أحد صفحات التقدم العلمي للنشر
فلك وعلم الكونيات

أغرب الأقمار في المنظومة الشمسية

أغرب الأقمار في المنظومة الشمسية(*)

 نوع غريب من السواتل الكوكبية يسبح

في مدارات متطاولة مائلة، يفتح نافذة

نطل منها على طريقة تكوّن الكواكب

<D.جيويت> – < S.S.شيپارد> – <J.كلينا>

 

 

قبل خمس سنوات، كان اثنان منا يمضيان وقت راحتهما في ليلة غائمة على ذروة جبل ماوناكيا، وذلك بتخمين عدد الأقمار التي لم تُكتشف بعد في المنظومة الشمسية. وقد راهن أحدنا (جيويت) بمبلغ 100 دولار على أن بمقدور مقراب متطور أن يكتشف 10 أقمار جديدة على الأكثر. وقد ذكر أن الفلكيين لم يكتشفوا  طوال القرن العشرين كله سوى بضعة أقمار. أما <شيپارد>، فكان أكثر تفاؤلا، وتوقع ضعف العدد الذي خمنه زميله، وذلك استنادا إلى الحساسية المتعاظمة للآلات الفلكية الحديثة.

 

لقد أصبح <شيپارد> حاليا أغنى من قبل، إذ إن فريقنا اكتشف منذ تلك الليلة حتى الآن 62 قمرا يدور حول الكواكب العملاقة، وأكد اكتشاف المزيد منها في المستقبل. وقد عثرت مجموعات أخرى من الفلكيين على 24 قمرا إضافيا. (وبالمصطلحات الفلكية الدقيقة، هذه «سواتل» satellites لا «أقمار»moons؛ ذلك أنه يوجد قمر واحد، هو ساتل الأرض. لكن، حتى الفلكيين يستخدمون عموما مصطلح «الأقمار» الشائع الاستعمال). ولم يتنبأ أحد بأن عائلة الشمس تضم عددا كبيرا من الأعضاء الذين يتوارون في الظلال. وقد وُصفت هذه الأعضاء بأنها لانظامية irregular، وهذا يعني أن مداراتها الإهليلجية متطاولة جدا ومائلة على مستويات استواء الكواكب التي تستضيفها. وما يسمى أقمارا نظامية regular، مثل الأرض، أو سواتل المشتري الگاليلية Galilean الكبيرة، فلها  مدارات دائرية وصغيرة نسبيا واستوائية تقريبا.

 

وما يزيد الأقمار اللانظامية غرابة أن لمعظمها مدارات متراجعة retrograde، أي إن كلا منها يدور حول كوكبه المضيف باتجاه معاكس لاتجاه دوران الكوكب حول محوره، خلافا للأقمار النظامية، التي لدورانها حول كواكبها المضيفة ولدوران هذه الكواكب حول محاورها، اتجاه واحد. وعلى سبيل المثال،

 

 

نظرة إجمالية/ الأقمار اللانظامية(**)

 

 اعتاد الفلكيون الظن أن معظم أقمار الكواكب تكوّنت من الأقراص التي تحيط بكواكبها، تماما مثلما تكونت المنظومة الشمسية نفسها (من قرص من الغاز والغبار، تحول الجزء الخارجي منه إلى الكواكب)، ولكن بأبعاد صغيرة جدا. وتتحرك هذه الأقمار في مدارات واقعة في نفس مستوى استواء الكوكب الذي تدور حوله، وبنفس اتجاه دوران الكوكب حول محوره. أما الأجسام القليلة التي لا تلائم هذا النموذج، فقد اعتُبرت لامنتظمة.

 ويبين عدد كبير من المكتشفات الحديثة، التي تستعين بمكاشيفdetectors رقمية متقدمة، أن  عدد الأقمار اللامنتظمة أكبر من عدد الأقمار النظامية. وتشير مداراتها الطويلة المائلة الحلقية إلى أنها لم تتكون حيث هي حاليا، إنما كانت في مسارات تحيط بالشمس. وبصورة أساسية، هي كويكبات ومذنبات أسرتها الكواكب بطريقة ما.

 لم نصل بعد إلى فهم جيد، لا لمنطقة مصدر هذه الأقمار، ولا لآلية أسرها. فقد تكون الأقمار أتت من حزام كويپر الواقع وراء نپتون، أو من مناطق أقرب. وقد تتضمن عمليات أسرها تصادمات أو تفاعلات أخرى في منظومة شمسية أصغر سنا، وأكثف ازدحاما بالأجسام.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/44.gif
 يشبه الجرم الجليدي «فويب»، وهو أكبر أقمار زحل اللامنتظمة، مذنبا اقتلع من مداره حول الشمس. وقد سُميت فوهاته بأسماء المغامرين في الميثولوجيا (الأساطير) اليونانية: فكبراها الظاهرة في الأعلى هي جيسون Jason، وإلى يسارها مباشرة فوهة إرجينوس Erginus، وتلك الظاهرة في الظل على الحافة السفلى هي فوهة أويليوس Oileus.

