سیاره چیست و چطور به وجود می‌آید؟؛ همه چیز درمورد سیاره ها_روشنفکر

هنگامی سخن بگویید 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 تصمیم داریم با مفهوم سیاره زیاد تر آشنا شویم و ببینیم چه وقتی می‌توانیم جرمی را که در آسمان مشاهده شده، در این دسته قرار دهیم.

سیاره چیست؟

ما می‌توانیم در آسمان شب به عکس مشتری و زحل اشاره کنیم و آن‌ها را «سیاره» خطاب کنیم اما تعریف این کلمه نیاز به دقت بسیاری دارد. کلمه سیاره از کلمه یونانی «planēt» به معنی «سرگردان» گرفته شده است. تعداد بسیاری از منجمین باستان می‌توانستند این اجرام را که فکر می‌شد ستارگان متحرک می باشند، 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 علت این که تعریف واحدی برای این مفهوم وجود نداشت، سال ۲۰۰۶، تعداد بسیاری از اخترشناسان بعد 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 فرد دیگر نیست.
• به پشتیبانی نیروی گرانش خود، زباله‌های فضایی و اجسام کوچک را از اطراف مدار خودش حذف کرده است.

IAU این چنین طبقه‌بندی جدیدتری به نام «سیاره کوتوله» اراعه کرده است که به دسته اجرامی اطلاق می‌شود که همه این ویژگی‌ها را دارند اما به‌علت نیروی گرانش کم نمی توانند زباله‌های فضایی را از اطراف مدار خود حذف کنند. این تعریف به این معنی می بود که «پلوتو» که وقتی سیاره‌ای در منظومه شمسی شناخته می‌شد، تنزل رتبه اشکار کرده و سیاره کوتوله شناخته می‌شود.

بااین‌حال همه دانشمندان با این تعریف موافق نیستند، به‌اختصاصی بعد 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 نزدیک به ۳۵۰۰ متر است؛ منطقه‌ای قلبی‌شکل به نام «Tombaugh Regio» که عمدتاً از یخ و متان راه اندازی شده و زمین‌های یخی شگفت‌وغریبی همانند پوست مار دارد. همین دلایل جهت شد تیم دانشمندان فضاپیمای Horizons معتقد باشند که پلوتو سیاره است؛ چون از نظر ساختار زمین‌شناسی زیاد همانند سیاره ماست.

سیاره چطور به وجود می‌آید؟

سناریوهای بسیاری برای توصیف نحوه شکل‌گیری سیارات وجود دارد. برجسته‌ترین سناریو را در ادامه مرور می کنیم.

گردوغبار اطراف ستاره برای راه اندازی اجرام سماوی در اطراف آن حیاتی است. گردوغبار اطراف ستارگان حاوی عناصری همانند کربن و آهن است که می‌تواند به راه اندازی منظومه‌های سیاره‌ای پشتیبانی کند.

هنگامی که ستاره‌ای دارد متولد می‌شود، «T Tauri» نامیده می‌شود. در این حالت، ستاره گاز فشرده درحال چرخشی است و بادهای زیاد داغی به بیرون پرتاب می‌کند که هیدروژن و هلیوم از زیاد‌ترین عناصر این بادهای ستاره‌ای می باشند. گردوغبار حاضر در این بادها به‌مرور با یکدیگر برخورد می‌کنند و در تاثییر نیروی گرانش به هم متصل خواهد شد و از نظر ابعاد رشد می‌کنند.

توده‌های گردوغبار کم‌کم تبدیل به سنگ‌ریزه خواهد شد. سنگ‌ریزه‌ها نیز به یکدیگر چسبیده و سنگ‌هایی بزرگ‌تر راه اندازی خواهند داد. در واقع وجود گاز به ذرات جامد پشتیبانی می‌کند به هم بچسبند و بزرگ شوند. در این مرحله، می‌توان جسم راه اندازی‌شده را «شبه‌سیاره» نامید.

دانشمندان باور دارند سیارات، ازجمله سیارات منظومه شمسی، به گمان زیادً 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 به‌قدر کافی رشد می‌کنند، اغاز 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» حرف های 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 فرد دیگر همانند سیارات کوتوله، سیارک‌ها، قمرها، شهاب‌واره‌ها و غیره نیز از اجرامی می باشند که می‌توان در منظومه‌ای سیاره‌ای اشکار کرد.

