مورد مرموز «سیاره نهم»

طی روزهای گذشته، احتمالاً از گوشه‌کنار، به خبرهایی راجع به اجماع سیاره‌شناسان بر کشف شواهدی مبنی بر وجود یک «سیاره نهم» برخورده‌اید؛ سیاره نهمی در همین منظومه شمسی خودمان. اما ماجرای آنچه برخی رسانه‌ها از آن تحت عنوان «کشف» این سیاره، و برخی هم «کشف شواهد»‌ی مبنی بر آن یاد کرده‌اند، دقیقاً چیست؟ چرا در اینصورت این سیاره تاکنون از دیده‌ها پنهان مانده بود؟ این سیاره کجاست، و چه راهکاری برای کسب اطلاعات بیشتر از آن وجود دارد؟

در این مقاله نگاهی داریم به کمّ و کیف و پیشینه استدلال دو سیاره‌شناس مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک) مبنی بر وجود یک سیاره نهم در منظومه شمسی، که نمونه‌ایست واضح اما نادر از استدلال‌های هندسی و دقیقی که معمولاً در روایات مربوط به تاریخ علم از آن‌ها یاد می‌شود، حال‌آنکه این‌بار ماجرا مربوط می‌شود به همین امروز؛ به جایی در حیاط‌خلوت کیهانی‌مان – به جایی ‌که گمان می‌رفت دیگر هیچ نقطه کوری در آن باقی نمانده باشد.

از «سیاره X» تا «سیاره نهم»

آخرین باری که خبر کشف یک سیاره از اعضای منظومه‌مان در رسانه‌ها پخش می‌شد، برمی‌گشت به ۸۵ سال پیش؛ زمانی‌که کلاید تومباو، از پرسنل جوان رصدخانه لاول در فلاگستاف آریزونا، تصادفاً موفق شد از پی جستجو بین بالغ بر ۹۰ میلیون ستاره، جابجایی نقطه‌نوری در دو عکس از منطقه‌ای مشابه از آسمان که به فاصله شش ماه از هم گرفته شده بودند را تشخیص بدهد. اما معلوم شد این سیاره تازه – که بعدها پلوتو نام گرفت – کوچک‌تر از آن است که پاسخی به معمای «سیاره X» باشد.

تب جستجو پی سیاره X – سیاره‌ای فرضی در ورای مدار نپتون – را پرسیوال لاول، اخترشناس آماتور و تاجر آمریکایی بود که با احداث رصدخانه‌ای به همین منظور، شعله‌ورتر کرد – رصدخانه لاول. سابقاً در مقاله کشف آبراهه‌های فصلی مریخ: حل معمایی از قرن ۱۹، توضیح داده شده بود که از دیگر دلایل احداث این رصدخانه، علاقه لاول به شناخت «آبراه»‌های مریخی بود؛ عوارضی که البته معلوم شد به تعبیری که او و معاصرینش از آن‌ها مراد می‌کردند، اساساً وجود خارجی ندارند. هرچند که پلوتو به یمن احداث همین رصدخانه کشف شد، اما صید ایده‌آلی هم برای این رصدخانه نبود.

فرض وجود یک سیاره X، راهکار پیشنهادی برخی اخترشناسان برای حل معمّای رقص مداری اورانوس بود – آشفتگی‌هایی در مدار این سیاره، که با توصیفات مکانیک نیوتونی همخوان نبودند. البته بخش اعظم همین آشفتگی‌ها بود که زمینه را برای کشف سیاره نپتون فراهم ساخت: در اواسط دهه ۱۸۴۰ میلادی، نپتون از قضا در موقعیّتی نسبت به اورانوس قرار داشت که می‌توانست اثرات مستقیمی را بر مدار آن اعمال کند. اوربین له‌وریه و جان کخ آدامز، ریاضیدانانی فرانسوی و انگلیسی بودند که مستقلاً از طریق تحلیل داده‌های دریافتی از رصدهای مستمر اورانوس، دست به پیش‌بینی موقعیّت مداری سیاره‌ای واقع در ورای اورانوس زدند، و این پیش‌بینی‌ عاقبت در رصدخانه برلین به تأیید تجربی رسید و سیاره‌ای که هم‌اینک آن را نپتون می‌خوانیم، در ۲۳ سپتامبر ۱۸۴۶ کشف شد.

