ما هو الحد الأقصى لعدد الكواكب التي يمكن أن تدور حول الشمس؟

بالعربي/ من الناحية النظرية ، هناك متسع للآلاف.

يحتوي النظام الشمسي على ثمانية كواكب: عطارد والزهرة والأرض والمريخ والمشتري وزحل وأورانوس ونبتون ، وكلها تدور حول الشمس بسبب جاذبيتها الشديدة. لكن هل هذا هو الحد الأقصى لعدد الكواكب التي يمكن أن تدور حول الشمس؟ أم أن هناك متسعًا للمزيد؟

مقارنة بأنظمة الكواكب الأخرى المعروفة ، يحتوي النظام الشمسي على عدد كبير بشكل غير عادي من الكواكب. في المجموع ، هناك 812 نظامًا كوكبيًا معروفًا مع ثلاثة أو أكثر من الكواكب المؤكدة ، ونظام واحد معروف آخر ، Kepler-90 ، يحتوي على عدد من الكواكب مثل النظام الشمسي ، وفقًا لموسوعة الكواكب خارج المجموعة الشمسية . 

هناك فرصة جيدة لأن يكون للعديد من هذه الأنظمة كواكب داخلية صغيرة لا يمكننا اكتشافها ، لذلك فمن غير المرجح أن يكون النظام الشمسي هو في الواقع أكثر نظام كوكبي مأهول بالسكان في جوارنا الكوني. لكنه يسلط الضوء على أن ثمانية كواكب قد تكون قريبة من الحد الأعلى لمدى ضخامة نظام الكواكب بشكل طبيعي. 

لذلك ، لحساب السعة القصوى المطلقة للكواكب التي تدور حول الشمس ، نحتاج إلى الانتقال إلى عالم النظرية ، متجاهلين بعض العوامل الطبيعية التي قد تحد من عدد الكواكب التي يمكن أن تتكون. واحدة من أفضل الطرق للقيام بذلك هي تصميم أو هندسة نظام شمسي جديد تمامًا من الصفر. 

هندسة نظام شمسي 

قال شون ريموند ، عالم الفلك في مختبر بوردو للفيزياء الفلكية في فرنسا والمتخصص في أنظمة الكواكب ، لـ Live Science: “عندما تتحدث عن عدد الكواكب التي يمكن أن تكون في نظام كوكبي ، فهناك الكثير من الجوانب المختلفة التي تحتاج إلى التفكير فيها”. .

قال ريموند إن بنية النظام الكوكبي هي نتيجة لعدد من العوامل المعقدة ، بما في ذلك حجم النجم ، وحجم الكواكب ، ونوع الكواكب (على سبيل المثال ، الكواكب الصخرية أو عمالقة الغاز) ، وعدد الأقمار التي تدور حول كل كوكب ، وموقع الكويكبات والمذنبات الكبيرة (مثل تلك الموجودة في حزام الكويكبات بين المشتري والمريخ وفي حزام كايبر وراء نبتون) ، واتجاه مدارات الكواكب وكمية المواد المتبقية من الشمس تشكيل لإنشاء الكواكب. يستغرق الأمر أيضًا مئات الملايين من السنين من الاصطدامات الشديدة وسحب الجاذبية بين الكواكب حتى يستقر النظام في تكوين مستقر.

ومع ذلك ، إذا كنا حضارة فائقة التقدم مع التكنولوجيا والموارد التي تجاوزت بكثير قدراتنا الحالية ، فقد يكون من الممكن التغلب على الكثير من هذه القيود وتصميم نظام شمسي مليء بأكبر عدد من الكواكب ، كما قال ريموند.

في هذا النظام الشمسي النظري المصمم هندسيًا ، يمكننا أن نفترض أنه لا يوجد حد للمواد المتاحة لإنشاء الكواكب وأنه يمكن إنتاجها بشكل مصطنع ووضعها حسب الرغبة. سيكون من الممكن أيضًا إزالة الأقمار والكويكبات والمذنبات والعوائق الأخرى التي قد تعقد الأمور. ستكون القيود الوحيدة هي أن الجاذبية التي تمارسها الكواكب والشمس ستكون هي نفسها كما هي عادة وأن الكواكب يجب أن تدور حول الشمس في تكوين مستقر دون التداخل مع بعضها البعض. 

يُعرَّف الكوكب بأنه جرم سماوي (أ) يدور حول الشمس ، (ب) لديه كتلة كافية لتحقيق التوازن الهيدروستاتيكي (مما يجعله مستديرًا في الشكل) و (ج) قد طهر الحي حول مداره من الحطام ، هذا الأخير هو السبب وراء عدم اعتبار بلوتو كوكبًا حقيقيًا ، وفقًا للاتحاد الفلكي الدولي .

القياس يهم 

في النظام الشمسي المصمم هندسيًا ، يكون الحد الأقصى لعدد الكواكب محدودًا بعدد المدارات الكوكبية التي يمكنك وضعها حول الشمس قبل أن تبدأ في أن تصبح غير مستقرة. 

