أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
فضاء

الأعضاء المحتجِبون في المنظومات الكوكبية

الأعضاء المحتجِبون في المنظومات الكوكبية(*)

لا تتكوّن المنظومة الشمسية من كواكب فقط، إذ إنها مزدحمة أيضا بالكويكبات والمذنبات.

تُرى، هل هذه هي الحال أيضا في منظومات كوكبية أخرى؟

<R .D. أرديلا>

 

هل تمثل منظومتنا الشمسية القاعدة أو الاستثناء؟ هل ثمة مجموعات مشابهة من العوالم تحيط بنجوم أخرى في مجرتنا، أم أن الشمس تنفرد بهذه السمة عن غيرها من النجوم؟ ومع أن هذا هو أحد الأسئلة الأساسية في علم الفلك الحديث، فإن الجواب يبقى صعب الإدراك. وخلال السنوات التسع الماضية، اكتشف الفلكيون 111 كوكبا على الأقل حول نجوم شبيهة بالشمس، وذلك بوساطة مراقبة الحركة جيئة وذهابا التي تمنحها تلك الأجسام للشموس التي تدور حولها. بيد أن هذه التقنية لا تكتشف سوى أضخم تلك الأجسام وأكثرها قربا من نجومها. فلو طبق فلكيون ينتمون إلى خارج الأرض نفس الأسلوب على منظومتنا الشمسية، فقد يتمكنون من اكتشاف المشتري، وربما زحل، لكنهم لن يكتشفوا إطلاقا الأجرام الأصغر منهما، والتي تجعل الأسرة الشمسية غنية ومتنوعة جدا، وهي الكويكبات والمذنبات والكواكب الأرضية(1).

 

تُرى، كيف يستطيع الفلكيون اكتشاف تلك الأجسام الصغيرة كي يرسموا صورة أكمل لتنوع المنظومات الكوكبية؟ ثمة مفتاح للإجابة عن هذا السؤال يبدو في السماء الغربية(2) في فصل الربيع، بعد غروب الشمس مباشرة. فإذا أنعمت النظر في هذا الموقع، فقد ترى ضوء البروج zodiacal light، وهو مثلث باهت من الضوء يمتد نحو الأعلى انطلاقا من الأفق. وينشأ هذا الضوء عن ضوء الشمس الذي يرتد عن جسيمات الغبار بين الكواكب في منظومتنا الشمسية. ويمتد مثلث الضوء على طول المسار الذي تسلكه الشمس في السماء، وهذا يدل على أن الغبار يشكل قرصا في مستوى مدار الأرض. وما يجعل الغبار مثيرا للاهتمام هو وجوده المستغرب هناك؛ فالجسيمات المنفردة للغبار صغيرة جدا ـ قطرها نحو 20 إلى 200 ميكرون، وهذا يُستنتج من لون ضوء البروج ـ لذا فإن ضوء الشمس يجعلها تندفع بسرعة نحو الشمس التي تحرقها. أما جسيمات الغبار التي هي أصغر حجما، فتُدفع بسرعة بعيدا عن المنظومة الشمسية بفعل ضغط الإشعاع. لذا، فكي يكون الغبار موجودا، لا بد أن يُعوَّض النقص فيه باستمرار.

 

يعتقد علماء الفلك بأن جسيمات الغبار تنشأ نتيجة التصادمات التي تحدث بين الكويكبات، ومن تلاشي المذنبات عندما تكون قريبة من الشمس. وفي حزام الكويكبات الرئيسي، الواقع بين مداري المريخ والمشتري، تكون تلك التصادمات شائعة الحدوث. ويخلّف التصادم غبارا، وقد يحطم الأجسام المتصادمة ويحولها إلى شظايا صغيرة تواصل التصادم بعضها ببعض طوال ملايين السنين بعد ذلك، وهذا يملأ الفضاء بمزيد من الغبار. وفي حال المذنبات، يقوم ضوء الشمس بتسخين الجليد القذر الموجود على سطحها إلى درجة الغليان، وهذا يولّد ذيولا تثير إعجاب المشاهد وتختفي في سحابة من الغبار ـ هو ذاك الذي نراه بعدئذ على شكل وابلات من الشهب.

 

وما إن يتحرر غبار الحطام، حتى ينتشر عبر قسم كبير من داخل المنظومة الشمسية ويتجه إلى مدار المشتري. ولا تتجاوز الكتلة الكلية لهذا الغبار في أي لحظة مفروضة جزءا في الألف من كتلة القمر. لكن مساحته السطحية الهائلة تجعل بريقه يفوق سطوع الكواكب مئة مرة. والراصدون، المنتمون إلى خارج الأرض الذين يوجهون نظرهم إلى الأرض، سيرون الغبار قبل أن يروا المشتري أو الأرض.

