دنیای پنهان زحل: کشف شگفتانگیز ۲۰۰ قمر جدید!
سیاره زحل، این غول حلقهدار منظومه شمسی، همواره منبع شگفتی و کنجکاوی برای دانشمندان و علاقهمندان به فضا بوده است. تا همین یک دهه پیش، ستارهشناسان تنها ۶۲ قمر را در اطراف زحل شناسایی کرده بودند. اما امروز، این سیاره با داشتن ۲۷۴ قمر رسمی، رکورددار تعداد قمر در منظومه شمسی است!
شاید برای بیشتر مردم دنبال کردن این تعداد قمر کار دشواری باشد. حتی ادوارد اشتون (Edward Ashton)، ستارهشناسی که در کشف ۱۹۲ عدد از این قمرها نقش داشته است، با کمی مکث و محاسبه ذهنی، به این عدد میرسد و باز هم مطمئن نیست که آمار دقیقی ارائه داده باشد.
اشتون، که در حال حاضر به عنوان پژوهشگر فوق دکترا در موسسه نجوم و اخترفیزیک آکادمیا سینیکا در تایوان مشغول به کار است، از سال ۲۰۱۸ و زمانی که استاد راهنمای دکترایش در دانشگاه بریتیش کلمبیا (University of British Columbia) این پروژه را به او پیشنهاد داد، به طور جدی وارد دنیای کشف قمرهای زحل شد. این جستجو بسیار پربار بوده است. در آخرین مورد، اشتون و همکارانش در ماه مارس از کشف ۱۲۸ قمر جدید زحلی خبر دادند.
نشریه Scientific American با ادوارد اشتون در مورد علم کشف این تعداد زیاد قمر نسبتاً کوچک – که بیشتر آنها تنها چند کیلومتر عرض دارند – با استفاده از حجم عظیمی از دادههای جمعآوری شده توسط تلسکوپ کانادا-فرانسه-هاوایی (Canada-France-Hawaii Telescope) یا CFHT، واقع در هاوایی، مصاحبهای انجام داده است.
چگونه این قمرها کشف شدهاند؟
ادوارد اشتون: برای شناسایی قمرها، از تکنیکی به نام «شیفت و انباشت» (shifting and stacking) استفاده میکنیم. در یک دوره سه ساعته، ۴۴ تصویر متوالی از یک بخش مشخص از آسمان میگیریم، زیرا در این بازه زمانی، قمرها نسبت به ستارگان با سرعتی مشابه زحل حرکت میکنند. اگر تصاویر را به طور معمول روی هم قرار دهیم، قمر به صورت یک رد یا خط در تصاویر ظاهر میشود و این موضوع، سیگنال قمر را تضعیف میکند.
کاری که ما انجام میدهیم این است که تصاویر را نسبت به یکدیگر با سرعتهای مختلف نزدیک به سرعت زحل جابجا میکنیم و سپس به طور پیوسته بین سرعتهای مختلف جابجایی، چشمک میزنیم. اگر سرعت جابجایی دقیقا با سرعت قمر مطابقت نداشته باشد، تصویر قمر کمی کشیده به نظر میرسد. هرچه به سرعت واقعی قمر نزدیکتر شویم، تصویر کمکم به یک نقطه تبدیل میشود. و اگر سرعت جابجایی از سرعت قمر بیشتر شود، دوباره تصویر گسترده میشود. در واقع، ما به تصاویر نگاه میکنیم و به سرعت بین سرعتهای مختلف جابجایی چشمک میزنیم تا ببینیم که قمر در چه سرعتی به شکل یک نقطه در میآید.
این فرایند مربوط به یک شب رصدی است. اما صرف دیدن یک جسم که با سرعتی شبیه به زحل در نزدیکی آن حرکت میکند، به این معنی نیست که حتماً یک قمر است. احتمال اینکه جسم مورد نظر قمر باشد بسیار بالاست، اما هنوز به طور قطعی تایید نشده است. برای تایید قطعی، باید حرکت جسم را ردیابی کنیم و نشان دهیم که در حال چرخش به دور سیاره است. برای این کار، فرایند «شیفت و انباشت» را چندین بار در طول ماهها و سالها تکرار میکنیم.
چرا این کشفها اکنون رخ داد؟
ادوارد اشتون: تکنیک و فناوری مورد نیاز برای این کار مدتهاست که وجود داشته است. از همین تکنیک برای یافتن قمرهای نپتون و اورانوس نیز استفاده شده است. اما ناحیه آسمانی اطراف این سیارات که قمرها میتوانند در آن وجود داشته باشند، بسیار کوچکتر است، بنابراین جستجو در دادهها زمان کمتری میبرد. یکی از دلایلی که این کار برای زحل تا به حال انجام نشده بود، این است که بسیار زمانبر است.
چرا سیارات دیگر فضای کمتری برای وجود قمر نسبت به زحل دارند؟
ادوارد اشتون: جرم این سیارات کمتر است، بنابراین مدارهای پایداری که قمرها میتوانند در آنها قرار بگیرند، کوچکتر هستند.
