پس از حذف آلودگی نور از گرد و غبار «کرونا» به وضوح دیده می‌شود/ سرنخ‌هایی از نحوه شکل‌گیری منظومه شمسی

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، همانطور که گرد و غبار در گوشه و کنار قفسه‌های کتاب خانه ما جمع می‌شود، گرد و غبار در فضا نیز انباشته می‌شود. اما وقتی گرد و غبار در منظومه شمسی می‌نشیند، اغلب به صورت حلقه‌ای است. چندین حلقه غبار دور خورشید می‌چرخند. این حلقه‌ها مدار سیاراتی را که گرانش آن‌ها گرد و غبار را در اطراف خورشید می‌کشد و در مسیر خود به سمت مرکز منظومه شمسی حرکت می‌کند، ردیابی می‌کنند.

گرد و غبار شامل بقایای خرد شده از شکل گیری منظومه شمسی در حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش است - قلوه سنگ‌های ناشی از برخورد سیارک‌ها یا خرده‌های حاصل از ستاره‌های دنباله دار فروزان. گرد و غبار در کل منظومه شمسی پراکنده است، اما در حلقه‌های دانه‌ای که بر مدار‌های زمین و زهره پوشانده شده اند، جمع می‌شود، حلقه‌هایی که با تلسکوپ روی زمین قابل مشاهده هستند.

با مطالعه این غبار«از چه چیزی ساخته شده است، از کجا می‌آید و چگونه در فضا حرکت می‌کند» دانشمندان به دنبال سرنخ‌هایی برای درک تولد سیارات و ترکیب همه چیز‌هایی هستند که در منظومه شمسی می‌بینیم.

دو مطالعه اخیر اکتشافات جدیدی از حلقه‌های غبار در منظومه شمسی داخلی را گزارش می‌دهند. یک مطالعه از داده‌های ناسا برای تشریح شواهدی مبنی بر وجود حلقه غبار به دور خورشید در مدار عطارد استفاده می‌کند.

مطالعه دوم ناسا منبع احتمالی حلقه غبار را در مدار زهره شناسایی می‌کند: گروهی از سیارک‌هایی که قبلاً هرگز شناسایی نشده‌اند که با این سیاره در مدار هستند.

مارک کوشنر، نویسنده مطالعه زهره و اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت، مریلند، می‌گوید: هر روز نیست که شما چیز جدیدی در منظومه شمسی درونی کشف کنید. این درست در محله ماست.

دانشمندان فکر می‌کنند که سیارات صرفاً به عنوان دانه‌های غبار شروع می‌شوند. آن‌ها از دیسک‌های غول‌پیکر گاز و غبار بیرون می‌آیند که دور ستاره‌های جوان می‌چرخند. گرانش و سایر نیرو‌ها باعث برخورد و ادغام مواد درون دیسک می‌شوند. 

حلقه‌ای دیگر در اطراف خورشید

گیلرمو استنبورگ و راسل هاوارد، هر دو دانشمند خورشیدی در آزمایشگاه تحقیقات دریایی در واشنگتن دی سی، برای یافتن حلقه گرد و غبار اقدام نکردند.

استنبورگ با خنده گفت: ما آن را تصادفی پیدا کردیم. دانشمندان یافته‌های خود را در مقاله‌ای که در ۲۱ نوامبر ۲۰۱۸ در مجله Astrophysical منتشر شد، خلاصه کردند.

آن‌ها شواهدی از غبار ریز گرد و غبار کیهانی بر روی مدار عطارد را توصیف می‌کنند که حلقه‌ای به عرض ۹.۳ میلیون مایل را تشکیل می‌دهد. عطارد با عرض ۳۰۳۰ مایل، به اندازه‌ای بزرگ که قاره ایالات متحده بتواند در سراسر آن امتداد یابد در حالی که دور خورشید می‌چرخد، از میان این دنباله غبار عظیم عبور می‌کند.

از قضا، این دو دانشمند در حین جستجوی شواهدی مبنی بر وجود یک منطقه عاری از غبار نزدیک به خورشید، به طور تصادفی به حلقه غبار برخورد کردند. در فاصله‌ای از خورشید، بر اساس پیش بینی چند دهه‌ای، گرمای شدید ستاره باید گرد و غبار را تبخیر کند و کل فضا را پاک کند. دانستن این که این مرز کجاست می‌تواند به دانشمندان درباره ترکیب خود غبار بگوید و به نحوه تشکیل سیارات در منظومه شمسی جوان اشاره کند.

