدلالی ندارند. در منظومه‌ی شمسی کوچک‌ترین لرزش یا انحراف در مدار حرکت سیاره‌های شناخته‌شده، دنباله‌دارها و سایر اجرام آسمانی سرگردان، می‌تواند دلیل وجود یک سیاره‌ی ناشناخته با نیروی جاذبه قابل‌ملاحظه باشد. در دو قرن گذشته، پیش‌بینی وجود سیاره‌های ناشناخته‌ی منظومه‌ی شمسی بیشتر با این روش انجام شده است.

سیاره‌ای که دیر رسید

در سال ۱۸۴۳، یک ریاضیدان فرانسوی به نام اوربن لو وریه، با استناد به حرکت مداری غیرمعمول عطارد، فرضیه‌ای مبنی بر وجود یک سیاره‌ی ناشناخته در منظومه شمسی مطرح کرد. سه سال بعد از انتشار، قرار گرفتن عطارد بین زمین و خوشید فرصت مناسبی برای مشاهده‌ی آن با تلسکوپ و بررسی تئوری لو وریه مهیا کرد؛ ولی عطارد ۱۶ ثانیه دیرتر از زمان پیش‌بینی‌شده به محل موردنظر لو وریه رسید و همین تأخیر جزئی باعث رد شدن همه‌ی محاسبات او شد.

این شکست لو وریه را از پی گیری نظریه‌اش منصرف نکرد. تحقیقات بعدی او نشان داد که مدار عطارد که در هر حضیض خورشیدی (زمانی که سیاره کمترین فاصله را با خورشید دارد) کمی منحرف می‌شود، پیچشی بیش از مقدار محاسبه‌شده با روش‌های کلاسیک دارد و در هر قرن ۴۵ ثانیه‌ی قوسی افزایش پیدا می‌کند.

در ابتدا لو وریه دلیل این انحراف را وجود یک کمربند سیارکی در مدار عطارد عنوان کرد، ولی با توجه به نتایج محاسبات بعدی، او ایده‌ی وجود یک سیاره‌ی کوچک ناشناخته در نزدیکی عطارد را ترجیح داد و با الهام گرفتن از خدای آتش در اساطیر مذهبی روم، آن را ولکان نامید.

جستجو برای ولکان

با توجه به اینکه لو وریه در سال۱۸۴۵ با استناد به آشفتگی‌های مدار اورانوس، با موفقیت محل نپتون را پیش‌بینی کرده بود، نظریه‌ی وجود سیاره‌ی ولکان، ادعای معتبری محسوب می‌شد و فقط ستاره‌شناس‌ها باید محل آن را پیدا می‌کردند. بعد از آن باوجود فروکش کردن تدریجی شوق عمومی و پیگیری روزنامه‌ها برای پیدا کردن یک سیاره‌ی جدید، ستاره‌شناس‌های حرفه‌ای و آماتور به بررسی دقیق تصاویر موجود از خورشید ادامه می‌دادند تا در میان لکه‌های خورشیدی ردپایی از وجود ولکان پیدا کنند.

به‌زودی اولین مشاهده‌ی احتمالی ولکان گزارش شد. در سال ۱۸۵۹ یک دکتر و ستاره‌شناس غیرحرفه‌ای فرانسوی به نام ادموند لسکاربالت، ادعا کرد که ولکان را در حال عبور از مقابل خورشید مشاهده کرده است. در اواسط دهه‌ی شصت قرن بیستم، گزارش‌های دیده شدن ولکان افزایش پیدا کردند و نشریه‌ی ثبت یافته‌های ستاره‌شناسی (Astronomical Register) آن را به‌عنوان سیاره‌ای در قسمت‌های مرکزی منظومه شمسی به فهرست رسمی خود اضافه کرد. ولی در سال ۱۸۶۹ و بعد از عدم کشف اثری از ولکان در حال عبور از مقابل خورشید در ماه‌های مارس و آوریل و همین‌طور در جریان خورشیدگرفتگی ماه آگوست، تب مشاهده‌ی ولکان سرد شد و توجه عمومی به آن کاهش پیدا کرد.

البته هنوز همه از پیدا کردن ولکان ناامید نشده بودند. به گزارش روزنامه‌ی اخبار عصر سیدنی، در سال ۱۸۷۷ یک ستاره‌شناسی استرالیایی به نام هنری چمبرلین راسل در جستجوی ولکان، به مدت سه روز پیاپی در رصدخانه‌ی سیدنی به بررسی خورشید پرداخت. ولی این جستجو نیز بی‌نتیجه بود و فقط به مشاهدات جالبی در مورد لکه‌های خورشیدی منجر شد.

