مشتری، روزنه‌ای رو به داستان پیدایش

در شامگاه هفتم ژانویه ۱۶۱۰ که گالیله برای نخستین بار پی به وجود (به قول او) “سه ستاره ثابت و کاملاً نامرئی از بابت ریز بودن‌شان” در اطراف سیاره مشتری برد، و طی چند شب آتی هم متوجّه شد که این “ستاره‌ها” در واقع نسبت به مشتری متحرّک‌اند و به دور آن می‌چرخند، شکاف ترمیم‌ناپذیری در تلقّی زمین‌مرکز از گیتی پدید آمد. برای نخستین بار مرکز ثقلی به غیر از زمین یافت شده بود که اجرامی به غیر از سیاراتِ شناخته‌شده به گرد آن می‌چرخیدند، و همین یافته هم گالیله را به صورت‌بندی مدّعیات خود علیه دیدگاه زمین‌مرکزْ مصمّم‌تر ساخت. اما این تازه نخستین نگاه نزدیک بشر به مشتری بود. این سیاره مرموز، از آن پس تحوّلات ژرفی را در سایر تلقّی‌های‌مان از مسائل بنیادی هم سبب شده است. در این مقاله، به بهانه آغاز مأموریت کاوشگر جونو در مدار مشتری، نگاهی به نقش تعیین‌کننده این سیاره در شکل‌گیری چیدمان فعلی منظومه شمسی داریم.

مشتری یک سیاره گازی‌ است، بدین‌معنا که نمی‌توان از آن توقّع میزبانی از عوارضی نظیر کوهستان و دره و اقیانوس و گودال و گسل و حتی فعّالیت‌های آتشفشانی داشت. و این دقیقاً بر خلاف آن چیزی‌ست که در منظومه چهارتایی اقمار ارشد این سیاره دیده می‌شود؛ همان “ستاره”هایی که گالیله برای نخستین بار از وجودشان پرده برگرفت و امروزه به «قمرهای گالیله‌ای» معروف‌اند.

نزدیک‌ترین قمر ارشد مشتری به این سیاره، موسوم به «یو»، پوشیده از عوارض فعال آتشفشانی و هسته‌ای فعّال و گداخته است؛ سپس نوبت به قمر «یوروپا» با سطحی منجمد و آکنده از گسل‌ها و دره‌های طولانی و احتمالاً اقیانوسی گسترده در اعماق آن، می‌رسد. قمر بزرگ بعدی، «گانیمد»، بزرگ‌ترین قمر منظومه شمسی با آمیزه‌ای از ویژگی‌های یک سیاره سنگی است: پوسته‌ای نسبتاً فعّال، و یک میدان ضعیف مغناطیسی که حاکی از یک هسته‌ نسبتاً فعال است. و عاقبت «کالیستو»، قمری پیر و پوشیده از گودال‌های شهابسنگی که تراکم چشمگیرشان دلالت بر ثبات طولانی‌مدّت پوسته این قمر و هسته سرد و مرده آن دارد.

اما خود مشتری به هیچ‌یک از این اعضای ارشد خانواده ۶ ۷تایی قمرهایش شباهتی ندارد. ظاهر رنگارنگ این سیاره در واقع از تلاطم گازهای متنوّع سازنده جو آن و تحرک گردبادهای ریز و درشتی تشکیل شده که بعضاً یک زمین را در خودشان جا می‌دهند. در واقع «سطح» مشتری مدام در حال تغییر و نو شدن است، و لذا شاید عجیب بنماید که چرا سیاره‌شناسان این سیاره متلاطم را کلید درک نحوه تشکیل منظومه شمسی می‌دانند. برای درک این موضوع باید رجوعی به نظریات مربوط به تشکیل منظومه شمسی داشت.

گمانه‌زنی‌ها و شبیه‌سازی‌ها  

از اواسط قرن ۱۸ تا بالغ بر ده سال پیش، تصوّر غالب از نحوه تشکیل منظومه شمسی، دایر بر یک «سحابی اولیه» در اطراف خورشیدِ نوباوه بود که رفته‌رفته به صورت یک قرص بشقابی‌شکل «فرومی‌رُمبد». سیارات هم ابتدا به شکل «گره‌»هایی در این قرص، از محیط گازی و غبارین پیرامون‌شان تغذیه می‌شوند و رشد می‌کنند تا در طول زمان نواحی پیرامون مدار خود را بدین‌وسیله «پاک‌سازی» کنند و به هیأت یک جرم مستقل ظاهر بشوند. و این سناریو را به وضوح می‌توان برای دقیق‌ترین عکس موجود از وضعیّت جنینی یک منظومه فراخورشیدی هم متصوّر بود:

اما رفته‌رفته مشخّص شد که این مدلِ نسبتاً استاندارد، قادر به توضیح برخی مشاهدات صورت‌گرفته در منظومه خودمان نیست. به عنوان نمونه، این مدل نمی‌تواند توضیح بدهد که چرا ابعاد سیاره مریخ بر خلاف انتظاراتی که از وضعیّت سحابی اولیه می‌رود، نسبتاً کوچک است؟ چگونه تجمّعات گسترده‌ای از سیارک‌های سرگردان (موسوم به «تروژان‌ها»)، در جای‌جای مدار مشتری و نپتون قفل شده‌اند؟ چرا بالغ بر ۴ تا ۳.۸ میلیارد سال پیش، نواحی داخلی منظومه‌مان ناگهان آماج برخوردهای شدید شهابسنگی واقع شد؟ و از همه مهم‌تر اینکه چرا در منظومه ما، برخلاف منظومه‌های فراخورشیدی متعدّدی که طی یک دهه گذشته کشف شده‌اند، سیارات در فواصل چندان نزدیکی به خورشید تجمع نکرده‌اند و هیچ سیاره غول‌آسایی هم در این ناحیه به چشم نمی‌خورَد؟

این سؤالات و کثیری از سایر سؤالات پیچیده‌تری که در رابطه با چیدمان فعلی اجزای منظومه‌مان مطرح بود، سیاره‌شناسان را به بازنگری در مدل‌های سابق تشکیل منظومه شمسی واداشت. در مدل‌های جدید، سیارات نوباوهْ دیگر در انزوای از بقایای قرص پیش‌سیاره‌ایْ متحوّل نمی‌شدند، بلکه مدارشان در نتیجه برهم‌کنش گرانشی با این بقایا دستخوش تحوّلات فاحشی می‌شد. و این تحوّلات هم زنجیره‌ای از سایر تحوّلات را سبب می‌شدند و بدین‌وسیله رفته‌رفته بر تعداد مؤلفه‌های مجهولِ مدل افزوده می‌شد.

محاسبات مأموریت‌های کاوشی مشتری حکایت از آن داشته و دارند که ترکیب شیمیایی جو این سیاره قرابت قابل توجّهی با ترکیب شیمیایی جو خورشید دارد؛ و این مهر تأییدی بر این فرضیه بود که مشتری نخستین سیاره تشکیل‌شده در منظومه شمسی است. لذا با بررسی تفاوت ساختار شیمیایی جو این سیاره و جو خورشید، می‌توان ردپای تحوّلاتی که مشخّصاً در قرص پیش‌سیاره‌ای پیرامون خورشید به وقوع پیوسته‌اند را یافت.

اما اینکه دقیقاً چه تحوّلاتی در این قرص به وقوع پیوسته، فعلاً در حد مجموعه‌ای از فرضیات مختلف است. هر یک از این فرضیات، رفته‌رفته به تحوّلات بسیار متفاوتی نسبت به یکدیگر منجر می‌شوند، که هرکدام‌شان پیش‌بینی متفاوتی از مثلاً ساختار شیمیایی فعلی جو مشتری ارائه می‌کنند. و کاوشگر جونو نیز از همین طریق، اطلاعات کافی برای تأیید یا رد هر یک از این فرضیات را در اختیار سیاره‌شناسان قرار خواهد داد.

اما با توجّه به چیدمان فعلی اجزای منظومه شمسی، نقش برخی تحوّلات چشمگیر را نمی‌توان و نباید کتمان کرد؛ و از این جمله، بایستی به جابجایی مدار سیاره مشتری از موضع اوّلیه آن اشاره داشت. برای درک دلیل این جابجاییْ بد نیست اشاره‌ جزئی‌تری به مسیر فضاپیمای جونو داشته باشیم.

فضاپیمای جونو سفر پنج‌ساله‌ خود به مشتری را به‌طور مستقیم طی نکرد، بلکه با گذشت دو سال از زمان پرتاب، از میدان جاذبه زمین برای کسب شتاب کافی جهت ورود به مدار مشتری استفاده کرد؛ مانوری که به «مانور قلاب‌سنگ» معروف است. در جریان این مانور، بخشی از تکانه زاویه‌ای زمین به طریقی که در شکل پایین به نمایش درآمده، به فضاپیما منتقل شد تا سرعت مجموع فضاپیما رو به افزایش بگذارد.