اما کشف نپتون برای حل معمّای آشفتگی‌های مداری اورانوس کفایت نمی‌کرد، و به همین‌واسطه هم ایده وجود یک سیاره دیگر در ورای مدار نپتون رفته‌رفته قوّت یافت؛ ایده‌ای که کمابیش تا موقع حل این معما – به‌هنگام ملاقات کاوشگر ویجر-۲ با اورانوس، درست ۳۰ سال پیش، همین روزها – کمابیش طرفدارانی داشت. درک بهتر مختصّات مداری اورانوس حین ملاقات نزدیک با این سیاره، احتیاج به وجود هر سیاره‌ای را برای توضیح مشاهدات پیشین مرتفع کرد.

اما چند روزی‌ست که در پی انتشار مقاله‌ای به قلم دو سیاره‌شناس نام‌آشنا، مایکل براون و کنستانتین باتایگین، در نشریه معتبر Astronomical Journal، موضوع سیاره X دومرتبه، این‌بار تحت عنوان «سیاره نهم»، به سرخط خبرهای علمی دنیا بازگشته است. گفتنی‌ست که با این‌همه، ماجرای این سیاره فرضی از اساس با ماجرای «سیاره X» لاول تفاوت دارد. مدّعای براون و باتایگین بر شواهد برگرفته از اجرامی مبتنی است که به‌هنگام درگرفتن بحث سیاره X هنوز اصلاً به وجودشان هم پی برده نشده بود: «اجرام فرانپتونی» (یا TNOها).

شواهد برگرفته از «اجرام فرانپتونی»

برخلاف تصوّر مرسوم، اینطور نیست که با پشت سر گذاشتن مدار آخرین سیاره شناخته‌شده، یعنی نپتون، از مرز منظومه شمسی هم بگذریم و مستقیماً وارد فضای میان‌ستاره‌ای بشویم. پایان قلمرو نپتون مصادف است با ورودمان به قلمرویی سراسر متفاوت؛ قلمرویی که پُر است از قلوه‌سنگ‌های سرد و سرگردانی که روی‌هم‌رفته به ناحیه‌ای موسوم به «کمربند کوئیپر» شکل می‌دهند. در واقع پلوتو از بزرگ‌ترین اعضای کمربند کوئیپر است؛ و شرایطی که زمینه را برای اخراجش از رده سیارات منظومه شمسی فراهم کرد هم با کشف اعضای مشابه دیگری از این کمربند بود که میسّر شد.

شاید مهم‌ترین جرمی که کشف آن (توسط تیمی به سرپرستی همان مایکل براون) تیر خلاصی به جایگاه پیشین پلوتو به شمار می‌رفت، «اریس» (Eris) بود؛ جرمی تقریباً به ابعاد پلوتو که گرچه عضوی از کمربند اصلی کوئیپر به شمار نمی‌رود، اما با تعریف سابق «سیاره»، نمی‌شد آن را هم به جرگه سیارات منظومه‌مان راه نداد. حال‌آنکه با تصمیماتی که طی بیست و ششمین مجمع عمومی «اتّحادیه بین‌المللی اخترشناسی» (IAU) در اوت ۲۰۰۶ اتّخاذ شد، اجرامی از این دست، با توجه به جایگاه‌شان، روی‌هم‌رفته «اجرام فرانپتونی» (Trans-Neptunian Objects) نامیده می‌شوند، و آن‌ها که جرم کافی برای کروی کردن ساختار خود را دارند (اجرامی همچون پلوتو، اریس، سدنا و...) هم «سیاره کوتوله» (Dwarf Planet). با این حساب، و با اخراج پلوتو از جرگه سیارات، تعداد سیارات منظومه شمسی هم به هشت عدد کاهش یافت.

