سیاره چیست و چگونه به وجود می‌آید؟ همه‌چیز درباره سیاره‌ها

وقتی صحبت از سیاره می‌شود، همه ما بی‌اختیار به یاد منظومه شمسی و سیارات آن می‌افتیم. اما واژه سیاره دقیقاً چه معنایی دارد و چه اجرامی را می‌توانیم سیاره بنامیم؟ به عبارت دیگر، سیاره چیست؟ چه تفاوتی بین سیاره و ستاره وجود دارد؟ در این مقاله قصد داریم با مفهوم سیاره بیشتر آشنا شویم و ببینیم چه زمانی می‌توانیم جرمی را که در آسمان مشاهده شده، در این دسته قرار دهیم.

سیاره چیست؟

ما می‌توانیم در آسمان شب به تصویر مشتری و زحل اشاره کنیم و آن‌ها را «سیاره» خطاب کنیم اما تعریف این کلمه نیاز به دقت زیادی دارد. کلمه سیاره از کلمه یونانی «planēt» به معنای «سرگردان» گرفته شده است. بسیاری از منجمین باستان می‌توانستند این اجرام را که تصور می‌شد ستارگان متحرک هستند، به‌راحتی با چشم غیرمسلح ببینند.

در فرهنگ لغت «مریام وبستر» سیاره را هریک از اجرام بزرگی تعریف می‌کنند که به دور خورشید در منظومه شمسی می‌چرخد. اما این تعریف چندان دقیق نیست. به دلیل اینکه تعریف واحدی برای این مفهوم وجود نداشت، سال ۲۰۰۶، بسیاری از اخترشناسان پس از کشف چند جرم در اطراف منظومه شمسی تصمیم گرفتند این مفهوم را از بازتعریف کنند.

اتحادیه بین‌المللی نجوم (IAU) سیاره را جرمی تعریف می‌کند که ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

• به دور خورشید (ستاره مرکزی) می‌چرخد.
• جرم کافی برای آنکه شکلی کروی به خودش بگیرد دارد.
• قمر جسم دیگری نیست.
• به کمک نیروی گرانش خود، زباله‌های فضایی و اجسام کوچک را از اطراف مدار خودش حذف کرده است.

IAU همچنین طبقه‌بندی جدیدتری به نام «سیاره کوتوله» ارائه کرده است که به دسته اجرامی اطلاق می‌شود که تمام این ویژگی‌ها را دارند اما به‌علت نیروی گرانش کم نمی‌توانند زباله‌های فضایی را از اطراف مدار خود حذف کنند. این تعریف به این معنی بود که «پلوتو» که زمانی سیاره‌ای در منظومه شمسی شناخته می‌شد، تنزل رتبه پیدا کرده و سیاره کوتوله شناخته می‌شود.

بااین‌حال همه دانشمندان با این تعریف موافق نیستند، به‌ویژه پس از پرواز فضاپیمای «Horizons» اطراف پلوتو که سال ۲۰۱۵ انجام شد. این فضاپیما دنیای پیچیده‌ای از ویژگی‌های خاص را از پلوتو نمایش داد. پلوتو مملو از کوه‌هایی با ارتفاعی حدود ۳۵۰۰ متر است؛ منطقه‌ای قلبی‌شکل به نام «Tombaugh Regio» که عمدتاً از یخ و متان تشکیل شده و زمین‌های یخی عجیب‌وغریبی شبیه پوست مار دارد. همین دلایل سبب شد تیم دانشمندان فضاپیمای Horizons معتقد باشند که پلوتو سیاره است؛ زیرا از نظر ساختار زمین‌شناسی بسیار شبیه سیاره ماست.

سیاره چگونه به وجود می‌آید؟

سناریوهای زیادی برای توصیف نحوه شکل‌گیری سیارات وجود دارد. برجسته‌ترین سناریو را در ادامه مرور خواهیم کرد.

