دانشمندان بقایای سیاره‌های نوزاد را درون مشتری کشف کردند

درون سیاره مشتری پر از سیاره‌های نوزادی است که این غول گازی برای تبدیل شدن به سیاره‌ی عظیم کنونی آن‌ها را بلعیده است. این کشف حاصل اولین چشم‌انداز واضح از ترکیب شیمیایی زیر جو خارجی مشتری است. با اینکه مشتری بزرگ‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی است هنوز داده‌های زیادی درباره‌ی ترکیب داخلی آن منتشر نشده است. تلسکوپ‌ها تاکنون هزاران تصویر را از ابرهای پیچان و گردبادی در جو فوقانی این غول گازی کشف کرده‌اند اما این طوفان‌های زیبا مانند مانعی برای دیدن زیر سطح سیاره عمل می‌کنند. به گفته‌ی یامیلا میگوئل، اخترفیزیکدان دانشگاه لیدن هلند و پژوهشگر ارشد این مقاله:

مشتری یکی از اولین سیاره‌هایی بود که درست چند میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی در حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت. بااین‌حال هنوز تقریباً هیچ چیز درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری آن نمی‌دانیم.

پژوهشگرها در پژوهشی جدید بالأخره توانستند با استفاده از داده‌های گرانشی جمع‌آوری‌شده توسط کاوشگر جونو ناسا از پوشش ابری مات این سیاره عبور کنند. این داده‌ها پژوهشگرها را قادر ساخت که از مواد سنگی در هسته‌ی این غول گازی نقشه‌برداری کنند که فراوانی بالای عناصر سنگین را نشان می‌دهد. ترکیب شیمیایی سیاره نشان می‌دهد مشتری سیاره‌های نوزاد یا خرده‌سیاره‌ها را برای رشد خود بلعیده است.

دانشمندان با بررسی عناصر سنگین تشکیل‌دهنده‌ی هسته‌ی مشتری و جو پایینی آن نکات بیشتری را درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری عظیم‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی فرا گرفتند

تبدیل شدن به غول گازی

مشتری امروزه توپی عظیم است که بیشترین بخش آن را گازهای چرخان تشکیل می‌دهند اما حیات این سیاره درست مانند هر سیاره‌ی دیگری در منظومه‌ی شمسی با جمع‌آوری مواد سنگی آغاز شد. به مرور، گرانش این سیاره سنگ‌های بیشتری را به سمت آن جذب کرد و هسته‌ی سنگی مشتری به قدری متراکم شد که مقادیر انبوه گاز به‌ویژه گازهای هیدروژن و هلیوم باقی‌مانده از تولد خورشید را از فواصل دوردست جذب خود کرد تا جو گازی عظیم خود را شکل دهد.

دو نظریه‌ی رقیب درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری مشتری و جمع‌آوری مواد سنگی آن وجود دارند. براساس یک نظریه، مشتری میلیاردها سنگ فضایی کوچک را به سمت خود جذب کرد که ستاره‌شناسان آن‌ها را سنگ‌ریزه می‌نامند. البته این سنگ‌ها از نظر اندازه به تخته‌سنگ‌ها نزدیک‌تر هستند تا سنگ‌ریزه‌های روی زمین.

براساس نظریه‌ی دیگری که تحت پشتیبانی پژوهش جدید قرار دارد، هسته‌ی سیاره مشتری بر اثر جذب تعداد زیادی خرده‌سیاره شکل گرفته است. خرده‌سیاره‌ها سنگ‌های بزرگ فضایی هستند که عرضشان به چند کیلومتر می‌رسد و در صورت نبود مزاحمت می‌توانند به هسته‌ی سیاره‌های سنگی مشابه زمین یا مریخ تبدیل شوند. بااین‌حال، تاکنون راهی پیدا نشده که به‌طور قطع بگوییم کدام‌یک از نظریه‌ها صحیح هستند. به باور میگوئل:

ازآنجاکه نمی‌توانیم به صورت مستقیم چگونگی شکل‌گیری مشتری را رصد کنیم باید تکه‌های پازل را با اطلاعات کنونی کنار هم بگذارید و البته این کار ساده نیست.

این تصویرسازی کامپیوتری، کاوشگر جونوی ناسا را برفراز لکه‌ی سرخ بزرگ مشتری نشان می‌دهد.

کاوش سیاره

پژوهشگرها برای حل معما نیاز به ساخت تصویری از داخل مشتری داشتند. به گفته‌ی میگوئل:

روی زمین از لرزه‌نگار برای بررسی فضای داخلی زمین هنگام زلزله‌ استفاده می‌کنیم؛ اما مشتری هیچ سطحی ندارد که بتوانیم چنین دستگاهی را روی آن قرار دهیم و بعید است هسته‌ی این سیاره فعالیت تکتونیکی زیادی داشته باشد.

