اكتشاف عدة عوالم

اكتشاف عدة عوالم

• كواكب عملاقة في مدارات حول نجوم بعيدة

• البحث عن الحياة في نظامنا الشمسي

• البحث عن الحياة في منظومات شمسية أخرى

• جولة كوكبية

 

المشتري وأيو وهما يصعدان، وذلك كما يشاهدان من يوروپا، أحد أقمار المشتري

 

 

كواكب عملاقة في مدارارت

حول نجوم بعيدة^(*)

ما من ريب في أن البشر جَهِِدوا في التساؤل عمّا إذا كنا موجودين وحدنا في هذا الكون، وذلك منذ أن بدأ إدراكهم للكون بالنضوج. وفي هذه الأيام، التي توافرت فيها الشواهد على وجود كواكب تدور حول نجوم أخرى، طرح الفلكيون أسئلة أكثر تحديدا عن هذه الكواكب من مثل الأسئلة التالية: ما شكل هذه الكواكب؟ مِنْ بين المئة بليون نجم المنتشرة في مجرة درب التبانة التي نعيش فيها، ما عدد النجوم التي تؤوي كواكب تدور حولها؟ ومِنْ هذه الكواكب، كم واحدا يشكل صحاري قاحلة أو كرات هدروجينية قارسة البرودة؟ وهل يحوي بعضها غابات خضراء أو محيطات تزدهر فيها الحياة؟

 

بمقدور الفلكيين الآن، ولأول مرة في التاريخ، مواجهة هذه الأسئلة مواجهة تستند إلى أساس واقعي. فخلال عامي 1996 و1997 اكتشف الباحثون ثمانية كواكب تدور حول نجوم شبيهة بالشمس. وما حدث هو أن <M. مايور> و<D. گوِيلُوز> [من مرصد جنيڤ بسويسرا] أعلنا في الشهر 10/1995 عن اكتشافهما أول هذه الكواكب. فعندما كانا يرصدان النجم 51 پيگاسي Pegasi في المجموعة النجمية پيگاسوس Pegasus، لاحظا ارتعاشا في ضوء النجم ينزاح دوريا نحو الطرفين الأزرق والأحمر للطيف. ويوحي توقيت انزياح دوپلر هذا بأن سبب ارتعاش النجم يعود إلى وجود كوكب قريب يدور حوله، ويُتمّ دورة كاملة كل 4.2 يوم متحركا بسرعة هائلة قدرها 000 482 كيلومتر (000 299 ميل) في الساعة، ومن ثم فإنه يندفع بسرعة تتجاوز أربعة أمثال سرعة دوران الأرض حول الشمس.

 

إن البشر الذين يَروعُهُم جمال الليالي الصافية المرصعة بالنجوم

المتناثرة في سمائها، غالبا ما يتبادر إلى أذهانهم التساؤل القديم:

أنحن موجودون وحدنا في هذا الكون؟

<W .G. مارسي> ـ <P .R. بتلر>

 

وثمة مسح آخر لنجوم شبيهة بالشمس عددها 107، تمخض عن كشف ستة كواكب أخرى؛ وقد نفذ هذا المسح فريقُنا في جامعة سان فرانسيسكو الحكومية وجامعة كاليفورنيا في بركلي. وجدير بالذكر أن أحد هذه الكواكب، وهو ذلك الذي يدور حول النجم 16 سيگنيCygni B ، قد اكتُشف أيضا من قِبَل الفلكييْن <D .W. كوكران> و<P .A. هاتزيس> [من مرصد ماكدونالد التابع لجامعة تكساس، والموجود في ماونت لوك غرب ولاية تكساس].

 

يبين سديم الجوزاء (في اليسار)، وهو دوامة مضطربة من الغاز الساطع والنجوم المتلألئة، تكوّنا نجميا في حال حدوثه. وهذا السديم، الواقع في الذراع الحلزونية لدرب التبانة على مسافة 1500 سنة ضوئية من الأرض، تكوّن من سحب غازية بين نجمية منهارة مولِّدا عدة نجوم حارة وفتية. ومن بينها 153 قرصا على الأقل من النجوم الأولية يعتقد بأنها تكوِّن النظم الشمسية البدائية (الجنينية). ويُرى في الأسفل ستة مناظر لهذه الأقراص: أربعة منها مرئية من الأعلى، وخامس يُرى من جانبه بطولين موجيين مختلفين. وهي تُظهر معا غازا وغبارا يطوِّقَان نجوما عمرها مليون سنة، ومن المتوقع أن يكوِّنا كواكب في نهاية المطاف. وتتراوح أطوال أقطار الأقراص ما بين ضعف قطر نظامنا الشمسي و17 ضعفا لهذا القطر.