گردوغبار اطراف ستاره برای تشکیل اجرام سماوی در اطراف آن حیاتی است. گردوغبار اطراف ستارگان حاوی عناصری مانند کربن و آهن است که می‌تواند به تشکیل منظومه‌های سیاره‌ای کمک کند.

هنگامی که ستاره‌ای دارد متولد می‌شود، «T Tauri» نامیده می‌شود. در این حالت، ستاره گاز فشرده درحال چرخشی است و بادهای بسیار داغی به بیرون پرتاب می‌کند که هیدروژن و هلیوم از فراوان‌ترین عناصر این بادهای ستاره‌ای هستند. گردوغبار موجود در این بادها به‌مرور با یکدیگر برخورد می‌کنند و در اثر نیروی گرانش به هم متصل می‌شوند و از نظر ابعاد رشد می‌کنند.

توده‌های گردوغبار کم‌کم تبدیل به سنگ‌ریزه می‌شوند. سنگ‌ریزه‌ها نیز به یکدیگر چسبیده و سنگ‌هایی بزرگ‌تر تشکیل می‌دهند. در واقع وجود گاز به ذرات جامد کمک می‌کند به هم بچسبند و بزرگ شوند. در این مرحله، می‌توان جسم تشکیل‌شده را «شبه‌سیاره» نامید.

دانشمندان باور دارند سیارات، ازجمله سیارات منظومه شمسی، احتمالاً دانه‌های غباری کوچک‌تر از عرض یک موی انسان متولد شده‌اند. آن‌ها از دیسک‌ غول‌ پیکر و دوناتی شکل گاز و غبار بیرون آمده‌اند که به دور ستاره‌های درحال تولد در گردش بوده است. هنگامی که این شبه‌سیارات به‌اندازه کافی رشد می‌کنند، شروع به چرخیدن دور ستاره خود می‌کنند و به‌مرور مواد اضافی و زباله‌های فضایی را از مدار خود پاک می‌کنند.

هنگامی که سیارات در اطراف ستاره‌ای شکل می‌گیرند، به آن‌ها «منظومه سیاره‌ای» گفته می‌شود. در حقیقت منظومه سیاره‌ای شامل چندین سیاره است که به دور یک ستاره می‌چرخند و مدارهای تعریف‌شده‌ای دارند. در نظر داشته باشید که اجرام دیگری مانند سیارات کوتوله، سیارک‌ها، قمرها، شهاب‌واره‌ها و غیره نیز از اجرامی هستند که می‌توان در منظومه‌ای سیاره‌ای پیدا کرد.

سیارات به چند دسته تقسیم می‌شوند؟

ستاره‌شناسان معیارهای متفاوتی برای پاسخ به این سؤال در نظر می‌گیرند. بااین‌حال، به‌طورکلی می‌توان سیارات را در دسته‌بندی زیر قرار داد:

• سیارات Chthonian: سیارات Chthonian اجرامی هستند که نزدیک ستاره‌ای می‌چرخند که غول گازی است. این سیارات به‌دلیل نزدیکی به ستاره داغ خود، اتمسفر مملو از هیدروژن و هلیوم خود را از دست داده‌اند و فقط یک هسته فلزی و سنگی برای آن‌ها باقی مانده است. در منظومه شمسی هیچ سیاره‌ای از نوع Chthonian شناسایی نشده است.
• سیاره کربنی: این نوع سیاره در حقیقت سیاره‌ای نظری است که اعتقاد بر است که غلظت کربن در آن بیشتر از اکسیژن است. تصور می‌شود چنین سیاراتی هسته‌‌ای از جنس آهن یا فولاد دارند که در حقیقت مشخصه سیارات زمینی است. احتمالاً سطح این سیارات را هیدروکربن‌های مایع یا یخ‌زده با لایه‌ای از گرافیت یا الماس به ضخامت چندین کیلومتر پوشانده است. کاندید مناسبی برای این نوع سیاره «55 Cancri e» است.