در عوض پژوهشگرها مدل‌های کامپیوتری فضای داخلی مشتری را با ترکیب داده‌هایی ساختند که توسط کاوشگر جونو جمع‌آوری شده‌ بودند و همچنین از برخی داده‌های کاوشگر گالیله استفاده کردند. این کاوشگرها به اندازه‌گیری میدان گرانشی مشتری در نقاط مختلف اطراف مدار آن پرداختند. داده‌ها نشان می‌دهند مواد سنگی جمع‌آوری‌شده توسط مشتری دارای تراکم بالایی از عناصر سنگین هستند که بخش‌های متراکمی را تشکیل می‌دهند و بنابراین اثر گرانشی قوی‌تری نسبت به جو گازی سیاره دارند. این داده‌ها به پژوهشگرها اجازه می‌دهند از تغییرات اندک در گرانش سیاره نقشه‌برداری کنند که به آن‌ها کمک می‌کند موقعیت قرارگیری مواد سنگی داخل سیاره را ببینند. میگوئل می‌افزاید:

جونو داده‌های گرانشی بسیار دقیقی را فراهم کرد و به ما اجازه داد توزیع مواد در فضای داخلی مشتری را محدود کنیم. داده‌ها بسیار منحصر‌به فرد هستند.

مدل پژوهشگرها نشان می‌دهند بین ۱۱ و ۳۰ جرم زمینی، عنصر سنگین در مشتری وجود دارد (۳ تا ۹ درصد از جرم مشتری) که بسیار بیشتر از حد انتظار است.

سنگ‌ریزه‌ها درمقابل خرده سیاره‌ها

مدل‌های جدید به منشأ بلعیدن خرده‌سیاره‌های مشتری اشاره می‌کنند زیرا نظریه‌ی تجمع سنگ‌ریزه نمی‌تواند چنین تراکم بالایی از عناصر سنگین را توجیه کند. اگر سیاره مشتری از ابتدا از سنگریزه‌ها شکل گرفته باشد، پس از آنکه به اندازه‌ی کافی بزرگ شد، فرایند تجمع گازی به‌طور ناگهانی به مرحله‌ی تجمع سنگی خاتمه می‌داد. دلیل این مسئله هم این است که لایه‌ی فزاینده‌ی گاز، مانعی فشاری را ایجاد می‌کند که مانع از تجمع بیشتر سنگریزه‌ها و جذب آن‌ها به داخل سیاره می‌شود. بدین‌ترتیب فراوانی عناصر سنگین در مشتری یا فلزیت آن به‌شدت کاهش می‌یافت.

بااین‌حال، خرده‌سیاره‌ها احتمالاً حتی پس از شروع فاز تجمع گازی هم جذب هسته‌ی مشتری شده‌اند؛ زیرا کشش گرانشی روی سنگ‌ها بسیار بیشتر از فشار گاز بوده است. این تجمع سنگی و گازی هم‌زمان که در نظریه‌ی خرده‌سیاره به آن اشاره شده است، تنها توجیه برای سطح بالای عناصر سنگین در مشتری است.

پژوهش‌ها همچنین یافته‌ی جذاب دیگری را نشان می‌دهند: فضای داخلی مشتری به‌خوبی با جو فوقانی آن ترکیب نشده است که دقیقاً برخلاف انتظار قبلی دانشمندان است. مدل جدید داخل مشتری نشان می‌دهند عناصر سنگینی که این سیاره جذب کرده است نزدیک به هسته‌ی آن و جو پائینی باقی مانده‌اند. پژوهشگرها تصور می‌کردند جریان همرفت باعث ترکیب جوهای مشتری شده است به‌طوری‌که گاز داغ‌تر در نزدیکی هسته‌ی سیاره به جو فوقانی می‌رود در آنجا سرد شده و دوباره به پائین بازمی‌گردد؛ اما اگر چنین شرایطی وجود داشت عناصر سنگین در کل جو وجود داشتند.

بااین‌حال ممکن است برخی مناطق مشخص از مشتری دارای اثر همرفتی اندکی باشند و به پژوهش‌های بیشتری برای بررسی اتفاقات این غول گازی نیاز است. یافته‌های پژوهشگرها می‌توانند بسیاری از روایت‌های مربوط به منشأ دیگر سیاره‌های منظومه‌ی شمسی را تغییر دهند. به باور میگوئل:

مشتری تأثیرگذارترین سیاره در شکل‌گیری منظومه‌ی شمسی بود. کشش گرانشی این سیاره به شکل‌گیری اندازه و مدار همسایه‌های آن کمک کرد و درنتیجه آثار قابل توجهی بر سیاره‌های دیگر داشته است.

یافته‌ها همچنین بر منشأ احتمالی خرده‌سیاره‌ای برای دیگر غول‌های گازی منظومه‌ی شمسی یعنی زحل، اورانوس و نپتون تأکید می‌کنند. دیگر دنیاهای گازی منظومه‌ی شمسی هم ممکن است با بلعیدن خرده‌سیاره‌ها شکل‌گرفته باشند نه سنگریزه‌ها. درنتیجه خاصیت فلزیت آن‌ها احتمالاً بیشتر از حد انتظار است؛ بنابراین تا تکمیل پژوهش‌های تلسکوپ جیمز وب ناسا، شاید لازم باشد ظاهر این سیاره‌ها را تنها براساس پوشش ابری آن‌ها قضاوت نکنیم.

پژوهش فوق در تاریخ ۸ ژوئن به‌صورت آنلاین در مجله‌ی Astronomy and Astrophysics منتشر شد.