قال ريموند: “عندما يصبح نظام الكواكب غير مستقر ، تبدأ مدارات الكواكب في التقاطع مع بعضها البعض ، مما يعني أنها قد تتصادم مع بعضها البعض أو تتشتت بفعل الجاذبية” ، حيث تنطلق الكواكب حول الكواكب الأخرى وتنطلق خارج النظام. 

الحد الأدنى للمسافة الآمنة بين مدارات الكواكب المختلفة في نظام مستقر يعتمد على حجم كل كوكب أو ، بشكل أكثر دقة ، نصف قطر التلال. نصف قطر هيل على كوكب ما هو المسافة بين الكوكب وحافة مجال تأثيره ، حيث تتأثر الأجسام ذات الكتلة الأصغر بجاذبيتها ، مثل القمر الذي يدور حول الأرض. 

تمارس الكواكب الأكثر ضخامة قوة جاذبية أقوى ، مما يعني أن لديها نصف قطر هيل أكبر. هذا هو السبب في أن المسافة بين مداري الأرض والمريخ ، والتي تبلغ حوالي 48.65 مليون ميل (78.3 مليون كيلومتر) ، أصغر بحوالي سبع مرات من المسافة بين مداري كوكب المريخ والمشتري ، والتي تبلغ حوالي 342.19 مليون ميل (550.7 مليون كيلومتر) كم) ، وفقًا لوكالة ناسا .

لهذا السبب ، فإن عدد المدارات التي يمكن أن تتلاءم مع النظام الشمسي يعتمد في الغالب على حجم الكواكب ، كما قال ريموند. على سبيل المثال ، كوكب المشتري أكبر بنحو 300 مرة من الأرض ، مما يعني أن نصف قطر هيل أكبر بحوالي 10 مرات ، كما قال ريموند. هذا يعني أن 10 مدارات أرضية منفصلة يمكن أن تتناسب مع نفس الفضاء الذي يشغله مدار كوكب المشتري الحالي. 

لذلك ، لتعظيم عدد الكواكب في نظام ما ، عليك أن تجعل الكواكب صغيرة بقدر الإمكان. 

اتجاهين متعاكسين 

حجم الكواكب هو المفتاح لتعظيم عدد المدارات التي يمكن أن تتناسب مع نظام هندسي. ومع ذلك ، هناك حيلة ذكية أخرى يمكننا استغلالها لإضافة بعض المدارات الإضافية بغض النظر عن حجم الكوكب: تغيير الاتجاه الذي تتحرك فيه حول الشمس.

في النظام الشمسي الحالي ، يدور كل كوكب في نفس الاتجاه حول الشمس. وذلك لأن الكواكب تشكلت من سحابة كبيرة من الغبار تدور في نفس الاتجاه حول الشمس. ومع ذلك ، في نظامنا الشمسي المصمم هندسيًا ، سيكون من الممكن أن يكون لدينا كواكب تدور حول الشمس في الاتجاه المعاكس ، والمعروفة باسم المدارات العكسية ، كما قال ريموند. ومع ذلك ، فإن هذه الفكرة خيالية إلى حد ما. من المحتمل ألا توجد مدارات رجعية في الطبيعة بسبب طبيعة كيفية تشكل الكواكب.

ومع ذلك ، إذا كان كوكبان يدوران حول الشمس في الاتجاه المعاكس ، فإن قوى الجاذبية بينهما ستضعف قليلاً ويمكن تقليل المسافة الآمنة الدنيا بين مداريهما.

قال ريموند: “إذا كان كوكبان في مدارات مختلفة يسيران في نفس الاتجاه ، فسيكون أمامهما وقت أطول لمقابلة بعضهما البعض أثناء مرورهما ، مما يخلق ركلة جاذبية أكبر”. “ومع ذلك ، إذا كانوا يسيرون في الاتجاه المعاكس ، فإنهم يتخطون بعضهم البعض ويتفاعلون لفترة زمنية أقصر” ، مما يعني أنه يمكن أن يكونوا أقرب من بعضهم البعض دون الاصطدام أو التشتت.

لذلك ، إذا جعلنا كل مدار آخر في نظامنا الهندسي مدارًا رجعيًا ، مثل دائري حيث يتحرك الأشخاص المجاورون في اتجاهين متعاكسين ، يمكننا تقليل المساحة المطلوبة بين كل مدار ، وبذلك نضغط في كواكب إضافية.

تقاسم المدارات 

حتى هذه النقطة ، افترضنا أن كل مدار في نظامنا الشمسي المصمم يحتوي على كوكب واحد فقط. ومع ذلك ، من الممكن في الواقع أن يكون لديك كواكب متعددة تشترك في مدار واحد ، كما قال ريموند. ويمكننا رؤية مثال على ذلك في نظامنا الشمسي الحالي. 

كوكب المشتري لديه مجموعتان من الكويكبات ، والمعروفة باسم الإغريق وأحصنة طروادة ، التي تشترك في مداره. وقال ريموند إن هذه التجمعات تقع على بعد 60 درجة أمام وخلف العملاق الغازي وهو يدور حول الشمس. ومع ذلك ، يعتقد علماء الفلك أنه من الممكن أن تشترك الكواكب في المدارات بطريقة مماثلة. لقد أطلقوا على هذه العوالم النظرية كواكب طروادة. 

