سیاره کوتوله

سیاره کوتوله چیست؟

به چه اجرامی سیاره کوتوله گفته می‌شود؟ چه خصوصیاتی دارد و چه ویژگی‌ها با خود یدک می‌کشد؟ این مطلبی است که سعی دارد تا توضیح نسبتا کاملی راجع به آن بدهد.سیاره کوتوله به جرمی آسمانی گفته می‌شود که فاقد اندازه کافی برای سیاره بودن است و در عین حال آنقدر هم کوچک نیست که رده اجرام کوچکی مثل دنباله‌دارها گنجانده شود.

ویکی‌پدیا در تعریف سیاره کوتوله می‌نویسد؛ این تعبیر خاصی است که اتحادیه بین‌المللی اخترشناسی (International Astronomical Union) که مرجع رسمی برای نوآوردن زبان‌زدها و واژه‌های مربوط به اخترشناسی است به جرمی آسمانی اطلاق کرده که در منظومه خورشیدی دارای ۴ ویژگی زیر است:
“در مداری مشخص به دور خورشید بچرخد
آنقدر جرم دارد که باعث می‌شود خودگرانی آن بر نیروهای جسم صلب غلبه کرده و جسمی را با تعادل هیدرواستاتیک (تقریبا گِرد) به وجود آورد.
تمام مسیر (مدار) پیمایش خود را از اجرام ریز و درشت جارو نکرده باشد (آنها را جذب و یا دفع نکرده است)
قمر و یا یک سیاره نباشد.”

در حال حاضر در حال حاضر معروف‌ترین سیاره کوتوله منظومه شمسی ما، پلوتون یا همان پلوتو (Pluto) است. البته دانشمندان رقم بسیار بیشتری برای تعداد سیاره های کوتوله منظومه شمسی تخمین می‌زنند. برای پلوتو مسئله این است؛ سیاره بودن یا نبودن! در سال‌های اخیر بر سر این پرسش که آیا می‌توان پلوتو را سیاره قلمداد کرد یا خیر، جنجالی های بسیاری بوده است. پلوتو را دیگر نمی‌توان در میان اجرام بزرگ منظومه شمسی به عنوان سیاره نهم به حساب آورد، به جای آن این جرم نسبتا کوچک را باید در زمره‌ی اجرامی دانست که نام سیاره کوتوله را یدک می‌کشند.وقتی در سال ۲۰۱۵ کاوشگر “افق‌های نو” (New Horizons) از کنار پلوتو گذشت، این بحث مجددا به نقل محافل علمی بدل شد. کاوشگر افق‌های نو، پیچیدگی‌های زمین شناسی شگفت‌انگیزی درباره سیاره کوتوله پلوتو کشف کرد. از همین رو از سال ۲۰۱۷ برخی محققان این ماموریت در تلاش هستند تا لقب سیاره را باردیگر به پلوتو بازگردانند.

دانشمندان گمان می‌کنند که بیش‌ از ۲۰۰ سیاره کوتوله می‌تواند در منظومه شمسی و بالاخص در کمربند کوئیپر وجود داشته باشد. اما ممکن است تفاوت میان یک سیاره و یک سیاره کوتوله چندان هم مشخص نباشد.اتحاد بین‌المللی ستاره‌ شناسان (IAU)، سیاره را جرمی تعریف می‌کنند که:
“در مدار خورشید می‌گردد
مقدار کافی گرانش دارد تا حالت کروی خودش را حفظ کند (یا به عبارت بهتر تعادل هیدرواستاتیکی داشته باشد)
مدار خود را از اجرام کوچک عاری کند.
مشخصه آخر وجه بزرگ تمایز میان یک سیاره و یک سیاره کوتوله‌ است؛ گرانش یک سیاره، نیروی لازم برای جذب و دفع اجرام کوچکی که در مسیر مدارش قرار می گیرند را دارد؛ اما نیروی گرانش یک سیاره کوتوله قادر به انجام چنین کاری نیست.”

در سال ۲۰۱۴، اتحادیه بین‌المللی ستاره شناسان، اجرام پلوتو، اریس (Eris)، سرس (Ceres)، هائومیا (Haumia) و ماکه‌ماکه (Makemake) را به عنوان سیاره کوتوله قلمداد کردند. اما اینها تنها سیارات کوتوله منظومه شمسی نیستند. دو جرم کوچک سدنا (Sedena) و کواوآر (Quaoar)، در آنسوی مدار پلوتو و جرم ۲۰۱۲ VP113 نیز سیاره کوتوله طلقی می‌شوند.برآوردها براین است که جرم VP113 2012 یکی از دورترین مدار‌های کشف شده را داراست که تا آنسوی لبه فرضی منظومه شمسی امتداد دارد. همچنین بر اساس رصد‌های صورت گرفته در سال ۲۰۱۷، جرم دی‌دی‌ (DeeDee) را نیز می‌توان به عنوان سیاره کوتوله در نظر گرفت. بر اساس گفته‌های ناسا، دانشمندان معتقدند هنوز بیش از ۱۰۰ مورد سیاره کوتوله دیگر در انتظار کشف شدن هستند.با این حال بحث پیرامون سیارات کوتوله به ویژه در مورد پلوتو کماکان داغ است. ریشه اصلی تمام این گفتگوها این است که یک سیاره الزاما باید محیط اطراف خود را از اجرام کوچک دیگر پاکسازی کند.