• سیاره بدون هسته: همان‌طور که از نام این دسته پیداست، سیارات بدون هسته سیاراتی هستند که فقط از گوشته تشکیل شده‌اند و فاقد هسته‌اند.
• غول گازی: این دسته سیاراتی هستند که عمدتاً از هلیوم و هیدروژن و سایر ترکیبات فرّار تشکیل شده‌اند. این سیارات که تعدادشان بسیار زیاد است، از بزرگ‌ترین سیارات شناخته‌شده هستند. در منظومه شمسی ما زحل و مشتری در دسته سیارات غول گازی قرار می‌گیرند. اعتقاد بر این است که این سیارات یک هسته سنگی مذاب دارند. بااین‌حال، خواص ترکیباتی که در هسته‌های این غول‌های گازی وجود دارند، به‌دلیل دما و فشار زیاد به‌خوبی شناخته نشده‌اند.
• کوتوله گازی: کوتوله گازی جرمی سماوی با هسته جامد است که اتمسفر غلیظی از هلیوم، هیدروژن و سایر گازهای فرّار پوشیده شده است. کوتوله گازی از نظر ترکیب شیمیایی شبیه سیارات غول گازی است و فقط از نظر اندازه متفاوت است. «Kepler-138d» به‌عنوان سیاره‌ای فراخورشیدی، در این دسته قرار می‌گیرد.
• سیارات یخی: سیاره یخی عمدتاً از ترکیبات فرّاری مانند آب، متان و آمونیاک در حالت یخ‌زده تشکیل شده است. این سیارات دمای بسیار پایینی دارند (حدود منفی ۱۳ درجه سانتی‌گراد). منظومه شمسی ما هیچ سیاره یخی ندارد. این دسته از سیارات بسیار کوچک‌اند و از مهم‌ترین کاندیدها برای حضور حیات فرازمینی هستند؛ زیرا دانشمندان باور دارند این سیارات مملو از اقیانوس‌های زیر سطحی‌اند که شرایط مناسب برای پذیرش حیات را فراهم می‌کنند.

• غول‌های یخی: این دسته سیاراتی هستند که عمدتاً از گازهای متراکمی تشکیل شده‌اند که سنگین‌تر از گازهای موجود در غول‌های گازی هستند. این سیاره‌ها که ابتدا به‌عنوان غول‌های گازی طبقه‌بندی می‌شدند، ترکیب متفاوتی دارند؛ زیرا به‌جای هیدروژن و هلیوم موجود در غول‌های گازی، بیشتر از کربن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده‌اند. نپتون و اورانوس دو غول یخی منظومه شمسی ما هستند.
• سیاره آهنی: این دسته سیارات شامل هسته غنی از آهن هستند. گوشته محدود یا نداشتن گوشته از دیگر ویژگی‌های این سیارات است. دانشمندان بر این باورند که این نوع سیارات ابتدا سیارات زمینی بودند اما گوشته آن‌ها بر اثر برخوردهای مکرر اجرام دیگر با آن‌ها از بین رفته است. عطارد تنها سیاره آهنی منظومه شمسی ماست.
• سیارات گدازه‌ای: سیاره گدازه‌ای نوعی سیاره نظری است که ویژگی بارز آن وجود گدازه مذاب در سطح سیاره است. اعتقاد بر این است که این سیارات درنتیجه رویداد برخورد شدید که مدت زیادی از آن نگذشته، به این شکل درآمده‌اند. احتمال دیگر وجود فعالیت‌های آتشفشانی شدید در این دسته سیارات است که سبب وجود گدازه در سطح آن‌ها به‌صورت فراوان شده است. باور بر این است که این دسته سیارات نزدیک ستاره‌ای که دور آن می‌چرخند، قرار دارند.
• سیارات پف‌کرده: این‌ها در حقیقت سیارات غول گازی هستند که در فاصله کمی از ستاره خود قرار دارند و دمای ستاره سبب انبساط اتمسفر آن‌ها می‌شود. چنین سیاراتی در ناحیه استوا شعاع زیادی دارند اما چگالی آن‌ها نسبتاً کم است. چنین سیاراتی در منظومه شمسی وجود ندارند اما «WASP 17b» و «WASP-12b» به‌عنوان سیاراتی فراخورشیدی، در این دسته جای می‌گیرند.