اما براون و باتایگین در مقاله‌ای که اخیراً منتشر کرده‌اند، حرف از یک سیاره نهم در همان قلمرو به میان آورده‌اند؛ یعنی چیزی حتی بزرگ‌تر از سیارات کوتوله‌ای که صحبت‌شان شد – سیاره‌ای به جرم تخمینی ۱۰ برابر زمین، و در مداری با حضیض ۲۰۰ واحد نجومی (یا ۲۰۰ برابر فاصله زمین تا خورشید)، و اوج نهایتاً ۱۲۰۰ واحد نجومی. این در حالیست که دورترین عضو کشف‌شده منظومه شمسی – سیاره کوتوله سِدنا – حتی به‌هنگام قرارگیری در نقطه اوج مداری هم فاصله‌ای در حدود ۷۶ واحد نجومی از خورشید دارد. در اینصورت این سیاره‌شناسان از کجا به وجود چنین سیاره دوردستی مطمئن شده‌اند؟

اصلی‌ترین مدرک این دو سیاره‌شناس مبنی بر وجود سیاره نهم، شکل مدار سدنا و همچنین پنج جرم فرانپتونی دیگر است: مدارهای بیضوی این شش جرم، علی‌رغم دوره‌های تناوب متفاوت‌شان، همگی به یک سمت نشانه رفته‌اند؛ که احتمال تصادفی بودن این چیدمان، یک درصد است. از این گذشته، هر شش مدار، انحرافی ۳۰ درجه‌ای از صفحه منظومه شمسی دارند. احتمال تصادفی بودن این تشابه اما بسیار بعیدتر است: ۷ هزارم درصد. اگر عاملی بیرونی در ساختار دینامیکی مدار این شش جرم دخالتی نمی‌کرد، حتماً آن‌ها می‌بایست تاکنون به یکدیگر برخورد کرده باشند.

راهکار پیشنهادی براون و باتایگین برای حفظ ثبات این شش مدار در بلندمدت، طراحی یک مدار بیضوی در جهت عکس مدار این شش جرم فرانپتونی، برای سیاره‌ای با جرم دست‌کم ده برابر زمین بود. این سیاره فرضی، طی فرآیندی موسوم به «تشدید حرکت متوسط» (mean-motion resonance) می‌تواند از طریق نیروی کشند گرانشی خود، آن شش جرم را در موقعیت فعلی‌شان ثبات بخشد. اگر این سیاره وجود داشته باشد، دوره تناوبش می‌بایستی در حدود ۱۵ هزار سال باشد؛ یعنی هر سال آن، ۱۵ هزار سال زمینی طول بکشد (این در حالیست که هر سال نپتون، معادل ۱۶۵ سال زمینی است).

اما برگ برنده مدل براون و باتایگین، پیش‌بینی وجود اجرام فرانپتونی‌ای بود که با وجود این سیاره، می‌تواند مدارشان تا ۹۰ درجه هم با صفحه منظومه شمسی زاویه بسازد. عجیب ‌اینکه سابقاً چهار جرم هم از این دست کشف شده بود. براون به خاطر دارد که "وقتی متوجه این مسأله شدیم، فکّم به زمین چسبید".

حال، اصلی‌ترین سؤالی که راجع به این سیاره فرضی مطرح می‌شود این است که سیاره‌ای به این بزرگی در آنجا چه می‌کند؟ در آن منطقه‌ای که درخشندگی ظاهری سیاره فرضی‌مان از مرتبه قدر مثبت ۲۲ خواهد بود (چیزی در حدود درخشندگی کم‌نورترین کهکشان‌های جهان)، مواد اولیه تشکیل چنین سیاره‌ای از کجا آمده‌اند؟ پاسخ براون و باتایگین، استناد به «جابجایی» قابل توجّهی‌ست که در مراحل ابتدایی تشکیل منظومه‌مان، هر چهار سیاره گازی شناخته‌شده (یعنی مشتری، زحل، اورانوس، و نپتون) را به مکانی دورتر از موضع اولیه‌شان نسبت به خورشید انتقال داد: احتمال دارد در جریان همین جابجایی، یا چه بسا به‌واسطه شتاب گرانشی ناشی از عبور ستاره‌ای از نزدیکی منظومه‌مان در همان مقطع، سیاره نهم از موضع اولیه‌اش به چنین مدار دوردست و کشیده‌ای نقل مکان کرده باشد.

البته در اغلب چنین مواردی که کشند گرانشی یک جرم خارجی موجب کشیدگی مدار سیاره تا به این حد می‌شود، آن سیاره به‌طور کامل از منظومه به خارج پرتاب می‌شود؛ حال‌آنکه چنین سرنوشتی گریبان سیاره فرضی‌مان را نگرفته. چرا؟ براون احتمال می‌دهد در همان مقاطع نخستین تشکیل منظومه شمسی، غلظت بالای سحابی پیش‌سیاره‌ای در حدفاصل مدار فعلی سیارات، بخش اعظمی از سرعت سیاره نهم را بر اثر اصطکاک گرفته است؛ احتمالی که البته کمی بعید به نظر می‌رسد.