آلن استرن، محقق اصلی ماموریت افق‌های نو در سال ۲۰۱۱ طی مصاحبه‌ای عنوان کرد:«در هیچ مقوله‌ علمی دیگری تاکنون با بحثی در این اندازه مضحک مواجه نبودم. یک رودخانه، بدون توجه به اینکه آیا در کنار آن یک رودخانه دیگر نیز وجود دارد یا خیر، یک رودخانه است. ما در دنیای علم، هرچیزی را به توجه به ویژگی‌هایش نامگذاری می‌کنیم، نه بر اساس چیزهای موجود در پیرامون آن»

اما سوالی که به این زودی‌ها قابل حل نخواهد بود، این است که آیا یک سیاره کوتوله‌ گونه‌ای کاملا مجزا از سیارات است یا می‌تواد آن را همرا با سیارات طبقه‌بندی کرد؟ سرس جزء اولین و کوچکترین سیاره کوتوله‌ ای است که تاکنون رصد شده است. جوزپه پیاتزی، ستاره شناس اهل سیسیل، در سال ۱۸۰۱ بر اساس این پیش‌بینی که فاصله میان مریخ و مشتری احتمالا باید شامل یک سیاره دیگر نیز بشود، موفق یه کشف سرس شد. این سیاره کوتوله دارای ۹۵۰ کیلومتر شعاع و جرمی معادل ۱۵ هزارم درصد جرم زمین است.در حقیقت سرس کوچکتر از آن است که بتوان آن را به عنوان سیاره کوتوله و یا سیارک طبقه بندی کرد. در ادبیات علمی، سرس را بعنوان یکی از بزرگترین سیارک‌ها قلمداد می‌کنند. اگرچه سرس جرمی در حدود یک چهارم جرم کل کمربند سیارکی دارد، اما هنوز هم حدود ۱۴ بار کم‌جرم‌تر از پلوتو است.

برخلاف همسایه‌های سیارکی‌اش، سرس شکلی تقریبا گرد دارد. این سیاره کوتوله سنگی ممکن است در زیر پوسته خود آب یخ‌زده داشته باشد. در سال ۲۰۱۴، رصدخانه فضایی هرشل (Herschel) متعلق به سازمان فضایی اروپا (ESA) خروج بخار آب با فشار زیاد را در سطح برخی مناطق سرس گزارش کرد.کاوشگر رباتیک دان (Dawn)، که در سال ۲۰۱۵ به سرس رسید ویژگی‌های برجسته زیادی از جمله نقاط درخشان متنوع در ارتفاع ۶.۵ کیلومتری، را در سطح آن نمایان کرد. در موردی دیگر در سال ۲۰۱۴ رصدخانه فضایی هرشل موفق به ثبت شواهدی از وجود بخار آب در این سیاره کوتوله شد.

از شناخته شده‌ترین سیارات کوتوله است. وقتی در سال ۱۹۳۰ کشف شد، تا مدت‌ها بعد یعنی تا سال ۲۰۰۶ نهمین سیاره منظومه شمسی قلمداد می‌شد. مدار پلوتو بسیار متغیر است به طوری که در بعضی مواقع بیشتر از سیاره هشتم، نپتون، به خورشید نزدیک می‌شود.در سال ۲۰۰۶، پس از کشف چندین جرم صخره‌ای با اندازه‌ای برابر و یا بزرگتر از پلوتو، اتحادیه بین‌المللی ستاره شناسان برآن شد تا پلوتو را به عنوان یک سیاره کوتوله طبقه بندی کند.

تصویر زیر از تلسکوپ فضایی هابل در بین سال های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۳ به دست آمده است. جزئی‌ترین نمایی‌ است که از سطح پلوتو در دسترس است (اعتبار: NASA/ ESA) جالب اینجاست که پلوتو با اینکه جرمی معادل ۰.۲ درصد جرم زمین و یا ۱۰ درصد جرم ماه را دارد، از نیروی گرانش کافی برای به دام انداختن ۵ قمر خود برخوردار است. پلوتو و بزرگترین قمر آن یعنی چارون‌ (Charon) حول یک نقطه مرکزی، مستقل از جرم پلوتو، به دور یکدیگر می‌چرخند؛ از همین رو برخی این دو جرم را به عنوان یک سیستم دوتایی قلمداد می‌کنند.

وقتی در سال ۲۰۱۵ کاوشگر افق‌های نو (New Horizons) از نزدیکی پلوتو گذشت، از نکاتی جالب زیادی پیرامون این جرم پرده برداشت. به عنوان مثال باید بدانیم که نبود حفرات در سطح پلوتو از سن نسبتا کم آن روایت می‌کنند. از دیگر یافته‌های کاوشگر افق‌های نو، می‌توان به وجود کوه‌هایی با ارتفاع ۳۵۰۰ متر و نیز مه‌گرفتگی‌های اطراف سطح پلوتو اشاره کرد.

