آیا سیاره‌ نهم در لبه منظومه شمسی پنهان شده است؟

در سال ۱۹۹۲، کشف جرمی کوچک به اخترشناسان نشان داد که منظومه شمسی بسیار گسترده‌تر از تصورات پیشین است. اخترشناسان پیش از این، فقط وجود پلوتو را در منطقه‌ای از فضا به نام کمربند کویپر تایید کرده بودند. کمربند کوییپر منطقه‌ای وسیعی از منظومه‌ی شمسی که مملو از اجرام یخی فرا نپتونی (اجرامی که مدارهایی دورتر از فاصله میانگین نپتون تا خورشید دارند) است. این جرم کوچک تا قبل از سال ۱۹۹۲، تنها یک جرم فرضی بود و هنوز شواهدی از آن کشف نشده بود.

کشف این جرم یخی که 1992 QB1 نام دارد، تنها دومین شی کیهانی بود که در کمبرند کوییپر کشف می‌شد. اما طی چند سال آینده، اکتشافات زیادی انجام شد و بین‌ سال‌های ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۹، بیش از ۸۰ جرم یخی در این ناحیه‌ی منظومه شمسی کشف شد. به این ترتیب، اخترشناسان با بهره بردن از رصدخانه‌های لاپالما و مائوناکیا و در دهه ۱۹۹۰، سرانجام شروع به آشکار کردن اسرار منطقه سوم منظومه شمسی کردند.

با افزایش درک اخترشناسان از ناحیه‌ی بیرونی منظومه خورشیدی، با سوالات جدیدی مواجه شدند و به بازنگری درباره‌ی سیاره‌ها و اجرام فرا نپتونی کردند. این بازنگری بیشتر از اینکه به پلوتو، اریس و مکامیک یا دیگر سیاره‌های کوتوله جذاب و پویایی که قبلا شناسایی شدند مرتبط باشد، معطوف سیاراتی در اندازه‌ی مریخ یا بزرگتر بود که جایی در لبه‌ی منظومه شمسی پنهان شده بودند.

سیاره نهم

در واقع، در موارد بسیاری، این سیاره‌های کوتوله ممکن است راه را برای کشف‌های بزرگتری مانند سیارات که قبلا کشف نشده‌اند، هموار می‌کنند . در سال ۲۰۰۳،  سه اخترشناس به نام‌های مایک براون، چاد تروخیلو و دیوید رابینو ویتزو اعلام کردند که جرم یخی به نام سدنا را کشف کرده‌اند. بر اساس فرضیات این اخترشناسان، به نظر می‌رسد که مدار سدنا تا ۹۷۰ واحد نجومی (هر واحد نجومی برابر فاصله زمین از خورشید) گسترش می‌یابد. و انتظار می‌رود که حرکت مداری سدنا به دور خورشید ۱۱ هزار سال طول بکشد.

با وجود عجیب بودن خصوصیات مداری سدنا، کشف شی دیگری به نام 2012 VP113 ، حتی معادلات را پیچیده‌تر کرد. این جرم کیهانی که کشف آن در سال ۲۰۱۴ اعلام شد، حتی دورتر از سدنا بود. اما اشتراک‌های زیادی با سدنا داشت و دارای یک دوره‌ی مدار طولانی و عجیب بود. علاوه بر این، در این بخش از منظومه‌ی شمسی، اجرام دیگری هم بودند، گروهی از اجرام یخی که نزدیک‌ترین فاصله‌شان به خورشید از ۳۰ واحد نجومی کمتر نبود و اجرامی که دورترین فاصله‌شان به خورشید تا ۲۵۰ واحد نجومی گسترش می‌یافت.

کارلوس دلا فوئنته مارکوس، اخترشناسی از دانشگاه کمپلوتنسه مادرید، گفت:

 کشف این اجرام فرانپتونی نشان می‌دهد که این بخش از منظومه شمسی خالی نیست و ویژگی‌های این اجرامی که در این بخش بسیار دوردست منظومه ما قرار دارند، گاهی اوقات سردرگم‌کننده است.