 

وتحدث العملية نفسها حول نجوم أخرى. فقبل عشرين سنة اكتشف الساتل الفلكي تحت  الأحمر (IRAS) – الذي يُتوقع منه الحصول على أرصاد روتينية لنجم النسر الواقع(3) ـ دليلا على وجود قرص من الأنقاض حوله. وبحلول بدايات التسعينات من القرن الماضي، أشار مزيد من التحليلات للبيانات التي وفرها الساتل الفلكي تحت الأحمر إلى وجود أقراص من الأنقاض حول مئة، أو نحو ذلك، من النجوم. بيد أن معظم تلك الأقراص لم تُشاهد مباشرة، إذ إن وجودها استُنتِج بطريقة غير مباشرة. وقد تعيّن على الفلكيين الانتظار حتى أواخر التسعينات عندما بدأت المراصد المقامة على الأرض، وتلك  التي تدور في أفلاك حول الأرض، بتوفير صور مفصلة لبضعة أقراص. وقد أتتنا آخر الإسهامات في هذا المجال من آلة التصوير المتقدمة لعمليات المسح (ACS) ـ وهي آلة رُكِّبت على مقراب هبل الفضائي عام 2002 ـ ومن مقراب سپيتزر Spitzerالفضائي، وهو النظير تحت الأحمر لمقراب هبل، الذي أطلق في الشهر8/20033.

 

وما تظهره الصور الحديثة شيء مدهش على نحو غير متوقع. فبعض الأقراص الواضحة المعالم تبدو نسخا عملاقة من حلقات زحل، وبعضها يحوي لطخات وثقوبا وحلزونات. ثم إن بعضها الآخر ربما نشأ عن كواكب عملاقة غير مرئية. وعموما، يستدعي وجود قرص من الأنقاض وجود كويكبات أو مذنبات، وهي منتجات ثانوية(4) لعملية تكوّن الكواكب ـ إما شظايا لأجسام كبيرة دُمِّرت بفعل التصادمات (في حال معظم الكويكبات) أو أنوية كوكبية planetesimals ـ وهي لبنات الكواكب ـ لم يلتحم بعضها ببعض قط لتكوِّن أجساما كبيرة (في حال المذنبات). وفي منظومتنا الشمسية، تتعايش الكويكبات والمذنبات مع الكواكب الصخرية والعملاقة، وربما يصح ذلك على منظومات كوكبية أخرى أيضا.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003769.jpg

«اليد اليسرى للفجر» ـ وهي تسمية للضوء البروجي zodiacal light أطلقها الشاعر الفارسي عمر الخيام ـ تنير برفق السماء الشرقية قبل الفجر مباشرة في فصل الخريف. وفي الربيع يولّد نفس الأثر «غسقا كاذبا» false dusk في الغرب بعد غسق المساء. والوهج هو في الحقيقة مجرد ضوء شمسي منعكس عن الغبار الذي نثرته الكويكبات والمذنبات في المنظومة الشمسية الداخلية. ويرافق وهج مماثل نجوما أخرى، وهو بذلك يفضح وجود الكويكبات والمذنبات حولها. وقد التقط المصور الفلكي <J. سكاد> هذه الصورة من بحيرة كوياماكا قرب سان دييكو.

 

ومن المعهود أن دراسة تكوّن الكواكب مُحبطة: فنظرا إلى كون المنظومة الشمسية هي المثال القريب الوحيد على هذه الكواكب، فإن الفلكيين غير متوثقين مما إذا كانت نظرياتهم المتعلقة بمنظومتنا الكوكبية قابلة للتطبيق على منظومات كوكبية أخرى، لكن أرصاد أقراص الأنقاض حول نجوم لها كتل وأعمار مختلفة تساعد على وضع منظومتنا الشمسية في سياقها الصحيح.

 

الأنقاض في كل مكان(**)

كان الساتل IRAS واحدا من أكثر السواتل فائدة وعطاء في تاريخ علم الفلك. ومع أنه لم يعمل سوى عشرة شهور عام 19833، فمازالت الأرصاد التي أجراها توفر مصدرا رئيسيا للمعلومات التي يتزود بها الفلكيون. فقد أنجز هذا الساتل مسحا كاملا للسماء في الضوء تحت الأحمر المتوسط والبعيد(5)، بأطوال موجية تتراوح بين 12 ميكرونا و100 ميكرون. واكتشاف هذا الجزء من الطيف من الأرض أمر صعب أو مستحيل، لأن جو الأرض يحجب معظمه. وكي تصدر المادة ضوءا في الضوء تحت الأحمر البعيد، فلا بد أن تكون باردة نسبيا ـ حرارتها بين 50 و 100 درجة كلڤن. وقد توقع الفلكيون أن الساتل IRAS لا يستطيع رؤية النجوم العادية، التي درجات حرارتها بضعة أجزاء في الألف من الدرجة كلڤن.

