لسنوات عديدة، اشتبه علماء الفلك في أن نظامنا الشمسي ربما فقد عالمًا واحدًا على الأقل في مرحلة ما من تاريخه الممتد لـ 4.5 مليار سنة. والآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن أقمار كوكب المشتري وأورانوس قد تشير بالفعل إلى أن جوارنا الكوكبي كان به في السابق عملاق جليدي ثالث.
أظهرت الأدلة أنه منذ ما بين 3 إلى 4 مليارات سنة، كان النظام الشمسيمن المحتمل أن تكون أكبر الكواكب تدور بالقرب من كوكب الأرض الشمس (وبعضهم لبعض) مما يفعلون اليوم. ويُقترح أيضًا أن كواكبنا الأربعة العملاقة — كوكب المشتري, أورانوس, زحل و نبتون – تحولت تدريجيًا إلى مداراتها الحالية بسبب سلسلة من التفاعلات مع بعضها البعض جاذبية.
مع أخذ هذا في الاعتبار، أجرى الباحثون بعض عمليات المحاكاة لاستكشاف كيف أن كل هذا التدافع على الموقع قد يؤثر على أقمار كوكب المشتري وأورانوس على وجه الخصوص – وتشير النتائج إلى أن أقمار هذين الكوكبين لم تنجو من ذلك الوقت المضطرب إلا بسبب كوكب عملاق لم ينج.
التاريخ المحتمل للنظام الشمسي
أجرى كليمنت وزملاؤه عمليات محاكاة حاسوبية لـ 122 نسخة محتملة للنظام الشمسي الخارجي المبكر، باستخدام مجموعات بداية مختلفة من الكواكب وسيناريوهات مختلفة لأنماط الهجرة في العالم. لقد قاموا بتشغيل كل نسخة محاكاة لتاريخ النظام الشمسي عدة مرات، مع ملاحظة الإصدارات التي من المرجح أن تنتج شيئًا يشبه النظام الشمسي الخارجي كما نعرفه اليوم. وعلى وجه الخصوص، اهتم الباحثون بأقمار العملاق الغازي المشتري وعملاق الجليد أورانوس.
كتب كليمنت وزملاؤه في ورقتهم البحثية الأخيرة: “يُعتقد أن لقاءات الكواكب، و(التغيرات في المدار) الناتجة عنها، لعبت دورًا رئيسيًا في نحت العديد من مجموعات الأجسام الصغيرة في جميع أنحاء النظام الشمسي”.
وبحثت فرق أخرى من علماء الفلك عن أدلة حول تحركات الكواكب العملاقة في مداراتها الكويكبات وغيرها من الأجسام الصغيرة، ودراستها مثل آثار الأقدام لإعادة بناء كيفية دفعها أو سحبها إلى مداراتها الحالية بسبب جاذبية الكواكب العملاقة أثناء تحركها. تقدم أقمار المشتري وأورانوس مجموعة جيدة بشكل خاص من الأدلة، لأنه من المحتمل أنهما كانا بشكل أو بآخر في مداراتهما الحالية حول كواكبهما خلال معظم تاريخ نظامنا الشمسي. توجد أقمار المشتري في سلسلة من الرنين المداري التي لا يمكن أن تتشكل إلا من خلال شد الأقمار لبعضها البعض بلطف أثناء مرورها على مدى فترة طويلة من الزمن، وتشير سجلات الحفر أيضًا إلى أن أقمار المشتري قديمة جدًا.
نحن نعيش في نظام شمسي غير متوقع
وكما تبين، فإن كوكبي المشتري وأورانوس محظوظان بوجود حاشيتهما من الأقمار على الإطلاق.
تمكنت أقمار المشتري من اجتياز عصر العمالقة المهاجرين فقط في أقل من 15% من عمليات المحاكاة؛ نجت أقمار أورانوس في حوالي 9٪ فقط من الوقت.
في الواقع، السيناريوهات التي نجحت بشكل جيد بالنسبة لمجموعة واحدة من الأقمار كانت تميل إلى أن تكون سيئة بالنسبة للمجموعة الأخرى: كانت لأقمار المشتري فرص أفضل في عمليات المحاكاة التي بدأت مع اثنين من عمالقة الجليد الإضافية، في حين نجت أقمار أورانوس في كثير من الأحيان عندما كان هناك عملاق جليدي واحد، ولكن أكبر. إن احتمال بقاء قمري العملاقين على قيد الحياة بنفس السيناريو هو حوالي 1٪ فقط.
وجد كليمنت وزملاؤه سيناريوهين فقط لبقاء قمري الكوكبين على قيد الحياة، وكلاهما تضمن عملاقًا جليديًا إضافيًا في البداية.
وكتب كليمنت وزملاؤه: “إن النظام الشمسي هو نتيجة لتطور عدم استقرار غير محتمل إلى حد ما”. بمعنى آخر، تصور الدكتور سترينج وهو يرفع إصبعين بشكل متجهم أثناء مشهد ساحة المعركة هذا المنتقمون: حرب إنفينيتي.
العملاق الجليدي السري المفقود منذ زمن طويل لنظامنا الشمسي
في السيناريو الأكثر ترجيحًا، يبدأ النظام الشمسي بخمسة كواكب عملاقة: الأربعة الكبار التي نعرفها ونحبها اليوم، بالإضافة إلى عملاق جليدي إضافي – وهو نوع من الكواكب العملاقة. بيت بيست من الكواكب. في وقت ما خلال المليار سنة الأولى من عمر النظام الشمسي أو نحو ذلك، فإن هجرة المشتري تجعله على بعد حوالي 4.3 مليون ميل (7 ملايين كيلومتر) من العملاق الجليدي سيئ الحظ، مما يمنح الأخير ما يكفي من الجاذبية لتحقيق سرعة الهروب. من المحتمل أن هذا العملاق الجليدي المفقود منذ فترة طويلة لا يزال ينجرف في مكان ما في الفضاء بين النجوم، باردًا ووحيدًا.
إن طرد العملاق الجليدي من النظام الشمسي ليس هو الشيء الذي أنقذ أقمار المشتري وأورانوس من مصير مماثل. لكن حقيقة وجود العملاق الجليدي هناك في المقام الأول غيرت مسار هجرة الكواكب الأربعة الأخرى بما يكفي لتجنيب أورانوس أكثر من احتكاك معتدل مع جاذبية عالم عملاق آخر – وأبقى فترة الهجرة تلك أقصر مما كان يمكن أن تكون عليه.
كان لقاء المشتري الوثيق مع العملاق الجليدي المفقود منذ فترة طويلة كافياً لتحريك مدارات أقماره قليلاً، وتعطيل تلك السلسلة الأنيقة من الأصداء المدارية، ولكن ليس بما يكفي لجعلها تصطدم ببعضها البعض أو تقذفها إلى الفضاء بين الكواكب (ويجادل كليمنت وزملاؤه بأنه كان ينبغي أن يكون لديهم الوقت للتململ تدريجياً مرة أخرى إلى أصداءهم). وفي الوقت نفسه، من المحتمل أن يكون أورانوس وأقماره قد تعرضوا لهزتين كبيرتين على الأقل: أحدهما عندما اصطدم شيء كبير بالكوكب وطرحه على جانبه، ومرة أخرى أثناء هجرة الكواكب العملاقة. ولكن على الرغم من أن كلا الحادثين ربما تسببا في بعض الاصطدامات الدراماتيكية بين الأقمار، إلا أنهما لم يكونا قويين بما يكفي لتدمير الأنظمة بالكامل.
ربما لن نعرف التفاصيل أبداً
خلال عمليات المحاكاة، اختبر كليمنت وزملاؤه عدة أشياء، مثل عدد وكتلة الكواكب العملاقة في النظام الشمسي، ومداراتها الأولية، والكتلة الإجمالية للأجسام الموجودة في حزام كويبر – ولكن “المعلمة المتنوعة الأكثر صلة هي الرقم الأولي للعملاق الجليدي”، كما كتبوا.
ومع ذلك، لاحظ كليمنت وزملاؤه أن عمليات محاكاة ما يسمى بـ “النموذج الجميل” الذي عملوا معه هي محاكاة عشوائية، مما يعني أن هناك عنصرًا من العشوائية متضمنًا في ما يحدث بمجرد أن تبدأ الأشياء المتحركة في التفاعل. وهذا يعني أنه من المحتمل جدًا ألا تقوم أي من عمليات المحاكاة التي أجراها بإعادة إنشاء ما حدث بالضبط، بل مجرد الفكرة العامة.
وكتب الباحثون: “من المحتمل جدًا ألا تحتوي أي من حالات عدم الاستقرار النموذجية في الأدبيات على التسلسل الدقيق للمواجهات اللازمة لإعادة إنتاج جميع جوانب النظام الشمسي بدقة”. لكن المحاكاة هي تلميح قوي حول الخطوط العريضة، مثل وجود كوكب آخر بالكامل، مفقود الآن في الفراغ.
نشر عالم الكواكب في جامعة جونز هوبكنز ماثيو كليمنت وزملاؤه أعمالهم في مجلة ايكاروس.
المصدر الأصلي: www.space.com