 

 

سرب من الأقمار(***)

 

 كانت معرفتنا للمدى الكامل لنظام الأقمار حول زحل ضعيفة جدا، لكنها تغيرت في السنوات القليلة الماضية. فقد تبين أن هذه السواتل تنتمي إلى طائفتين كبيرتين: أقمار نظامية (اللون الأزرق) مثل تيتان ولابيتوس، التي لها مدارات صغيرة موجودة في مستو واحد، وأقمار لانظامية، مثل فويب، التي لها مدارات أوسع واتجاهات حركة متغايرة. فبعضها يدور بالاتجاه نفسه الذي يدور به زحل (اللون الأحمر)؛ وبعضها الآخر يسير بالاتجاه المعاكس (اللون الأخضر). وثمة أنظمة مشابهة من الأقمار تحيط بالكواكب العملاقة الأخرى (أقصى اليسار). وتعرض هذه المخططات اعتياناsampling لعدد  الأقمار الكلي.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/sc_001_2%20copy.gif

 

فإن قمرنا يُرى من موقع فوق القطب الشمالي للأرض أنه يدور بعكس اتجاه دوران عقارب الساعة ـ وهو الاتجاه نفسه الذي تدور به الأرض حول محورها وحول الشمس. وتتحرك الكواكب الأخرى أيضا بعكس اتجاه دوران عقارب الساعة، وهذا نمط من الدوران يعكس الحركة الدوّامية suirling لقرص الغاز والغبار، الذي يُفترض أن تكون هذه الكواكب نشأت عنه قبل 4.5 بليون سنة.  وتشارك الأقمار النظامية كواكبها في اتجاه الحركة، لأن الفلكيين يظنون أنها تكونت من أقراص حول الكواكب المضيفة. لذا فإن السلوك المخالف للأقمار اللانظامية إشارة إلى أنها من أصل مختلف.

 

 لا يمكن تقديم وصف جيد لهذه الأجسام بنماذج مألوفة، لكن ثمة مجموعة من الأبحاث النظرية الطازجة ماضية قدما في دراسة هذا الموضوع. ويبدو أن هذه الأقمار منتجات لحقبة انقضت قبل وقت طويل، عندما بعثر السَّحب التثاقلي(1) للكواكب المكوَّنة حديثا ـ أو اختُطف ـ أجساما صغيرة من مداراتها  الأصلية. وتَعِد دراسة هذه الأجسام بتسليط الضوء على المراحل المبكرة لنشوء المنظومة الشمسية وتطورها.

 

ومع أن أول قمر لانظامي جرى اكتشافه كان تريتون Triton، قمر نپتون، وذلك عام 1846، فلم يتيسر اكتشاف غيره من الأقمار اللانظامية إلا حديثا، إذ يغلب عليها أن تكون أصغر، وأخفت نورا من نظائرها من الأقمار النظامية. يُضاف إلى هذه المشكلة توزعها على رقعة شاسعة جدا من الفضاء. فمثلا، يبعد كالّيستوCallisto، أبعد أقمار المشتري النظامية، 1.9 مليون كيلومتر عن المشتري، في حين تبعد أقماره اللانظامية المعروفة قرابة 30 مليون كيلومتر عنه. وهذه المسافة قريبة من نصف قطر المجال التثاقلي للمشتري، أو كرة هِلّHill sphere التي ما بَعْدها تختطف الشمس أي قمر طليق. وإذا كان من الممكن للعين رؤية كرة هِلّ، لكانت الزاوية التي نرى ضمنها هذه الكرة 10 درجات ـ وهي أكبر 20 مرة  من القطر الزاوي لقمر الأرض عندما يكون بدرا. وهذا عدد هائل مقارنة بحقول رؤية معظم المقاريب.

 

ويتطلب مسحُ مثل هذه المنطقة المترامية الأطراف للأقمار استعمال أحدث المكاشيفdetectors الرقمية وأكبرها، وإجراء تحليل يصل إلى 100 جيكابتة من البيانات في الليلة [انظر الإطار في الصفحة 10]. وفي البداية، تركَّز المسح المسمى Hawaii MoonSurvey، على المشتري، الذي يسمح قربه منا بسبر أقمار صغيرة نورها أخفت من أن نتمكن من اكتشافها لو كانت تدور حول كواكب عملاقة أخرى أبعد من المشتري. وقد بذلت فِرَق يقودها <B.كلادمان> [من جامعة كولومبيا] و<M. هولمان> [من مركز هارکرد السميثسوني للفيزياء الفلكية (CIA)] و<J.J.كاکيلارس>[من مجلس الأبحاث الوطنية التابع لمعهد هِرزبيرگ الكندي للفيزياء الفلكية] جهودا متوازية لمسح زحل وأورانوس ونپتون.

