طفلك پلوتون

چه كسي توپي با قطر 2306 كيلومتر كه يك پنجم قطر زمين هم نمي‌شود و جرم فقط دو هزارم جرم زمين را يك سياره مي‌داند؟ پلوتون حتي از هفت ماه منظومه‌ي شمسي و بدتر از همه از ماه زمين هم ريز تر است. منظومه‌ي شمسي اين‌قدر گستاخانه با اعضاي ريزش برخورد نكرده‌است كه با پلوتون. مدار پلوتون با مدار همه‌ي سيارات فرق مي‌كند. اگر بتوانيم همه‌ي سياره‌ها را روي يك ميز مرتب بچينيم، پلوتون انگار به فنري وصل شده است كه باعث مي‌شود بالاتر يا پايين‌تر از سطح ميز جا بگيرد. مدار پلوتون در صفحه‌ي منظومه‌ي شمسي نيست. يوهان كپلر در قرن شانزدهم گفت كه مدار سيارات بيضي است، اما حقيقت اين است كه مدار هيچ سياره‌اي به اندازه‌ي پلوتون بيضي نيست. كپلر در خواب هم نمي‌ديد كه روزي سياره‌اي كشف شود كه مدارش به قدري بيضي باشد كه عنوان دورترين سياره‌ي منظومه‌ي شمسي را هر از چندگاهي با نپتون عوض كند. پلوتون وقتي به نزديك‌ترين فاصله اش از خورشيد مي‌رسد از سياره‌ي نپتون هم به خورشيد نزديك‌تر مي‌شود. بخشي از مدار پلوتون درون مدار نپتون است. مدار پلوتون بيشتر شبيه مدار دنباله‌دارهاست تا سياره‌ها. يعني از 18 بهمن 1357 (7 فوريه 1979) تا 22 بهمن 1377 (11 فوريه 1999) پلوتون درون مدار نپتون بود و نپتون دورترين سياره از خورشيد تلقي مي‌شد. عنواني كه به نظر مي‌رسد ديگر هرگز از دست ندهد.

سياره X

استان كشف پلوتون اسطوره‌ي اخترشناسي نوين است. وقتي يوهان گاله نپتون را در 1846 ديد مكانيك نيوتوني حاكم مطلق جهان بود. چه كسي مي‌توانست محاسبات فيزيكي كه محل نپتون را در آسمان پيش‌بيني كرده‌بودند انكار كند. داستان از اين قرار بود كه مدار اورانوس نامنظم بود و مطابق نظريه‌هاي فيزيكي رفتار نمي‌كرد. دو رياضي‌دان از روي داده‌هاي رصدي اورانوس حدس زدند كه سياره‌اي در وراي آن عامل اصلي اين اختلال‌هاست. آن‌دو به درستي محل سياره‌ي جديد را تخمين زدند و گاله فقط آن را ديد. اما به نظر مي‌رسيد مدار نپتون هم نامنظمي‌هايي دارد. اخترشناسان كه مزه‌ي كشف نپتون را چشيده بودند باز هم گمان بردند كه سياره‌اي آن‌سوي نپتون همه‌ي اين نامنظمي‌ها را پديد آورده است. ويليام پيكرينگ و پرسيوال لاول چندين محل را در آسمان تخمين زدند كه اگر سياره‌ي X در آن محل‌ها بود مي‌توانست چنين نامنظمي‌هايي در مدار نپتون پديد آورد. جستجو براي اين سياره از سال 1905 در رصدخانه‌ي لاول آغاز شد. كار جستجو حتي سال‌ها پس از مرگ لاول در 1916 نيز ادامه يافت.
كلايد تامباو (Clyde Tombaugh) منجم جواني بود كه تلسكوپي دست‌ساز ساخته بود. او طرح‌هايي را كه از پشت چشمي اين تلسكوپ از مشتري و زحل كشيده بود براي رصدخانه‌ي لاول فرستاد. اين باعث شد كه تامباو در 1929 در رصدخانه استخدام شود. در رصدخانه‌ي لاول از هر بخش آسمان به فواصل زماني معين (مثلا يك هفته) دوبار عكاسي مي‌شد. با مقايسه‌ي اين دو عكس اگر چيزي در زمينه‌ي ستاره‌هاي ثابت حركت مي‌كرد پيدا مي‌شد. براي مقايسه هر دو عكس را داخل دستگاهي به نام مقايسه گر چشمك‌زن (Blink Comparator) مي‌گذاشتند. تامباو شب‌ها را به عكاسي مي‌گذراند و روزها را به مقايسه‌ي عكس‌هاي تهيه شده. و سرانجام پس از 25 سال تلاش در رصدخانه‌ي لاول، تامباو جوان پلوتون را در 29 بهمن 1308 (18 فوريه‌ي 1930) در عكس‌هايي كه ماه پيش گرفته شده بود يافت.

