آیا منظومه شمسی در گذشته دو سیاره بیشتر داشته است؟

اخترشناسان با شبیه‌سازی دوره پرآشوبی که در آن این سیارات فرضی از منظومه شمسی به فضای بیرون پرتاب شده‌اند، متوجه شدند این مدل تاریخچه‌ای بسیار خشن‌تر از آنچه امروز می‌بینیم را برای قمرهای اورانوس پیش‌بینی می‌کند. این کشف نشان می‌دهد که داستان تکامل منظومه شمسی و رسیدن آن به نظم و دقت ساعت‌گونه کنونی، هنوز کامل نشده است.

تیمی از محققان به سرپرستی «متیو کلمنت»، اخترفیزیکدان دانشگاه جانز هاپکینز، در مقاله خود توضیح داده‌اند که این نتایج سه پیامد مهم دارند. اول اینکه قمرهای اورانوس در این دوران پرآشوب، بارها تا مرز برخورد با یکدیگر پیش رفته و بی‌ثبات شده‌اند. دوم، نسخه فعلی «مدل Nice» نیاز به اصلاح و بازبینی دارد. سوم، احتمال دارد که منظومه شمسی حاصل یک روند تکاملی بسیار نادر باشد که در آن تقریباً هیچ برخورد و رویارویی نزدیکی بین اورانوس و سایر سیارات غول‌پیکر رخ نداده است.

دانشمندان معتقدند منظومه شمسی در دوران پیدایش خود بسیار آشفته‌تر از امروز بوده است. در آن زمان، سیارات غول‌پیکر از میان دیسکی از زباله‌های فضایی عبور می‌کردند و تعاملات گرانشی میان آنها، احتمالاً کل بخش بیرونی منظومه شمسی را بی‌ثبات کرده بود.

برای توضیح این هرج‌ومرج گرانشی، دانشمندان در سال ۲۰۰۵ میلادی «مدل نایس» را ارائه کردند. نسخه‌های امروزی این مدل پیشنهاد می‌کنند که منظومه شمسی احتمالاً کار خود را با یک یا دو غول یخی اضافه آغاز کرده است. سپس هر ۶ سیاره غول‌پیکر از موقعیت اولیه خود دور شده و در مسیرشان بی‌ثباتی‌های بزرگی ایجاد کرده‌اند. در نهایت، ۴ سیاره در مدارهای فعلی خود در منظومه شمسی مستقر و دو سیاره دیگر به نقاط نامعلومی در فضا پرتاب شدند.

مدل نایس برای توضیح رویدادهای کلانی مانند «بمباران سنگین متأخر» (Late Heavy Bombardment) و شکل‌گیری مجموعه سیارک‌های تروجان مشتری بسیار عالی عمل می‌کند. اما کلمنت و همکارانش می‌خواستند بدانند این مدل در مقیاس‌های کوچک‌تر چه تأثیری بر منظومه شمسی داشته است.

سرنوشت متفاوت قمرهای مشتری و اورانوس

آن‌ها شبیه‌سازی‌هایی انجام دادند تا تأثیر دو نسخه از مدل نایس (یکی با یک غول یخی اضافه و دیگری با دو غول یخی اضافه) را بر قمرهای مشتری و اورانوس بررسی کنند. این شبیه‌سازی‌ها براساس طیف وسیعی از شرایط اولیه انجام و مسیرهای بسیار بیشتری نسبت به تحقیقات قبلی در نظر گرفته شد.

نتایج نشان می‌دهد در اکثر شبیه‌سازی‌ها، قمرهای اورانوس به‌شدت بی‌ثبات شدند که این امر به برخورد، پرتاب به فضا و جابه‌جایی‌های بزرگ مداری منجر می‌شد. در مقابل، قمرهای مشتری وضعیت بسیار بهتری داشتند. محققان دریافتند که سالم ماندن هم‌زمان سامانه‌های قمری هر دو سیاره در جریان این مهاجرت‌ها، به طرز شگفت‌انگیزی دشوار است و تنها یک سناریو یافتند که در آن قمرهای هر دو سیاره در برابر این بی‌ثباتی‌ها دوام می‌آورند.

اگر فرض کنیم مدل نایس درست است، دو گزینه اصلی پیش روی دانشمندان قرار می‌گیرد. یا منظومه شمسی مسیر تکاملی بسیار نادری را طی کرده که طی آن مشتری و اورانوس کاملاً دست‌نخورده باقی مانده‌اند. یا اینکه سیستم فعلی قمرهای اورانوس پس از نابودی در اثر برخوردها و آشفتگی‌های گرانشی، دوباره شکل گرفته است. این یعنی اورانوس حداقل دو بار دچار آشفتگی شدید شده است؛ یک‌بار رویدادی که باعث انحراف شدید محور آن شد و بار دیگر بی‌ثباتی ناشی از مدل نایس که قمرهای آن را به هم ریخت.

البته گزینه سومی هم وجود دارد و این است که مدل نایس اساساً ناقص است. با توجه به اینکه این مدل تلاش می‌کند اتفاقات ۴ میلیارد سال پیش را بازسازی کند، این موضوع چندان عجیب نخواهد بود.

محققان در پایان این پژوهش می‌نویسند: «به احتمال زیاد هیچ‌یک از مدل‌های فعلی، شامل توالی دقیقی از برخوردها نیستند که بتوانند تمام ویژگی‌های منظومه شمسی را مو به مو بازتولید کنند. اگرچه ممکن است سیستم‌های قمری اولیه تحت تأثیر برخوردهای سیاره‌ای قرار نگرفته باشند، اما نتایج ما قویاً نشان می‌دهد که این‌طور نبوده است.»