 

وقد تبين أن لجميع هذه الكواكب العملاقة الأربعة، بصرف النظر عن كتلها، منظومات من الأقمار اللامنتظمة. وبتقدير استقرائي extrapolation مما اكتُشف حتى الآن، فإننا نقدر أن لكل من هذه الكواكب قرابة 100 قمر لانظامي، قطر كل  منها أكبر من كيلومتر واحد؛ وتشغل أجسامها مجالا واسعا من الحجوم، لكن لمعظمها حجوم صغيرة. وفي حالة المشتري، فإن قطر أكبر أقماره اللامنتظمة أيJ6 Himalia، يساوي 180 كيلومترا تقريبا، وقطر أصغرها يساوي كيلومترا  واحدا أو كيلومترين.

 

إن مدارات هذه الأقمار من أكثر المدارات تعقيدا في المنظومة الشمسية. ولما كانت تطوف بعيدا جدا عن كواكبها المضيفة، فهي تُسحب من كلتا الثقالتين الكوكبية والشمسية، وهذا يجعل المحاور الكبرى لمداراتها الناقصية تدور بسرعة عالية، ما يجعل تمثيل مسارات هذه الأقمار بمنحنيات مغلقة غير دقيق. وبدلا من ذلك، فإن الأقمار تَرسم مسارات غريبة شبيهة بالأشكال التي تصنعها لعبة الأطفال spirograph.

 

إيقاع كوني متعدد (****)

 

عندما تعمل بالتزامن(2) التأثيرات المختلفة في الأقمار، يصبح الوضع معقدا جدا. فمثلا، إذا كان معدل المبادرة(3)precession لقمر قريبا من معدل دوران كوكبه  المضيف حول الشمس، قيل إن القمر في حالة تجاوب «تفاوتي» evectionresonance. هذا وإن الآثار المتواضعة للثقالة الشمسية تتراكم مع الوقت، ما يجعل المدار غير مستقر، فيتطاول القطع الناقص إلى مدى يؤدي إلى اصطدام القمر بالكوكب (أو بأحد أقماره الكبيرة)، أو إلى خروجه من كرة هِلّ ووقوعه في الأحضان التثاقلية للشمس. هذا وإن المدارات المتقدمةprograde أكثر  عرضة للتأذي من المدارات المتراجعة. فإذا كانت الأقمار اللامنتظمة معرضة في الأصل لأن تكون متقدمة أو متراجعة باحتمالين متساويين، فإن التجاوب التفاوتي قد يفسر السبب في كون معظم الأقمار هي حاليا متراجعة.

 

وثمة تجاوب آخر، يُعرف باسم تجاوب كوزايKozairesonance، يزاوج بين ميل المدار وشكله. فالأقمار التي تُفرض عليها مدارات مائلة تتحول مداراتها إلى قطوع ناقصة ممطوطة، ويُحتمل أن يؤدي هذا ثانية إلى قذفها خارجا أو تدميرها. وقد يكون هذا هو سبب عدم عثور الراصدين على أقمار ميولها تقع بين 50 و 130 درجة. واختصارا نقول إنه يبدو أن الأقمار اللامنتظمة، التي نراها  في هذه الأيام، هي تلك التي نجت من التفاعلات التثاقلية التي قضت على كثير من أقمارها الشقيقة.

 

مازالت سمات أخرى للمدارات تتطلب عمليات خارج الثقالة. فالأقمار تنتمي إلى زمر، أو عائلات، متمايزة، لكل منها مدارات متشابهة. وعلى سبيل المثال، فإن عدد أقمار كل من زمر المشتري يصل إلى 17 عنصرا. وأوضح تفسيرٍ لهذا هو  أن عناصر زمرة ما هي قطع من أقمار كبيرة تحطمت نتيجة صدمة، ومازالت تواصل حركتها في مدار تلك الأقمار الكبيرة. وإذا كان الأمر كذلك، فإن كثيرا من الأقمار اللامنتظمة التي نراها اليوم هي جيل ثان لأقمار سابقة.

 

هذا وإن <D.نسکورني>[من مركز أبحاث ساوث وست في بولدر بكولورادو] ومعاونيه، نمذجوا بالتفصيل تمزق الأقمار إربا إربا نتيجة حوادث التصادم، ووجدوا أن من النادر في هذه الأيام أن يتصادم قمر بقمر آخر، أو بجسم بين كوكبيinterplanetary، كأن يكون مذنبا مثلا. لذا فإن وجود زمر الأقمار يُلمح إلى زمن بعيد كانت فيه مجموعة الأقمار اللامنتظمة أو مجموعة المذنبات (أو كلتاهما) أكبر مما هي عليه حاليا، كما كان تكرار التصادمات أكبر بكثير.

 

لقد أنجز الفلكيون بعض التقدم في كشف خاصيات أخرى للأقمار اللامنتظمة، وذلك إضافة إلى تعلم أشياء جديدة عن مداراتها. فمعظم الأقمار خافتة الضوء إلى درجة لم تسمح للفلكيين إلا بمعرفة القليل جدا عن تركيبها. بيد أن <T.گراف> [منCfA] و<T.ريتيك> [من جامعة نوتردام] وجدا أن الأقمار المنتمية إلى زمرة ما غالبا ما تكون ذات ألوان متشابهة. واللون أحد مظاهر التركيب، لذا فإن هذا الاكتشاف يقتضي وجود تشابه في التركيب ـ وهذا يقدم مزيدا من الدعم إلى الفكرة القائلة بأن أقمار زمرة ما هي شظايا جسم أكبر ولّى وانقضى.

 

 

طريقة اختطاف قمر(*****)

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/sc_002.gif

تشير الخاصيات المدارية الغريبة للأقمار اللامنتظمة إلى أنها نشأت في مدارات حول الشمس، ثم أسرتها الكواكب المضيفة الحالية في وقت لاحق. وقد اقترح العلماء ثلاث آليات للأسر. المرحلة الأولية في هذه الآليات الثلاث جميعها هي تكوّن أجسام بحجم الكويكبات، تسمى نوى كوكبية. ويتجمع كثير من هذه النوى لتكوين القلوب الصخرية للكواكب العملاقة. وتبقى مخلفاتها معرضة للأسر.

 

أحد الأقمار اللامنتظمة القليلة، الذي يعرفه الفلكيون بالتفصيل، هو قمر زحل فويبPhoebe، الذي زارته في الشهر 6/2004 السفينة الفضائية كاسّيني التي  أطلقتها الوكالة ناسا. وقد حصلت كاسيني على صور ذات ميز عال جدا، بينت أن للفوهات التي تعلو سطح فويب وجودا كثيفا جدا. إضافة إلى ذلك، سجلت السفينة أطياف ضوء الشمس المنعكس عن فويب، التي بيّن تحليلها وجود جلائد من الماء وثنائي أكسيد الكربون. ولقمري نپتون اللامنتظمين نيريدNereidوتريتونTriton، اللذين رصدهما المسبار الفضائي کويجر 2، سطحان جليديان أيضا. وتلمح هذه الجلائد إلى أن هذه الأجرام تكوّنت على مسافات بعيدة نسبيا عن الشمس، مثل المذنبات. أما أقمار المشتري اللامنتظمة فهي بسواد القارّ (الزفت)، وتبدو خالية من الجليد، وربما كان سبب ذلك كونها أقرب إلى الشمس، ومن ثم فهي أسخن من أن تسمح لوجود جليد مستقر عليها. وبهذا المعنى، تكون أقمار المشتري اللامنتظمة شديدة الشبه بالمذنبات التي فقدت مركّباتها من المواد الطيارة.

 

يا له من جَرٍّ عنيف(******)

 

توحي خاصيات الأقمار اللامنتظمة ـ وبخاصة مداراتها المتراجعة ـ أنها لم تتكون في الموقع الموجودة فيه. وبدلا من ذلك، فلابد أن تكون من مخلفات عمليات تكوّن الكواكب، مثل الكويكبات والمذنبات، التي كانت في الأصل تدور حول الشمس، ثم أسرتها الكواكب بطريقة ما. هذا وليس من السهل فهم كيف حدث ذلك. ففي التفاعل المعقد بين ثقالات الكواكب، تُجَرّ الكويكبات والمذنبات روتينيا إلى مدارات قصيرة العمر حول الكواكب العملاقة. وهذا الأسر الموقت شبيه بسحب أوراق الشجر إلى دوامة في يوم خريفي عاصف. فهذه الأوراق تدخل الدوامة، وتدور في حركة دوامية ربما بضع عشرات من المرات، ثم تنفصل عنها بطريقة لا يمكن التنبؤ بها.

 

وكأمثلة على هذا النمط من الأسر، نورد المذنب الشهيرD/Shoemaker-Levyر (“D” هو الحرف الأول من “defunct”، أي «ميت» )، الذي دخل في مدار مؤقت حول المشتري في وقت ما من القرن العشرين، ثم صدم هذا الكوكب عام 1994. ولو لم يحدث له موت في غير أوانه، لقُذِف هذا المذنب بعيدا ليدخل في مدار حول الشمس خلال بضع مئات من السنين. ويعرف الفلكيون عدة أجسام أسرها المشتري مؤقتا، ثم عادت لتدور حول الشمس.

 

لكن لكي يتعرض جسم يسبح في مدار حول الشمس لأسر دائم في مدار مستقر حول كوكب ما، لابد من أن يفقد بعض طاقاته الابتدائية. من أجل ذلك، يتعين إبطاء سرعة الجسم لمنعه من الإفلات ثانية من الكوكب. هذا ولا وجود لأي عملية فعّالة لتبديد الطاقة في المنظومة الشمسية حاليا.

 

لذا فإن أسر الأرض للقمر لابد أن يكون حدث قبل زمن طويل جدا، في وقت كان للمنظومة الشمسية فيه خاصيات مختلفة. وفي السبعينات من القرن الماضي، اقترح المنظرون ثلاث آليات محتملة تعمل جميعها خلال حقبة تكوّن الكواكب أو بعدها مباشرة.

 

أما الآلية الأولى، التي اقترحها<P.J.بولاك> و<A.J.بيرنز> [اللذان كانا حينذاك يعملان في مركز أبحاث إيمز التابع للوكالة ناسا] و<E.M.توبر> [من جامعة كورنل] فتذهب إلى أن الأقمار فقدت طاقة بفعل الاحتكاك الذي حدث لها خلال عبورها الأجواء الشاسعة للكواكب البدائية العملاقة الغازية. فالمشتري وزحل، خلافا للأرض والكواكب الأرضية الأخرى، مكونان، في المقام الأول، من الهدروجين والهليوم. والاحتمال الأكبر هو أنهما تكونا عندما سحب جسمٌ مركزي من الصخور والجليد، كتلته تعادل قرابة عشرة أميال كتلة الأرض، كمياتٍ هائلة من الغاز من القرص البدائي المحيط بالشمس الفتية. وقبل أن يتخذ الكوكبان شكليهما الحديثين المتراصين نسبيا، فربما مرّا بمرحلة انتفاخ عابرة، كانت الأجواء خلالها تمتد مسافات أكبر مئات المرات من امتداداتها الحالية.

 

وفي طريقة گولديلوكس(4) الحقيقية، لابد أن يكون كويكب أو مذنب عابر لقي  واحدا من ثلاثة مصائر مختلفة يحددها حجمه. فإن كان صغيرا جدا، احترق في الجو المنتفخ، مثلما يحدث للشهب. وإن كان كبيرا جدا، شق طريقه من دون أن يعيقه شيء، وتابع سيره في مدار حول الشمس. أما إذا كان معتدل الحجم، فإنه يتباطأ ويؤسر. وهذه العملية مماثلة تماما لإجراءات الكبح الهوائي، التي استعملها كثير من المسابير الكوكبية لدخولها في مدارات حول الكواكب.

 

تتمثل إحدى المشكلات التي يواجهها نموذج السحب الغازيgas-drag في أنه  لا يفسر وجود سواتل لامنتظمة حول أورانوس ونپتون. هذان الكوكبان ليسا عملاقين غازيين، إنهما عملاقان جليديان ـ تغشاهما الصخور والجليد وطبقتان خارجيتان رقيقتان نسبيا من الهدروجين والهليوم. وبسبب بعدهما الشديد عن الشمس، والكثافة المادية المنخفضة في المناطق الخارجية من القرص المحيط بالشمس، فقد استغرق قلباهما زمنا أطول لبلوغ الكتلة الحرجة اللازمة لتعجيل حدوث انهيار غازي. وقبل أن يحدث ذلك، كانت الغيمة السديمية الشمسية قد تبددت كثيرا، لذا لم يتيسر قط لأورانوس ونپتون جوّان يحيطان بهما شبيهان بجوّي المشتري وزحل. تُرى، كيف يمكن للسحب الغازي العمل عند عدم توافر قدر كبير من الغاز؟

 

ويحدد الأسلوب الثاني أيضا أن وقت الأسر حدث خلال مرحلة نمو الكواكب. فلابد أن يكون تنامي الغاز على قلوب العمالقة الغازية جعل كتلها تتعاظم في عملية دعم ذاتي، وهذا يؤدي إلى زيادة مفاجئة في حجم كرة هِلّ حول كل كوكب. وإن الكويكبات، وغيرها من الأجسام الأخرى، التي جانبها الحظ لكونها قريبة في لحظة هذا النمو الجاري بسرعة خاطفة، لابد أن تكون وجدت نفسها واقعة في شرك المد الواسع السريع لثقالة الكواكب. وكان أول من طرح فكرة آلية الأسر هذه <A.T.هيبنهايمر> و<C.پوركو> [اللذان كانا حينذاك في المعهدMIT]. وقد أطلقا على الآلية اسما، محيرا إلى حد ما، هو الأسر المقوِّضpull-downcapture.

 

 

راصدو السماء(*******)

 

 لما كانت الأقمار اللامنتظمة سريعة الاندفاع وصغيرة جدا وخافتة الضوء، فإنها تقع ضمن أصعب الأجسام رصدا في النظام الشمسي. ويتطلب العثور عليها أقوى مقاريب المسح في العالم ـ أي آلات تمسح مناطق واسعة من السماء، بدلا من الآلات التي تركز على بقاع منفردة محدودة. وقد توصل فريقنا إلى معظم اكتشافاته باستعمال المقرابCanada-France-HawaiiTelescope والمقرابSubaru Telescope المقام  على جبل ماوناكيا بجزر هاواي. وهذان المقرابان مجهزان بمكاشيف رقمية لكل منها أكثر من 100 مليون پكسل.

 والمسألة المركزية هي تمييز الأجسام في المنظومة الشمسية عن النجوم والمجرات البعيدة. لهذا يستعمل الراصدون طريقتين، تُعنى أولاهما بقياس المسافة. ونحن نقارن ثلاث صور أُخذت للرقعة السماوية نفسها بحيث تفصل بين الصور فترة زمنية معينة. وخلال تلك الفترة، تقطع الأرض جزءا من مسارها حول الشمس، ما يجعل الأجسام تبدو أنها انزاحت من موقعها، وكلما كان الجسم أقرب، ازداد ظهور حركته.

 وتتضمن الطريقة الثانية قياسا للسرعة. وهنا نأخذ عشرات الصور لأحد الحقول، ونعالجها استنادا إلى السرعة المتوقعة المدارية للأقمار اللامنتظمة التي نبحث عنها، ثم نجمعها معا. وفي هذه الصورة المجمعة، تبدو نجوم الخلفية كعلامات خطية ضوئية، أما الأقمار اللامنتظمة فتبدو نقاطا ساطعة.

 وبسبب استعمال هذه الطريقة عددا كبيرا من الصور لبقعة معينة من السماء، فهي أشد حساسية للأجسام الخافتة النور من الطريقة الأولى، لكنها تستغرق وقتا أطول لإجراء مسح كامل. وبغية التوثق من أن الأجسام هي أقمار لا كويكبات أو مذنبات، فنحن نراقبها عدة أشهر، ونعمل مع <B.مارسدن> من CfA للتحقق  من أنها تدور حول كواكبها.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/39.gif

     لمسح بقاع شاسعة من السماء، يُستعمل واحد من أفضل المكاشيف هو Subaru Prime Focus Camera، وهو مجموعة مكونة من 10 شيپات CCD لكل منها ثمانية ميگابكسل.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/133.gif

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/134.gif

ثقب ضوئي صغير متحرك: اكتُشِف ساتل المشتري S/2003 J14 في 26/2/2006 في هاتين الصورتين اللتين يفصل بين وقتي أخذهما 39 دقيقة. والأجسام الأخرى هي نجوم الخلفية. ولهذا القمر، الذي يُظن أن قطره كيلومتران تقريبا، مدار يبعد 13 مليون كيلومتر عن كوكبه العملاق.

 

بيد أن لهذه الآلية، كما هي الحال في السحب الغازي، مشكلة في تعليل الأقمار حول أورانوس ونپتون، اللذين لم يتعرض أي منهما لنمو سريع جدا في كتلته. وتشير معظم النماذج إلى أن هذين الكوكبين تناميا ببطء عن طريق تجميعهما لأجسام بحجم الكويكبات والمذنبات خلال زمن ربما استغرق عشرات أو مئات من ملايين السنين لبلوغ كتلتيهما الحاليتين. وحتى المشتري وزحل، فقد تعين عليهما التنامي خلال آلاف السنين لجعل عملية الأسر المقوض ناجحة، لكن كثيرا من المنمذجين متضايقون من مثل هذا الزمن القصير للتنامي. وثمة نموذج بديل لتكون أورانوس ونپتون اقترحه <A.بوس> [من معهد كارنيكي بواشنطن] هو أنهما ابتدآ بضخامة المشتري وزحل، ثم تضاءلا تدريجيا بوساطة إشعاع مؤين من نجوم ضخمة قريبة. أما الأقمار اللانظامية ففهمها أصعب في هذا النموذج، لأن الكوكب الذي يتقلص غالبا ما يفقد أقماره بدلا من اختطافه لها.

 

وفي نموذجي السحب الغازي والأسر المقوض كليهما، جرى استحواذ أقمار لانظامية في مرحلة مبكرة من تاريخ المنظومة الشمسية، وربما كان ذلك قبل وصول الأرض إلى جسم يمكن تمييزه من غيره. وقد اقتُرِح سيناريو ثالث مغاير جدا عام 1971 من قبل<B.كولمبو> و<F.فرانكلين> [اللذين كانا يعملان حينذاك فيCfA]. فقد ذهبا إلى أن الاصطدامات بين جسمين في كرة هِلّ لكوكب ما، يمكن أن تبدد قدرا من الطاقة، وهذا يؤدي إلى أسر أحدهما. وقد لاقت هذه الفكرة، التي سُميت أسر الأجسام الثلاثةthree-bodycapture، اهتماما قليلا نسبيا في السنوات الخمس والثلاثين الماضية، وربما كان ذلك يعود إلى الندرة الشديدة لهذه الاصطدامات حاليا.

 

بيد أن ثمة أبحاثا أحدث تبين أن لا ضرورة لحدوث اصطدامات. فلا تحتاج الأجسام الثلاثة إلا إلى أن تتفاعل تثاقليا. فإذا تبادلت طاقة فيما بينها، أمكن لأحدها كسب طاقة على حساب الجسمين الآخرين؛ وهذه العملية هي نموذج مضخم لمفعول المقلاع التثاقلي، الذي يستعمله مخططو البعثات الفضائية لتقوية دفع المسابير إلى أعماق الفضاء. وفي الشهر 5/2006، اقترح<C.أكنور> [من جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز] و<D.هاملتون>[من جامعة ماريلند] صيغة أخرى لأسر الأجسام الثلاثة، مفادها أن جسما ثنائيا ينقسم إلى قسمين بفعل ثقالة كوكب، وهذا يؤدي إلى قذف أحدهما بعيدا، وسحب الآخر ليسير في مدار حول الكوكب.

 

حركات كوكبية(********)

 

قد تكون آلية الأسر في الأجسام مثيرة في ضوء الاكتشاف الجديد، الذي يبين أن لجميع الكواكب العملاقة الأربعة توابع من الأقمار اللامنتظمة. وتنجح هذه الآلية في كل من العمالقة الغازيةgasgiants والعمالقة الجليدية. وهي لا  تتطلب غلافا ضخما أو تناميا سريعا جدا للكواكب، وكل ما هي بحاجة إليه، عدد كاف من التصادمات التي تحدث قريبا من الكواكب. وربما كانت هذه الأنماط من التفاعلات هي الكبرى احتمالا قرب نهاية حقبة التكون الكوكبي، بعد أن تكون كرات هِلّ قد نمت لتصل إلى حجومها الحالية، لكن قبل زوال الحطام المتخلف عن تكوّن الكواكب. وقد تكون الية أسر الأجسام الثلاثة قادرة على تفسير سبب امتلاك كل كوكب العدد نفسه من الأقمار اللامنتظمة: فمع أن أورانوس ونپتون أقل ضخامة من المشتري وزحل، فإنهما أبعد عن الشمس، ومن ثم فإن حجمي كرتي هِلّ التابعتين لهما متقاربان.

 

وحتى لو فسرت تفاعلات الأجسام الثلاثة كيفية أسر الأقمار اللامنتظمة، فمن أين أتت هذه الأقمار؟ هنا قدم الباحثون احتمالين مختلفين. فقد تكون هذه الأقمار كويكبات ومذنبات تكتلت في المنطقة نفسها من النظام الشمسي التي يقع فيها الكوكب الذي اختطفها في نهاية المطاف، والتي إما اندمجت في أجسام الكواكب، أو أسرتها المنظومة الشمسية. وكانت الأقمار اللامنتظمة محظوظة، لأنها لم تُلتهم، ولم ترسل للطواف في الفضاء الواقع بين النجوم.

 

وثمة احتمال آخر يبرز من نموذج حديث ظلت بموجبه المنظومة الشمسية مليئة بالحطام طوال قرابة 700 مليون سنة بعد تكون الكواكب. وإذا ذاك أحدثت التفاعلات التثاقليةgravitationalinteractions القوية بين المشتري وزحل اهتزازات  زلزلت المنظومة كلها. وقد تبعثرت بلايين من الكويكبات والمذنبات، عندما اندفعت الكواكب الكبيرة إلى مداراتها الحالية التي هي أكثر استقرارا. ومن المحتمل أن يكون جزء من الأجسام المبعثرة قد أُسر. وفي هذا السيناريو، الذي اقترحه عام 2005 <K.تسيكانس> وزملاؤه [من مرصد كوت دازور] تكون معظم الأجسام التي تعرضت لتلك الاهتزازات، وظلت طليقة وراء نپتون في حزام كويبر [انظر: حزام كويپر، مجلة العلوم، العددان12/11 (1996) ، ص 52].

 

ولابد أن تصبح القياسات الطيفية قادرة في يوم من الأيام على اختبار هاتين الفرضيتين. فإذا كان للأقمار اللامنتظمة للكواكب المختلفة تراكيب مختلفة، كان هذا دعما للفرضية الأولى، التي تكونت بموجبها الأقمار قرب كواكبها المضيفة. أما إذا كان لها تراكيب متشابهة، فإن هذا يقدم حجة على صحة الفرضية الثانية، التي تذهب إلى أن جميع الأقمار تكونت معا ثم تشتت. وهكذا فالأقمار يمكن أن تُبين ما إذا كانت المنظومة الشمسية قد خضعت لإعادة ترتيب عنيف.

 

http://oloommagazine.com/images/Articles/2007/2-3/38.gif

لقد أربك تريتون، قمر نپتون وأكبر قمر لامنتظم، العلماء منذ اكتشافه عام 1846. ويذهب بحث جديد إلى أنه كان، مع رفيق له، يدوران حول الشمس قريبين أحدهما من الآخر، وكأنهما متعانقان، إلى أن فصل نپتون بينهما، واحتفظ بتريتون قمرا له.

 

إن استكشاف أنظمة الأقمار اللامنتظمة مازال جاريا على قدم وساق. وثمة شيئان واضحان: أولهما أن أسر هذه الأقمار لابد أن يكون قد حدث في وقت مبكر من تاريخ المنظومة الشمسية، إما خلال عملية التكون الكوكبي، وإما عقب تكون المنظومة مباشرة. هذا ولا تقدم المنظومة الشمسية الحديثة آلية ملائمة يؤدي عملها إلى أسر الأقمار. وثانيهما أن التشابهات القائمة بين مجموعات الأقمار اللامنتظمة لجميع الكواكب الخارجية الأربعة، توحي بأنها نشأت نتيجة تفاعلات الأجسام الثلاثة، وهي الآلية الوحيدة المعروفة التي فاعليتها في نپتون تعادل تقريبا فاعليتها في المشتري. وكما تساعدنا علامات الانزلاق، التي ترتسم على طريق بعد حادث سير، على تعرف كيفية حصول الحادث، فإن الأقمار اللامنتظمة، التي تطوف حول الكواكب العملاقة، تزودنا بمفاتيح لحل ألغاز تتعلق بأحداث سابقة لم يتسن لنا قط رصدها مباشرة.

 

المؤلفون

 David Jewitt – Scott S. Sheppard – Jan Kleyna

 

 هم أغزر الباحثين العلميين في العالم إنتاجا في مجال اكتشاف الأقمار الكوكبية. وقد بدأت اهتمامات <جيويت> بعلم الفلك عندما كان في السابعة من عمره، حين أصيب بالدهشة لما رأى وابلا من الشهب في سماء المنطقة الصناعية شمال لندن المضاءة بمصابيح الصوديوم. وهو حاليا أستاذ في جامعة هاواي وزميل أكاديمية العلوم الوطنية. أما <شيپارد> الذي كان يشرف عليه <جيويت> عندما كان يتابع دراساته العليا، فقد أصبح حديثا، بعد حصوله على الدكتوراه، عضوا في قسم المغنطيسية الأرضية بمعهد كارنيگي في واشنطن. وقد ترعرع <كلينا> في مزرعة بولاية مين، وهو من هواة فن سينمائي غير مفهوم يسمى art-house، ويجري حاليا أبحاث ما بعد الدكتوراه في جامعة هاواي، حيث تتركز دراساته على المادة العاتمة dark matter والمجرات القزمة dwarf galaxies

 

  مراجع للاستزادة 

 

The Discovery of Faint lrregular Satellites of Uranus.J.J. Kavelaars et al. in Icarus, Vol.169, No.2,pages 474—481;June 2004.


Discovery of Five Irregular Moons of Neptune, Matthew J. Holman et al. ln Nature, vol. 430,pages 865—867; August 19, 2004.


Photomatry of lrregular Satellitess of Uranus and Neptune. Tommy Grav, Matthew J. Holmanand Wesley C.Fraser in Astrophysical Journu1,Vol.613.B1.3, N0. 1, pages L77-L80;September 2004.
Avaliable online at arxiv.org/abs/astro·ph/0405605

 

 lrregular Satellites  in the Context of Giant Planat Formation. David Jewitt and Scott Sheppard in Space Science Reviews, vol. 116, Nos. 1-2, pages 441—456;January 2005.

 

Cassini lmaging science: Inltial Results on Phoebe and Iapetus. C.C. Porco er al.in science.Vol. 307, page:1237-1242:February 25. 2005.


Neptune’s Capture of lts Moon Triton in a Binary-Planet Gravitational Encounter. Craig B.Agnor and Douglas P. Hamllton ln Nature. Vo1.441. pages 192-194:May 11, 2006.


Hawaii Irregular Satellilte Survey Web site: www.lfa.hawaii.edu/-jewitt/irraguIars.html

(*)العنوان الأصلي: THE STRANGEST SATTELITES IN THE SOLAR SYSTEM. لقد استخدمنا هنا الاسم الشائع: أقمار بدلا من سواتل، حيث ـ كما يتبين في الفقرة الثانية من هذه المقالة ـ يوجد قمر واحد وهو ساتل الأرض. (التحرير)

(**) Overview/ Irregular Moons

(***) A Swarm of Moons

(****)Cosmc Polyrythm

 (*****)How to Snag a Moon

(******)  What a Drag

(*******)Watcher of the Skies

(********)Planetary Movementss

 (1) gravitational tug

(2) in synchrony

(3) هي التغير البطيء في اتجاه محور دوران. (التحرير)

(4) Goldilochs

تسوق لمجلتك المفضلة بأمان

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

I agree to these terms.

زر الذهاب إلى الأعلى