درنهایت عدم مشاهده‌ی ولکان در زمان پیش‌بینی‌شده توسط منبع دیگری توضیح داده شد. در سال ۱۹۱۵ انیشتین تئوری نسبیت عام را مطرح کرد که بر اساس آن اعوجاج فضا-زمان در خورشید، دلیل تأخیر ۱۶ ثانیه‌ای عطارد و درنتیجه مشاهده نشدن ولکان بود.

فراتر از سیاره‌ی ایکس

در سال ۱۹۰۵ یک ستاره‌شناس آمریکایی به نام پرسیوال لاول جستجوی خود را برای کشف سیاره‌ی ایکس آغاز کرد و به این نتیجه رسید که این سیاره‌ی  ناشناخته احتمالا بعد از نپتون و در موقعیتی مشابه وضعیت نپتون نسبت به اورانوس قرار دارد. نهایتا در سال ۱۹۳۰ ستاره‌شناس‌ها در رصدخانه‌ای که به‌افتخار لاول، رصدخانه‌ی لاول نام گرفته بود و به کمک محاسبات او، موفق به کشف پلوتون شدند. حتی بعدازاین کشف و با وجود اینکه تا چند دهه‌ی بعد، هیچ پیشرفت چشمگیری در این زمینه دیده نمی‌شد، گمانه‌زنی در مورد احتمال وجود سیاره‌های ناشناخته بیشتر، هیچ‌وقت کاملا متوقف نشد.

در دهه‌ی پنجاه قرن بیستم مشخص شد که منظومه شمسی می‌تواند تا ۱۰۰ هزار برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید وسعت داشته باشد. در همین دوره یک ستاره‌شناس هلندی به نام یان هندریک اورت فرضیه‌ای مطرح کرد که در آن به وجود یک توده‌ی کروی تشکیل‌شده از اجرام یخی پراکنده اشاره می‌شد. در حال حاضر این توده‌ی کروی که به ابر اورتشهرت دارد، به‌عنوان منبع دنباله‌دارهای بلندمدت شناخته می‌شود که از ۲۰۰ تا چندین هزار سال قدمت دارند و معمولا در مدارهای غیرعادی و عجیب حرکت می‌کنند.

در سال ۱۹۵۱ یک ستاره‌شناس هلندی-آمریکایی احتمال وجود یک کمربند یخی مشابه ابر اورت را در جایی دورتر از مدار نپتون مطرح کرد که می‌توانست منبع دنباله‌دارهای بلندمدت و کوتاه‌مدت (با عمر کمتر از ۲۰۰ سال) باشد. اولین نشانه برای اثبات وجود این کمربند که با نامکمربند کویپر شناخته می‌شود، اجرامی بود که در سال ۱۹۹۲ توسط دیوید جوییت و جین لوو کشف شد. اجرام آسمانی کمربند کویپر (KBO) در آغاز «خندان» نامیده می‌شدند، ولی در حال حاضر با عنوان دقیق‌تر QB1 1992 شناخته می‌شوند.

شناخته‌شده‌ترین اجرام آسمانی کمربند کویپر سیاره‌های کوتوله‌ی اریس،سدنا و پلوتون هستند که آخرین مورد تا چند وقت پیش سیاره محسوب می‌شد. در جولای ۲۰۱۵ فضاپیمای نیو هورایزنز موفق شد از مدار پلوتو عبور کند و در روز اول ژانویه‌ی ۲۰۱۹ به یکی دیگر از اجرام فضایی کمربند کویپر با نام 2014 MU69 خواهد رسید.

گمانه‌زنی و اندازه‌گیری

یکی دیگر از منابع پیش‌بینی وجود اجرام آسمانی جدید در منظومه‌ی شمسی، بررسی تاریخچه‌ی فسیل‌های زمینی بود! در سال ۱۹۸۴ دو دیرینه‌شناس آمریکایی به نام‌های دیوید راپ و جک یپکاسکی در حین تجزیه‌وتحلیل انقراض بزرگ (مرگ تقریبا همه‌ی موجودات زنده‌ی زمین) نظریه‌ی همزمانی آن با برخورد فاجعه‌بار یک جرم آسمانی را مطرح کردند. از طرف دیگر بر اساس فرضیه‌های مطرح‌شده توسط دو گروه ستاره‌شناس مستقل، هر ۲۶ میلیون سال یک ستاره‌ی کوتوله (بعدها نمسیس نام گرفت) از کرانه‌های منظومه‌ی شمسی عبور و بارانی از شهاب‌سنگ به سمت زمین روانه می‌کند.