سياره‌اي كه تامباو كشف كرده بود مدتي بي‌نام بود. نام پلوتون را دختري 11 ساله به نام ونتيا فير (Venetia Phair) كه آن زمان دانش‌آموز يك مدرسه‌ي ابتدايي در انگلستان بود پيشنهاد كرد. پلوتون (Pluto) خداي دنياي زيرين است. صبح يكي از روزهاي اواخر زمستان 1930 پدر ونتيا در صفحه‌ي 14 روزنامه‌ي Times خبر كشف سياره‌ي تازه را خواند و براي دخترش تعريف كرد كه هنوز نامي براي اين سياره انتخاب نشده است. ونتيا هم كه به اسطوره شناسي و نجوم علاقه‌مند بود نام پلوتون را پيشنهاد كرد. پلوتون به قدري نام موفقي بود كه همان سال شخصيت پلوتو (سگ معروف والت ديزنياز روي سياره جديد نام‌گذاري شد. .

عجيب نيست كه نشان پلوتون براي پاسداشت لاول تركيبي از حروف P و L است. اما…، اما اين پلوتون نمي‌توانست سياره‌ي X لاول باشد، با اين‌كه پلوتون تقريبا در يكي از محل‌هايي كشف شد كه لاول پيش‌بيني كرده بود. از همان ابتدا بعد از اين‌كه معلوم شد قرص پلوتون از پشت چشمي ديده نمي‌شود همه مي‌دانستند كه پلوتون كوچك‌تر و كم‌جرم‌تر از آن است كه چنين تغييراتي بر مدار نپتون وارد كند. تازه به نظر مي‌رسد اين نپتون است كه مدار پلوتون را بسيار آشفته كرده است، پلوتون هرگز نمي‌تواند تأثير چشمگيري بر نپتون بگذارد.

پس سياره‌ي X كجاست؟ پس از كشف پلوتون تامباو جستجويش را ادامه داد. او چندين سيارك، ستاره‌ي متغير و حتي يك دنباله‌دار يافت. اما خبري از سياره‌ي ديگري نشد. پايونير 10 و 11 و ويجرهاي 1 و 2 كه به ملاقات اورانوس و نپتون رفتند مشكل مدار آنها را براي هميشه حل كردند. وقتي فضاپيماها از كنار سياره‌ها مي‌گذشتند مقداري شتاب مي‌گرفتند. اين شتاب مستقيما به جرم سياره مربوط مي‌شود. با اندازه‌گيري اين شتاب دانشمندان دريافتند كه جرم اورانوس و نپتون را 1 درصد كمتر از جرم واقعي آنها محاسبه كرده بودند. با جايگذاري اعداد جديد مشكل نامنظمي‌هاي مدار هر دو سياره براي هميشه حل شد. پس هيچ سياره‌اي X اي وجود ندارد.