 

ومع ذلك، اكتشف هذا الساتل أن بعض النجوم تتلألأ بتألق في هذه الأطوال الموجية، وأنها قد تبث من الضوء تحت الأحمر أكثر بعشرات، أو حتى بمئات، المرات مما تبثه النجوم العادية. وتوحي الزيادة في الضوء تحت الأحمر بوجود غبار حول النجوم. والفكرة هي أن الضوء النجمي يسخن المادة، التي تُصدر عندئذ ضوءا تحت الأحمر، وهذا يولّد مرتفَعا في الطيف النجمي [انظر الإيضاح الوارد في الصفحة 27]. وأعمار هذه النجوم كبيرة إلى درجة لا تسمح بأن يكون الغبار من بقايا عملية تكوّنها، فلا بد أن يكون الغبار حدثا عابرا، كما هي الحال في منظومتنا الشمسية، ومن ثم فلا بد أن يكون ناجما عن تصادم أو تبخر أجسام غير مرئية.

 

لم يكن الساتل IRAS يتميز بقوة ميز (فصل) resolution كافية تسمح له برؤية  معظم الأقراص مباشرة. وفي الصور تُظهر الأقراص جميعها، باستثناء أربعة منها، نقاطا ليس لها سمات محددة. لكن سطوع الأقراص يوفر طريقة غير دقيقة لتقدير حجومها؛ فالأقراص الكبرى تولد قدرا أكبر من الضوء تحت الأحمر. وهكذا يبدو أن أنصاف أقطار الأقراص تتراوح بين 100 و 1000 وحدة فلكية؛ أي إن أنصاف الأقطار هذه أكبر بنحو 20 إلى 200 مرة من المسافة بين الشمس والمشتري. ويشير تحليل الأطياف إلى أن تركيب الغبار مماثل لتركيب مذنبات المنظومة الشمسية.

 

ويوضّح الطيف أيضا هندسة أقراص الغبار. فالأقراص التي رصدها الساتلIRAS تعبر مدى واسعا من درجات الحرارة: فأقسامها الداخلية، بسبب قربها من النجم، تكون أسخن من المنطقة البعيدة عنه. ومن المثير للاهتمام أن معظم الأقراص لا يبدو أنها تحوي غبارا أسخن كثيرا من 200 درجة كلڤن، وهذه حرارة أخفض مما يُتوقع لو كانت الأقراص ممتدة لتصل إلى نجومها. لذا يبدو أن الأقراص تحوي ثقوبا داخلية. وقد وفر اهتمام الفلكيين بهذه الثقوب أول إشارة إلى أن للأقراص بنية ربما سببتها كواكب محتجبة.

 

وفي عام 1984، حين كان كل من <A .B. سميث> [الذي كان حينذاك في جامعة أريزونا] و<J .R. تيرل> [من مختبر الدفع النفاث في باسادينا بكاليفورنيا] يتابع مكتشفات IRAS، فقد رصد أحد النجوم، وهو بيتا پكتوريس Beta Pictoris، وذلك باستعمال مقراب قطره متران ونصف المتر، مقام في مرصد لاس كامباناس بجمهورية تشيلي. ولكشف مادة القرص الباهتة الضوء على خلفية الوهج النجمي الساطع، استعملا راسم الإكليل الشمسي coronagraph، وهو قناع صغير يوضع على المقراب لحجب الضوء النجمي المباشر. وقد أظهرت صورة الضوء المرئي قرصا رائعا يمتد أكثر من 400 وحدة فلكية انطلاقا من النجم. هذا وقد بينت أرصاد أحدث أن نصف قطر القرص يتجاوز 1400 وحدة فلكية.

 

نظرة إجمالية/ أقراص الأنقاض المحيطة بالنجوم(***)

▪ يتمثل أحد التقدمات العظيمة في علم الفلك خلال العقد الماضي باكتشاف كواكب خارج المنظومة الشمسية ـ وهو أول دليل محسوس على أننا قد لا نكون وحدنا في هذا الكون.

▪ لكن هذا الاكتشاف ليس سوى جزء صغير من الأحجية. فالباحثون عن الكواكب يرون عموما أكبر العوالم؛ ويفوتهم رؤية ما يحيط بها مثل الكويكبات والمذنبات، وهي التي تجعل منظومتنا الشمسية مكانا غنيا ومتنوعا. وهذه الأجسام لا تتميز بأنها أكبر ذرية للشمس من حيث عدد أفرادها فحسب، إنما هي مهمة أيضا لكونها بقايا لبنات بناء عوالم أكبر.