تاکنون هیچ مدرکی دال بر فضای عاری از غبار یافت نشده است، اما تا حدی به این دلیل است که تشخیص آن از زمین دشوار است. مهم نیست که دانشمندان چگونه از زمین نگاه می‌کنند، همه غبار بین ما و خورشید مانع می‌شود و آن‌ها را فریب می‌دهد تا فکر کنند فضای نزدیک به خورشید غبارآلودتر از آنچه هست است.

استنبورگ و هاوارد متوجه شدند که می‌توانند با ساختن مدلی بر اساس تصاویر فضای بین سیاره‌ای از ماهواره STEREO ناسا «مخفف رصدخانه روابط خورشیدی و زمینی» این مشکل را حل کنند.

در نهایت، این دو می‌خواستند مدل جدید خود را برای آماده‌سازی کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا آزمایش کنند، که در حال حاضر در مداری بسیار بیضوی به دور خورشید می‌چرخد و طی هفت سال آینده نزدیک‌تر و نزدیک‌تر به ستاره می‌چرخد. آن‌ها می‌خواستند تکنیک خود را روی تصاویری که پارکر به زمین می‌فرستد اعمال کنند و ببینند که غبار نزدیک به خورشید چگونه رفتار می‌کند.

دانشمندان هرگز با داده‌های جمع آوری شده در این قلمرو ناشناخته، تا این اندازه نزدیک به خورشید، کار نکرده اند.

مدل‌هایی مانند استنبورگ و هاوارد زمینه بسیار مهمی را برای درک مشاهدات کاوشگر خورشیدی پارکر فراهم می‌کنند، و همچنین اشاره می‌کنند که فضاپیما در چه نوع محیط فضایی قرار می‌گیرد.

دو نوع نور در تصاویر استریو نشان داده می‌شود: نور ناشی از جو بیرونی فروزان خورشید - به نام تاج - و نور منعکس شده از تمام غبار شناور در فضا. نور خورشید منعکس شده از این غبار، که به آرامی به دور خورشید می‌چرخد، حدود ۱۰۰ برابر روشن‌تر از نور تاجی است.

هاوارد که دانشمند اصلی دوربین‌های STEREO و پارکر سولار کاوشگر است که از کرونا عکس می‌گیرند، می‌گوید: ما واقعاً اهل گرد و غبار نیستیم. غبار نزدیک به خورشید فقط در مشاهدات ما ظاهر می‌شود و به طور کلی، ما آن را دور انداخته ایم.

دانشمندان خورشیدی مانند هوارد «که فعالیت‌های خورشیدی را برای اهدافی مانند پیش بینی آب و هوای قریب الوقوع فضایی، از جمله انفجار‌های غول پیکر مواد خورشیدی که خورشید گاهی اوقات می‌تواند به ما ارسال کند، مطالعه می‌کنند» سال‌ها صرف توسعه تکنیک‌هایی برای حذف اثر این غبار کرده‌اند. تنها پس از حذف آلودگی نور از گرد و غبار، می‌توانند به وضوح ببینند که کرونا چه می‌کند.

این دو دانشمند مدل خود را به عنوان ابزاری برای دیگران ساختند تا از گرد و غبار مزاحم موجود در تصاویر STEREO - و در نهایت پارکر سولار کاوشگر - خلاص شوند، اما پیش‌بینی فضای بدون گرد و غبار در پشت ذهن آن‌ها باقی ماند. اگر می‌توانستند راهی برای جداسازی این دو نوع نور و جداسازی درخشش غبار ابداع کنند، می‌توانستند بفهمند واقعاً چه مقدار غبار وجود دارد. برای مثال، یافتن این که تمام نور یک تصویر به تنهایی از تاج گرفته شده است، می‌تواند نشان دهد که آن‌ها بالاخره فضایی عاری از غبار پیدا کرده اند.