• سیارات سیلیکات: سیاره سیلیکات در درجه اول از ترکیبات سیلیکات تشکیل شده است. این سیارات با پوسته جامد، گوشته سیلیکات و هسته‌ای بر پایه آهن تعریف می‌شوند. بسته به وجود فعالیت‌های آتشفشانی، این سیارات می‌توانند شامل کوه‌ها و دره‌ها باشند. هر چهار سیاره نزدیک به خورشید در منظومه شمسی ازجمله عطارد، زهره، زمین و مریخ در این دسته قرار می‌گیرند.
• سیارات زمینی: سیاره زمینی را می‌توان زیرمجموعه سیارات سیکیات دانست؛ زیرا دارای سطح جامد هستند. ترکیب هسته سیارات زمینی نیز متنوع است؛ برخی از آن‌ها از آهن و برخی دیگر از ترکیبات مبتنی بر کربن ساخته شده‌اند. بااین‌حال، سیاراتی زمینی وجود دارند که هسته ندارند.
• سیارات اقیانوسی: این‌ها نیز نوعی فرضی از سیارات هستند که تصور می‌شود کامل یا عمدتاً از آب پوشیده شده‌اند. عمق اقیانوس‌ها در این دسته به صدها کیلومتر نیز می‌رسد.
• سیارات بیابانی: این‌ها در حقیقت سیاراتی زمینی هستند که سطح آن‌ها مانند بیابان است. باور بر این است که چنین سیاراتی منطقه قابل‌سکونت بزرگ‌تری نسبت به سیارات مشابه زمین دارند. برخی از دانشمندان اعتقاد دارند با افزایش درخشندگی خورشید، زمین درنهایت به سیاره‌ای بیابانی تبدیل خواهد شد. زهره نیز در گذشته احتمالا سیاره‌ای بیابانی بوده.

• سیارات هلیومی: جو این دسته سیارات عمدتاً از هلیوم تشکیل شده است. دانشمندان باور دارند چنین سیاراتی پس از اینکه دمای بالای ستاره‌ای که به دور آن می‌چرخند، سبب شد گازهای سبک‌تر، مانند هیدروژن، تبخیر شوند، شکل می‌گیرند. در این صورت فقط گاز هلیوم در اتمسفر سیاره باقی مانده است. باتوجه‌به غلظت بالای هلیوم در جو، اعتقاد بر این است که سیارات هلیومی از نظر ظاهری سفید و خاکستری روشن هستند.

تفاوت سیاره و ستاره چیست؟

برای پاسخ به این سؤال بهتر است ابتدا تعریف دقیق ستاره را بیان کنیم. ستاره توپ گازی درخشان، داغ و عظیمی است که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. این جرم سماوی را گرانش اجزای خود آن به‌صورت جرمی فشرده ظاهر می‌شود. گرانش همچنین باعث فرایندهای همجوشی هسته‌ای در مرکز ستاره‌ می‌شود که طی آن نور و گرما از ستاره ساطع می‌شود. همجوشی به این دلیل اتفاق می‌افتد که گرانش عظیم ستاره هیدروژن را تا جایی فشرده می‌کند که هیدروژن طی دما و فشار بالا به اتم هلیوم تبدیل می‌شود. این فرایند مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. خورشید نزدیک‌ترین ستاره به زمین است. بااین‌اوصاف و آنچه درمورد سیاره بیان شده است، می‌توانیم تفاوت سیاره و ستاره را تمام‌وکمال بررسی کنیم.

ستاره در برابر سیاره!