آیا این تکنیک برای سیارات دیگر هم کار میکند و آیا قمرهای دیگری هم در اطراف زحل یا سایر سیارات وجود دارند که هنوز کشف نشدهاند؟
ادوارد اشتون: ما در اطراف زحل کاندیداهای قمری پیدا کردیم که نتوانستیم آنها را به اندازه کافی ردیابی کنیم تا تاییدشان کنیم. بنابراین، اگر این تکنیک را دوباره انجام دهید، میتوانید قمرهای بیشتری را در اطراف زحل پیدا کنید، اما این کار بازدهی کاهشی خواهد داشت. اگر از تلسکوپ بزرگتری [نسبت به CFHT] استفاده کنید، میتوانید قمرهای کمنورتر را ببینید و در نتیجه قمرهای بیشتری را پیدا کنید.
در حال حاضر، اگر از همین تکنیک برای مشتری استفاده کنید، میتوانید قمرهای کمنورتر را پیدا کنید. مشکل این است که ناحیه آسمانی که قمرهای مشتری میتوانند در آن قرار بگیرند، به طور قابل توجهی بزرگتر از [ناحیهای است که قمرهای] زحل میتوانند در آن قرار بگیرند، بنابراین این روش برای مشتری زمان بیشتری میبرد. همچنین، مشتری بسیار درخشانتر از زحل و سایر سیارات است، بنابراین نور پراکنده زیادی وجود دارد که دیدن قمرها را دشوارتر میکند.
آیا با توجه به کشف قمرهای اورانوس و نپتون، میتوان گفت که تا زمان دسترسی به رصدهای بهتر، «حد نهایی» قمرهای قابل کشف را پیدا کردهایم؟
ادوارد اشتون: بله، احتمالاً باید منتظر ظهور فناوریهای بهتر باشیم.
آیا فناوری بهتری در حال ساخت یا برنامهریزی است؟
ادوارد اشتون: در حال حاضر تلسکوپهایی وجود دارند که میتوانند عمیقتر [از CFHT] را ببینند، مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب (James Webb Space Telescope) یا JWST. مشکل این است که میدان دید JWST بسیار کوچک است، بنابراین باید مشاهدات زیادی انجام دهید تا بتوانید منطقه مورد نیاز را پوشش دهید. اما تلسکوپی وجود دارد که قرار است به زودی پرتاب شود، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که میدان دید بسیار بزرگی دارد. بنابراین این تلسکوپ برای شکار قمرهای بیشتر بسیار مناسب خواهد بود.
چه اطلاعاتی در مورد این قمرهای جدید داریم؟
ادوارد اشتون: اساساً فقط میتوان مدارها و اندازههای تقریبی قمرها را به دست آورد. اما اگر به توزیع مدارها نگاه کنید، میتوانید کمی بیشتر در مورد تاریخچه این منظومه اطلاعات کسب کنید. قمرهایی که در فضای مداری در کنار هم قرار گرفتهاند، به احتمال زیاد ناشی از یک برخورد هستند، بنابراین میتوانید ببینید که کدام قمرها از یک جسم مادر منشأ گرفتهاند.
آیا دیدن این تعداد زیاد قمر در اطراف زحل غیرعادی است؟
ادوارد اشتون: آنچه غیرعادی است، تعداد زیاد آنهاست. به نظر میرسد که سیارات تقریباً تعداد مساوی از قمرهای بزرگتر را دارند. اما وقتی به قمرهای کوچکتر که ما در حال کشف آنها هستیم میرسیم، به نظر میرسد که تعداد قمرهای زحل به طور چشمگیری افزایش مییابد. این موضوع بسیار جالب است. این میتواند به این دلیل باشد که اخیراً یک برخورد در داخل منظومه زحلی رخ داده است که تعداد زیادی قطعه و تکه به جا گذاشته است.
آیا نامگذاری همه این قمرها بر عهده شماست؟ آیا مجبورید همه آنها را نامگذاری کنید؟
ادوارد اشتون: فکر نمیکنم مجبور باشم. برخی از این قمرهای جدید، به مشاهدات یک گروه دیگر از بیش از ۱۰ سال پیش مرتبط شدهاند. شاید ۲۰ تا ۳۰ مورد از آنها. برای بقیه، اعتبار کامل کشف را دریافت میکنیم، که فکر میکنم به این معنی است که حق نامگذاری آنها را داریم. اما هنوز نمیتوان آنها را نامگذاری کرد. ابتدا، زمانی که مدار دقیقی داشته باشند، به آنها یک عدد داده میشود و من مطمئن نیستم که این کار چقدر طول میکشد.
آیا مشاهدات بیشتری برای تجزیه و تحلیل قمرها دارید؟
ادوارد اشتون: نه، من کمی از قمرها استراحت میکنم! پروژههای دیگری برای کار کردن دارم که مربوط به اجرام فرانپتونی (trans-Neptunian objects) هستند. آنها خیلی دور هستند. دیدنشان سخت است. در حال حاضر اسراری در مورد آنها وجود دارد. درک ساختار آنها و ارتباطش با شکلگیری سیارات جالب است.
رمان بازار