▪ لتعرّف هذه الأجسام الصغيرة، يقوم الفلكيون بالبحث عن الغبار الذي يُنثر حين تصادمها. وقد عثر الراصدون على أكثر من 100 نجم تحيط بها أقراص أنقاض غبارية، والتقطوا صورا لنحو دستة منها. وتوحي دراسة الأقراص بأن تكوّن الكواكب يحدث في أمكنة أخرى بنفس الطريقة التي تكوّنت بها الكواكب في المنظومة الشمسية.

 

بيتا پكتوريس هو حالة خاصة. إنه قريب نسبيا منا (بعده 60 سنة ضوئية فقط)، وقرصه كبير جدا وهو في وضع يزيد من سطوعه الظاهري. وقد أدت هذه المجموعة من العوامل إلى جعل رؤية النجم سهلة نسبيا. ولسوء الحظ، كان الفلكيون غير قادرين على استعمال رواسم الإكليل الشمسي لرصد أقراص أخرى. وعند النظر إلى النجوم من الأرض في الضوء المرئي، يُلاحظ أن لها حجما ظاهريا معينا في السماء تحدده الضبابية التي يولدها جو الأرض في ضوء هذه النجوم. وإن وضع قناع كبير بقدر كاف على المقراب لحجب النجم يؤدي في النهاية عادة إلى حجب القرص أيضا. وفي أطوال موجية أكبر، مثل الضوء تحت الأحمر البعيد، تكون النجوم شاحبة، ومن ثم يجب أن تكون رؤية الأقراص أسهل. لكن الجو يمتص الضوء في هذه الأطوال الموجية. ثم إن الضوء، الذي له أطوال موجية أكبر قدرها مليمتر واحد تقريبا، يمكن كشفه من الأرض؛ لكن الآلات القادرة على كشف هذا الضوء «دون المليمتري»(7)  ظلت حتى  أواخر التسعينات من القرن الماضي تتسم بقوة ميز متدنية وحساسية منخفضة. وقد مرت ثلاث عشرة سنة قبل أن تبلغ تقانة الآلات قدرا من التقدم يسمح لها بتصوير أقراص أخرى.

 

وقد حدث التقدم المفاجئ حين ابتُكرت سكوبا SCUBA، وهي آلة تصوير بالغة الحساسية تسمح بكشف ضوء طوله الموجي قرابة مليمتر واحد. وفي عام 1997، استَعملت مجموعة يرأسها <S .W. هولاند> و <S .J. كريفز> [اللذان كانا حينذاك يعملان في المركز الفلكي المشترك في هاواي] آلة التصوير سكوبا، المركّبة على مقراب <C .J. ماكسويل> في ماوناكيا، لالتقاط صور لعدة نجوم اكتشفها الساتل IRAS. وقد أظهرت هذه الصور وغيرها وجود أقراص حول نجوم غير بيتا پكتوريس. ومنذ ذلك الوقت، جرى تحليل نحو دستة من الأقراص بوساطة سكوبا، ومكاشيف detectors مقامة على الأرض للضوء تحت الأحمر المتوسط، ومقراب هبل الفضائي. بيد أنه في بعض الحالات، كانت الزيادة في الضوء تحت الأحمر البعيد قد نجمت عن أجسام في الخلفية، أو عن سُحُب بين النجوم قريبة ليس لها علاقة بالنجم المستَهدف.

 

أسراب المذنبات(****)

معظم أقراص الأنقاض المحيطة بنجوم أخرى أبرد وأكبر كثيرا من القرص البروجي(8). وقد برز تفسير جزئي لهذا الاختلاف قبل عقد من الزمن في عمل مواز آخر. ففي بواكير التسعينات، أكد الفلكيون وجود حزام كويپر Kuiper belt، وهو حزام افتُرض وجوده مدة طويلة، وهو مكون من أجسام جليدية، ويمتد من مدار نپتون عبر مدار پلوتو [انظر: «حزام كويپر»،مجلة العلوم، العددان11/12(1996)، الصفحة 52]. ويجب أن تولّد التصادمات في هذا الحزام قرصَ أنقاضٍ ثانيا باردا نسبيا. وتصعب رؤية القرص من الأرض، فهو مغمور مثلنا في الوهج الساطع الحار للضوء البروجي.

 

ما يكشف عنه الغبار(*****)

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003770.jpg

 

يبدو قرص الأنقاض المحيط بحزام كويپر، وليس قرص الأنقاض البروجي، شبيها بأقراص الأنقاض المحيطة بمعظم النجوم. وفي بعض الحالات، تمكن الفلكيون من اكتشاف قرص أصغر وأسخن ـ شبيه بقرص الأنقاض البروجي ـ إضافة إلى القرص البارد الكبير.