قال ريموند: “يبحث الناس بنشاط عن أمثلة على كواكب طروادة هذه بين أنظمة الكواكب الخارجية لأنه من المتوقع أن تتشكل بشكل طبيعي”. وأضاف أنه مع ذلك ، لم يلاحظ أي منها حتى الآن.

إذا أردنا تعظيم عدد الكواكب في نظامنا الشمسي المصمم هندسيًا ، فسنرغب في الحصول على أكبر عدد ممكن من كواكب طروادة. ومع ذلك ، تمامًا كما هو الحال مع عدد المدارات التي يمكنك ملاءمتها حول الشمس ، يجب أن يكون عدد الكواكب التي يمكنك وضعها في مدار متباعدًا بما يكفي للبقاء مستقرًا.

في دراسة نُشرت في عام 2010 في مجلة Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy ، استخدم اثنان من علماء الفلك نصف قطر هيل لمعرفة عدد الكواكب التي يمكن أن تشترك في مدارها. وجدوا أنه سيكون من الممكن أن يكون هناك ما يصل إلى 42 كوكبًا بحجم الأرض تشترك في مدار واحد. علاوة على ذلك ، تمامًا كما هو الحال مع عدد المدارات في نظام ما ، فكلما كانت الكواكب أصغر ، كلما كان بإمكانك وضعها في نفس المدار ، كما قال ريموند. 

قال ريموند إن فرص هذا العدد الكبير من الكواكب التي تشترك في مدار واحد بشكل طبيعي هي صفر عمليًا ، لأن كل كوكب يجب أن يكون بنفس الحجم تمامًا وأن يتشكل في نفس الوقت ليكون مستقرًا. لكن في النظام الشمسي المُعدّل هندسيًا ، سيكون هذا المستوى من البنية المدارية المشتركة ممكنًا وسيزيد بشكل كبير من عدد الكواكب التي يمكننا الضغط عليها. 

الحد الأقصى النظري 

الآن بعد أن فهمنا المتغيرات الرئيسية التي نحتاجها لهندسة نظام شمسي مليء بالكواكب ، فقد حان الوقت أخيرًا لحل الأرقام ومعرفة عدد الكواكب التي يمكننا وضعها داخله. 

لحسن الحظ ، فعل ريموند هذا بالفعل لنا باستخدام المحاكاة الحاسوبية التي ابتكرها ؛ يمكن الاطلاع عليها بمزيد من التفاصيل على مدونته PlanetPlanet . ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن هذه الحسابات تستند إلى نظريات يستخدمها علماء الفلك لإنشاء عمليات محاكاة شرعية ، إلا أن هذه النماذج لم تتم مراجعتها من قِبل الأقران ويجب النظر إليها بقليل من الشكوك المرحة. 

لتعظيم عدد الكواكب ، يمتد نظام ريموند الهندسي إلى 1000 وحدة فلكية (AU) من الشمس. (واحد AU هو متوسط ​​المسافة من الشمس إلى مدار الأرض ، وهو حوالي 93 مليون ميل ، أو 150 مليون كيلومتر). حاليًا ، الحافة المحددة للنظام الشمسي ، والمعروفة أيضًا باسم الغلاف الشمسي ، هي حوالي 100 وحدة فلكية من الشمس وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية ، فإن تأثير جاذبية الشمس يمكن أن يمتد إلى أبعد من ذلك بكثير. علاوة على ذلك ، يستخدم نموذج ريموند كواكب متساوية الحجم ذات مدارات رجعية متناوبة. 

مع أخذ كل هذا في الحسبان ، إذا كنت تستخدم كواكب بحجم الأرض ، يمكنك احتواء 57 مدارًا ، كل منها يحتوي على 42 كوكبًا ، مما يعطي إجمالي 2394 كوكبًا. ومع ذلك ، إذا استخدمت كواكبًا أصغر حجمًا بعُشر حجم الأرض (تقريبًا نفس كتلة كوكب المريخ) ، فيمكنك احتواء 121 مدارًا ، يحتوي كل منها على 89 كوكبًا ، مما يعطي إجماليًا يبلغ 10769 كوكبًا. وإذا كان حجم الكواكب حول حجم القمر (جزء من مائة من كتلة الأرض) ، فيمكن أن يكون لديك 341 مدارًا ، يحتوي كل منها على 193 كوكبًا ، مما يعطي إجمالي 65813 كوكبًا. 

من الواضح أن هذه الأرقام متطرفة ، والقدرة على هندسة مثل هذه الأنظمة المعقدة بعيدة جدًا عن متناول البشرية. لكن هذه التجربة الفكرية الممتعة تسلط الضوء على وجود مساحة أكبر بكثير للكواكب في النظام الشمسي من تلك الثمانية الهزيلة التي نراها اليوم. ومع ذلك ، فمن غير المرجح أن يكون المزيد قد تشكل بشكل طبيعي. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com