کمربند کوییپر: لبه منظومه شمسی!

فراتر از غول گازی نپتون، ناحیه‌ای در فضا وجود دارد که پر از اجرام یخی است. این ناحیه که به «کمربند کوییپر» معروف است، تریلیون‌ها جرم را در خود جای داده است. این اجرام درحقیقت بقایای منظومه شمسی اولیه هستند. در این مقاله قصد داریم کمربند کوییپر را با جزئیات مطالعه کنیم. در ابتدا تاریخچه کشف آن را بررسی می‌کنیم و سپس به سراغ نحوه تشکیل و ویژگی‌های جالب‌اش می‌رویم.

تاریخچه کشف لبه منظومه شمسی

در سال 1943 «کنت اجورث» ستاره‌شناس پیشنهاد کرد که دنباله‌دارها و اجرام بزرگتر ممکن است فراتر از نپتون وجود داشته باشند. چند سال بعد در 1951 اخترشناس «جرارد کوییپر» وجود یک کمربند از اجرام یخی را در لبه دور منظومه شمسی پیش‌بینی کرد. امروزه حلقه‌های پیش‌بینی شده توسط این دو نفر به عنوان کمربند کوییپر یا «کوییپر-اجورث» شناخته می‌شود.

با وجود اندازه عظیم آن، کمربند کوییپر تا سال 1992 توسط اخترشناسان «دیو جویت» و «جین لو» کشف نشد. این دو اخترشناس از سال 1987 در جستجوی اجسام کم‌نور فراتر از نپتون با دقت به رصد آسمان پرداختند. آن‌ها اولین جسمی را که مشاهده کردند، «اسمایلی» (Smiley) نامیدند اما نام آن بعدا به «1992 QB1» تغییر کرد.

از آن زمان، اخترشناسان چندین جرم جذاب کمربند کوییپر و سیارات بالقوه را در این ناحیه کشف کرده‌اند. ماموریت‌های «New Horizons» به کشف سیارات و اجرام کشف نشده پیشین ادامه می‌دهد و به اخترشناسان کمک می‌کند تا درباره این یادگار منحصر به فرد منظومه شمسی اولیه اطلاعات بیشتری کسب کنند.

تشکیل کمربند کوییپر

در زمان شکل‌گیری سیارات منظومه شمسی، گازها، غبارها و سنگ‌ها بهم پیوستند و خورشید و سیارات شکل گرفتند. در این میان ذرات معلق بسیاری وجود داشتند که بسیاری از آن‌ها در لبه منظومه شمسی به اندازه کافی دور بودند تا از کشش گرانشی سیارات بسیار بزرگ مانند مشتری فرار کنند. بدین ترتیب، این اجرام توانستند در جای خود باقی بمانند و به آرامی به چرخش خود حول خورشید ادامه دهند.

کمربند کوییپر و «ابر اورت» بقایای باقی‌مانده از آغاز منظومه شمسی را در خود جای داده‌ و می‌توانند اطلاعات ارزشمندی درباره تولد این منظومه به اخترشناسان ارائه دهند.

تاکنون نظریه‌های متفاوتی در تلاش بوده‌اند تا نحوه تولد منظومه شمسی را شرح دهند. در میان این نظریه‌های متعدد، نظریه «نیس» به عنوان یکی از مدل‌های پیشنهادی شکل‌گیری منظومه شمسی پیشنهاد می‌کند کمربند کوییپر ممکن است در فاصله کمتری نسبت به خورشید - نزدیک به جایی که نپتون اکنون به دور آن می‌چرخد - شکل گرفته باشد.

در این مدل، سیارات درگیر یک چرخه رقصان بوده‌اند که طی آن نپتون و اورانوس مکان خود را تغییر داده و به سمت بیرون حرکت کردند و درنتیجه از خورشید دور شدند. همانطور که سیارات از خورشید فاصله می‌گرفتند، گرانش آن‌ها ممکن است سبب جابجایی بسیاری از اجرام کمربند کوییپر شده باشد. درنتیجه بسیاری از اجرام کمربند کوییپر از ناحیه ایجاد شده به قسمت سردتر منظومه شمسی منتقل شدند.

این کمربند حاوی میلیون‌ها شی یخی است. آن‌ها در همه اندازه‌ها، از توده‌های کوچک یخ گرفته تا اجسام بزرگ با قطر حدود 100 کیلومتر یا بیشتر وجود دارند.

