تصور کنید در قطب شمال یک سیاره ایستادهاید و خورشید را میبینید که بدون غروب کردن، به مدت چهار دهه بالای افق باقی میماند. سپس خورشید بهآرامی پایین میرود و همان قطب وارد چهار دهه تاریکی مطلق میشود، بدون اینکه در تمام این مدت طولانی طلوعی رخ دهد.
به گزارش واضح به نقل از مال جیمز (Mal James)، این دقیقاً همان اتفاقی است که در سیاره اورانوس رخ میدهد. علت این پدیده عددی است که آنقدر با استانداردهای منظومه شمسی تفاوت دارد که در نگاه اول شبیه به یک اشتباه تایپی به نظر میرسد.
انحراف محوری بیسابقهای که قوانین منظومه شمسی را برهم زد
تمامی سیارات منظومه شمسی تا حدی انحراف محوری دارند. به عنوان مثال، کره زمین دارای انحراف ۲۳.۴ درجهای است که عامل اصلی شکلگیری فصلهای سال است. اما انحراف محور اورانوس تقریباً ۹۷.۸ درجه است؛ یعنی این سیاره نسبت به مدار گردش خود به دور خورشید تقریباً کاملاً روی پهلو خوابیده است. اورانوس به جای اینکه مانند یک فرفره ایستاده بچرخد، روی پهلوی خود دراز کشیده و مانند یک توپ روی میز، به دور خورشید میغلتد.
جاکوب کگریس (Jacob Kegerreis)، پژوهشگر وقت مقطع دکتری در موسسه کیهانشناسی محاسباتی دانشگاه دورهام، این موضوع را به سادگی توضیح میدهد: «سیاره اورانوس روی پهلوی خود میچرخد و محور گردش آن تقریباً عمود بر محور چرخش سایر سیارات منظومه شمسی قرار گرفته است.»
اکثر سیارات دیگر با محوری بسیار نزدیک به حالت عمودی میچرخند، اما اورانوس این قاعده را کاملاً نادیده گرفته است. با این حال، چرخش وضعی اورانوس همچنان بسیار سریع است و هر ۱۷ ساعت یکبار یک دور به دور خود میچرخد. اما در قطبهای این سیاره، این چرخش روزانه نقشی در طلوع یا غروب خورشید ندارد؛ بلکه آنچه نور را در قطبها کنترل میکند، حرکت مداری کند و ۸۴ ساله این سیاره به دور خورشید است.
چهل و دو سال تاریکی و شب مطلق در قطبهای اورانوس
گروه هواشناسی سیارهای در مرکز علوم و مهندسی فضایی دانشگاه ویسکانسین-مدیسن این وضعیت را اینگونه توصیف میکند: «سیاره اورانوس دارای دوره مداری ۸۴ ساله و انحراف محور چرخش ۹۷ درجهای از خط عمود بر مدار خود است، بهطوری که قطبهای آن به تناوب ۴۲ سال نور خورشید و ۴۲ سال تاریکی مطلق را تجربه میکنند.»
در حالی که یکی از قطبها در روشنایی مداوم روز قرار دارد، قطب دیگر در شب دائم فرو رفته است و با طی شدن چرخه مداری، جای این دو قطب با یکدیگر عوض میشود.
این ساختار باعث شده که اورانوس شدیدترین و افراطیترین فصلهای منظومه شمسی را داشته باشد. قطبهای زمین نیز تجربهای مشابه اما بسیار محدودتر دارند و ماهها خورشید نیمهشب یا تاریکی را تجربه میکنند، نه چند دهه! در اورانوس، فردی که در یکی از قطبها و زیر خورشیدی که هرگز غروب نمیکند متولد شود، ممکن است به میانسالی برسد قبل از اینکه خورشید بالاخره زیر افق برود.
چرا آبوهوای اورانوس با این فصلهای شدید همگام نشده است؟
انتظار میرود سیارهای با این نوع تابش نور، دارای تغییرات اقلیمی و فصلهای بسیار شدید و مشهودی باشد. وقتی یک قطب به مدت چند دهه رو به خورشید قرار میگیرد، جو سیاره باید واکنشی دراماتیک نشان دهد. اما پاسخ جوی اورانوس نه ساده است و نه سریع.
