منظومه شمسی

منظومه شمسی ما نمونه‌ای بسیار جذاب از پیشرفت فوق العاده سریع نجوم مدرن است و نمونه های جالبی را از مهمترین پارامترهای فیزیکی بدست می دهد. ساخت رصدخانه ملی به ما این امکان را می دهد که به بخشی از پرسش های مهمی که مدت هاست در رابطه با پیدایش منظومه شمسی، شناخت لایه های بالایی جو سیاره ها، فیزیک غول های گازی و یخی و همچنین تاریخچه پیچیده دینامیکی سیارک ها و اجرام کمربند کوییپر مطرح است پاسخ دهیم.

در یک نگاه جامع، منظومه سیاره ای ما بخش بسیار کوچکی از کهکشان ما را دربرمی گیرد که اتفاقاً خودش هم کهکشان نسبتاً معمولی ای است. با این وجود وقتی با دید یک سیستم پیوسته سیاره ای به آن نگاه کنیم، با نمونه های موجود در آن می توان بر روی تعدادی از پارامترهای بسیار مهم فیزیکی قید گذاشت. این از آن روست که منظومه شمسی حاوی اجرامی است که متشکل از موادی هستند که از ابتدای شکل گیری خورشید تا کنون به نسبت دست نخورده باقی مانده اند. البته تعداد زیادی از اجرام هم وجود دارند که از ابتدای پیدایششان تا کنون تحول زیادی هم داشته اند و این روند هنوز هم ادامه دارد. برخی از اعضای این منظومه تحت تشعشعات قوی خورشید قرار دارند در حالیکه این تابش به جمع دیگری از اعضای این سیستم تقریباً اصلا نمی رسد. خیلی از اجرام تحت تأثیر اعضای دیگر سیستم هستند اما تعداد زیادی هم تنها از خورشید اثر می پذیرند.

منظومه ما

پرسش های بسیار جذابی درباره منظومه شمسی وجود دارند که هنوز به آن ها پاسخی داده نشده است. مثلاً آیا منظومه شمسی ما یک منظومه معمولی در میان میلیاردها منظومه ستاره ای دیگر در کهکشان خودمان است یا اینکه دارای مشخصات منحصر به فردی است؟ یکی از مطالب جالب در مقوله مطالعات منظومه شمسی وضعیت دینامیکی و تحول سیارات است که با وجود اینکه سال هاست دانشمندان در حال مطالعه بر روی آن هستند،‌ هنوز یک مدل توضیحی با پشتیبانی گسترده و قابل اعتماد برای آن ارائه نشده است. مدلی که در حال حاضر بیشترین مقبولیت را دارد مدل (نیس) است که البته متخصصان پیدایش و تحول سیارات ایرادهای مهمی را به آن وارد می دانند خصوصاً در رابطه با قمرهای سیارات غول و اجرام کمربند کویپر. یکی از عناصر کلیدی مدل نیس تصور یک پیکربندی فشرده برای پراکنده کردن ابتدایی دیسک است و همین طور در سالها بعد مهاجرت سیارات بزرگ به سمت بیرون منظومه شمسی تا اینکه در نهایت به محل فعلی شان برسند.

این تصویر از سیاره زهره که با رنگ‌های غیرواقعی به تصویر کشیده شده با استفاده از فضاپیمای ژاپنی Akatsuki گرفته شده است. یکی از اهداف این فضاپیما اندازه گیری گرمای جو سیاره در سمت شبش است. Image credit: JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic

سیارات از عطارد تا زهره

اغلب تصور می شود که چهار سیاره درونی مسیر مشترکی را در تاریخچه شکل گیری و تکامل اولیه خود پشت سر گذاشته اند. سیارات داخلی عطارد، زهره و مریخ به عنوان هدف برای ابزار دقیق فضایی و همین طور مطالعه در محل مناسب هستند. با این وجود INO340 هنوز هم می تواند کمک های قابل توجهی را در مطالعه این اجرام انجام دهد. این موارد شامل مطالعه جو این سیارات می شود. در مورد زهره مطالعه بخش های مختلف و خاص جوی آن بسیار جذاب است که برای آن لازم است مطالعه بلند مدت انجام شود. در مورد مریخ اولین با مطالعاتی است که به دنبال بخار آب در جو آن بگردند اما در کل مطالعه عوارض سطحی مریخ هم بسیار قابل توجه است.

مشتری تا نپتون

بدست آوردن شناخت دقیق تری از سیارات گازی منظومه شمسی تا حد زیادی نیاز به مأموریت های فضایی دارد. با این وجود رصدهای زمینی هنوز اطلاعات بسیار زیادی را می توانند در اختیار بگذارند و این به دلیل ماهیت متغیر پدیده هایی است که بر روی سطح این سیارات رخ می دهند و البته این حقیقت که زمانی که مأموریت های فضایی می توانند به آن ها اختصاص دهند خیلی کوتاه است. از طرف دیگر این نوع مطالعات عموماً در محدوده های خاص طیفی قابل دسترس هستند.

یکی دیگر از مسائلی که در مورد سیارات گازی نیاز به کار دارد بحث شکل مدار آن هاست. آن چه که از مدل های پذیرفته شده شکل گیری سیارات بدست می آید این است که بیشتر آن ها این سیارات را در مدارهای هم صفحه و دایروی بوجود می آورند. در واقعیت اما رفتار مداری غول های گازی پیچیده تر است. مدار آن ها خروج از مرکز و همین طور تمایل مداری قابل توجهی دارد.

این ممکن است بخاطر عبور مشتری و زحل از رزنانس ۱:۲ شان باشد (Tsiganis et al. 2005) که در اثر مهاجرت آن ها و برهم کنش شان با سیارک ها و دنباله دارها پدید آمده است. از طرفی مهاجرت سیاره ای می تواند عاملی باشد که وجود سیارک های تروژان را توضیح دهد و هم چنین باران شدید سیارک و دنباله دارها که در مقطعی تمام منظومه شمسی را تحت تأثیر قرار دادند (Hahn, 2005).

در هر حال مشتری و زحل نه تنها به خودی خود جذاب هستند بلکه اثر آن ها بر روی دیگر اجرام کاملاً واضح است. آن ها بخاطر داشتن جرم زیاد و مکان شان در منظومه شمسی در واقع کلید پاسخ بسیاری از سؤالات درباره تحول ساختاری و سینماتیکی منظومه ها هستند. یکی از مشکلاتی که بر سر راه این دسته از مطالعات قرار دارد این است که اطلاعات موجود در این زمینه بیشتر کیفی هستند تا کمی. از طرفی شواهدی وجود دارد که غول های گازی تأثیر قابل توجهی نیز بر روی خود خورشید دارند، مثلاً دوره پدیده های تکرار شونده سطح خورشید (Gerasimov and Mushailov, 2002).

قطب جنوب سیاره مشتری از نگاه فضاپیمای جونو. Image credit: NASA

واضح است که هم برای مشتری و هم برای زحل ملزومات مهمی برای انجام رصدهای طولانی مدت وجود دارد. بسیار مهم است که این رصدها به اندازه کافی گسترده و تکرار شونده باشند. بعلاوه هم تصویربرداری با کیفیت زیر ثانیه قوس لازم است و هم طیف نگاری در توان تفکیک های مختلف (نه فقط بالا) لازم است.

این نوع رصدها برای سیارات اورانوس و نپتون هم به دلیل وجود جریان های سطحی و همچنین حرکت لایه های مختلف ابر مهم هستند. نکته مهم برای ارزشمند بودن این رصدها طولانی مدت بودن و تکرار شدن آن هاست. برای رصد این سیارات نیز نورسنجی و تصویربرداری با دقت کمتر از ثانیه قوس و همچنین طیف نگاری وسیع لازم است.

سیارک ها

سیارک ها اهداف بسیار مهمی برای مطالعات تحول کل سیستم منظومه شمسی و هم چنین تک تک اعضای آن هستند. در فازهای تکاملی بین آن دسته از سیارات و قمرهای معمول و از سوی دیگر اجرام کمربند کویپر، سیارک ها برای درک ما از سناریوی تکاملی منظومه شمسی اهمیت فوق العاده ای دارند. بسیاری از مطالعات انجام شده بر روی سیارک ها توسط تلسکوپ های با اندازه متوسط انجام شده اند. اما برای شناخت دقیق سیارک ها و فهم طبیعت آن ها و همچنین نقش آن ها در جریان تحول منظومه شمسی رصدهای دقیق تر، سیستماتیک تر و طولانی تری لازم است.

رصدخانه ملی ایران می تواند نقش بسیار مهمی را در بخش رصدهای لازم در زمینه سیارک ها بازی کند. شاهد این مسئله نتایج بسیار ارزشمندی است که تلسکوپ اسلون با دهانه ۲/۵ متری در زمینه سیارک ها انجام داده است (Parker 2008).

اجرام کمربند کویپر

تا کنون کارهای زیادی برای فهم فرایند شکل گیری، ساختار و دینامیک کمربند کویپر انجام شده است. از آنجایی که اجرام کمربند کویپر در فاصله خیلی دوری از خورشید واقع شده اند،‌ عموماً در مراحل اولیه تحول شان قرار دارند. بعلاوه اکثر آن ها از عواملی که روی سیارات اصلی و سیارک ها تأثیر گذاشته اند با دقت خوبی به دور بوده اند و از این رو اطلاعات مهمی را درباره شرایط فیزیکی و فرایندهایی که حدود مرزی و فازهای تحولی اولیه منظومه شمسی را تعریف می کنند دارا هستند.

مسلماً شناخت ما درباره ساختار، سینماتیک و مشخصات کلی کمربند کویپر هنوز خیلی محدود است. برای انجام مطالعات دقیق تر نیاز به یکسری ملزومات اولیه است. اول از همه اینکه ما باید تعداد بسیار زیادتری از اجرام کمربند کویپر را به طور یکتا شناسایی و آشکار کنیم. دوم، نیاز است تا بر روی اجرامی که تا کنون کشف شده اند رصدهای بسیار بیشتری انجام شود تا پارامترهای فیزیکی آن ها را بدست آوریم. سوم، برای آنالیز دسته های مختلف اجرام کمربند کویپر اطلاعات بیشتری لازم است. بعلاوه تخمین های جدیدی از جرم کل این کمربند مورد نیاز است. در نهایت، در مورد کمربند کویپر ما هنوز با پرسش های اساسی ای روبه رو هستیم که آن را با تحول ابتدایی منظومه شمسی مرتبط می کند.