این موضوع باعث شد که مایک براون و کنستانتین باتیگین از موسسه فناوری کالیفرنیا یا کلتک (Caltech) ، فرضیه‌ای غیر معمول را مطرح کنند. براون و باتیگین متوجه برخی ناهنجاری‌های گرانشی در لبه‌ی منظومه شمسی شده بودند که می‌توانست ناشی از سیاره‌ای عظیم باشد که فراتر از نقطه مشاهده ما و در فاصله‌ای حدود ۲۰ برابر دورتر از فاصله نپتون به خورشید قرار داشته باشد. آن‌ها اعلام کردند که مدارهای غیرعادی این اجرام تصادفی نیستند، بلکه این مسیرها نشان می‌دهد که این اجرام از برخورد با یک جرم بزرگ‌تر اجتناب می‌کنند.

جرمی که براون و باتیگین از آن صحبت می‌کردند، پس از انتشار مقاله‌ی این دو، به صورت موقت سیاره نهم نام‌گذاری شد. در حالی که باتیگین و براون از جرم فرضی به عنوان سیاره نهم نام بردند، اما حق واقعی نامگذاری جرم کیهانی معمولا به کاشف آن داده می‌شود. علاوه بر این، اگر این جهان جدید کشف شود، نام‌گذاری آن باید به تایید اتحادیه بین‌المللی نجوم برسد که به‌طور معمول از اسامی خدایان اساطیری رومی برای نام‌گذاری آن استفاده می‌شود.

سیاره نهم ممکن است یک سیاره‌ی فوق زمین باشد، نوعی از سیارت فراخورشیدی که در مدار ستاره‌های زیادی وجود دارند. این دست سیارات سنگی و بزرگ‌تر از زمین‌، اما کوچکتر از اورانوس یا نپتون هستند

سیاره‌ نهم، جرمی سرد و دور است که احتمالا نزدیک به خورشید شکل گرفته، اما به تدریج به نواحی دورتر منظومه شمسی حرکت کرده است. این سیاره دارای مدار (فرضی) مستطیلی در اطراف خورشید است و در نزدیک‌ترین فاصله‌ی خود به ۲۰۰ واحد نجومی و دورترین حالت مداری به فاصله‌ی ۱۲۰۰ واحد نجومی خورشید می‌رسد. دوره‌ی مداری سیاره‌ نهمبه دور خورشید، بین ۱۰ هزار تا ۲۰ هزار طول می‌کشد، در حالی که نپتون طی ۱۶۵ سال؛ مدار خود به دور خورشید را کامل می‌کند.

اگر سیاره نهم وجود داشته باشد، باید به اندازه‌ای روشن باشد که نور خورشید را بازتاب دهد و برایتلسکوپ‌های زمینی قابل مشاهده شود. اما به نظر می‌رسد که سیاره نهم آهسته حرکت می‌کند که همین مسئله ممکن است، تفکیک نور آن از ستاره‌های پس‌زمینه را دشوار کند. اخترشناسان بر این عقیده‌اند که سیاره نهم در کنار هشت سیاره دیگر منظومه شمسی تشکیل شده و سپس به سوی لبه‌ی بیرونی منظومه شمسی حرکت کرده و به‌تدریج مدار ان مانند مشتری و زحل تغییر کرده است. همچنین، با حرکت سیاره نهم به این بخش از منظومه‌ی شمسی، تکه‌ی بزرگ از این جرم یخی در کمربند کوییپر پرت شده و احتمالا اجرامی مانند سدنا در اثر چنین رویدادی تشکیل شده‌اند.