انتخاب ادیتور:
چگونه سیارهای که ۹۵ برابر زمین جرم دارد، آنقدر سبک است که میتواند روی آب شناور بماند؟
توضیح گروه تحقیقاتی ویسکانسین به سرعت پایین جذب و آزادسازی گرمای اورانوس مربوط میشود. مدلهای اولیه آنها نشان میداد که «پاسخ جو به این نیروی تابشی باید تقریباً به اندازه یک فصل کامل به تأخیر بیفتد.» اما مشاهدات انجامشده در زمان اعتدال بهاری و پاییزی این سیاره در سال ۲۰۰۷ نشان داد که برخی تغییرات جوی تنها چند سال از نور خورشید عقب هستند. بنابراین جو اورانوس طبق زمانبندی سادهای که تصور میشد به نور فصلی خورشید پاسخ نمیدهد.
بخشی از این ابهام به این دلیل است که ما اطلاعات کمی از این سیاره داریم. تنها یک کاوشگر فضایی یعنی وویجر ۲ (Voyager ۲) در سال ۱۹۸۶ از کنار آن عبور کرده و این سیاره را تنها در یک لحظه کوتاه از چرخه ۸۴ سالهاش ثبت کرده است. علاوه بر این، اورانوس فوقالعاده سرد است و میانگین دمای آن به حدود منفی ۱۹۵ درجه سانتیگراد میرسد.
علت اصلی انحراف عجیب سیاره اورانوس چیست؟
چه عاملی باعث شده این غول یخی به این شکل کج شود؟ نظریه و فرضیه اصلی، وقوع یک برخورد کیهانی عظیم در دوران اولیه شکلگیری منظومه شمسی است.
کگریس و همکارانش بیش از ۵۰ شبیهسازی برخورد را اجرا کردند. او در این باره میگوید: «محتملترین نتیجه این بود که اورانوس جوان درگیر یک برخورد کاتاکلیسمی و سهمگین با جرمی حداقل دو برابر جرم زمین یا بزرگتر شده و این برخورد باعث واژگونی و کج شدن آن روی پهلو شده است.»
با این حال، احتیاطی که محققان به خرج میدهند قابل توجه است. این تنها یک مطالعه مدلسازی است و نشاندهنده محتملترین نتیجه است، نه یک واقعیت قطعی اثباتشده. کگریس با دقت اشاره کرد: «این پدیده تقریباً مطمئناً ناشی از یک برخورد غولپیکر بوده است، اما ما هنوز اطلاعات بسیار کمی درباره نحوه دقیق وقوع آن و سایر تأثیرات این رویداد خشن بر سیاره داریم.»
البته فرضیه برخورد تنها نظریه موجود نیست. مقالهای در سال ۲۰۲۲ توسط لو و لافلین (Lu and Laughlin) به مشکلاتی در رابطه با نرخ چرخش اورانوس و سیستم ماهوارههای موافقگرد آن اشاره کرده و یک جایگزین ارائه میدهد: رزونانس مداری-چرخشی تدریجی که ناشی از مهاجرت به سمت بیرون سیاره نهم (Planet Nine) فرضی بوده است. با این حال، نویسندگان به یک نکته مهم اشاره میکنند: این سناریو نیازمند آن است که محور چرخش اورانوس در گذشته بسیار سریعتر از امروز حرکت پیشرونده (Precession) داشته باشد.
کلام آخر: معماهای حلنشده غول یخی منظومه شمسی
در اینجا با شدیدترین نیروی فصلی در تمام منظومه شمسی مواجه هستیم؛ دهها سال روشنایی یکنواخت که با دهها سال تاریکی مطلق عوض میشود و جوی که هنوز نمیتوانیم واکنشهای آن را به طور کامل توضیح دهیم. ما حتی بر سر این که چه چیزی باعث واژگونی اورانوس شده است اتفاق نظر نداریم. پس از تنها یک پرواز نزدیک کاوشگر در چهل سال پیش، اکثر پرسشهای واقعی درباره این سیاره عجیب همچنان منتظر پاسخ باقی ماندهاند.
آگهی فردا