ستارگان نور و گرمای خود را از طریق همجوشی هسته‌ای در هسته خود تولید می‌کنند. آن‌ها انرژی را به‌شکل نور و تابش الکترومغناطیس ساطع می‌کنند که باعث می‌شود از فواصل دور قابل‌مشاهده باشند. برعکس، سیارات نور تولید نمی‌کنند بلکه نور را از ستاره‌ای که دور آن می‌چرخند، منعکس می‌کنند؛ به همین دلیل است که ما نمی‌توانیم سیارات فراخورشیدی را مانند ستارگان مشاهده کنیم. در نظر داشته باشید که ستاره‌ای مانند خورشید حدود یک‌میلیارد بار درخشان‌تر از نور منعکس‌شده از سیاره فراخورشیدی درحال‌چرخش است.

آیا سیاره می‌تواند به ستاره تبدیل شود؟

اگر سیاره‌ای فقط یک چیز برای تبدیل شدن به ستاره کم داشته باشد، آیا شانسی برای تبدیل شدن به ستاره را دارد؟ از نظر تیٔوری بله! اگر جرم سیاره‌ای به‌اندازه کافی زیاد شود که فشرده و گرم شود تا واکنش‌های هسته‌ای در مرکز آن آغاز شوند، می‌توان گفت یک ستاره داریم. در نظر بگیرید برای اینکه سیاره به ستاره تبدیل شود، علاوه‌بر افزایش جرم، هیدروژن باید عنصر اصلی تشکیل‌دهنده آن سیاره باشد. برای فعال‌کردن فرایند همجوشی وجود هیدروژن ضروری است.

بیاید سیاره مشتری را به‌عنوان مثال در نظر بگیریم؛ چون که هیدروژن مؤلفه اصلی تشکیل‌دهنده آن است. جرم مشتری 10²⁷× 1.898 کیلوگرم است، درحالی‌که جرم خورشید 10³⁰×1.989 کیلوگرم است. پس جرم مشتری حدود هزار برابر کمتر از خورشید است؛ به عبارت دیگر، برای آنکه مشتری تبدیل به ستاره‌ای شبیه خورشید شود، باید هزار برابر بزرگ‌تر شود. اگر به‌دنبال سیاره‌ای هزار برابر مشتری هستید که ببینید به یک ستاره تبدیل می‌شود یا نه، دست نگه دارید. ستارگانی در عالم هستند که جرم بسیار کمتری از خورشید دارند؛ پس نیاز نیست لزوماً مشتری به‌اندازه خورشید بزرگ شود. به‌صورت تیٔوری سیاره می‌تواند به ستاره تبدیل شود. اما آیا جرم تمام چیزی است که نیاز داریم؟ خیر. از پارامترهایی مانند ترکیب عناصر، زیست‌پذیری، جو، دما، طول عمر و غیره میان سیارات و ستارگان تفاوت ایجاد می‌کنند.

فراتر از منظومه شمسی

بیش از حدود دو دهه جسمی فراتر از پلوتو در منظومه شمسی یافت نشد. اما دهه ۲۰۰۰ میلادی شروع اکتشافات جذاب نجومی بود. در این سال‌ها «مایک براون»، ستاره‌شناس جوان، در مؤسسه فناوری کالیفرنیا تصمیم گرفت به جستجوی اجرام فراتر از منظومه شمسی برود. براون و تیمش موفق شدند چندین جسم فراتر از نپتون یا مدارش کشف کنند که بزرگ یا یخی هستند. درحالی‌که کشف اجرام یخی در دوردست‌ها غیرمنتظره نبود،‌ کشف چیزی که «ابر اورت» نامیده می‌شود، همه را حیرت ‌زده کرد. ابر اورت ناحیه‌ای بیرون منظومه شمسی است که زادگان تریلیون‌ها دنباله‌دار است و در آن زمان انتظار می‌رفت بتوان سیاره و سیارک‌های دیگری نیز در آن پیدا کرد.