حلقه گرد و غبار عطارد یک کشف خوش شانس بود، کشف جانبی که استنبورگ و هاوارد در حین کار بر روی مدل خود انجام دادند. هنگامی که آن‌ها از تکنیک جدید خود بر روی تصاویر STEREO استفاده کردند، متوجه الگویی از روشنایی افزایش یافته در امتداد مدار عطارد - یعنی گرد و غبار بیشتر - در نوری شدند که در غیر این صورت قصد داشتند دور بیندازند.

هاوارد گفت: این یک چیز مجزا نبود. در اطراف خورشید، صرف نظر از موقعیت فضاپیما، می‌توانیم همان پنج درصد افزایش در روشنایی یا چگالی غبار را مشاهده کنیم چیزی وجود دارد، و چیزی است که در اطراف خورشید گسترش می‌یابد.

استنبورگ گفت که دانشمندان هرگز فکر نمی‌کردند که ممکن است حلقه‌ای در امتداد مدار عطارد وجود داشته باشد، به همین دلیل است که تا به حال کشف نشده است.

او گفت: مردم فکر می‌کردند که عطارد، بر خلاف زمین یا زهره، بسیار کوچک و بسیار نزدیک به خورشید است که نمی‌تواند یک حلقه غبار را بگیرد. آن‌ها انتظار داشتند که باد خورشیدی و نیرو‌های مغناطیسی خورشید، گرد و غبار اضافی را در مدار عطارد دور کنند.

با کشف غیرمنتظره و ابزار حساس جدید، محققان همچنان به منطقه عاری از گرد و غبار علاقه‌مند هستند. همانطور که کاوشگر خورشیدی پارکر به اکتشاف خود در مورد کرونا ادامه می‌دهد، مدل آن‌ها می‌تواند به دیگران کمک کند تا هر خرگوش (اصطلاح) گرد و غبار دیگری را که در نزدیکی خورشید کمین کرده‌اند را آشکار کنند.

سیارک‌هایی که در مدار زهره پنهان شده‌اند

این اولین بار نیست که دانشمندان حلقه غباری را در منظومه شمسی داخلی پیدا می‌کنند. بیست و پنج سال پیش، دانشمندان کشف کردند که زمین در یک حلقه غول پیکر به دور خورشید می‌چرخد. دیگران حلقه مشابهی را در نزدیکی مدار ناهید کشف کردند، ابتدا با استفاده از داده‌های آرشیوی کاوشگر فضایی آلمانی-آمریکایی هلیوس در سال ۲۰۰۷، و سپس آن را در سال ۲۰۱۳ با داده‌های STEREO تایید کردند.

از آن زمان، دانشمندان مشخص کردند که حلقه غبار در مدار زمین عمدتاً از کمربند سیارک‌ها می‌آید، منطقه وسیع و دوناتی شکل بین مریخ و مشتری که در آن بیشتر سیارک‌های منظومه شمسی زندگی می‌کنند. این سیارک‌های صخره‌ای دائماً با یکدیگر برخورد می‌کنند، غباری را بیرون می‌کشند که به عمق گرانش خورشید می‌رود، مگر اینکه گرانش زمین گرد و غبار را به سمت مدار سیاره ما بکشد.

در ابتدا، به نظر می‌رسید که حلقه غبار ناهید مانند زمین، از غبار تولید شده در جا‌های دیگر منظومه شمسی تشکیل شده است. اما زمانی که پتر پوکورنی، اخترفیزیکدان گدارد، غبار مارپیچی به سمت خورشید را از کمربند سیارک‌ها مدل سازی کرد، شبیه سازی‌های او حلقه‌ای را تولید کرد که با مشاهدات حلقه زمین، - اما نه ناهید - مطابقت داشت.

این اختلاف او را به این فکر انداخت که اگر کمربند سیارکی نیست، غبار موجود در مدار زهره از کجا می‌آید؟ پس از یک سری شبیه‌سازی، پوکورنی و شریک تحقیقاتی‌اش مارک کوشنر این فرضیه را مطرح کردند که این سیارک از گروهی از سیارک‌هایی که قبلاً هرگز شناسایی نشده بودند، در کنار ناهید به دور خورشید می‌چرخند.

کوشنر گفت: من فکر می‌کنم هیجان انگیزترین چیز در مورد این نتیجه این است که جمعیت جدیدی از سیارک‌ها را نشان می‌دهد که احتمالاً سرنخ‌هایی از نحوه شکل گیری منظومه شمسی دارند.