اجرام كوئي‌پر

با اين همه پلوتون بيش از هفتاد سال بدون مشكل بزرگي يك سياره بود. ولي همه چيز در پاييز 1380 (2002) تغيير كرد؛ زماني كه اخترشناسان كوآوار را يافتند. از 1992 كه اولين جرم در كمربند كوئي‌پر كشف شد تا كنون بيش از 800 جرم در اين ناحيه از منظومه‌ي شمسي شناخته شده است. كمربند كوئي‌پر منطقه‌اي است دورتر از مدار نپتون كه پيش‌بيني مي‌شود شامل هزاران جرم كوچكي باشد كه از ابتداي پيدايش منظومه‌ي شمسي به همراه خود سياره‌ي نپتون به آن محل رانده شده‌اند. هيچكدام از اين 800 جسم در حد و اندازه‌هاي پلوتون و حتي قمرش، كارن، نبودند. ولي كوآوار جسمي با قطر 1260 كيلومتر بود. بي‌شك كوآوار به گروهي از اجرام منظومه‌ي شمسي تعلق داشت كه پيش از اين نام‌گذاري شده بود: اجرام كمربند كويي‌پر (KBO). مشكل اين‌جا بود كه پلوتون هم مي‌بايست جزء اين گروه قرار مي‌گرفت. اگر تنها تفاوت پلوتون با ديگر اجرامي كويي‌پر اندازه‌اش بود، كوآوار فقط چند كيلومتر از پلوتون كوچك‌تر بود. سال پيش مسئله براي پلوتون وقتي حياتي‌تر شد كه جرم كوئي‌پر 2003 VB12 (معروف به سدنا، Sedna) پا به خانواده‌ي منظومه‌ي شمسي گذاشت. سدنا از پلوتون بزرگ‌تر بود. مدار سدنا بي‌اندازه كشيده‌تر از مدار پلوتون است طوري كه در نزديك‌ترين فاصله از خورشيد به 76 واحد نجومي (AU، هر واحد نجومي فاصله‌ي متوسط زمين از خورشيد و تقريبا معادل 150 ميليون كيلومتر است) و در دورترين نقطه‌ي مدارش به فاصله‌ي 526 واحد نجومي از خورشيد مي‌رسد. به هرحال همين كشف باعث شد تا اخترشناسان به فكر تعيين ماهيت يك سياره بيافتند.

ماهيت يك سياره

اين اولين باري نبود كه اخترشناسان به دنبال تعريفي براي يك سياره بودند. وقتي ويليام هرشل در 1781 به دنبال ستاره‌هاي دوتايي مي‌گشت جرمي را در صورت فلكي ثور ديد كه ابتدا تصور مي‌كرد يك دنباله‌دار است. اما مدار اين جرم تازه كشف شده بيشتر شبيه مدار سياره‌ها، دايره‌اي، بود. به زودي همه قبول كردند كه جرم تازه سياره‌ي هفتم منظومه‌ي شمسي است و نامش را اورانوس نهادند. اورانوس يك قانون كهنه را زنده كرد: قانون بده (Bode) كه اندازه و فاصله‌ي سيارات از خورشيد را بر حسب يك رابطه‌ي رياضي بيان مي‌كند. اخترشناسان تا پيش از كشف اورانوس قانون بده را بي‌معني مي‌پنداشتند(اين قانون امروزه ‌هم بي معني تلقي مي‌شود و صرفا از نظر تاريخي اهميت دارد) ولي اورانوس درست در محلي كشف شد كه قانون بده پيش‌بيني مي‌كرد سياره‌اي آنجا باشد. اما در قانون بده يك مشكل وجود داشت، اين قانون پيش‌بيني مي‌كرد كه مي‌بايست سياره‌اي بين مريخ و مشتري وجود داشته باشد، ولي تا آن زمان چنين جرمي كشف نشده بود. پس كاوش‌هاي بعدي براي كشف اين سياره ادامه يافت، تا اين‌كه در 1801 درست در همان فاصله‌ي بين مريخ و مشتري سرس (Ceres) كشف شد. بلافاصله اين جرم را يك سياره دانستند. اما يك سال بعد در همان منطقه پالاس كشف شد. چند سال بعد جونو پيدا شد كه مداري مشابه مدار دو جرم قبلي داشت. با ادامه‌ي اين كشف‌ها ويليام هرشل پيشنهاد كرد كه اين اجرام جديد در دسته‌اي جدا از سيارات طبقه بندي شوند. به هرحال حتي سال‌ها پس از مرگ هرشل اين طبقه بندي را همه قبول نداشتند. امروزه هزاران سيارك كشف شده است كه سرس از همه‌يشان بزرگ‌تر است. ديگر سيارك‌ها صخره‌هاي سرگرداني هستند كه بين مدار مريخ و مشتري دور خورشيد در گردشند.
بار بعد كه موضوع تعريف علمي سياره مطرح شد به طرح وجود كوتوله‌هاي قهوه‌اي باز مي‌گردد. كوتوله‌هاي قهوه‌اي ستاره‌هاي نارسي هستند كه نه آن‌قدر پرجرم‌اند كه يك ستاره باشند، نه آن‌قدر كم جرم كه يك سياره تلقي شوند. موضوع ديگر سيارات فراخورشيدي بودند. ده‌ها جرم سياره مانند كشف شده‌اند كه به دور ستاره‌هاي ديگر مي‌گردند. از نظر اتحاديه‌ي بين‌المللي نجوم يك سياره‌ي فراخورشيدي جسمي است كه:

اجرامي با جرمي كمتر از كمينه‌ي جرم لازم براي آغاز واكنش‌هاي گرما-هسته‌اي (13 برابر جرم مشتري براي جرمي با تركيب شيميايي مشابه) كه دور يك ستاره يا بازمانده‌ي يك ستاره مي‌گردد. اهميتي ندارد كه اين جرم چگونه شكل گرفته است. كمينه‌ي جرم يا اندازه‌ي لازم براي يك سياره‌ي فراخورشيدي تا يك سياره تلقي شود همان‌هايي است كه براي منظومه‌ي شمسي تعريف مي‌شود.

اين تعريف مشكلي از ما نمي‌كاهد، بايد كمينه‌ها را در منظومه‌ي شمسي خودمان تعريف كنيم. با كشف پلوتون، كوآوار، سدنا و ديگر اجرام كمربند كويي‌پر بار ديگر بحث تعريف ماهيت يك سياره به زبان‌ها افتاد.اتحاديه‌ي بين‌المللي نجوم مجبور بود كه پس از سال‌ها سكوت تعريف جامعي از يك سياره ارائه دهد. تا همين هفته‌ي پيش (اواخر مرداد 85) تعريف رسمي‌اي از يك سياره وجود نداشت.

پيش از اين مايك براون از MIT يك سياره را چنين تعريف كرده بود: «سياره به هر جسمي در منظومه‌ي شمسي مي‌گويند كه جرمش از مجموع جرم‌هاي ديگر اجرامي كه در مدار مشابه به مدار آن دور خورشيد مي‌گردند بيشتر است». طبق اين تعريف پلوتون سياره نبود. در پاييز 1385 گروه 19 نفره‌ي اتحاديه‌ي بين‌المللي نجوم (IAU) كه به مطالعه درباره‌ي تعريف يك سياره مي‌پرداخت سه گزينه مقابل خود داشت:
سياره هر جسمي است كه به دور خورشيد مي‌گردد و قطرش بيش از 2000 كيلومتر است
سياره هر جسمي است كه به دور خورشيد مي‌گردد و شكلش به دليل گرانشش ثابت است
سياره هر جسمي است كه به دور خورشيد مي‌گردد و جرم اصلي در منطقه‌اش محسوب مي‌شود.

سرانجام مسئله‌ي تعريف سياره به همايش تابستان 1385 (2006) IAU در پراگ جمهوري چك رسيد.

هر جسم گردي يك سياره نيست

پيش‌نويسي كه به جلسه‌ي IAU رسيد بيان مي‌كرد كه يك سياره جسمي است كه به دور خورشيد مي‌گردد و آن قدر جرم دارد كه بر اثر نيروي گرانش خودش شكلي كروي داشته باشد. بر اساس اين تعريف كميته‌ي تعيين ماهيت سيارات پيشنهاد كرده‌بود كه سرس، پلوتون و قمرش كارن و سدنا در فهرست سيارات منظومه‌ي شمسي قرار بگيرند. به اين ترتيب تعداد سيارات به 12 عدد مي‌رسيد. مشكل همين‌جا تمام مي‌شد اگر منظومه‌ي شمسي هيچ جسم ديگري نداشت. ولي پيش‌بيني مي‌شود كه بيش از 200 جرم در كمربند كويي‌پر وجود دارد كه همگي گرد اند. فكرش را بكنيد چه كسي مي‌توانست نام تمامي سيارات منظومه‌ي شمسي را از حفظ باشد.