برخی اکتشافات براون و تیمش شامل اجرامی است که با نام‌های «Eris» و قمرش «Dysnomia» و غیره شناخته می‌شوند. تمام این اجرام بین سال‌های ۲۰۰۱ و ۲۰۰۵ کشف شدند. Eris به‌قدری بزرگ بود که ابتدا تصور می‌شود باید آن را سیاره دهم منظومه شمسی تعریف کرد.

حالا وقت تصمیم‌گیری است: کدام‌‌یک سیاره است؟

با این مجموعه اکتشافات، اتحادیه بین‌المللی نجوم دو سال را صرف بررسی شواهد کرد و سال ۲۰۰۶ مجمع‌عمومی را برای رأی‌گیری درمورد تعریف سیاره تشکیل داد. در نتیجه رأی‌گیری مشخص شد اجرامی مانند پلوتو، اریس و هر جرم دیگری با ویژگی‌های مشابه این اجرام سیاره نیست، هرچند ابعد بسیار بزرگی داشته باشند.

در این نام‌گذاری جدید، سیاره کوتوله به جسمی کروی گفته می‌شد که در گردش به دور خورشید است اما ابعاد کوچک‌تری نسبت به عطارد دارد. این جرم همچنین ممکن است در ناحیه‌ای باشد که چندین جرم دیگر همراه آن درحال چرخش هستند؛ مثلاً درون کمربند سیارکی. اتحادیه بین‌المللی نجوم تاکنون پنج جرم را به‌عنوان سیاره کوتوله پذیرفته است: «Ceres»، پلوتو، اریس، «Makemake» و «Haumea». در نظر داشته باشید اجرام بسیار دیگری وجود دارند که می‌توان آن‌ها را نیز باتوجه‌به ویژگی‌هایشان در دسته سیاره کوتوله جای داد، مانند «Sedna» و «Salacia» و غیره. در تعیین نوع جرم، نیاز به مشاهدات بیشتر و تعیین ویژگی‌های جسم به‌صورت دقیق‌تر انجام می‌شود. بااین‌حال، ازآنجایی‌ که این اجرام بسیار دور از منظومه شمسی هستند، تعیین ویژگی‌های آن‌ها اندکی دشوار است.

دانشمندان باور دارند حدود ۲۰۰ سیاره کوتوله در منظومه شمسی و کمربند کوییپر وجود دارد. این اجرام ترکیبات سطحی متفاوت و قمرهای مخصوص به خود را دارند که آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌کند.

پلوتو هنوز یک معما؛ آیا پلوتو سیاره است؟

بااینکه اتحادیه بین‌المللی نجوم در این مورد رأی‌گیری کرده است، هنوز دانشمندانی وجود دارند که باور دارند باید پلوتو را سیاره دانست. تحلیل بیشتر داده‌های فضاپیمای New Horizons نیز گاهی به این ادعا دامن می‌زند. داده‌های این فضاپیما از ویژگی‌هایی از پلوتو رونمایی می‌کنند که دانشمندان مطمیٔن می‌شوند پلوتو سیاره است.

بااین‌حال، جستجو برای اجرام خارج از منظومه شمسی همچنان ادامه دارد. یکی از بارزترین این پروژه‌ها مأموریت برای یافتن سیاره نهم است! هنوز شواهدی مبنی بر وجود این سیاره یافت نشده است اما دانشمندان احتمال می‌دهند اجرام کاندید احتمالاً بر کمربند کوییپر تأثیر می‌گذارند. اگر چنین جسمی وجود داشته باشد که بتوان آن را سیاره دانست، یک ابَرزمین است که قطرش چهار برابر زمین و جرم آن ده برابر است.

جمع‌بندی

در این مقاله به‌صورت مفصل با مفهوم سیاره، تعاریف مختلف آن و انواع سیارات آشنا شدیم. همچنین تفاوت سیاره و ستاره را مرور کردیم و به این موضوع پرداختیم که چرا پلوتو در دسته‌بندی سیارات اتحادیه بین‌المللی نجوم قرار نمی‌گیرد.