اجرام گمشده در مرز منظومه شمسی کجا هستند؟

در فضای نیمه‌تاریک از منظومه‌ی شمسی، جایی آن‌‌سوی مدار نپتون، کمربند کویپر قرار گرفته است. این کمربند که در ناحیه‌‌ای حدود ۳۵ تا ۵۰ برابر دورتر از فاصله‌‌ی زمین تا خورشید قرار گرفته، آکنده از اجرام آسمانی یخ‌‌زده و پراکنده در فضایی با فواصل بسیار دور از یکدیگر است. پراکندگی این اجرام به‌‌حدی زیاد است که هرگز نمی‌‌توان شانسی برای برخورد مجدد میان این اجرام و تشکیل سیارات جدید متصور شد.

پلوتو بزرگ‌ترین جرم سرگردان در این کمربند بوده که ما تاکنون از وجود آن مطلع هستیم؛ اما پلوتو فقط یکی از این تعدادبی‌‌شمار اجرام این ناحیه محسوب می‌شود. در طول دو دهه‌‌ی گذشته، مطالعات تلسکوپی حدود دو هزار جرم آسمانی دیگر را در ابعاد مختلف رصد کردند که طول برخی از آن‌‌ها تنها به چند ده کیلومتر می‌رسد. مشکل اصلی از آنجا ناشی می‌‌شود که بیشتر این اجرام به‌‌حدی کوچک هستند که به‌‌سختی می‌‌توان آن‌‌ها را باکمک تلسکوپ شناسایی کرد. بنابراین، اظهارنظر درمورد اینکه واقعا چه تعداد از این اجرام کوچک در کمربند کویپر حضور دارند، امری بسیار مشکل خواهد بود. اما به‌‌تازگی مقاله‌‌ای در ژورنال علمی ساینس منتشر شده که گویا در آن روشی برای فهمیدن این موضوع ارائه شده است.

حال چرا دانستن این موضوع برای دانشمندان این‌‌قدر اهمیت دارد؟

دانشمندان بر این باورند که اجرام موجود در کمربند کویپر از آخرین بازماندگان روزهای اول پیدایش منظومه‌‌ی شمسی هستند که احتمالا از یک ابر بدوی از غبار و گاز پدید آمده‌‌اند. این بدان معنی است که توزیع ابعاد آن‌ها می‌تواند اطلاعات زیادی را درباره‌‌ی منشا مواد اولیه‌‌ی پیدایش سیارات در اختیار ما بگذارد.

شمارش تعداد حفره‌‌ها

پژوهشگران در این مطالعه، به‌‌جای شمارش مستقیم اجرام کوچک موجود در کمربند کویپر، اقدام به شمارش تعداد حفره‌‌های ایجاد‌‌شده براثر برخورد اجرام مختلف به سطح پلوتو و بزرگ‌ترین قمر آن (یعنی کارون) کردند. حفره‌‌هایی با ابعادی در حدود ۱۳ کیلومتر، حاکی از برخورد اجرامی با طول تنها یک یا دو کیلومتر است. درحال‌‌حاضر، رصد چنین اجرامی خارج از قابلیت‌‌های فعلی تلسکوپ‌های ما است؛ اما تصاویر ارسالی از مأموریت نیو هورایزنز (New Horizons) ناسا طی پروازهای کناری انجام‌‌گرفته در سال ۲۰۱۵، امکان نقشه‌‌برداری از حفره‌‌هایی تا طول ۱.۴ کیلومتر را نیز فراهم کرده است. چنین حفره‌‌های می‌‌توانند نشانگر برخورد اجرامی از این کمربند با حداکثر طول ۱۰۰ متر باشد.

جزئیات سطح منطقه‌‌ی Vulcan Planitia روی قمر کارون

تجزیه‌‌و‌‌تحلیل پژوهشگران روی حفره‌‌هایی با ابعادی به بزرگی ۱۳ کیلومتر روی سطح پلوتو و کارون نشان می‌‌دهد که فراوانی برخوردهای رخ‌‌داده با اطلاعات واقعی به‌‌دست‌‌آمده از توزیع ابعاد اجرام رصدشده در کمربند کویپر همخوانی دارد. بااین‌حال، برای حفره‌‌های کوچک‌تر، این فراوانی به‌‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد و این باید دال بر کاهش فراوانی اجرامی از کمربند کویپر باشد که قادر به ایجاد چنین حفره‌‌هایی بوده‌اند. این امر در تضاد با یافته‌های ما درمورد سیارک‌‌های شناخته‌‌شده ای است که با اجرام موجود در همسایگی مشتری، مریخ و زمین برخورد کرده‌‌اند و حتی با مدل‌‌های نظری ما نیز همخوانی ندارد.

نمایی از منطقه‌‌ی ۸۰۰ کیلومتری از سطح پلوتو

بررسی سطوح پرحفره‌‌ی این اجرام منجر به این نتیجه‌‌گیری شده است که احتمالا حفره‌‌های کوچکتر در اثر فعالیت‌‌های بازسازی سطح سیارات (نظیر فوران مایعات منجمد) طی چهار میلیارد سال گذشته به‌‌مرور از سطح اجرام محو شده‌‌اند. این امر این حدس را تقویت می‌‌کند که نمی‌‌توان برای محاسبه‌‌ی تعداد اجرام کوچکتر، بر شمارش تعداد حفره‌‌های کوچک ایجادشده تکیه کرد؛ بنابراین احتمالا ما با یک کسری قابل‌‌توجه در تعداد اجرام با ابعاد تقریبی ۱ الی ۲ کیلومتر واقع در کمربند کویپر مواجه هستیم.

برخورد و ادغام

زمانی‌که این پژوهشگران به رهبری کِسلی سینگر از مؤسسه‌‌ی تحقیقات ساوث‌وست در بولدر از کلرادو در حال نگارش این مقاله بودند، هنوز کسی نتوانسته بود هیچکدام از اجرام مستقر در کمربند کویپر را با جزئیات رصد کند. بااین‌حال، مأموریت نیو هورایزنز اخیرا موفق شده تصویری از یک شی ۳۰ کیلومتری با نام 2014 MU₆₉  (یا نام مستعار آلتیما تولی) را در اول ژانویه سال جاری ثبت و به زمین مخابره کند.

آلتیما تولی که گاهی اوقات با عنوان «آدم برفی» نیز توصیف می‌‌شود، جرمی دوقلو است که احتمال قریب‌‌به‌‌یقین از برخورد آرام دو جرم فضایی گِرد حاصل شده است. این برخورد به‌‌حدی آرام بوده است که گویا هیچکدام از آن‌‌ها طی برخورد به‌‌طور کامل دفرمه نشده‌‌اند. اگر به قُل بزرگ‌تر این جرم دوقلو نگاهی بیندازید، می‌‌توانید آثاری از این واقعیت ببینید که دو جرم چگونه با قدرت کافی به یکدیگر برخورد کرده‌‌ و ادغام شده‌اند؛ اما این برخورد آنچنان شدید نبوده است که دو جرم را کاملا متلاشی کند.

آلتیما تولی، جرم دوقلوی رصدشده در مأموریت New Horizons که درازای آن به حدود ۳۰ کیلومتر می‌‌رسد

این تصاویر، علاوه‌‌بر ارائه‌‌ی اطلاعاتی مبنی‌‌بر نحوه‌‌ی برخورد، می‌تواند بینشی عمیق‌‌تر نسبت به فرآیندهایی ایجاد کند که طی آن اجرام کوچکتر موجود در کمربند کویپر ناپدید شده‌‌اند؛ اجرامی که به‌‌نظر می‌‌رسد زمانی مسئول ایجاد حفره‌‌های کوچکتر ایجاد‌‌شده روی سطح پلوتو و کارون بوده‌‌اند.

این فقدان در تعداد اجرام کوچک مشاهده‌‌شده در کمربند کویپر می‌‌تواند ناشی از این واقعیت باشد که این اجرام طی برخورد (به‌‌جای خردایش) ممکن است به‌‌گونه ای مشابه با وضعیت آلتیما تولی با یکدیگر ادغام شده باشند.

نمایی از جزئیات سطح منطقه‌‌ی Planitia Vulcan روی قمر کارون که در آن تعداد حفره‌‌های کوچک مشاهده‌‌شده با کسری مواجه است

هرچه فاصله‌‌ از خورشید بیشتر باشد، سرعت مداری اجرام درحال گردش نیز کمتر خواهد بود. بنابراین باید انتظار داشت که برخوردهای رخ‌‌داده در کمربند کویپر نسبت به برخوردهای درون‌‌منظومه‌‌ای از شدت و خشونت کمتری برخوردار باشند. اما برای آنکه این رویدادهای ادغام میان اجرام کمربندی توجیه‌‌پذیر باشد، نیاز است که یخ‌‌های تشکیل‌‌دهنده‌‌ی جرم این سیارات از شکنندگی کمتری نسبت‌‌به آنچه پیش‌‌تر انتظار می‌‌رفت، برخوردار باشند. درهرحال، چنین اطلاعاتی برای دانشمندان اهمیت بسیار بالایی دارند. چراکه این توده‌‌ها از همان مواد اولیه‌‌ی تشکیل‌‌دهنده‌‌ی منظومه‌‌ی شمسی ساخته شده‌‌اند و شناخت آن‌‌ها کمک شایانی به نحوه‌‌ی پیدایش و تکامل این سیستم خواهد کرد.