باتیگین گفت:

 درست به‌مانند کیکی که یک تکه از آن را بریده و بقیه‌‌ی آن را دور انداخته باشند. بقیه‌ کیک، تکه‌ی عظیمی از اجرام‌ یخی است که کوچک‌ترین آن‌ها شهاب‌سنگ‌های کوچک و سیاره‌های سنگی متوسط در کمربند کویپر هستند و احتمالا در تمام منظومه شمسی پخش شده‌اند. در کل، طی این مهاجرت سیاره‌ای، ۷۵ درصد از جرم کمربند کوییپر از بین رفته است.

باتیگین و براون می‌گویند که ۹۹ درصد اطمینان دارند که سیاره نهم وجود دارد. این دو می‌گویند که سیاره نهم به احتمال زیادی بین اجرام فرا نپتونی قرار دارد. در همین حال، اجرام کیهانی بیشتری در این بخش در حال پیدا شدن‌اند، آخرین کشف، هفته قبل اعلام شد. این جرم کیهانی که BP519 نام دارد، مداری شبیه سدنا دارد.

انتظار می‌رود که سیاره نهم، حدود ۱۰ برابر زمین جرم داشته باشد و احتمالا بزرگ‌ترین شی کشف نشده در منظومه شمسی است. در واقع، به گفته اخترشناسان، با توجه به مدار فرضی سیاره نهم و همچنین دانش فعلی از حرکات سیارات، سیارات کوتوله و ستاره‌های دنباله‌دار در لبه‌ی منظومه شمسی، بعید است که هر غول یخی دیگری در این بخش بتواند از دید ما پنهان شود.

باتیگین، گفت:

فکر می‌کنم، سیاره نهم آخرین جرم بزرگ منظومه شمسی است.

سنجش‌های مادون قرمز هر جرم در اندازه‌ی سیاره‌هایی مانند مشتری یا زحل را با اطمینان بالایی آشکار می‌کند. با این حال، این امکان وجود دارد که اجرام دیگری به اندازه‌ی سیاره (البته نه به اندازه‌ی سیارات بزرگ منظومه‌ی ما) هم در این ناحیه وجود داشته باشند.

باتیگین گفت:

احتمال وجود اجرامی به اندازه زمین و مریخ هست.

مریخ سیاه

سال گذشته، کیتی ولک، استاد دانشگاه آریزونا، نویسنده اصلی مقاله پژوهشی که در ژورنال Astrophysical منتشر شد، فرضیه‌ای مبنی بر وجود یک سیاره‌ی غیرقابل کشف متفاوت را مطرح کرد. او در پژوهش خود، مدارهای عجیب کمربند کوییپر را بررسی کرده بود. ولک می‌گوید که پژوهش او، تا حدی از اخبار سیاره نهم الهام گرفت و او در آن با بررسی پویایی مداری کمربند کوییپر، به دنبال جستجوی دیگر اجرام بزرگ بود.

ولک گفت:

قسمت داخلی کمربند کویپر، از لحاظ مداری منظم است، به این ترتیب، تصور بر این است که همه‌ی اجرام این بخش دارای مدارهای منظمی هستند. اما هر چه بیشتر وارد بخش‌های داخلی کمربند کوییپر می‌شوید، مدارهای اجرام عجیب‌تر می‌شوند.

در حالی که اکثر اجرام منظومه شمسی، تقریبا (به‌جز برخی ناهنجاری‌های چند درجه‌ای) دارای مدارهای منظمی هستند، اما اجرام کمربند کوییپر ناهنجاری‌های مداری غیرمعمولی دارند. در واقع، این ناهنجاری‌های مداری، علائمی از یک آشوب پنهان هستند، شاید سیاره‌ای به‌اندازه‌ی مریخ که حدود ۱۰۰ واحد نجومی با خورشید فاصله دارد. این سیاره مرموز، به‌مانند سیاره نهم، به‌آرامی حرکت می‌کند، اما هنوز هم می‌تواند نور خورشید را بازتاب دهد.

