عثر علماء الفيزياء الفلكية على آثار للعملاق الجليدي الثالث في تاريخ الكواكب

هناك عملاقان جليديان معروفان في النظام الشمسي اليوم: أورانوس ونبتون. ومع ذلك، دراسة حديثة نشرت في المجلة إيكاروسيعترف بوجود كائن آخر مماثل في الماضي. ووفقًا لحسابات المؤلفين، كان من الممكن أن يُطرد مثل هذا الكوكب من النظام منذ مليارات السنين، لكنه تمكن قبل ذلك من التأثير بشكل كبير على ديناميكيات المناطق الخارجية للنظام الشمسي.

نحن نتحدث عن الفترة التي أعقبت تكوين الكواكب مباشرة، منذ حوالي 4 إلى 4.5 مليار سنة، عندما لم يكن النظام مستقرًا بعد.

النموذج الجميل وعصر فوضى الجاذبية

وفقا لنموذج نيس، شهد النظام الشمسي الخارجي مرحلة ما يسمى بعدم الاستقرار الديناميكي. خلال هذه الفترة، يمكن أن تتغير مدارات كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون بشكل حاد، ويمكن للكواكب نفسها أن تقترب بشكل متكرر من بعضها البعض على مسافات صغيرة نسبيًا وفقًا للمعايير الكونية.

وكانت مثل هذه الأساليب مصحوبة بتفاعلات جاذبية قوية، أعادت توزيع الطاقة والزخم الزاوي للنظام. ونتيجة لذلك، احتلت الكواكب تدريجيًا مواقعها المدارية الحديثة، لكن هذه العملية كانت فوضوية للغاية ومن المحتمل أن تكون مدمرة لأنظمة الأقمار الصناعية.

التحدي الخاص الذي يواجه النماذج هو شرح كيف تمكنت أقمار المشتري وأورانوس من النجاة من مثل هذا “الاضطراب” الجاذبي الشديد.

محاكاة الكمبيوتر للنظام الشمسي المبكر

ولاختبار السيناريوهات، قام الباحثون بتحليل 122 نموذجًا رقميًا تم اختيارها بعناية من بين آلاف عمليات المحاكاة. أعادت هذه النماذج إنتاج البنية الحديثة للنظام الشمسي الخارجي بشكل أفضل، وأخذت في الاعتبار المعلمات المرصودة لمدارات الكواكب وأقمارها الصناعية.

تم إجراء الحسابات باستخدام برامج تحاكي تفاعلات الجاذبية بين الكواكب والأقمار الصناعية والشمس والأجسام الصغيرة العابرة. وصلت المقاييس الزمنية لعمليات المحاكاة إلى ملايين السنين، مما جعل من الممكن تتبع تطور النظام على المدى الطويل.

تم النظر في سيناريوهات الكواكب العملاقة الخمسة والستة بشكل منفصل. قدمت بعض النماذج كوكبًا إضافيًا، والذي يمكن طرده لاحقًا من النظام نتيجة لتفاعلات الجاذبية مع كوكب المشتري أو زحل.

النهج الحاد ومصير الأقمار الصناعية

وأظهرت النتائج أن استقرار أنظمة الأقمار الصناعية لكوكب المشتري وأورانوس في مثل هذه الظروف منخفض للغاية. وفقا للمؤلفين:

“وجدنا أن احتمال بقاء النظامين القمريين للمشتري وأورانوس أقل من 15%”.

في معظم السيناريوهات، أدى التحليق القريب للكواكب العملاقة إلى اضطرابات قوية في مدارات الأقمار الصناعية، وزعزعة استقرارها واصطداماتها اللاحقة. كان نظام أورانوس ضعيفًا بشكل خاص، حيث لم تكن تأثيرات الجاذبية قادرة على تدمير المدارات فحسب، بل تسببت أيضًا في سلسلة من الاصطدامات بين الأقمار الصناعية نفسها.

وفي بعض النماذج، لم تغادر الأقمار المدمرة النظام، بل شكلت سحبا كثيفة من الحطام الجليدي. يتم إعادة تراكم هذه الأجزاء تدريجيًا، أي أنها تلتصق ببعضها البعض تحت تأثير جاذبيتها الخاصة، وتشكل أقمارًا صناعية جديدة.

الأصول المحتملة للأقمار الفردية

ويعتقد الباحثون أن أحد التفسيرات المحتملة لهذه الديناميكيات هو أصل بعض أقمار أورانوس، بما في ذلك ميراندا. قد تكون تضاريسها وبنيتها غير العادية ناتجة عن إعادة التجميع من المواد المجزأة بعد التأثيرات الكارثية القديمة.

تظهر النماذج أيضًا أن أقمار أورانوس ربما شهدت فترتين رئيسيتين على الأقل من الاضطراب:

• أثناء التغيير في ميل محور الكوكب، ربما بسبب تأثير الجاذبية القوي؛
• خلال مرحلة عدم الاستقرار العام لمدارات الكواكب العملاقة.

كان من الممكن أن تحدث هذه الأحداث بشكل منفصل وبكثافة مختلفة، مما يزيد من تعقيد عملية إعادة بناء تاريخ النظام.

ويشير المؤلفون إلى أن هناك حاجة إلى مزيد من بيانات النمذجة والرصد لتوضيح دور العملاق الجليدي الثالث المحتمل وتاريخ الأقمار الصناعية.