اگرچه جرم یک فضاپیما به حدّی نیست که در جریان مانور قلاب‌سنگ تأثیری را بر موضع مداری زمین یا هر سیاره‌ دیگری اعمال کند، اما برهم‌کنش مشابهی بین مشتری و بقایای قرص پیش‌سیاره‌ای طی سنوات نخست تشکیل منظومه شمسی، از یک طرف به خرده‌سیاره‌های داخلی منظومه (مثل جونو) شتاب می‌بخشید و آن‌ها را به نواحی خارجی انتقال می‌داد، و از طرفی هم مشتری را اندکی به سمت خورشید جابجا می‌کرد. تأثیر مجموع چنین برهم‌کنشی طی بالغ بر یکصدهزار سال باعث شد تا مشتری تا نزدیکی مدار مریخ پیش‌روی کند (نگاه کنید به انیمیشن شبیه‌سازی این جابجایی). اما در همین اثناء، زحل هم که تحت تأثیر برهم‌کنش‌های مشابهی راه خورشید را در پیش گرفته بوده، مستقیماً با میدان جاذبه مشتری وارد برهم‌کنش پیچیده‌ای شد که نه‌تنها به توقّف جابجایی مشتری انجامید، بلکه آن را تا موضع فعلی این سیاره وادار به عقب‌گرد کرد (نگاه کنید به انیمیشن شبیه‌سازی این جابجایی).

در جریان این جابجایی‌ها، بخش اعظمی از خرده‌سیارات داخلی منظومه تخلیه شدند، و با تجمّع‌ مابقی‌شان در نزدیکی خورشید، زمینه برای تشکیل سیارات سنگی منظومه‌مان – اعم از زمین – فراهم شد. و با عقب‌گرد مشتری و زحل به مواضع فعلی‌شان، شمار قابل توجّهی از خرده‌سیارات یخی نواحی بیرونی منظومه هم به نواحی داخلی منتقل شدند و پیش‌سیارات سنگی را آماج برخوردهای خود قرار دادند؛ برخوردهایی که احتمال می‌رود منشأ آب زمین و همچنین مریخ و احتمالاً زهره بوده باشند (نگاه کنید به انیمیشن شبیه‌سازی جابجایی سیارک‌های یخی).

این فرضیه – موسوم به «فرضیه چرخش بزرگ» (Grand Tack hypothesize) عملکرد بهتری نسبت به فرضیات پیشین تشکیل منظومه شمسی دارد، و بر نقش مشتری در ایجاد چیدمان فعلی سیارات منظومه‌مان – به‌ویژه سیارات سنگی – تأکیدی منحصربفرد می‌گذارد.

حتی پس از ثبات وضعیت سیارات هم نقش مشتری را به وضوح در پاک‌سازی محیط منظومه، و گاه هدایت برخی خرده‌سیارات و دنباله‌دارها به نواحی درونی منظومه‌مان – که بعضاً منجر به برخورد به زمین می‌شده‌اند – می‌توان دید؛ و هر دوی این تأثیرات، گام‌های تعیین‌کننده‌ای در جهت حفظ حیات زمینی از یک سو و همچنین ارتقای سطح پیچیدگی حیات زمینی به شمار می‌رفته‌اند. در شرایطی که ممانعت مشتری از ورود برخی اجرام خطرساز به نواحی درونی‌تر منظومه شمسی و جذب آن‌ها می‌توانسته زمین را از کانون مهلکه به دور نگه دارد، برخورد برخی اجرام به زمین هم – که در نبود مشتری، قطعاً مسیر متفاوتی را در طول منظومه طی می‌کردند و به زمین نمی‌خوردند – انقراض نسل‌هایی را سبب شده که با تنگ‌تر کردن گلوگاه جمعیتی، به پدیده «رانش ژنتیکی» سرعت بخشیدند و بدین‌وسیله به بر تعداد گونه‌های زیستی و سطح پیچیدگی حیات افزودند (در این‌باره نگاه کنید به: انقراض نسل‌ها سرعت فرگشت را تعیین می‌کنند).

لذا چنانچه مشتری را از مدل‌های فعلی تشکیل و تحوّل منظومه شمسی حذف کنیم، قطعاً حاصل‌اش چیزی به غیر از آنچه که امروزه
“منظومه شمسی” و حتی “زمین” می‌نامیم، خواهد بود. و کاوشگر جونو طی دو سال آینده قصد دارد تا علاوه بر شناخت میدان‌های مغناطیسی و گرانشی این سیاره، با بررسی ساختار جو آن، نیم‌نگاهی به تاریخچه منظومه شمسی بیاندازد. در این‌باره نگاه کنید به: فضاپیمای «جونو» در راه پرده‌برداری از رازهای مشتری.