اگر پوکورنی و کوشنر بتوانند آن‌ها را رصد کنند، این خانواده از سیارک‌ها می‌توانند تاریخ اولیه زمین و زهره را روشن کنند. این سیارک‌ها با استفاده از ابزار مناسب می‌توانند سرنخ‌هایی از تنوع شیمیایی منظومه شمسی را نیز باز کنند.

از آنجایی که در مدار بزرگتری پراکنده است، حلقه غبار ناهید بسیار بزرگتر از حلقه تازه کشف شده در عطارد است. این حلقه با حدود ۱۶ میلیون مایل از بالا به پایین و ۶ میلیون مایل عرض، پر از غبار است که بزرگترین دانه‌های آن تقریباً به اندازه دانه‌های کاغذ سنباده درشت است. این غبار حدود ۱۰ درصد متراکم‌تر از فضای اطراف است. با این حال، پراکنده است - تمام گرد و غبار موجود در حلقه را با هم جمع کنید، و تنها چیزی که به دست می‌آورید یک سیارک به عرض دو مایل است.

سیارک‌ها بلوک‌های سازنده سیارات سنگی منظومه شمسی را نشان می‌دهند. هنگامی که آن‌ها در کمربند سیارکی برخورد می‌کنند، غباری را می‌ریزند که در سراسر منظومه شمسی پراکنده می‌شود، که دانشمندان می‌توانند برای سرنخ‌هایی از تاریخ اولیه سیارات مطالعه کنند.

پوکورنی با استفاده از ده‌ها ابزار مدل‌سازی مختلف برای شبیه‌سازی نحوه حرکت غبار در اطراف منظومه شمسی، تمام منابع غباری را که می‌توانست فکر کند، مدل‌سازی کرد و به دنبال حلقه زهره شبیه‌سازی‌شده‌ای بود که با مشاهدات مطابقت داشت. فهرست تمام منابعی که او امتحان کرده است به نظر می‌رسد فراخوانی از همه اجرام سنگی در منظومه شمسی است: سیارک‌های کمربند اصلی، دنباله دار‌های ابر اورت، دنباله دار‌های نوع هالی، دنباله دار‌های خانواده مشتری، برخورد‌های اخیر در کمربند سیارکی.

کوشنر گفت: اما هیچ کدام از آن‌ها کار نکردند. بنابراین، ما شروع به ایجاد منابع گرد و غبار خود کردیم.

شاید دو دانشمند فکر می‌کردند که غبار از سیارک‌هایی که بسیار نزدیک‌تر از کمربند سیارک‌ها به زهره هستند آمده است. ممکن است گروهی از سیارک‌ها با زهره به دور خورشید بچرخند - به این معنی که آن‌ها در مدار زهره مشترک هستند، اما از سیاره دور هستند، اغلب در سمت دیگر خورشید.

پوکورنی و کوشنر استدلال کردند که گروهی از سیارک‌ها در مدار زهره می‌توانستند تا کنون شناسایی نشده باشند، زیرا به سختی می‌توان تلسکوپ‌های زمینی را در آن جهت، بسیار نزدیک به خورشید، بدون تداخل نور خورشید، نشان داد.

سیارک‌های همگرد نمونه‌ای از چیزی هستند که تشدید نامیده می‌شود، یک الگوی مداری که مدار‌های مختلف را بسته به نحوه برخورد تأثیرات گرانشی آن‌ها به یکدیگر قفل می‌کند. پوکورنی و کوشنر بسیاری از رزونانس‌های بالقوه را مدل‌سازی کردند: سیارک‌هایی که برای هر سه مدار زهره دو بار دور خورشید می‌چرخند، برای مثال، برای ده سیاره زهره، نه بار، و برای یک مدار، یک بار.

از میان همه احتمالات، یک گروه به تنهایی شبیه سازی واقع گرایانه حلقه غبار زهره را تولید کرد: مجموعه‌ای از سیارک‌ها که مدار زهره را اشغال می‌کنند و سفر‌های زهره به دور خورشید را یک به یک مطابقت می‌دهند.