تخمین زده می‌شود که حدود 35000 جرم کمربند کوییپر قطری بیشتر از 100 کیلومتر داشته باشند. احتمال داده می‌شود بیش از 100 میلیون جسم کوچک و کم نور در کمربند کوییپر با قطر 20 کیلومتر یا کمتر نیز وجود داشته باشد. تلسکوپ فضایی هابل تاکنون نگاه‌ عمیقی به این ناحیه داشته است. با این‌حال، فضاپیمای «پایونیر 10» ناسا اولین فضاپیمایی بود که در سال 1983 وارد کمربند کوییپر شد.

کمربند کوییپر

پس به صورت خلاصه می‌توان گفت: کمربند کوییپر ناحیه‌ای به شکل قرص است که در منظومه شمسی بیرونی، از مدار سیاره نپتون می‌گذرد.

این ناحیه از مدار نپتون در حدود 30 واحد نجومی (Astronomical Unit) تا حدود 50 واحد نجومی (واحد نجومی را به اختصار با «AU» نمایش می‌دهند) از خورشید امتداد دارد و شامل صدها میلیون جسم یخی کوچک است که تصور می‌شود مواد باقی مانده حاصل از شکل‌گیری سیارات بیرونی هستند. این ناحیه بزرگ از اشیا حلقه‌ای به شکل دونات را تشکیل می‌دهند.

ویژگی‌های کمربند کوییپر

شلوغ‌ترین بخش کمربند کوییپر در فاصله بین 42 تا 48 برابر فاصله زمین تا خورشید است. مدار اجرام در این ناحیه در اکثر موارد ثابت می‌ماند - اگرچه گاهی اوقات برخی از اجرام زمانی که خیلی به نپتون نزدیک می‌شوند، مسیرشان اندکی تغییر می‌کند. فاصله زیاد این ناحیه با خورشید باعث شده تا ناحیه‌ای سرد و تاریک باشد.

دانشمندان تخمین می‌زنند که هزاران جسم با قطر بیش از 100 کیلومتر در این کمربند به همراه تریلیون‌ها جرم کوچکتر به دور خورشید می‌چرخند که بسیاری از آن‌ها دنباله‌دارهای کوتاه دوره هستند. این منطقه همچنین شامل چندین سیاره کوتوله است - سیاراتی بزرگتر از آن که بتوانند به عنوان سیارک در نظر گرفته شوند و کوچکتر از آن که به عنوان یک سیاره شناخته شوند.

پلوتون اولین جسم واقعی کمربند کوییپر است که مشاهده شد. هنگامی این کمربند توسط اخترشناسان کشف شد، آن‌ها دریافتند منطقه ماوراء نپتون پر از سنگ‌های یخی و سیارات کوچک است.

«سدنا» یکی دیگر از اجرام موجود در این ناحیه است که اندازه آن تقریبا سه چهارم پلوتو است. این جرم سماوی در سال 2004 کشف شد. سدنا آنقدر از خورشید دور است که حدود 10500 سال طول می‌کشد تا یک مدار را کامل کند. سدنا حدود 1770 کیلومتر عرض دارد و در مداری غیرعادی که بین 12.9 میلیارد کیلومتر و 135 میلیارد کیلومتر متغیر است، به دور خورشید می‌گردد.

«مایک براون» ستاره‌شناس موسسه فناوری کالیفرنیا که سدنا و چندین جرم دیگر کمربند کوییپر را کشف کرده است، می‌گوید: «خورشید از آن فاصله آنقدر کوچک به نظر می‌رسد که می‌توان آن را در پسِ سر یک سنجاق پنهان کرد.»

در جولای 2005، ستاره‌شناسان جرم «Eris» را کشف کردند که کمی از پلوتون کوچکتر است. اریس تقریبا هر 580 سال یکبار به دور خورشید می‌چرخد و فاصله آن تا خورشید حدود صد برابر فاصله زمین تا خورشید است.

کشف اریس مشکل طبقه‌بندی پلوتون به عنوان یک سیاره را برای اخترشناسان بوجود آورد. طبق تعریف اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) در سال 2006، یک سیاره باید به اندازه‌ای بزرگ باشد که گرانش آن تمام اجرام را تا فاصله خاصی به سمت خود بکشد. پلوتون و اریس که توسط کمربند کوییپر احاطه شده‌اند، آشکارا در انجام این کار شکست خورده‌اند. در نتیجه در سال 2006 پلوتون، اریس و «سرس» (یکی از سیارک‌های این ناحیه) به عنوان سیارات کوتوله از سوی IAU طبقه‌بندی شدند. دو سیاره کوتوله دیگر به نام‌های «Haumea» و «Makemake» نیز در سال 2008 در کمربند کوییپر کشف شدند.