در نهايت اين نظر مورد موافقت همه‌ي اعضا قرار نگرفت و در جلسه‌ي IAU 474 نفر از اخترشناسان درباره‌ي ماهيت يك سياره و آن‌چه كه يك سياره را از صخره يا اجرام ريز منظومه‌ي شمسي متمايز مي‌كند رأي دادند و تصميم گرفتند به جاي اين‌كه ده‌ها جرم ديگر را به فهرست سيارات منظومه‌ي شمسي وارد كنند، فقط پلوتون بيچاره را از مقامش عزل كنند. نتيجه‌ي رأي گيري اين شد كه تمام اجرام منظومه‌ي شمسي به سه دسته تقسيم شدند:
سيارات: يك سياره جسمي آسماني است كه 1. در مداري به دور خورشيد بگردد 2. به قدر كافي جرم داشته باشد تا به تعادل هيدرواستاتيكي برسد (يعني شكلي گرد داشته باشد) 3. منطقه‌ي اطراف مدارش را پاك كرده باشد.
سيارات كوتوله: يك سياره‌ي كوتوله جسمي آسماني است كه 1. در مداري به دور خورشيد بگردد 2. به قدر كافي جرم داشته باشد تا به تعادل هيدرواستاتيكي برسد (يعني شكلي گرد داشته باشد) 3. منطقه‌ي اطراف مدارش را پاك نكرده باشد 4. يك قمر نباشد.
اجرام كوچك منظومه‌ي شمسي: هر جسم ديگري كه در دسته‌بندي‌هاي گفته شده جاي نگيرد يك جرم كوچك منظومه‌ي شمسي محسوب مي‌گردد.

بنابراين هشت سياره‌ي منظومه‌ي شمسي: عطارد، زهره، زمين، مريخ، مشتري، زحل، اورانوس و نپتون هستند.
پلوتون يك سياره‌ي كوتوله است. و از اين پس به اجرام فرانپتوني (اجرامي كه در مدارهايي اطراف يا دورتر از نپتون به دور خورشيد مي‌گردند، چه سياره‌ي كوتوله باشند مثل سدنا يا چه جرم كوچك
منظومه‌ي شمسي) اجرامي پلوتوني گفته مي‌شود

ترديدها

اين تعريف جديد براي برخي اخترشناسان چندان خوش‌آيند نيست. مدير پروژه‌ي افق‌هاي نوي ناسا در ميان اين افراد است. آنها عقيده دارند كه معني «پاك كردن منطقه‌ي اطراف مدار» كه ويژگي سوم يك سياره است چندان واضح نيست. فرضيه‌ي شكل‌گيري سيارات بيان مي‌كند، نيروي گرانش يك سياره يا يك پيش‌سياره (سياره‌اي در حالت شكل‌گيري) با گذشت منطقه‌ي اطراف مدارش را جاروب مي‌كند. با صدها بار گردش سياره به دور ستاره‌ي اصلي سياره ديگر تمامي اجرام منطقه‌ي اطراف مدارش را يا جذب مي‌كند يا به آنها آن‌قدر شتاب مي‌دهد كه از آن ناحيه مي‌گريزند.

طبق تعريف سياره وقتي منطقه‌ي اطراف مدارش را جاروب كرده است كه هر جرم ديگري در آن منطقه يا قمر سياره باشد يا تحت كنترل نيروي گرانش آن سياره قرار داشته باشد. براي مثال سيارك‌هاي گروه تروجان همگي در مدار مشتري به گرد خورشيد مي‌گردند ولي همه‌ي آنها تحت كنترل جاذبه‌ي مشتري اند. اجرام پلوتوني (طبق تعريف جديد IAU همان اجرام فرانپتوني) تحت تأثير گرانش نپتون هستند، بنابراين نپتون يك سياره است و ماه زمين (كه هم گرد است و هم دور خورشيد مي‌گردد) قمر يك سياره ديگر (زمين) است، پس يك سياره نيست.

درباره‌ي گردي يك سياره هم ترديدهايي وجود دارد. تصميم‌گيري درباره‌ي اين‌كه چه اجسامي گرد اند يا چه اجسامي بر اثر نيروي گرانش خودشان شكل گرد پيدا كرده‌اند كار ساده‌اي نيست. به نظر نمي‌رسد ويژگي‌هاي فيزيكي ساده‌اي مثل جرم، اندازه يا چگالي كمكي به دسته‌بندي اجرام گرد بكنند. چون براي مثال سيارك پالاس با چگالي 2.9 گرم بر سانتيمتر مكعب شكلي نامنظم دارد ولي قمر انسلادوس با چگالي 1.61 گرم بر سانتيمتر مكعب نه تنها گرد است، بلكه كروي است.

با اين همه مصوبه‌هاي اتحاديه‌ي بين‌المللي نجوم منبع اصلي كتاب‌ها و مقالات علمي است. اگر احساس مي‌كنيد چيزي در دنيا تغيير كرده و سر جايش نيست، بله درست فكر مي‌كنيد. از دوم شهريور 1385 پلوتون پس از 76 سال ديگر عضو منظومه‌ي شمسي نيست. از اين پس منظومه‌ي شمسي هشت سياره دارد.