 

ومع أن امتداد قرص أنقاض كويپر أبعد عن الشمس من القرص البروجي، وأنه قد يحتوي على غبار أكثر بعشر مرات، فهو مع ذلك أصغر كثيرا من الأقراص في أي مكان آخر. ويحتوي قرص بيتا پكتوريس من الغبار أكثر بعشرة آلاف مرة على الأقل من الغبار الذي تحويه منظومتنا الشمسية. ويتناسب معدل تصادم النوى الكوكبية ونثرها للغبار طرديا مع مربع عدد الأجسام، ومن ثم، فإذا افترضنا أن الظروف الأخرى مماثلة، فيجب أن تكون النوى الكوكبية التابعة لبيتا پكتوريس أكثر بمئة مرة من النوى الكوكبية التابعة للشمس.

 

ويعتقد الفلكيون بأن غزارة الغبار تتعلق بشباب المنظومة الفلكية: فعمر الشمس 4.5 بليون سنة، لكن عمر بيتا پكتوريس 15 مليون سنة فقط. وفي الحقيقة، توحي الأرصاد بأن كمية الغبار تتناقص مع الزمن [انظر الشكل في الصفحة 29]، وربما كان السبب في هذا هو أن التجمع الأولي للنوى الكوكبية يتأكّل. ثم إن التصادمات ذاتها، التي تولّد الغبار، تدمر الأجسام أيضا. إلى ذلك، يمكن للتفاعلات التثاقلية مع الكواكب إما قذف الكويكبات والمذنبات، وإما إلقاؤها على النجم المركزي. ويبين طيف بيتا پكتوريس خطوط امتصاص تظهر وتختفي، وقد جعل ذلك الفلكيين يستخلصون أنها ناتجة من المذنبات التي تسقط على النجم ثم تحترق عليه. ويلاقي هذا المصير قرابة 200 مذنب سنويا.

 

منحوت بوساطة الكواكب(******)

لا يشير الغبار فقط إلى وجود كويكبات ومذنبات، بل أيضا إلى وجود كواكب. وفي منظومتنا الشمسية، يُظن أن ثقالة الكواكب العملاقة تولّد أنماطا في غبار حزام كويپر. ويرى المشاهد الخارجي فجوات وتكتلات في صورة بالأشعة تحت الحمراء (المربع الصغير)، ويستنتج وجود الكوكب العملاق. ويشبه هذا المشهد المحاكى ما رآه الفلكيون حول نجوم أخرى.

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003771.jpg

 

عندما كانت المنظومة الشمسية فتية، لا بد أنها كانت هي أيضا تعج بالكويكبات والمذنبات. ومع التناقص التدريجي لأعدادها مع الزمن، فقد تتحول الأقراص المحيطة بنجوم أخرى إلى منظومات تشبه منظومتنا الشمسية.

 

ومع أن العمر قد يكون السبب في بعض الفروق بين هذه المنظومات ومنظومتنا الشمسية، فعلى الفلكيين توخي الحذر تجاه تفسيرهم لأرصادهم. فمعظم النجوم التي تتسم بزيادة ضوئها تحت الأحمر تكون أضخم من الشمس. وقد يكون ذلك تأثير اختيار: فالنجوم الضخمة تكون أسخن، ومن ثم فهي تُسخن الغبار بقدر أكبر، وهذا يجعل رؤيته أسهل. وقد تكون أيضا بداية النجوم، التي هي أضخم، أقراصا أكبر وأكثر غبارا. وتظل الأمور غير واضحة فيما يتعلق بمدى إمكان تطبيق النتائج المستخلصة من هذه المنظومات على مجالات أعم. وعلى سبيل المثال، قد تبدد النجوم الحارة أقراصها التي تكونت منها كواكبها الأصلية بسرعة أكبر، وهذا يؤثر في معدل تكوّن الكواكب أو تطور النوى الكوكبية.

 

كواكب غير مرئية(*******)

تُرى، هل لهذه المنظومات كواكب ونوى كوكبية أيضا؟ للإجابة عن هذا السؤال نقول إن أعمار حتى أصغر المنظومات سنا كافية لتوفر للكواكب العملاقة الوقت اللازم لتكوّنها. وتحوي الأقراص قدرا طفيفا جدا من الغاز، وهذا يوحي بأنه لم تعد لديها القدرة على تكوين كواكب عملاقة (التي هي غازية في معظمها). فإما أن تكون المنظومات هي التي ولّدت هذه الكواكب، وإما أنها لن تفعل ذلك ألبتة. والفصل بين هذين الرأيين ليس أمرا سهلا. إن عينات الكواكب المعروفة والأقراص المعروفة غير متطابقة: فحتى يومنا هذا، لم يتمكن الفلكيون من إثبات وجود قرص أنقاض حول أي نجم (غير الشمس) له كواكب. فالكواكب في أقراص الأنقاض، وأقراص الأنقاض في المنظومات الكوكبية الأخرى، استعصت حتى الآن على الاكتشاف.