اما دانشمندان یک روز پس از یافتن یک راه حل فرضی که کارآمد بود، نمی‌توانستند آن را نام ببرند. پوکورنی گفت: ما فکر می‌کردیم که این جمعیت از سیارک‌ها را کشف کرده‌ایم، اما باید آن را ثابت می‌کردیم و نشان می‌دادیم که کار می‌کند. ما هیجان زده شدیم، اما بعد متوجه می‌شوید، اوه، کار‌های زیادی برای انجام دادن وجود دارد.

آن‌ها باید نشان می‌دادند که وجود سیارک‌ها در منظومه شمسی منطقی است. آن‌ها متوجه شدند که بعید است سیارک‌ها در این مدار‌های خاص و دایره‌ای نزدیک زهره از جایی دیگر مانند کمربند سیارک‌ها به آنجا رسیده باشند. اگر سیارک‌ها از همان ابتدای منظومه شمسی در آنجا بودند، فرضیه آن‌ها منطقی‌تر بود.

دانشمندان مدل دیگری ساختند که این بار با انبوهی از ۱۰۰۰۰ سیارک همسایه زهره شروع شد. آن‌ها به شبیه سازی اجازه دادند تا در طول ۴.۵ میلیارد سال تاریخ منظومه شمسی، تمام اثرات گرانشی هر یک از سیارات را در خود جای دهد. وقتی این مدل به امروز رسید، حدود ۸۰۰ سیارک آزمایشی آن‌ها از آزمایش زمان جان سالم به در بردند.

پوکورنی این را یک نرخ بقای خوش بینانه می‌داند. این نشان می‌دهد که سیارک‌ها می‌توانند در نزدیکی مدار ناهید در هرج و مرج منظومه شمسی اولیه شکل گرفته باشند، و برخی می‌توانند امروز در آنجا باقی بمانند و حلقه غبار اطراف را تغذیه کنند.

گام بعدی در واقع نشان دادن و مشاهده سیارک‌های گریزان است. پوکورنی گفت: اگر چیزی در آنجا وجود دارد، باید بتوانیم آن را پیدا کنیم. وجود آن‌ها را می‌توان با تلسکوپ‌های فضایی مانند هابل یا شاید تصاویر فضایی بین سیاره‌ای مشابه با تلسکوپ‌های STEREO تأیید کرد.

سپس دانشمندان سؤالات بیشتری برای پاسخ خواهند داشت: چه تعداد از آن‌ها وجود دارد و چقدر بزرگ هستند؟ آیا آن‌ها به طور مداوم گرد و غبار می‌ریزند یا فقط یک رویداد جدایی رخ داده است؟

در این تصویر، یک سیارک تحت گرانش قدرتمند LSPM J۰۲۰۷+۳۳۳۱، یک ستاره کوتوله سفید که در حدود ۱۴۵ سال نوری از ما قرار دارد، از هم جدا می‌شود. دانشمندان فکر می‌کنند سیارک‌های در حال فروپاشی حلقه‌های غبار اطراف این ستاره قدیمی را تامین می‌کنند.

گرد و غبار دور ستاره‌های دیگر حلقه می‌زند

حلقه‌های غباری که عطارد و زهره چوپان آن‌ها هستند، تنها یک یا دو سیاره دورتر هستند، اما دانشمندان بسیاری از حلقه‌های غبار دیگر را در منظومه‌های ستاره‌ای دور مشاهده کرده‌اند. حلقه‌های غبار وسیع را می‌توان آسان‌تر از سیارات فراخورشیدی شناسایی کرد و می‌توان از آن‌ها برای پی بردن به وجود سیارات پنهان و حتی ویژگی‌های مداری آن‌ها استفاده کرد.

اما تفسیر حلقه‌های غبار فراخورشیدی ساده نیست. کوشنر گفت: برای مدل‌سازی و خواندن دقیق حلقه‌های غبار اطراف ستاره‌های دیگر، ابتدا باید فیزیک غبار موجود در حیاط خلوت خود را درک کنیم. با مطالعه حلقه‌های گرد و غبار همسایه در عطارد، زهره و زمین، جایی که گرد و غبار اثرات پایدار گرانش در منظومه شمسی را ردیابی می‌کند، دانشمندان می‌توانند تکنیک‌هایی را برای خواندن بین حلقه‌های غبار نزدیک و دور ایجاد کنند.