با این‌حال، هیچ شاهدی بهتر از رصد مستقیم این «سیاره نهم» نمی‌تواند ادّعای براون و باتایگین را به تأیید برساند. اما سؤال اینجاست که چرا با گذشت بالغ بر ۸۵ سال از کشف جرمی نظیر پلوتو در دوردست‌های منظومه‌مان، آن‌هم به ابعاد تقریباً یک‌هفتم زمین، تاکنون نشانی از آن سیاره، آن‌هم به ابعاد دست‌کم ده برابر زمین، یافت نشده؟ پاسخ، در بُعد مسافت قابل توجّه آن است. این سیاره فرضی، در حالات اوج مداری‌اش آن‌قدر از زمین دور است که حتی می‌تواند اطمینانی که تلسکوپ فروسرخ WISE در سال ۲۰۱۴ به اخترشناسان داده بوده را بی‌اعتبار سازد: WISE اطمینان داده بود که تا شعاع ۱۰ هزار واحد نجومی از خورشید، هیچ سیاره‌ای به ابعاد زحل یا بزرگ‌تر وجود ندارد. هرچند که ابعاد تقریبی سیاره نهم، کمی کوچک‌تر از نپتون تخمین زده می‌شود، اما حتی هم اگر ابعادی بزرگ‌تر از این می‌داشت، در بخشی از مدارش می‌توانست رکورد فاصله ۱۰ هزار واحد نجومی از خورشید را هم بزند، و در اینصورت دیگر نمی‌شد آن را با حتی تلسکوپ‌های فروسرخ هم دید.

اما سیاره‌شناسان در نظر دارند تا طی پنج سال آینده، رصدهایی سیستماتیک را با هدف کشف این سیاره، در راستای صفحه منظومه شمسی (در منطقه‌ای از آسمان موسوم به «منطقه‌البروج»، که محل جولان سیارات است) صورت بدهند. درخشندگی پایین این جرم، رصدش را فقط از طریق یک تلسکوپ فضایی پیشرفته (نظیر هابل) یا تلسکوپ‌های زمینی کلاس ۸ متر به بالا (یعنی با قطر دهانه ۸ متر به بالا) ممکن می‌کند. اما از آنجاکه میدان دید هابل و اغلب تلسکوپ‌های یادشده در زمین (اعم از تلسکوپ‌های دوقلو و ده‌متری کک در هاوایی، یا تلسکوپ‌های چهارقلو و هشت‌متری VLT در صحرای آتاکامای شیلی) بسیار محدود است و لاجرم وقت قابل توجهی را برای جستجویی تصادفی پی این سیاره – حتی در محدوده‌ای از پیش‌تعیین‌شده در آسمان – می‌گیرد، فقط تلسکوپی از این جرگه با یک میدان دید باز می‌تواند به درد چنین جستجویی بخورد: تلسکوپ هشت‌متری سوبارو در همسایگی تلسکوپ‌های کک.

تا وقتی شاهدی رصدی مبنی بر وجود سیاره نهم پیدا نشود، این سیاره همچنان یک فرض هست – هرچقدر هم که فرضی ضروری به نظر برسد. اگر تعداد بسیاری بیشتری جرم فرانپتونی در قلمروی سدنا و همتایانش یافت شود، چه بسا هم‌خطی مدار آن شش جرم هم آن‌قدرها که هم‌اینک به نظر می‌رسد اتفاق بعیدی نبوده باشد و لذا نیاز به وجود این سیاره‌ی «تنظیم‌کننده» را هم مرتفع کند.

با این‌همه براون، کاشف اریس، سدنا، و مؤلف کتاب «چطور پلوتو را کُشتم و چرا چنین شد؟»، راه منتهی به کشف شواهد حاکی از وجود یک «سیاره نهم» را هیجان‌انگیزترین برهه از زندگی حرفه‌ای‌اش می‌داند. باید منتظر ماند و دید که آیا براون و همکارانش این‌بار هم شگفتی دیگری را رقم می‌زنند؟