سیارات به چند دسته تقسیم خواهد شد؟

ستاره‌شناسان معیارهای متغیری برای جواب به این سوال در نظر می‌گیرند. بااین‌حال، به‌طورکلی می‌توان سیارات را در دسته‌بندی زیر قرار داد:

• سیارات Chthonian: سیارات Chthonian اجرامی می باشند که نزدیک ستاره‌ای می‌چرخند که غول گازی است. این سیارات به‌علت 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 باور بر است که غلظت کربن در آن زیاد تر از اکسیژن است. فکر می‌شود این چنین سیاراتی هسته‌‌ای از جنس آهن یا فولاد دارند که در حقیقت مشخصه سیارات زمینی است. به گمان زیادً 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 «۵۵ Cancri e» است.

• سیاره بدون هسته: همان گونه که از نام این دسته پیداست، سیارات بدون هسته سیاراتی می باشند که فقط از گوشته راه اندازی شده‌اند و فاقد هسته‌اند.
• غول گازی: این دسته سیاراتی می باشند که عمدتاً از هلیوم و هیدروژن و دیگر ترکیبات فرّار راه اندازی شده‌اند. این سیارات که تعدادشان زیاد زیاد است، از بزرگ‌ترین سیارات شناخته‌شده می باشند. در منظومه شمسی ما زحل و مشتری در دسته سیارات غول گازی قرار می‌گیرند. باور بر این است که این سیارات یک هسته سنگی مذاب دارند. بااین‌حال، خواص ترکیباتی که در هسته‌های این غول‌های گازی وجود دارند، به‌علت دما و سختی زیاد به‌خوبی شناخته نشده‌اند.
• کوتوله گازی: کوتوله گازی جرمی سماوی با هسته جامد است که اتمسفر غلیظی از هلیوم، هیدروژن و دیگر گازهای فرّار پوشیده شده است. کوتوله گازی از نظر ترکیب شیمیایی همانند سیارات غول گازی است و فقط از نظر اندازه متفاوت است. «Kepler-138d» به‌گفتن سیاره‌ای فراخورشیدی، در این دسته قرار می‌گیرد.
• سیارات یخی: سیاره یخی عمدتاً از ترکیبات فرّاری همانند آب، متان و آمونیاک در حالت یخ‌زده راه اندازی شده است. این سیارات دمای زیاد پایینی دارند (نزدیک به منفی ۱۳ درجه سانتی‌گراد). منظومه شمسی ما هیچ سیاره یخی ندارد. این دسته از سیارات زیاد کوچک‌اند و از با اهمیت ترین کاندیدها برای وجود حیات فرازمینی می باشند؛ چون دانشمندان باور دارند این سیارات مملو از اقیانوس‌های زیر سطحی‌اند که شرایط مناسب برای پذیرفتن حیات را فراهم می‌کنند.

• غول‌های یخی: این دسته سیاراتی می باشند که عمدتاً از گازهای متراکمی راه اندازی شده‌اند که سنگین‌تر از گازهای حاضر در غول‌های گازی می باشند. این سیاره‌ها که ابتدا به‌گفتن غول‌های گازی طبقه‌بندی می‌شدند، ترکیب متغیری دارند؛ چون به‌جای هیدروژن و هلیوم حاضر در غول‌های گازی، زیاد تر از کربن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن راه اندازی شده‌اند. نپتون و اورانوس دو غول یخی منظومه شمسی ما می باشند.
• سیاره آهنی: این دسته سیارات شامل هسته غنی از آهن می باشند. 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 تاثییر 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. باور بر این است که این سیارات درنتیجه اتفاقات برخورد شدید که زمان بسیاری از آن نگذشته، به این شکل درآمده‌اند. گمان دیگر وجود فعالیت‌های آتشفشانی شدید در این دسته سیارات است که جهت وجود گدازه در سطح آن‌ها به‌صورت زیاد 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 می باشند که در فاصله مقداری از ستاره خود قرار دارند و دمای ستاره جهت انبساط اتمسفر آن‌ها می‌شود. این چنین سیاراتی در ناحیه استوا شعاع بسیاری دارند اما چگالی آن‌ها نسبتاً کم است. این چنین سیاراتی در منظومه شمسی وجود ندارند اما «WASP 17b» و «WASP-12b» به‌گفتن سیاراتی فراخورشیدی، در این دسته جای می‌گیرند.