ستاره‌شناسان اکنون درحال بررسی وضعیت Haumea به عنوان یک سیاره کوتوله هستند. در سال 2017، زمانی که این جسم از بین زمین و یک ستاره درخشان عبور کرد، دانشمندان متوجه شدند ساختار آن بیضوی شکل است. براساس تعریف IAU کروی بودن یکی از معیارهای یک سیاره کوتوله است. بیضوی شکل بودن Haumea می‌تواند نتیجه چرخش سریع آن باشد. سرعت چرخش این جسم به دور ستاره به قدری سریع است که یک روز روی آن تنها چهار ساعت طول می‌کشد.

سیاره نهم

سیاره نهم یک سیاره فرضی است که تصور می‌شود در فاصله‌ای به دور خورشید می‌چرخد که حدود 600 برابر دورتر از فاصله زمین تا خورشید و حدود 20 برابر دورتر از مدار نپتون است.

دانشمندان واقعا سیاره نهم را ندیده‌اند و تنها وجود آن توسط اثرات گرانشی پیش‌بینی شده است. اخترشناسان در سال 2016 با بررسی اثرات گرانشی برخی از اجرام در کمربند کوییپر وجود سیاره نهم را در مقاله‌ای در «Astronomical Journal» پیش‌بینی کردند.

«اسکات شپارد» از موسسه علوم «Carnegie» در واشنگتن و «چادویک تروجیلو» از دانشگاه آریزونای شمالی به صورت اختصاصی در تلاش هستند تا سیاره نهم را کشف کنند. این دو پس از پیشنهاد وجود سیاره «X» - یک سیاره کوتوله کوچک دورتر از پلوتون - در سال 2014، شش سال گذشته را بر روی بررسی عمیق‌ترین اجرام کم نور در لبه منظومه شمسی کار کرده‌اند.

این دو اخترشناس تاکنون 62 جرم سماوی دوردست یافته‌اند که 80 درصد از تمام اجرامی که در لبه منظومه شمسی قرار دارند را تشکیل می‌دهند. سال گذشته شپارد و تروجیلو موفق شدند دو سیاره کوتوله با نام «گوبلین» و «2018 VG18» را کشف کنند. 2018 VG18 در حقیقت دورترین جسم سیاره کوییپر است که تاکنون شناسایی شده و به همین دلیل برخی آن را «FarOut» نیز می‌نامند.

در فوریه 2019، شپرد به صورت غیررسمی کشف یک جرم دورتر را اعلام کرد و آن را «FarFarOut» نامید.

شپر در بیانیه‌ای گفت: «این اجرام دور مانند خرده نان هستند که ما را به سمت سیاره X هدایت می‌کنند. هرچه تعداد بیشتری از آن‌ها را بتوانیم پیدا کنیم، بهتر می‌توانیم منظومه شمسی بیرونی را بشناسیم و نحوه شکل‌گیری و تکامل آن را درک کنیم.»

شناسایی اجرام کمربند کوییپر

به دلیل اندازه کوچک و فاصله زیاد، شناسایی اجرام کمربند کوییپری چالشی برای اخترشناسان است. اندازه‌گیری‌های فروسرخ تلسکوپ فضایی «اسپیتزر» (Spitzer) تاکنون کمک شایانی به تعیین اندازه بزرگترین اجرام کرده است. اما از آنجایی که این تلسکوپ بازنشست شده است، چالش شناسایی اجرام این ناحیه با فیزیکدانان همراه است.

ناسا پس از آن برای آنکه نگاه بهتری به بقایای دور افتاده از تولد منظومه شمسی داشته باشد، ماموریت «New Horizons» را آغاز کرد. این فضاپیما در سال 2015 به پلوتون رسید و با هدف بررسی چند جرم کمربند کوییپر به کار خود ادامه داد. در اول ژانویه 2019، New Horizons در کنار جرم کمربند کوییپر به نام «2014 MU69» پرواز کرد.

MU69 احتمالا آخرین جسمی نیست که این کاوشگر از آن بازدید می‌کند. تیم تحقیقات گفته است که سوخت کافی برای شناسایی دیگر اجرام کمربند کوییپری وجود دارد و این ماموریت طولانی مدت خواهد بود - به طوری که اخترشناسان امیدوارند به کمک این ماموریت بتوانند اجرام دیگری را در این ناحیه از کیهان شناسایی کنند.

سوالات متداول کاربران