 

هذا وقد أُعلن عن اكتشاف كوكب ثامن في الشهر 4/1997، وذلك إثر قيام فريق من جامعة هارڤارد، مكوّن من تسعة أعضاء، بقيادة <W .R. نُويز>، برصد كوكب يدور حول النجم رو كوروني بوريالس Rho Coronae Borealis. كذلك فقد اكتُشف جرم ضخم تاسع يدور حول النجم الذي يعرّف برقمه المفهرس HD 1147622؛ وكان الفلكي <W .D. لاثام> [من مركز هارڤارد السميثسوني للفيزياء الفلكية] وزملاؤه أولَ من رصد هذا الجرم عام 1989. بيد أن لهذا الرفيق الضخم كتلة أكبر 10 مرات من كتلة المشتري. صحيح إنه جدّ كبير، إلا أنه لا يختلف عن جرم ضخم آخر اكتُشف حول النجم 70 ڤيرجينيس Virginis، وهو جرم مماثل كتلته أكبر 6.8 مرة من كتلة المشتري. هذا وإن الضخامة الهائلة للجرميْن اللذيْن يدوران حول النجمHD 114762 وڤيرجينيس 70 جعلت معظم الفلكيين حائرين بين اعتبارهما كوكبين كبيرين أو نجمين قزمين أسمرين صغيرين تقع كتلتهما بين كتل الكواكب وكتل النجوم.

 

اكتشاف الكواكب غير الشمسية

لقد استغرق العثور على كواكب غير شمسية زمنا طويلا؛ لأن محاولة اكتشافها من الأرض، حتى باستعمال التقانة الحالية، أمر صعب جدا. وخلافا للنجوم التي تزودها التفاعلاتُ النووية بالوقود، فإن الكواكب تعكس ضوءا خافتا، وتُصدر إشعاعا حراريا تحت أحمر ضعيفا. وعلى سبيل المثال، ففي نظامنا الشمسي يفوق تألقُ الشمس تألقَ كواكبها نحو بليون مرة في الضوء المرئي، ومليون مرة في الضوء تحت الأحمر. وبسبب ضعف شدة النور الصادر عن الكواكب البعيدة، فقد تعيّن على الفلكيين ابتكار طرائق خاصة لتحديد مواقعها. والطريقة الرئيسية المتبعة حاليا هي تقنية دوپلر في اكتشاف الكواكب، التي تستند إلى تحليل الارتعاشات wobbles في حركة النجم.

 

كوكب يدور حول نجمه المضيف جاعلا النجم يتهادى. ومع أن الفلكيين لم يتمكنوا بعد من أن يروا من الأرض كوكبا يدور، إلا أن بمقدورهم استنتاج حجمه وكتلته وبعده عن نجمه المضيف بتحليل اهتزازات ضوء النجم جيئة وذهابا.

 

وإليكم طريقة عمل هذه التقنية؛ يؤثر الكوكب الدائر حول نجم ما بقوة تثاقلية في هذا النجم المضيف، وهي قوة تدفع النجم إلى الحركة في مسار دائري أو إهليلجي هو نسخة مصغرة لمدار الكوكب. وكراقصَيْن يشد أحدهما الآخر ليتحرك حركةً دائرية، فإن ارتعاش النجم يكشف عن وجود كواكب تدور حوله، وذلك على الرغم من أننا لا نتمكن من رؤيتها مباشرة.

 

وتكمن المشكلة هنا في أن الحركة النجمية تبدو صغيرة جدا من مسافة كبيرة. فإذا حدّق أحد بشمسنا من موقع يبعد عنها 30 سنة ضوئية، فإنه سيراها متهادية في دائرة لا يتجاوز قياس نصف قطرها سوى جزء من سبعة ملايين من الدرجة. وبعبارة أخرى، تبدو الشمس متحركة في مسار دائري بالغ الصغر حيزه لا يتجاوز حيز القطعة المعدنية لربع الدولار عندما تُرى من مسافة 000 10 كيلومتر.

 

ومع ذلك، فإن تهادي النجم يمكن أن يُكشف بوساطة مفعول (تأثير) دوپلر لضوء النجم. فعندما يتأرجح النجم جيئة وذهابا بالنسبة إلى الأرض، فإن موجاته الضوئية تمتد (تتمطط) ثم تنضغط دوريا ـ متنقلة بالتناوب نحو نهايتي الطيف الحمراء والزرقاء. وانطلاقا من الانزياحات الدوپلرية الدورية، يستطيع الفلكيون أن يرسموا مسار تهادي النجم وأن يحسبوا، استنادا إلى قانون نيوتن في الحركة، كتل الكواكب وعناصر مداراتها وأبعادها عن النجم المضيف. ولكن انزياح دوپلر الدوري يظل صغيرا جدا، إذ إن تقلصات الموجات الضوئية وتمدداتها التي تنشأ عن جذب كوكب ضخم شبيه بالمشتري لا تتجاوز جزءا من عشرة ملايين تقريبا. والشمس، على سبيل المثال، تتهادى بسرعة تساوي قرابة 12.5 متر في الثانية فقط، وذلك بتمايلها حول نقطة واقعة خارج سطحها وقريبة جدا منه. وللبحث عن كواكب تدور حول نجوم أخرى، لا بد من أن تكون القياسات دقيقة جدا بحيث تكون الأخطاء المرتكبة في قياسات السرعات النجمية أقل من عشرة أمتار في الثانية.