• سیارات سیلیکات: سیاره سیلیکات در درجه اول از ترکیبات سیلیکات راه اندازی شده است. این سیارات با پوسته جامد، گوشته سیلیکات و هسته‌ای بر پایه آهن تعریف خواهد شد. 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؛ چون دارای سطح جامد می باشند. 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 می باشند که فکر 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 می باشند که سطح آن‌ها همانند بیابان است. باور بر این است که این چنین سیاراتی منطقه قابل‌سکونت بزرگ‌تری نسبت به سیارات شبیه زمین دارند. برخی از دانشمندان باور دارند با افزایش درخشندگی خورشید، زمین درنهایت به سیاره‌ای بیابانی تبدیل خواهد شد. زهره نیز در قبل به گمان زیاد سیاره‌ای بیابانی بوده.

• سیارات هلیومی: جو این دسته سیارات عمدتاً از هلیوم راه اندازی شده است. دانشمندان باور دارند این چنین سیاراتی بعد از این که دمای بالای ستاره‌ای که به دور آن می‌چرخند، جهت شد گازهای سبک‌تر، همانند هیدروژن، تبخیر شوند، شکل می‌گیرند. در این صورت فقط گاز هلیوم در اتمسفر سیاره باقی مانده است. باتوجه‌به غلظت بالای هلیوم در جو، باور بر این است که سیارات هلیومی از نظر ظاهری سفید و خاکستری روشن می باشند.

تفاوت سیاره و ستاره چیست؟

برای جواب به این سوال بهتر است ابتدا تعریف دقیق ستاره را گفتن کنیم. ستاره توپ گازی درخشان، داغ و عظیمی است که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم راه اندازی شده است. این جرم سماوی را گرانش اجزای خود آن به‌صورت جرمی فشرده ظاهر می‌شود. گرانش این چنین علتفرایندهای همجوشی هسته‌ای در مرکز ستاره‌ می‌شود که طی آن نور و گرما از ستاره ساطع می‌شود. همجوشی به این علت اتفاق می‌افتد که گرانش عظیم ستاره هیدروژن را تا جایی فشرده می‌کند که هیدروژن طی دما و سختی بالا به اتم هلیوم تبدیل می‌شود. این فرایند مقدار بسیاری انرژی آزاد می‌کند. خورشید نزدیک‌ترین ستاره به زمین است. بااین‌اوصاف و آنچه درمورد سیاره گفتن شده است، می‌توانیم تفاوت سیاره و ستاره را همه‌وکمال بازدید کنیم.

ستاره در برابر سیاره!

ستارگان نور و گرمای خود را از طریق همجوشی هسته‌ای در هسته خود تشکیل می‌کنند. آن‌ها انرژی را به‌شکل نور و تابش الکترومغناطیس ساطع می‌کنند که علتمی‌شود از فواصل دور قابل‌مشاهده باشند. برعکس، سیارات نور تشکیل نمی‌کنند بلکه نور را از ستاره‌ای که دور آن می‌چرخند، منعکس می‌کنند؛ به همین علت است که ما نمی‌توانیم سیارات فراخورشیدی را همانند ستارگان مشاهده کنیم. در نظر داشته باشید که ستاره‌ای همانند خورشید نزدیک به 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 به‌قدر کافی زیاد شود که فشرده و گرم شود تا عکس العمل‌های هسته‌ای در مرکز آن اغاز شوند، می‌توان او گفت یک ستاره داریم. در نظر بگیرید برای این که سیاره به ستاره تبدیل شود، علاوه‌بر افزایش جرم، هیدروژن باید عنصر مهم راه اندازی‌دهنده آن سیاره باشد. برای فعال‌کردن فرایند همجوشی وجود هیدروژن الزامی است.