 

بيتا پكتوريس(********)

إن قرص الأنقاض المحيط بالنجم بيتا پكتوريس، الذي تفصله عن الأرض مسافة تقدر بنحو 63 سنة ضوئية، هو القرص الموجود خارج المنظومة الشمسية والذي أجريت أفضل دراسة له.

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003772.jpg

يختلف توزع الطاقة الطيفية spectral energy للنجم  بيتا پكتوريس عن توزعها في النجوم. فالطاقة الزائدة بأطوال موجية تحت الحمراء هي علامة على وجود غبار. والمربعات الصغيرة هي القياسات التي نفذها الساتل IRAS.

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_00125.gif

صورة أكثر تفصيلا، التقطت في الضوء المرئي عام 1984، أظهرت قرصا وهو في وضع يزيد من سطوعه الظاهري. والحلقات الدائرية والخطوط المستقيمة الغامقة هي آثار خلفتها الآلة المستعملة لحجب النجم.

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003773.jpg

صورة التقطها مقراب هبل الفضائي في الضوء المرئي عام 1995. وقد كشفت توهجا للقرص (السهم) ربما نتج من قزم أسمر أو نجم عابر. اللون يمثل السطوع.

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003774.jpg

بينت صورة لمقراب هبل الفضائي التقطت عام 1997 انفتالا [الخط المنقط] في المنطقة الداخلية من القرص. ويوحي هذا الشكل، إضافة إلى سمات أخرى، بوجود كوكب عملاق يسبح في فلك مائل.

 

بيد أن الأقراص ذاتها قد تفضح وجود كواكب فيها، ومن الصعب فهم وابل المذنبات المنهمر على بيتا پكتوريس ما لم يوجد كوكب يحدث تأثيرا تثاقليا. إضافة إلى ذلك، يرى الفلكيون على العدد الضئيل من صور الأقراص التي جرى تحليلها، أشياء ذات مقاييس واسعة هي: حلقات وأشكال منفتلة ولطخات؛ وفي إحدى الحالات، حلزون كبير [انظر الأشكال في الصفحة 28]. هذا ويستطيع كوكب يسبح في مدار مائل سحب غبار إلى المدارات المائلة، وهذا يمنح القرص شكلا منفتلا(9). ويمكن للكواكب أيضا دفع الغبار بعيدا عنها، وهذا يسفر عن تكوّن تجاويف وحلقات، كما أنها يمكن أن تولّد موجة من الغبار تشبه اللطخة؛ وأرضنا نفسها تخلف وراءها مثل هذا المَخْر(10) في الغبار البروجي.

 

ومن ناحية أخرى، فحالة الكواكب المحتجبة في هذه الأقراص هي دعوى لم تترسخ بقوة كما يرغب الفلكيون. فالكواكب المطالَبَة بتوليد الأشياء المرصودة يجب أن تكون بعيدة عن النجم المركزي ـ أي إنها أبعد من المسافة التي تفصل نپتون عن الشمس، وربما يجب أن تكون موجودة في بقاع بعيدة جدا عن نجمها المركزي يستحيل فيها تكوّن تلك الكواكب (كلما زاد بعد الكوكب عن نجمه المركزي، طالت المدة التي يستغرقها في تكوّنه). ويحتمل أن تكون بعض الكواكب تشكّلت بالقرب من نجومها المركزية ثم اندفعت بعيدا عنها، مثلما حدث لنپتون نفسه برأي بعض الفلكيين. ولحفظ الزخم الزاوي(11)، يتطلب هذا الاندفاع بعيدا عن النجم المركزي كوكبا كبيرا آخر، مثل المشتري، ليحركه نحو الداخل. بيد أنه لم يرد عموما دليل على وجود هذا الكوكب الثاني. إن البيانات غامضة، ذلك أن ثمة مجموعات مختلفة من الباحثين تحاجج في وجود كواكب ذات حجوم مختلفة في بقاع مختلفة.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003775.jpg

تبين هذه الصورة للغبار المحيط بالنجم HD 141 569، الذي يبعد عنا 330 سنة ضوئية، ذراعين حلزونيتين كبيرتين. وقد يكون الرفيق النجمي المضاعف في الزاوية العليا اليسرى هو سبب حدوثهما. وقد تستدعي حلقة داخلية وجود كوكب غير مرئي. ويمثل اللون كثافة المادة التي تشاهد في الضوء المرئي.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003776.jpg

لنظام النسر الواقع، الذي يبعد عنا 25 سنة ضوئية، تكتل ساطع في أعلى اليسار، تفسره المحاكيات بأنه كوكب كتلته ضعف كتلة المشتري. ويشير النجم الأسود إلى موقع النجم المركزي. لقد التقطت هذه الصورة في ضوء دون مليمتري. ومثلما هي الحال في النجم HD 141 569، «فللنسر الواقع» Vega ضعف كتلة الشمس.