وقتی برای اولین‌بار وجود آن به اثبات رسید، به نظر می‌آمد که بزرگترین سیاره کوتوله منظومه شمسی باشد؛ از این رو که بیش‌ از ۲۷ پرجرم‌تر از پلوتو است و شعاعی در حدود ۲۳۰۰ تا ۲۴۰۰ کیلومتر دارد. کشف اریس سبب شد تا اتحادیه بین‌المللی ستاره شناسان (IAU) در تعریف بنیادین سیاره تجدید نظر داشته باشند. رصد‌های بیشتر نشان داد که سیارات کوتوله عمدتا کوچک‌تر از پلوتو هستند.

مدار اریس با اینکه بیش از سه برابر بزرگتر از مدار پلوتو است، اما همانند آن آشفتگی بسیاری دارد؛ به گونه‌ای که از کنار پلوتو گذر کرده و نیز مدار سیاره نپتون را در محلی قطع می‌کند. شعاع زیاد مدار اریس سبب شده است که برای گشتن به دور خورشید به ۵۵۷ سال زمینی زمان نیاز داشته باشد.در دورترین نقطه مدارش، اریس و قمر آن، دسمونیا (Dysmonia)، درآنسوی کمربند کوئیپر (بیش از ۶۰ واحد نجومی دورتر از خورشید) حرکت می‌کنند. در سطح اریس به قطر ۱ میلیمتر، به احتمال زیاد لایه‌ای غنی از نیتروژن و متان وجود دارد. برخی دانشمندان گمان می‌برند این لایه همان اتمسفر اریس است که به حالت فشرده درآمده و هنگامی که این سیاره کوتوله به خورشید نزدیک می‌شود به حالت گازی تبدیل می‌شود.
این دو تازه‌ترین سیارات کوتوله کشف شده در منظومه شمسی هستند. شکل بیضوی هائومیا، یک ویژگی منحصر به فرد برای آن به شمار می‌آید، چرا که وجود تعادل هیدرواستاتیکی در یک سیاره کوتوله دور از انتظار است. این شکل دایروی کشیده به سبب چرخش سریع جرم به دور خودش ایجاد شده است و نه به دلیل کاستی جرم -اریس یک سوم پلوتو جرم دارد. هائومیا هر چهار ساعت زمینی یکباربه دور خودش می‌چرخد. به نظر می‌رسد این موضوع بدلیل برخوردی باشد که در گذشته صورت گرفته است. همچنین در سطح این سیاره کوتوله مقادیری کریستال‌های یخ و و در برخی نقاط لکه‌های قرمز رنگی به چشم می‌خورند. لازم به ذکر است هائومیا در کنار پلوتو از معدود اجرام کمربند کوئیپر هستند که بیش از یک قمر دارند.

در سال ۲۰۱۶، تنها قمر سیاره کوتوله ماکه‌ماکه رصد شد، یعنی زمانی که حدود یک دهه از کشف این سیاره کوتوله می‌گذشت. شعاع ماکه‌ماکه دو سوم شعاع پلوتو است و کشف قمر آن امکان محاسبه جرم آن را مهیا کرده. ماکه‌ماکه یکی از با ارزش‌ترین اجرام در جامعه ستاره‌شناسی تلقی می‌شود؛ چرا که منجر به تغییری بنیادی در تعریف سیاره شده و باعث گردید تا اخترشناسان در مفاهیم خود تجدید نظر کنند. اگر قرار بر این باشد که از پلوتو به عنوان یک سیاره نام ببریم، با مقایسه جرم و شعاع آن با ماکه‌ماکه، نتیجه می‌گیریم که می‌توان عنوان سیاره را نیز برای این جرم به کار برد.

پلوتو، اریس، هائومیا و ماکه‌ماکه را می‌توان در دسته‌ای به نام سیارات کوتوله شبه پلوتو (پلوتوئید‌ها) قرار داد. سرس در این دسته بندی نمی‌گنجد، هرچند که می‌توان آن را کوتوله‌ای سیاره مانند در نظر گرفت.یک پلوتوئید (پلوتو مانند)، سیاره‌ کوتوله ای است که مدار آن تداخلی با مدار سیاره نپتون ندارد. گاهی‌اوقات می‌توان پلوتوئید‌ها را به جهت اندازه کوچک و دمای پایین سطحشان، کوتوله های یخی نام داد.

شواهدی از وجود برهم‌کنش میان سیارات خارجی منظومه شمسی با پلوتوئید‌ها وجود دارد. تریتون، بزرگترین قمر سیاره نپتون، به احتمال زیاد پلوتوئیدی بوده که در دام گرانش این سیاره افتاده‌ است. حتی در موردی دیگر گمان برده می‌شود که عامل شیب نامانوس محور چرخش اورانوس، نسبت به سایر سیارات، برخورد با یک پلوتوئید بوده باشد.همانند این دسته از سیارات کوتوله، هنوز هم ممکن است صدها جرم پلوتوئیدی دیگر نیز در منظومه شمسی وجود داشته باشد که هنوز به طور رسمی رصد نشده و این عنوان به آن‌ها داده نشده است.