بیاید سیاره مشتری را به‌گفتن مثال در نظر بگیریم؛ چون که هیدروژن مؤلفه مهم راه اندازی‌دهنده آن است. جرم مشتری ۱۰²⁷× ۱.۸۹۸ کیلوگرم است، درحالی‌که جرم خورشید ۱۰³⁰×۱.۹۸۹ کیلوگرم است. بعد جرم مشتری نزدیک به هزار برابر کمتر از خورشید است؛ به عبارت دیگر، برای آنکه مشتری تبدیل به ستاره‌ای همانند خورشید شود، باید هزار برابر بزرگ‌تر شود. اگر به‌جستوجو سیاره‌ای هزار برابر مشتری هستید که ببینید به یک ستاره تبدیل می‌شود یا نه، دست نگه دارید. ستارگانی در عالم می باشند که جرم زیاد کمتری از خورشید دارند؛ بعد نیاز نیست لزوماً مشتری به‌اندازه خورشید بزرگ شود. به‌صورت تیٔوری سیاره می‌تواند به ستاره تبدیل شود. اما آیا جرم همه چیزی است که نیاز داریم؟ خیر. از پارامترهایی همانند ترکیب عناصر، زیست‌پذیری، جو، دما، طول عمر و غیره بین سیارات و ستارگان تفاوت تشکیل می‌کنند.

فراتر از منظومه شمسی

بیشتر از نزدیک به دو دهه جسمی فراتر از پلوتو در منظومه شمسی یافت نشد. اما دهه ۲۰۰۰ میلادی اغاز اکتشافات دلنشین نجومی می 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 می باشند. درحالی‌که کشف اجرام یخی در دوردست‌ها غیرمنتظره نبوده است،‌ 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 فرد دیگر نیز در آن اشکار کرد.

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

اکنون زمان تصمیم‌گیری است: کدام‌‌یک سیاره است؟

با این مجموعه اکتشافات، اتحادیه بین‌المللی نجوم دو سال را صرف بازدید شواهد کرد و سال ۲۰۰۶ مجمع‌عمومی را برای رأی‌گیری درمورد تعریف سیاره راه اندازی داد. در نتیجه رأی‌گیری اشکار شد اجرامی همانند پلوتو، اریس و هر جرم فرد دیگر با ویژگی‌های شبیه این اجرام سیاره نیست، هرچند ابعد زیاد بزرگی داشته باشند.

در این نام‌گذاری تازه، سیاره کوتوله به جسمی کروی حرف های می‌شد که در گردش به دور خورشید است اما ابعاد کوچک‌تری نسبت به عطارد دارد. این جرم این چنین امکان پذیر در ناحیه‌ای باشد که چندین جرم دیگر همراه آن درحال چرخش می باشند؛ برای مثالً درون کمربند سیارکی. اتحادیه بین‌المللی نجوم تا بحال پنج جرم را به‌گفتن سیاره کوتوله پذیرفته است: «Ceres»، پلوتو، اریس، «Makemake» و «Haumea». در نظر داشته باشید اجرام زیاد فرد دیگر وجود دارند که می‌توان آن‌ها را نیز باتوجه‌به ویژگی‌هایشان در دسته سیاره کوتوله جای داد، همانند «Sedna» و «Salacia» و غیره. در تعیین نوع جرم، نیاز به مشاهدات زیاد تر و تعیین ویژگی‌های جسم به‌صورت دقیق‌تر انجام می‌شود. بااین‌حال، ازآنجایی‌ که این اجرام زیاد دور از منظومه شمسی می باشند، تعیین ویژگی‌های آن‌ها اندکی دشوار است.

دانشمندان باور دارند نزدیک به 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 نزدیک می‌کند.

پلوتو تا این مدت یک معما؛ آیا پلوتو سیاره است؟

بااینکه اتحادیه بین‌المللی نجوم در این مورد رأی‌گیری کرده است، تا این مدت دانشمندانی وجود دارند که باور دارند باید پلوتو را سیاره دانست. تحلیل زیاد تر داده‌های فضاپیمای New Horizons نیز بعضی اوقات به این ادعا دامن می‌زند. داده‌های این فضاپیما از ویژگی‌هایی از پلوتو رونمایی می‌کنند که دانشمندان مطمیٔن خواهد شد پلوتو سیاره است.

بااین‌حال، جستجو برای اجرام خارج از منظومه شمسی هم چنان ادامه دارد. یکی از بارزترین این پروژه‌ها مأموریت برای یافتن سیاره نهم است! تا این مدت شواهدی مبنی بر وجود این سیاره یافت نشده است اما دانشمندان گمان خواهند داد اجرام کاندید به گمان زیادً بر کمربند کوییپر تأثیر می‌گذارند. اگر این 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 گوناگون آن و انواع سیارات آشنا شدیم. این چنین تفاوت سیاره و ستاره را مرور کردیم و به این نوشته پرداختیم که چرا پلوتو در دسته‌بندی سیارات اتحادیه بین‌المللی نجوم قرار نمی‌گیرد.