تصویری مفهومی که مدار فرضی سیاره نهم را به همراه برخی از مدارهای شناخته شده چندین جرم فرا نپتونی نشان می‌دهد

ولک گفت:

میزان روشنی این اجرام را تخمین زده‌ایم و در واقع، این اجرام به‌اندازه‌ی کافی روشن هستند، بنابراین؛ برای پیدا کردن این اجرام نیاز به هیچ چیز خاصی نیست.

در واقع، تلسکوپ‌ بزرگی مانند تلسکوپ بزرگ پیمایشی آسمان (سینوپتیک) در شیلی، قادر به یافتن چنین اجرامی است که به آهستگی حرکت می‌کنند. و فراتر از بحث سیاره نهم، چندین مقاله در سال‌های اخیر، فرضیاتی مبنی بر وجود سیارات دیگری در این بخش مطرح کرده‌اند. پژوهشی که در سال ۲۰۱۴ در ژورنال Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد که پیشنهاد کرد که ممکن است، حداقل دو سیاره بزرگتر از زمین در لبه‌ی بیرونی منظومه شمسی وجود داشته باشند.

یکی از آن پژوهشگران این تیم، دلا فوئنته مارکوس، بعدا در این فرضیه بازنگری کرد و سیارات فرضی را به یک سیاره کاهش داد. سیاره‌ای که او و همکارانش در پژوهش خود بررسی کرده بودند، رفتاری شبیه به سیاره نهم داشت، اما نسبت به این سیاره، به خورشید نزدیک‌تر بود. حتی یک مقاله‌ پژوهشی دیگر پیشنهاد کرد که ممکن است، بر اساس سیگنال‌های رادیویی شاید یک جرم فوق زمین در فاصله‌ی ۴ هزار واحد نجومی خورشید وجود داشته باشد، اما دیگر اخترشناسان، اعلام کردند که غیرممکن است که چنین سیاره‌ای با اندازه و شاخص‌های فوق وجود داشته باشد.

در واقع، اگر آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما (که از امواج رادیویی برای رصد اجرام کیهانی بهره می‌برد) باید چنین اجرامی را رصد کند، ما اجرام بیشتری را در منظومه شمسی (چیزی بیش از تصور فعلی‌مان) مشاهده کنیم. و توضیحات جایگزین برای مدارهای عجیب سدنا و دیگر اجرام مشابه شامل سیارات بزرگ تا سیاره نهم داشته باشیم.

درک بهتر از بخش بیرونی منظومه شمسی احتمالا موجب شگفتی های بی نهایت زیادی شود و در چند سال آینده، با بهره بردن از مشاهدات تلسکوپ‌هایی نظیر تلسکوپ بزرگ پیمایشی آسمان، تلسکوپ‌های غول‌پیکری مانند تلسکوپ۳۰ متری مائوناکیا و تلسکوپ فضایی جیمز وب، نه تنها ممکن است، سیاره نهم کشف شود، بلکه کشف سیاره دهم یا حتی یازدهم هم امکان‌پذیر است. چنین چیزی تنها به محاسبه مکان مناسب و متمرکز کردن یک تلسکوپ در آنجا بستگی دارد، درست مانند کشف نپتون در سال ۱۸۴۷ توسط یوهان گال (یا جان کوخ آدامز) که بر حسب محاسبات اوربن لو وریه امکان‌پذیر شد.

ولک گفت:

در کمربند کویپر، چیزهای زیادی وجود دارد که هنوز کشف نکرده‌ایم. این بخش از منظومه شمسی شبیه کمربند سیارک‌ها نیست که همه اجرام بزرگ آن را به‌خوبی می‌شناسیم. بلکه در این ناحیه‌ی دوردست منظومه شمسی، حتی اجرامی به‌ بزرگی نپتون هم در آنجا غیرقابل مشاهده‌اند.

و وجود سیاره‌ای بزرگ در دوردست، اساسا سرنوشت منظومه شمسی را تغییر خواهد داد، چرا که سرنوشت منظومه شمسی، به جرم و مدار سیاره نهم (اگر وجود داشته باشد) بستگی دارد.