مدرک کلیدی حاصل از جمع‌بندی این تحقیقات، آشفتگی دور از انتظار در مدار حرکت شهاب‌سنگ‌ها و دلیل رسیدن آن‌ها به زمین بود که باعث شد ستاره شناسان نظریه‌ی وجود یک کوتوله‌ی قهوه‌ای در لایه‌های خارجی منظومه‌ی شمسی را مطرح کنند. این کوتوله قهوه‌ای که تایکی نام گرفت، همدست اصلی نمسیس در انقراض بزرگ شناخته شد. ولی نهایتا در سال ۲۰۱۴ دادهای ارسال‌شده توسط ماهواره‌ی وایز (ماهواره‌ای دارای تلسکوپ حساس به نور فروسرخ) احتمال وجود نمسیس و تایکی را رد کرد.

در سال ۲۰۰۳ مایکل براون معروف به قاتل پلوتون (دانشمندی که سیاره نبودن پلوتون را به اثبات رساند) به همراه گروهی از ستاره‌شناسان یک جرم آسمانی کشف کردند که به گفته‌ی براون، سردترین و دورافتاده‌ترین نقطه‌ی شناخته‌شده‌ی منظومه شمسی است. کشف این جرم آسمانی متعلق به کمربند کویپر که بعدا سدنا نام گرفت، به دلایل مختلف و به‌خصوص مدار بسیار غیرمعمولش به گمانه‌زنی‌های فراوان و جستجوی بیشتر برای یافتن منشأ پیدایش آن منتهی شد.

همزمان با افزایش اجرام کشف‌شده‌ی کمربند کویپر، امکان بررسی دقیق ناهنجاری‌های مدار آن بیشتر می‌شد و ساده‌ترین را برای توضیح توده‌ای از اجرام آسمانی نزدیک به هم وجود یک سیاره‌ی غول‌پیکر در مرکز آن بود. محاسبات مداری کنستانتین باتیجین و مایک براون در سال ۲۰۱۶ تا حد زیادی شک و تردید در مورد وجود این سیاره را که اکنون سیاره نهم نامیده می‌شود، کاهش داده‌اند.

اهمیت کشف سیاره‌ی نهم

شاید بپرسید که وجود یک سیاره بیشتر در منظومه شمسی چه تغییری ایجاد می‌کند. حتی در صورت وجود سیاره نهم، امکان دیدن آن حداقل در آینده‌ی نزدیک فراهم نخواهد شد. این سیاره در نزدیک‌ترین حالت، ۲۰۰ واحد نجومی (حدود ۳۰ میلیارد کیلومتر) با زمین فاصله دارد. برای درک بهتر این مسافت، آن را بافاصله‌ی ۳۹ واحدی (۵.۸ میلیارد کیلومتر) پلوتون تا خورشید مقایسه کنید. حتی اگر وجود سیاره نهم قطعی باشد، هیچ راهی برای پیدا کردن محل دقیقش در هرلحظه و مشاهده‌ی آن با تلسکوپ وجود ندارد. ولی هر نوع کشف در مورد فضای تاریک و ناشناخته‌ی منظومه‌ی شمسی، اطلاعات ما در مورد نحوه‌ی شکل‌گیری وضعیت کنونی و مهم‌تر، وضعیت آن در آینده را افزایش می‌دهد.

در سال ۱۹۵۷ روزنامه‌نگاری به نام جان باربور حیرت عمومی از سرعت پیشرفت‌های فضایی آن دوران را با گفته‌ی زیر توصیف کرد:

به نظر می‌رسد که همزمان با کشفیات اسپوتنیک روسیه و سایر پیشرفت‌های چشمگیر درزمینه‌ی سفرهای بین سیاره‌ای، منظومه‌ی شمسی ما مدام کوچک‌تر می‌شود؛ مثل کره‌ی زمین بعد از اختراع هواپیما.

در حال حاضر خلاف این توصیف را می‌توان به کار برد؛ چراکه باوجود افزایش روزافزون شناخت از منظومه‌ی شمسی، هنوز منطقه‌ی فراسوی نپتون ُ دریای بی‌کرانی از ناشناخته‌های شگفت‌انگیز به نظر می‌رسد.