جستجوی تروجان‌های مشتری می‌تواند منشأ آشفته منظومه شمسی را آشکار کند

صفحات خورشیدی لوسی به عرض 7 متر برای جمع‌آوری نور کم موجود در مدار مشتری مورد نیاز است. LOCKHEED MARTIN

مشتری یک قلدر سیاره‌ای است که با کشش گرانشی بزرگ خود اجسام دیگر را کنار می‌زند. اما دو خوشه سیارکی قبل و پس از مشتری در فاصله‌ای قابل احترام، مانند بچه‌های ترسیده، با کشش غول گازی و خورشید در یک مکان ثابت نگهداری می‌شوند. ستاره‌شناسان مدتهاست از این سنگ‌ها که تروجان نامیده می‌شوند، سردرگم شده‌اند که از اجسام موجود در کمربند اصلی سیارک‌ها بسیار متفاوت هستند و در عجیب‌ترین نقاط، 374 میلیون کیلومتر جلو و پشت مشتری مستقر شده‌اند.

در حال حاضر، یک ماموریت روباتیک 981 میلیون دلاری ناسا به نام لوسی که در 16 اکتبر از کیپ کاناورال، فلوریدا پرتاب می‌شود، شش مورد از این تروجان‌ها را کشف می‌کند. لوسی–که از فسیل معروف نیاکان انسان نامگذاری شده است-در طول یک تور 12 ساله آزمایش می‌کند که آیا تروجان‌ها خود فسیل‌های منظومه شمسی اولیه هستند که در طول آشفتگی گرانشی از مناطق سردتر به دور نپتون کشیده شده‌اند. جزئیات سطوح، اشکال و ترکیب تروجان‌ها می‌تواند نه تنها در مورد چگونگی وقوع این آشفتگی باستانی، بلکه در زمان آن نیز بیان شود. هال لوویسون، محقق اصلی لوسی (PI) در موسسه تحقیقاتی Southwest (SwRI) در بولدر، کلرادو،  آنها را به سرنخ هایی در رمز و راز قتل تشبیه می‌کند. “گاهی اوقات پاشیدن خون روی دیوارها می‌تواند بیشتر از خون روی جنازه به شما بگوید. [سیارک‌ها] واقعاً خون پاشیده شده روی دیوارها هستند. “

دهه‌ها پیش، محققان تشکیل سیاره‌ها را به عنوان یک امر معمولی تصور کردند، در حالی که مشتری و تروجان‌ها در نزدیکی محل فعلی خود از دیسک گاز و گرد و غبار خورشید احاطه شده‌اند. اما تلسکوپ‌ها نشان داده‌اند که تروجان‌ها از نظر رنگ یکنواخت نیستند، همانطور که انتظار می‌رفت اگر از همان مواد اولیه محلی تشکیل شوند و بجای نشستن کامل در صفحه دیسک سیاره، همانطور که مدل قبلی پیش‌بینی کرده بود، مدارهای آنها کمی متمایل است.

در سال 2005، لوویسون و دیگران با استفاده از شبیه‌سازی‌های‌رایانه ای در مورد نحوه برخورد سیارات تازه متولد شده، پیشنهاد کردند که تروجان‌ها میراثی از آشفتگی اولیه منظومه شمسی بودند. طبق یک مدل گاز دیسک پیش سیاره‌ای در ابتدا تأثیرات کشش گرانشی غول های گازی را کاهش داده و آنها را در مدارهای پایدار بسیار نزدیکتر از امروز نگه داشته است. هنگامی که گاز از بین رفت، هرج و مرج شروع شد و مشتری را به سمت داخل پیش رفت و غول‌های دیگر را به بیرون پرتاب کرد. پلوتو و دیگر اجسام یخی دور حتی دورتر به منطقه‌ای که کمربند کویپر نامیده می‌شود، منطقه‌ای فراتر از نپتون، پرتاب شد. اما این مدل همچنین پیش بینی می‌کند که برخی از این اجسام یخی در عوض به داخل پراکنده شده و توسط مشتری به عنوانصورت تروجان اسیر شده‌اند.

پس از پرتاب این ماه، لوسی دو پرواز زمینی را انجام می‌دهد و سپس در چهار هدف اولیه تروا در سالهای 2027–28 بازدید می‌کند. پس از عبور مجدد از زمین، در سال 2033 از یک جفت تروجان دیدن می‌کند.

موسسه تحقیقات جنوب شرقی، اقتباس شده توسط N. DESAI/SCIENCE

مایک براون، ستاره‌شناس در موسسه فناوری کالیفرنیا و عضو تیم لوسی می‌گوید، اگرچه ایده بی‌ثباتی می‌تواند توضیحات زیادی بدهد، اما به طور مشاهده‌ای آزمایش نشده است. براون می‌گوید: “تروجان‌ها جایی هستند که این آزمایشهای مشخص وجود دارد.” اگر آنها ترکیب یکسانی با اجسام کمربند کوئیپر داشته باشند، “هیچ راهی وجود ندارد که منظومه شمسی بدون بی‌ثباتی پویا کنار هم قرار گیرد.”