 

وتستطيع مجموعتنا الآن أن تستعمل تقنية دوپلر لقياس الحركات النجمية بدقة ثلاثة أمتار في الثانية زيادة أو نقصانا ـ وهذه تعادل سرعة دراجة هوائية تسير بتؤدة. وكي نفعل هذا، نستعمل خلية لامتصاص اليود ـ وهي زجاجة مملوءة ببخار اليود ـ موضوعة قرب بؤرة المقراب. فعندما يجتاز ضوءٌ نجميٌ اليود، فإنه يجرَّدُ من أطوال موجية معينة، ويكشف انزياحات صغيرة في أطواله الموجية الباقية. وهذه التقنية حساسة إلى درجة تمكّننا من قياس تغيرات في الأطوال الموجية لا تتجاوز جزءا من مئة مليون.

 

وقد أظهرت سجلات المطاييف وتحليلات الحواسيب أن ضوء النجم يكشف عن تهاديه الواضح الناجم عن رفاقه الذين يدورون حوله. وعلى سبيل المثال، فإن كتلة المشتري (أضخم كوكب في النظام الشمسي) تعادل واحدا في الألف من كتلة الشمس. ومن ثم، فكل 11.8 سنة (وهي المدة التي يستغرقها المشتري لإتمام دورة كاملة في فلكه حول الشمس)، تتذبذب الشمس في دائرة قطرها واحد من ألف من قطر فلك المشتري. هذا وإن الكواكب الثمانية الأخرى تجعل الشمس تتهادى أيضا، ولو أن ذلك يحدث بمقادير أصغر. فللأرض، مثلا، كتلة تعادل318/1 من كتلة المشتري ومدار أقرب خمس مرات إلى الشمس، لذا فإنها تسبب انتقال الشمس تسعة سنتيمترات فقط في الثانية.

 

بيد أنه مازال هناك بعض الارتياب في كتل الكواكب غير الشمسية. فمستويات الأفلاك التي يراها الفلكيون من جانبها تمكّن من تحديد الكتلة الحقيقية (الفعلية) للكوكب. لكن مستويات الأفلاك المائلة تخفض من انزياح دوپلر بسبب الحركات الصغيرة جيئة وذهابا التي تُرى من الأرض. وهذا الأمر يمكن أن يؤدي إلى حساب الكتلة بأصغر ممّا هي عليه في الواقع. ومن دون أن يعرف الفلكيون ميل مستوي المسار، لن يستطيعوا حساب إلا أقل كتلة ممكنة للكوكب، أما الكتلة الحقيقية فقد تكون أكبر من هذه الكتلة المحسوبة.

 

وهكذا فإن الاستعانة بتقنية دوپلر في تحليل الضوء المنبعث من 300 نجم شبيه بالشمس ـ علما بأن جميع أبعادها عن الأرض لا تتجاوز 50 سنة ضوئية ـ تمخضت عن اكتشاف الفلكيين ثمانية كواكب تقارب كتلها وأحجامها كتلة وحجم كوكبي المشتري وزحل. وعلى وجه التحديد، فإن كتلها تتراوح ما بين نصف كتلة المشتري وسبعة أمثالها تقريبا، وأدوارها المدارية تتراوح ما بين 3.3 يوم وثلاث سنوات، والمسافات التي تفصلها عن نجومها المضيفة محصورة بين أقل من واحد في العشرين من مسافة الأرض عن الشمس وبين أكثر من ضعف هذه المسافة [انظر الشكل في هذه الصفحة].

 

وكم كانت دهشتنا عارمة حين وجدنا للكواكب الثمانية المكتشفة حديثا سِمَتَيْن غير متوقعتين؛ إحداهما هي أنه، خلافا لجميع كواكب النظام الشمسي التي لها مدارات دائرية حول الشمس، ثمة اثنان من هذه الكواكب الجديدة يسبحان في فلكيْن إهليلجيين لامركزيين حول نجميهما المضيفين. أما السمة الأخرى فتتجلى في أن خمسة من الكواكب الجديدة تدور قريبا جدا من نجومها ـ في الواقع أقرب إلى نجومها من بُعْد مسار عطارد عن الشمس. ولايزال السبب الحقيقي لدوران هذه الكواكب الضخمة على مقربة كبيرة من نجومها ـ حتى إن بعضها يبلغ مواقع قريبة جدا من غازات إكليل النجم المتوهجة ـ غير واضح. وتظل هذه الاكتشافات غامضة، لا سيما إذا علمنا أن مدار المشتري أكبر خمس مرات من مدار الأرض حول الشمس. وتثير هذه الملاحظات بدورها تساؤلات حول أصل نظامنا الشمسي، وقد شجع هذا بعض الفلكيين على تنقيح التفسير المألوف لكيفية تكوّن الكواكب.

 

إعادة النظر في كيفية تكوّن الكواكب

إن ما تعلَّمناه عن الكواكب التسعة في نظامنا الشمسي يمثل أساس النظرية التقليدية في تكوّن الكواكب. وتنص هذه النظرية على أن الكواكب نشأت عن قرص منبسط سريع الدوران مكوّن من الغاز والغبار نتأ عند المستوي الاستوائي للنجم (الشمس) مثله في ذلك مثل عجينة فطائر البيتزا التي تنبسط على هيئة قرص عندما تفتل ويقذف بها في الهواء. ويؤكد هذا النموذج أن مادة القرص تتحرك حركة دائرية في الاتجاه نفسه الذي تدور به الآن الكواكب التسعة وفي المستوي نفسه الذي تسبح فيه حاليا هذه الكواكب. واستنادا إلى هذه النظرية، لا يمكن للكواكب أن تتكوّن قريبا جدا من النجم لأنه لا يوجد هناك إلا قدر جد ضئيل من مادة القرص، كما أن حرارتها العالية جدا لا تسمح لها بالاندماج. كذلك، فلا يمكن للكواكب أن تتكتل بعيدا جدا عن النجم بسبب البرودة الشديدة والكثافة المنخفضة جدا للمادة هناك.

 

تضم الأجسام الكوكبية التي تدور حول نجوم بعيدة ثمانية كواكب والجسم HD114762 ـ ذا الكتلة الكبيرة ـ الذي قد يكون كوكبا أو قزما نجميا أسمر. ولهذه الكواكب مدى واسع من الأبعاد المدارية والاختلافات المركزية حث العلماء النظريين على تنقيح النظريات الشائعة حول تكوّن الكواكب.

 

وإذا أدخلنا في اعتبارنا ما نعرفه الآن، فإن مثل هذه التوقعات حول الكواكب في سائر الكون تبدو ضيقة الأفق. فالكوكب الدائر حول النجم 47 أورسي ماجوريس Ursae Majoris في كوكبة الدب الأكبر يمثل الكوكب الوحيد المشابه لما توقعناه. فلهذا الكوكب كتلة أصغرية قدرها 2.44 من أمثال كتلة المشتري، وفلك دائري نصف قطره 2.1 وحدة فلكية ـ تمثل الوحدة الفلكية 150 مليون كيلومتر، وهي المسافة بين الأرض والشمس. وهذا الكوكب، الذي تتجاوز كتلته قليلا كتلة المشتري، يسبح في فلك يبعد عن نجمه مسافة أكبر من بُعْد المريخ عن الشمس. ولو وضعنا هذا الكوكب الجديد في نظامنا الشمسي لأمكن أن يبدو الأخَ الأكبرَ للمشتري.

 

لكن سائر الرفاق الكوكبيين حول النجوم الأخرى تجعلنا في حيرة من أمرنا. فللكوكبيْن ذوي المدارين الإهليلجيين اختلافان مركزيان مقدارهما 0.68 و0.40 (الاختلاف المركزي للدائرة هو الصفر، في حين أن الاختلاف المركزي الذي قدره 1.0 هو لإهليلج نحيل طويل.) وبالمقابل، فإن أكبر اختلافين مركزيين في نظامنا الشمسي يظهران في فلكي عطارد وپلوتو، وكلاهما يساوي 0.2 تقريبا. وجميع مسارات الكواكب الأخرى تكاد تكون دوائر (الاختلافات المركزية لها أقل من 0.1).

 

لقد حثّت هذه المسارات ذات الاختلافات المركزية الفلكيين على مراجعة نظرياتهم. فبعد شهرين من رؤية الكوكب الأول، تفتقت أذهان العلماء النظريين عن أفكار جديدة، وقاموا بتعديل النظرية الشائعة حول تكوُّن الكواكب.

 

وعلى سبيل المثال، فإن الفلكييْن <P. أرتيموڤيتش> [من جامعة ستوكهولم] و<M .P. كاسِنْ>، [من مركز بحوث إيمز التابع للوكالة ناسا]، أعادا حساب القوى التثاقلية التي تعمل حين تنبثق الكواكب من أقراص الغاز والغبار، والتي تُرى وهي تتدوّم حول النجوم الفتية الشبيهة بالشمس. وتُبيِّن حساباتُهما أن القوى التثاقلية التي تحدثها الكواكب الأولية (البدائية) protoplanets  ـ وهي الكواكب خلال عملية تكوّنها ـ في أقراص الغاز والغبار تولّد «موجات كثافة» حلزونية متناوبة. وهذه الموجات، التي تشبه «أذرع» المجرات الحلزونية، تحدث قوى في الكواكب خلال تكوّنها، وهذه القوى تَحُولُ دون تحرّك الكواكب حركة دائرية. وخلال ملايين السنين تتحوّل الكواكب بسهولة من الحركة في مسارات دائرية إلى الحركة في مسارات إهليلجية ذات اختلافات مركزية.

 

وثمة نظرية ثانية تفسر أيضا الاختلافات المركزية المدارية الكبيرة. لنفترض، مثلا، أن زحل أصبح أكبر بكثير مما هو عليه في الواقع. يمكننا التصور بأنه من الممكن لجميع الكواكب الأربعة العملاقة في نظامنا الشمسي ـ المشتري وزحل وأورانوس ونپتون ـ أن تكون تحوّلت إلى كرات أضخم لو كان قرص الكواكب الأولية الأصلي قد احتوى على كتلة أكبر، أو لو أن وجوده استمر وقتا أطول. وفي هذه الحالة، لا بد للنظام الشمسي من أن يحوي أربعة كواكب فائقةsuperplanets يؤثِّر كل منها في الكواكب الأخرى بقوى تثاقلية مما يؤدي إلى حدوث اضطرابات في مساراتها وجعل هذه المسارات تتقاطع.

 

وفي نهاية الأمر، قد تعمل قوى التثاقل على دفع بعض هذه الكواكب الفائقة نحو الداخل، ودفع بعضها الآخر نحو الخارج، حتى إنه قد تُقْذَف قلة من الكواكب السيئة الحظ خارج النظام الكوكبي. وكما هي الحال في الكرات المرتدة على طاولة لعبة البلياردو، فقد تتخذ الكواكب العملاقة المتناثرة مسارات ذات اختلافات مركزية جد كبيرة، وهذا ما نشاهده في ثلاثة من الكواكب الجديدة. ومن المثير للاهتمام أن نموذج البلياردو هذا للكواكب ذات الاختلافات المركزية يبين أن بالإمكان اكتشاف تلك الكواكب الضخمة التي تسلك مسارات ذات اختلافات مركزية ـ وربما كانت هذه كواكب تسبح في أفلاك أبعد من أفلاك الكواكب التي اكتشفناها حتى الآن. وهناك شكل آخر لهذه الفكرة يذهب إلى أن ثمة نجما رفيقا، وليس كواكب أخرى، هو الذي يقوم بتشتيت مسارات الكواكب بتأثير قوى التثاقل.

 

إن أشد الكواكب غرابة بين هذه الكواكب الجديدة أربعة يُطلق على مجموعتها اسم 51 پيگ Peg، أدوارها المدارية أقل من 15 يوما. وأسماء العناصر (الأعضاء) الأربعة في هذه المجموعة هي: 51 پيگ، (وهو الاسم نفسه للمجموعة) وتاو بوتيس Tau Bootis و55 كانكري Cancri  وأپسيلون أندروميديUpsilon Andromedae، كما أن أدوارها المدارية هي على التوالي: 4.2 و3.3 و14.7 و4.6 يوم.

 

يثير الكوكب الأولي، الذي تعادل كتلته كتلة المشتري، «موجات كثافة» في غاز وغبار قرص كوكبي، كما نرى في هذا النموذج الذي أعدّه الفلكيان <C .N .D. لين> و<G. برايدين> [من جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز]. وهذه الموجات، التي تُرى هنا بأشكال حلزونية، تولِّد في القرص مناطق ذات كثافة عالية (الحمراء) ومتوسطة (الخضراء) ومنخفضة (الزرقاء). ويقوم الكوكب الأولي بتكديس الغاز والغبار إلى أن تعجز ثقالته عن جذب المادة المحيطة به. وفي النهاية ينتظم الجسم الكوكبي الناشئ في مدار مستقر.

 

إن جميع مدارات هذه الكواكب صغيرة، إذ إن أنصاف أقطارها أقل من عُشْرِ المسافة بين الأرض والشمس ـ وأقل من ثلث المسافة بين عطارد والشمس. لكن ضخامة هذه الكواكب تعادل، أو تتجاوز، ضخامة أكبر الكواكب في نظامنا الشمسي. وتقع كتلها بين 0.44 من كتلة المشتري ـ وهي كتلة 51 پيگ ـ و3.64 من كتلة المشتري ـ وهي كتلة تاو بوتيس. وتوحي انزياحات دوپلر الخاصة بها بأن أفلاك هذه الكواكب دائرية.

 

الكواكب 51 پيگاسي الغامضة

تتحدى الكواكب 51 پيگاسي النظرية التقليدية في تكوّن الكواكب التي تذهب إلى أن الكواكب العملاقة، كالمشتري وزحل وأورانوس ونپتون، تكوّنت في الأصقاع الباردة من قرص للكواكب الأولية على مسافة تتجاوز بُعد الأرض عن الشمس خمس مرات على الأقل.

 

ولتفسير هذه الشذوذات الكوكبية، ثمة نظرية منقَّحة لتكوّن الكواكب يعكف على دراستها عدد من العلماء النظريين. فالفلكيان <C .N .D. لِينْ> و<P. بُودِينهايمر> [وكلاهما من جامعة كاليفورنيا بسانتاكروز]، إضافة إلى الفلكي <C .D. ريتشاردسون> [من جامعة واشنطن] يناقشون النموذج الشائع لتكوّن الكواكب قائلين: إنه إذا تكثف كوكب أولي فتيّ من قرص كواكب أولية ضخم، فلا بد من أن يخلِّف أخدودا في القرص يفصله إلى قسم داخلي وآخر خارجي. واستنادا إلى نظرية هؤلاء الفلكيين، فإن القرص الداخلي يبدد طاقة بسبب الاحتكاك الدينامي، وهذا يجعل مادة القرص والكوكب الأولي يتجهان بحركة حلزونية نحو الداخل، ويغوصان في نهاية المطاف في النجم المضيف.

 

يتكوّن الكوكب الأولي في مادة القرص التي تطوّق النجم فاتحا ثغرة في الغاز والغبار اللذين تكوّن منهما. وفي هذا النموذج، الذي أنجزه <P. أرتيموڤيتش> [من جامعة ستوكهولم] وزملاؤه، نرى الكوكب الأولي محاطا بحقل تثاقلي تتراكم فيه مادة القرص الخام وتتجمع في جسم يقال عنه إنه كوكب ضخم.

 

إن انعتاق كوكبٍ يردُّ إلى الدوران السريع للنجم الفتيّ الذي يدور حول محوره دورة كاملة خلال مدة تقع بين خمسة وعشرة أيام. ولدى اقتراب الكوكب من النجم، يولِّد الكوكبُ حركاتِ مد وجزر على النجم، تماما مثلما يولِّد القمر حركات مد وجزر على الأرض. ومع دوران النجم الفتي حول محوره بسرعة تفوق دوران الكوكب الأولي الذي يطوف حول النجم، يميل النجم إلى الانتفاخ، وينجم عن هذا الانتفاخ ثقالة تقوم بسحب الكوكب بقوة إلى الأمام. ويقوم هذا السحب بإطلاق العنان للكوكب الأولي كي يتحرك في مدار أكبر، وهذا يوقف حركته الحلزونية المتجهة نحو الداخل والتي تؤدي إلى هلاكه.

 

وفي هذا النموذج، يندفع الكوكب الأولي في مدار مستقر متوازن توازنا حساسا بين مقاومة القرص الخلفية وسحب النجم الدوّار إلى الأمام. وحتى قبل اكتشاف الكواكب 51 پيگ، ذهب <لين> إلى أن المشتري لا بد من أن يكون قد قام بحركة حلزونية نحو الشمس خلال عملية تكوّنه. وإذا كان الأمر كذلك، فَلِمَ ظل المشتري على قيد الحياة؟ من المحتمل أن نظامنا الشمسي كان يحتوي على كواكب سابقة، من أمثال المشتري، اتجهت فعلا بحركة حلزونية نحو الشمس واصطدمت بها؛ ولم يشذّ عن هذا المصير سوى كوكب المشتري الحالي، وهو الناجي الوحيد بين هذه الكواكب.

 

تُرَى، إلاَمَ يعود السبب في عدم وجود أي من الكواكب الكبيرة، من مثل 51 پيگ، في فلك قريب من شمسنا؟ من الممكن أن يكون المشتري قد تكوَّن قرب نهاية حياة قرص الكواكب الأولية الخاص بنا. ومن المحتمل أيضا أن قرص الكواكب الأولية كان مفتقرا إلى ما يكفي من الغاز والغبار ليمارس سَحْبا مديًّا tidal drag. وربما كانت أقراص الكواكب الأولية تتفاوت كثيرا في كتلتها، فتتراوح بين عدة مرات ومئات المرات من كتلة المشتري. وفي هذه الحالة، قد يُعزى تنوعُ الكواكب الجديدة إلى اختلاف كتل الأقراص أو أعمارِها، بل وحتى إلى بيئاتِها المختلفة، بما فيها وجودُ أو غيابُ نجوم قريبة مُصْدِرة للإشعاع.

 

ومن ناحية أخرى، تحدى الفلكي <F .D. گْرِييْ> [من جامعة وسترن أونتاريو بكندا] وجود الكواكب 51 پيگ أصلا. ويحاجّ گريي في أن هذه النجوم التي يُزْعَمُ بأن كواكب تدور حولها هي نفسها تتذبذب ـ مثلها في ذلك مثل بالونات الماء المرتعشة. وهو يرى أن انزياحات دوپلر الدورية في هذه النجوم تنجم عن ارتعاشات نجمية متأصلة فيها، وليس عن سَحْب كواكب نحو النجوم.

 

بيد أن الفلكيين، الذين توافرت لهم بيانات جديدة، ينفون الآن، على نطاق واسع، وجود هذه الاهتزازات. وأقوى حجة لدحض وجود هذه الاهتزازات تستند إلى وجود تردد واحد ودور واحد للتغيرات الدوپلرية الصادرة عن النجم. إن معظم النظم الهزازة، مثل الشوكات الرنانة، تبدي مجموعة من التوافقياتharmonics، أي اهتزازات عديدة مختلفة ذات ترددات مختلفة، وليس بتردد واحد فقط. لكن النجوم 51 پيگ ليس لكل منها سوى دور واحد، وهذا يخالف تماما الاهتزازات التوافقية.

 

إضافة إلى ذلك، تتنبأ النماذج الفيزيائية العادية بأن أقوى الارتعاشات تحدُث بترددات أعلى من ترددات الاهتزازات المرصودة لهذه النجوم. إضافة إلى ذلك، فإن النجوم 51 پيگ لا تبدي تغيرات في التألق، وهذا يوحي بأن حجومها وأشكالها لا تتغير.

 

مقارنات كوكبية

ومع أن ثمة ما يغرينا بمقارنة الكواكب الثمانية الجديدة بكواكبنا التسعة الشمسية، فإن هذه المقارنة تبدو لسوء الحظ مسألة عويصة، إذ ليس بمقدور أحد استخلاص نتائج قاطعة من ثمانية كواكب جديدة فقط. هذا، ومقدرتنا على اكتشاف أنماط أخرى من الكواكب مازالت محدودة. وفي الوقت الحاضر، لا تستطيع آلاتنا حتى اكتشاف رفقاء للنجوم بحجم كرتنا الأرضية. ومع أن للكواكب غير الشمسية التي اكتُشفت حتى الآن أدوارا مدارية لا تتجاوز ثلاثة أعوام، فإن هذه المكتشفات لا تمثل بالضرورة نظما كوكبية عموما. وفي الغالب فإن هذه المكتشفات ناجمة عن أن الفلكيين بحثوا عن كواكب أخرى باستعمال تقنيات أفضل طوال مدة لم تزد على عقد واحد. وقد نتمكن من العثور على مزيد من الكواكب التي لها أدوار أطول باستعمال تقنية دوپلرية محسَّنة على مدى وقت أطول.

 

ومن الغريب أن اكتشاف هذه الكواكب الجديدة يثبت أنه كان من الممكن لتاريخنا أن يتخذ مسارا مختلفا تماما. لنفترض أن التشتيت التثاقلي للكواكب يشيع في النظم الكوكبية. إننا نرى في نظامنا الشمسي شواهد على أنه خلال البليون سنة الأولى من وجود النظام، كانت الكويكبات ـ وهي أجسام مكونة من شظايا صخرية وجليدية ـ تندفع بسرعة كبيرة عبر الفضاء. ويبين قمرُنا المغطّى بالفوهات الشبيهة بالفوهات البركانية، وأورانوس ذو المحور الشديد الميل ـ الذي يتعامد تقريبا مع محاور جميع جيرانه ـ أن التصادمات كانت أمرا شائع الحدوث، وأنه كان يشارك في بعضها أجسام بحجم الكواكب. إن المدارات المحكمة لنظامنا الشمسي المستقر حاليا هي ما آلت إليه مدارات تعرضت لصدمات كثيرة في حداثة عهدها.

 

وعلينا أن نعتبر أنفسنا محظوظين لأن المشتري اتخذ في نهاية المطاف مدارا قريبا من الشكل الدائري، ذلك أنه لو انتهى إلى الحركة في فلك إهليلجي، لكان من المحتمل أن يكون قد بعثر الأرض في الفضاء ودفع بها إلى خارج النظام الشمسي. ولولا وجود هذين المدارين المستقرّين للأرض والمشتري، لكان من المحتمل ألا يكون للحياة وجود أبدا.

 

مستقبل عملية البحث عن الكواكب

في الشهر 7/1996 بدأنا عملية مسح دوپلري ثانية لأربعمئة نجم مستعينين بمقراب كيك الذي قطره عشرة أمتار والمقام في مرصد ماونا كيا في هاواي. ومنذ عهد قريب، ضاعف مايور وگويلوز [من مرصد جنيڤ] حجم مسحهما لنصف الكرة الشمالي ثلاث مرات، إذ مسحا قرابة 400 نجم، كما أنهما سيشرعان بمسح 500 نجم آخر في نصف الكرة الجنوبي. إضافة إلى ذلك، ستنطلق عملية مسح دوپلري لعدة مئات إضافية من النجوم باستعمال مقراب Hobby-Eberly  الذي  قطره تسعة أمتار، والمقام في مرصد ماكدونالد.

 

وبحلول عام 2000 سيصبح مقرابان من النوع كيك في ماونا كيا، ومقراب ثنائي العينية تابع لجامعة أريزونا، مقاييس تداخل ضوئية، وهي على درجة من الدقة تمكّنها من تصوير كواكب خارج النظام الشمسي. وتخطط الوكالة ناسا لإطلاق ثلاثة مقاريب فضائية على الأقل للبحث عن كواكب في الضوء تحت الأحمر.

 

هذا ومن الممكن لأحد مقاييس التداخل الفضائية الذي اقترحته الوكالة ناسا، وهو مقراب من الجيل الثاني يُعرف باسم الباحث الأرضي عن الكواكبTerrestrial Planet Finder، أن يوفر صورا لكواكب يُعتقد أنها صالحة للحياة وتدور حول نجوم بعيدة. وقد يتمكن هذا المقراب، الذي يعتبر أضخم المقاريب التي جرى التفكير فيها حتى الآن من اكتشاف كواكب أخرى بدءا من العام 2010 تقريبا. ونظرا لتضمنه مطيافا، فإنه يمكنه أن يحلل الضوء الصادر عن كواكب بعيدة جدا بغية تحديد التركيب الكيميائي لأجوائها ـ وهي بيانات تحدد ما إذا كان هناك نشاط بيولوجي (حيوي) فيها أو لا. ويشغل هذا المقراب الفضائي العملاق مساحةَ ملعبٍ لكرة القدم، وفيه أربع مرايا ضخمة.

 

واستنادا إلى البيانات الكوكبية التي حصلنا عليها حتى الآن، ثمة ما يحملنا على الاعتقاد بوجود كواكب أخرى تدور حول نجوم شبيهة بالشمس، كثير منها بحجم المشتري، وبعضها بحجم كرتنا الأرضية. ومن المحتمل أن يكون لعشرة في المئة من جميع نجوم مجرتنا رفاق كوكبيون يدورون حولها. وبناء على هذا التقدير، فهناك 10 بلايين كوكب في مجرة درب التبانة وحدها.

 

وخلال بحث الفلكيين عن كوكب مماثل للأرض يمكن للحياة أن تزدهر عليه، سيفتشون عن كواكب ليست قارسة البرودة ولا شديدة الحرارة، بحيث تكون حرارتها ملائمة لوجود ماء سائل فيها يقوم مقامَ المازجِ والحالِّ (المذيب) لتفاعلات الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية. والكواكب التي تحوي هذا المزيج المثالي من المكونات الجزيئية، والتي تدور على المسافة الملائمة بالضبط من الشمس، تحظى بما يسميه الفلكيون مدارا محظوظا goldilocks.

 

إن رؤية مثل هذا الكوكب ستثير سيلا عارما من الأسئلة، منها: هل يحوي الغلاف الجوي لهذا الكوكب الأكسجين والنيتروجين وثنائي أكسيد الكربون، مثل الغلاف الجوي للأرض؟ أو حامض الكبريتيك وثنائي أكسيد الكربون، وهما الخليط المميت على كوكب الزهرة؟ هل توجد طبقة أوزون واقية، أم أن السطح مسفوع بالأشعة فوق البنفسجية المؤذية؟ وحتى لو كان في الكوكب محيطات، فهل لمياهها أُسّ هدروجيني pH حيادي إلى درجة تسمح للخلايا بالنمو؟

 

قد يكون ثمة وجود لحياة أخرى تحيا على حامض الكبريتيك ـ بل ربما ماتت من دونه. ولو افترضنا وجود حياة بدائية تزدهر على أرض أخرى، فهل تنزع هذه الحياة دائما إلى أن تكون ذكية، أو هل أن قدراتنا البشرية هي مصادفة مواتية ساقها حُسْن الطالع الدارويني؟ هل نمثل نحن، بني الإنسان، انعطافا حادا نادرا للطبيعة قُدِّر له أن يظهر على كوكب مثل الأرض مرة واحدة في كون كان من الممكن أن تسوده حياة بدائية لولا هذا الانعطاف؟

 

على الرغم من غرابة الأمر فإن أجوبة بعض هذه الأسئلة قد تظهر خلال حياتنا مستعينين بأدوات كالمقاريب الموجودة إمّا فعلا وإمّا في مرحلة التخطيط. ولا يمكننا أن نقدم سوى تصور ضعيف لما سيراه الجيل القادم في استطلاعنا لجوارنا المجرِّيِّ. وإنه لقدر الإنسان أن يعكف على استكشاف المجرة والبحث عن جذوره بيولوجيا وكيميائيا، هناك بعيدا بين النجوم.

 

 المؤلفان

Geoffrey W. Marcy – R. Paul Butler

اكتشفا معا ستة من الكواكب الثمانية التي تدور حول نجوم شبيهة بالشمس، والتي أُعلن عنها حتى الآن. مارسي هو أستاذ متميز بجامعة سان فرنسيسكو الحكومية، وأستاذ منتدب بجامعة كاليفورنيا في بركلي. أما بتلر فهو عضو في الهيئة الفلكية بالمرصد الأنگلو أسترالي. ولمزيد من المعلومات عن الكواكب خارج النظام الشمسي راجع موقع المؤلفيْن  (http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/planetsearch.html) على الوِب.

 

(*)Giant Planets Orbiting Faraway Stars