 

ثمة عمليات متنوعة، إضافة إلى السَّحْب التثاقلي(12) للكواكب، مسؤولة عن بعض هذه السمات. ويحاجج عدد من الفلكيين في أنه يوجد لجميع المنظومات الكوكبية الفتية حلقات؛ وخلال تنامي النوى الكوكبية والتئامها متحولة إلى كواكب، فإنها تمزق الأقراص، وهذا يزيد من حدوث التصادمات ومن معدل تكوّن الغبار. ويحاجج آخرون في أن حلقات الغبار يمكن أن تتكوّن تلقائيا في حافات الأقراص الغازية؛ وإن التغير السريع في ضغط الغاز في أطراف الأقراص يبطئ سرعة جسيمات الغاز، ولولا ذلك لجرى طردها من المنظومة الكوكبية.

 

بات فهم هذه السمات هدفا رئيسيا للفلكيين. وفي عام 2003 رصدتُ وزملائي النجم HD 141569 باستعمال راسم الإكليل الشمسي ACS المركب على متن مقراب هبل الفضائي. وقد أظهرت صور سابقة حلقتين حول هذا النجم. أما صورنا فبينت أذرعا حلزونية طويلة من الغبار، غير مختلفة عن تلك التي تُرى في المجرات الحلزونية. وأوحت صورنا بأن الحلقات التي رصدت في وقت سابق هي في الحقيقة شظايا لمجرات حلزونية. وللنجم HD 141569 نجمان رفيقان، ونحن نعتقد بأنه قبل زهاء 000 1000 سنة مر الرفيقان على مقربة من القرص، ومن ثم مزقاه ومدداه. وقد يكون هذا الحدث هو الذي ولّد الأذرع الحلزونية. ويؤكد باحثون آخرون أن التقابلات المتكررة للقرص مع الرفيقين أعطت للقرص شكله. وعلى هذا، فربما كان ثمة أجسام غير الكواكب هي المسؤولة عن بعض السمات المميزة لأقراص الأنقاض.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003777.jpg

تتسم منظومة فم الحوت fomalhaut system، التي تبعد عنا 25 سنة ضوئية، بكونها أكبر في جانبها السفلي الأيسر من جانبها العلوي الأيمن، وربما كان ذلك نتيجة تصادم كويكبي حديث. ومركز الحلقة مملوء بغبار دافئ شبيه بالغبار البروجي الموجود في منظومتنا الشمسية. التقطت هذه الصورة في الضوء تحت الأحمر البعيد.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003778.jpg

للمنظومة إپسايلون إريداني Epsilon Eridani، التي تبعد عنا 10 سنوات ضوئية، تكتلات ومتبسِّطات، وهي آثار محتملة لكوكب كتلته تعادل كتلة زحل ويسبح في فلك متطاول. وتوحي بيانات مستقلة، لكن مثيرة للجدل، بوجود كوكب آخر أقرب. التقطت الصورة في ضوء دون مليمتري.

 

تعزى الارتيابات في تفسير الصور، في المقام الأول، إلى أن عينة الأقراص التي جرى تحليلها تظل محدودة جدا، وكل منها هو حالة خاصة. لكن مقراب سپيتزر الفضائي يقوم بتغيير هذا الوضع على نحو مثير. فأحد أهدافه الرئيسية يتجلى في جمع عينة واسعة من أقراص الأنقاض، التي يمكن رؤية بعضها مباشرة. وللمقراب مكاشيف(13) تعمل بأطوال موجية تحت حمراء بعيدة، كما فعل الساتل IRAS، لكنها أعلى حساسية بألف مرة. وهذه المكاشيف قادرة على كشف مقادير صغيرة جدا من الغبار، وبذلك تحصل على عينة أكثر اكتمالا من الأقراص. وفي الشهر 12/2003، قدم <R .K. ستيبلفلت> [من مختبر الدفع النفاث] وزملاؤه، صورا لقرص أنقاضٍ حول نجم فم الحوت. وبطول موجي قدره 70 ميكرونا، يصبح شكل القرص واضحا؛ إذ يُرى على هيئة قرص نصف قطره نحو 200 وحدة فلكية. وتظهر إحدى حافتيه أسطع من الأخرى، وربما كان ذلك نتيجة تصادم حديث بين كويكبات، أو تأثيرا تثاقليا لكوكب غير مرئي. وبطول موجي قدره 24 ميكرونا، يظهر تركيز لمادة دافئة قرب النجم ـ وفي هذا شبه واضح بسحابتنا البرجية ـ ويوحي ذلك بأن فم الحوت قد يحوي شيئا مماثلا لحزام من الكويكبات.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/20/SCI2004b20N8-9_H03_003779.jpg