برای نگاه دقیق، لوسی به مدت 6 سال سفر می‌کند و دو پرواز زمینی را برای افزایش سرعت قبل از رسیدن به گروه پیشرو تروجان‌ها در سال 2027 انجام می‌دهد. دو آرایه خورشیدی دایره‌ای به فضاپیما نیرو می‌بخشد که هرکدام 7 متر طول دارد تا نور کم موجود را جمع‌آوری کند. مدار مشتری-دورتر از هرگونه ماموریت دیگر برای استفاده از نیروی خورشیدی می‌باشد.

اولین هدف لوسی حتی برای تروجان‌ها عجیب خواهد بود: Eurybates به عرض 64 کیلومتر و ماهواره کوچک آن که از دور شبیه سیارک‌های تاریک و غنی از کربن هستند که در کمربند اصلی سیارک‌ها یافت می‌شوند. در عرض 1 سال، از کنار پولیمیل، لکوس و اوروس عبور می‌کند که شبیه به اجسام یخی کمربند کوئیپر هستند. در مرحله بعد، لوسی قبل از بازگشت به تروجان‌های پشت سر، برای سومین کمک گرانشی از کنار زمین عبور می‌کند. در سال 2033، پاتروکلوس و منوئتیوس، سیارک‌هایی به عرض 100 کیلومتر که به دور یکدیگر می‌چرخند، مورد بررسی قرار می‌دهد. کاتی اولکین، نماینده SwRI ، معاون PI ماموریت می‌گوید، دوتایی‌ها در کمربند سیارک‌ها عجیب هستند “آیا ممکن است جفتی را از کمربند کوئیپر گرفته شده باشد؟”

اولین کار تعیین این نکته است که آیا تروجان‌ها دارای موادی هستند که فقط در گرگ و میش سرد منظومه شمسی بیرونی شکل می‌گیرند، مانند شکل شیشه‌ای یخ آب که فاقد ساختار بلوری است. براون همچنین می‌خواهد رنگ مایل به قرمز تروجان‌ها را درک کند، نسخه‌ای ملایم از رنگی که در بسیاری از اشیاء کمربند کوییپر دیده می‌شود. بهترین حدس براون برای منبع این قرمزی سولفید هیدروژن است که در اثر تابش اشعه کیهانی یا منابع دیگر قرمز می‌شود، اما در صورت نزدیک شدن بیش از حد به خورشید نیز می‌تواند تبخیر شود. براون می‌گوید برخی اجسام کمربند کوییپر در مدارهای کشیده که آنها را به خورشید نزدیک می‌کند “بسیار شبیه تروجان‌ها هستند”.

وظیفه دیگر شمارش تعداد و اندازه دهانه‌ها در سطوح تروا و مقایسه آنها با مواردی است که در ماه پلوتو در شارون و آروکوت، اجسام کمربند کوپر در ماموریت افق‌های نو در 2015 و 2019 مشاهده شده است. لوویسون می گوید توزیع مشابه نشان می‌دهد که آنها در زمانی که تروجان‌ها از سرزمین دور خود جدا شده‌اند، همان نقطه و تفاوت‌های کوچک می‌تواند آشکار شود. دانشمندان زمانی تصور می‌کردند که بی‌ثباتی منظومه شمسی را 700 میلیون سال پس از شکل‌گیری آن متزلزل کرد، اما برخی اکنون تصور می‌کنند که این اتفاق می‌تواند تنها پس از 100 میلیون سال یا حتی زودتر رخ دهد (ساینس، 24 ژانویه 2020، ص 350).

تروجان‌ها همچنین ممکن است سرنخ‌هایی را در مورد زمانهای قبلی، زمانی که سیارات از گاز و غبار اولیه به هم پیوسته‌اند، ارائه دهند. شکل لبه‌دار آروکوت با مدلی مطابقت دارد که نشان می‌دهد عناصر سیاره‌ای هنگامی تشکیل شده‌اند که ابرهای سنگریزه در دیسک گازها فرو ریخته و توده‌هایی به اندازه شهر ایجاد کرده است. آنگاه ممکن است با دیگران ادغام شده و به تدریج به ساختارهای بزرگتری تبدیل شوند. به گفته جسیکا سانشاین، دانشمند سیاره‌ای در دانشگاه مریلند، کالج پارک، اگر تروجان‌ها به همین شکل توپر باشند، این امر می‌تواند نشانه‌ای باشد که فروپاشی ابر روش استاندارد برای جمع‌آوری سیاره‌های کوچک است. مجاورت نسبی تروجان‌ها-فقط یک ششم خورشید و کمربند کوییپر-آنها را به یک هدف آماده برای اکتشافات بیشتر، از جمله توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا تبدیل می کند که اواخر امسال پرتاب می‌شود.

منبع:

Tour of Jupiter’s Trojans could reveal Solar System’s chaotic origin

BYPAUL VOOSEN

https://www.science.org/content/article/tour-jupiter-s-trojans-could-reveal-solar-system-s-chaotic-origin