مع تقدم النجوم في السن، يهجرها الغبار ـ وربما كان السبب في ذلك هو أن الكويكبات والمذنبات، التي يأتي الغبار منها، تدمَّر تدريجيا. وعلاقة الغبار بسنّ النجوم ليست وثيقة تماما، لكنها توحي بأن جميع المنظومات تتطور، جوهريا، بطريقة واحدة. وقد أخذت البيانات بوساطة المرصد الفضائي للأشعة تحت الحمراء. وتمثل النقاط البرتقالية اللون حشودا نجمية. وتمثل النقطة المشار إليها بكلمة «شمس» الغبار البروجي فقط. إن كمية الغبار في حزام كويپر مجهولة، لكنها قد تكون أكبر بعشر مرات مما يقدّره الفلكيون.

 

بيّنت أقراص الأنقاض للفلكيين أن للنجوم الأخرى ـ وليس لشمسنا فقط ـ كويكبات ومذنبات، وهذه إحدى نتائج عملية تكوّن الكواكب. وتستلزم هذه النتيجة أن تكون المنظومة الشمسية مشابهة جوهريا للمنظومات الأخرى. ومن ناحية أخرى، فحتى أصغر قرص أنقاض جرى اكتشافه يحوي من الغبار أكثر مما تحويه المنظومة الشمسية بخمسين مرة. فهل السبب في هذا هو أن الكواكب في منظومتنا الشمسية طردت معظم النوى الكوكبية؟ أم أن الشمس ابتدأت بقرص صغير جدا؟ أم أن الراصدين لم يستعملوا بعد آلات حساسيتها تكفي لكشف المشابهات الحقيقية لمنظومتنا الشمسية؟

 

ومازال الفلكيون بحاجة إلى رسم صورة مفصلة ومتسقة للكيفية التي تتكون بها الكواكب المختلفة الكتل حول النجوم، وللطريقة التي تتطور بها الكواكب مع الزمن. وإن المزيد من الأرصاد، التي يُجريها مقراب هبل الفضائي ومقراب سپيتزر الفضائي والمراصد المقامة على سطح الأرض، ستكون حاسمة في الإجابة عن هذين التساؤلين. عندها قد نكتشف أن منظومتنا الشمسية استثنائية بين جميع المنظومات الكوكبية المحتملة.

 

 المؤلف

David R. Ardila

نشأ في كولومبيا حيث درس الفيزياء بجامعة لوس أنديز في بوگوتا. حصل على الدكتوراه من جامعة كاليفورنيا في بركلي. وفي عام 2002 التحق بالفريق: Advanced Camera for Surveys Science Team بجامعة جونز هوبكنز. وإضافة إلى أبحاثه في أقراص الأنقاض، فإنه يقوم بدراسة أقراص النوى الأولية والتكوّن النجمي والأقزام السمر(14). وحاليا يقيم أرديلا في بالتيمور.

 

مراجع للاستزادة 

Planetary Material around Main-Sequence Stars. A. M. Lagrange, D. E. Backman and P. Artymowicz in Protostars and Planets IV. Edited by Vincent Mannings, Alan Boss and Sara Russell. University of Arizona, 2000.

Star Factories: The Birth of Stars and Planets. Ray Jayawardhana. Raintree/Steck-Vaughn, 2000. Dusty Circumstellar Disks. Benjamin Zuckerman in Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Vol. 39, pages 549-58D; September 2001.

Distant Wanderers: The Search for Planets beyond the Solar System. Bruce Dorminey. Springer-Verlag, 2001.

HST/ACS Coronagraphic Imaging of the Circumstellar Disk around HD1415659A. Mark Clampin et al. in Astronomical Journal, Val. 126, No. 1, pages 385-392; July 2003. Available online at arXiv.org/abs/astro•ph/0303605

Scientific American, April 2004

 

(*) THE HIDDEN MEMBERS OF PLANETARY SYSTEMS

(**) Debris Everywhere

(***) Overview/ Circumstellar Debris Disks

(****) What the Dust Reveals

(*****) Comet Swarms

(******) Sculpted By Planets

(*******) Beta Pictoris

(********)Unseen Planets

 

(1) terrestrial planets الكواكب الأرضية: كواكب صخرية مشابهة للأرض في الحجم والبنية، وهي عطارد والزهرة والأرض والمريخ. وتسمى أيضا كواكب داخلية inner planets.

(2)  the western sky

(3) Vega

(4)  by -products

(5) mid-and far-infrared

(6) Poynting – Robertson drag

(7) submillimeter

(8)zodiacal disk

(9) warp

(10) wake مَخْر (أو أثر المخر): الأثر الذي يتركه جسم متحرك خلفه في الوسط الذي يتحرك فيه.

(11) angular momentum

(12)gravitational pull

(13) detectors

(14) brown dwarfs

 

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى