7 دقیقه
در سال 2017 رخدادی نادر و اندکی نمایشی برای یک دنبالهدار کوچک اتفاق افتاد: چرخش آن کند شد، متوقف شد و سپس به نظر میرسد در جهت مخالف سرعت گرفت. کوتاه. غیرمنتظره. و آنقدر نامتعارف که ستارهشناسان همچنان در حال بازسازی فیزیک پشت این تغییر هستند.
وقتی دنبالهدار نظرش را عوض میکند
ناظران که حرکت 41P/Tuttle-Giacobini-Kresák را در نزدیکترین گذر آن از خورشید در سال 2017 دنبال میکردند، شاهد افزایش چشمگیر تناوب چرخش هسته دنبالهدار بودند. در مارس همان سال، هسته تقریباً در حدود 20 ساعت یک دور کامل میزد. دو ماه بعد آن دوران به حدود 53 ساعت طول کشید. تا دسامبر، ساعت به نظر میرسید که دوباره به حدود 14.4 ساعت بازگشته است. این توالی تنها در صورتی منطقی است که چرخش دنبالهدار ابتدا تا صفر کند شود و سپس در جهت مخالف از سر گرفته شود.
از نظر تئوریک چنین بازگشتی غیرممکن نیست. دنبالهدارها تودههایی نسبتا سست و آلوده از سنگ و یخهای فرار هستند. وقتی گرم میشوند، یخها تسخین شده و به گاز تبدیل میشوند و جتهایی را پدید میآورند که مانند نازلهای ریز موشک عمل میکنند. این جتها گشتاورهایی تولید میکنند—نیروهایی ملایم اما پایدار—که میتوانند سرعت چرخش را تغییر دهند. با این حال، سرعت و بزرگی تغییرات در 41P استثنایی بود. همانطور که دِنیس بودویتس، اخترشناس دانشگاه مریلند، در تبیین زمینه توضیح داد، کاهش سرعتهای دراماتیک قبلی ماهها طول میکشید تا تغییرات کوچکی به وجود آورد؛ اما 41P سریعتر و بسیار کاملتر از هر نمونهای که تاکنون ثبت شده بود، جهت چرخش خود را دگرگون کرد.
چگونه خروج گاز میتواند هسته را برگرداند
مکانیسم موضوع در چارچوب فیزیک ساده قرار میگیرد. فعل و انفعال سابلیمیشن—تبدیل مستقیم از یخ جامد به گاز—جریان خروجی متمرکزی از نواحی در معرض را ایجاد میکند. هر خروجی موضعی یک ضربه زاویهای وارد میآورد که هسته را به سمت چرخش سریعتر یا کندتر هل میدهد، بسته به جهت جت نسبت به محور چرخش. اجرام کوچک مخصوصاً آسیبپذیرند؛ یک جسم در مقیاس حدود یک کیلومتر مانند 41P تقریبا به اندازه ده زمین فوتبال پشت سر هم است، و این مقیاس نسبتاً کوچک باعث میشود که گرمشدن نامتقارن یا توزیع نامتوازن یخ بتواند تأثیرات چرخشی بزرگی ایجاد کند.
منحنیهای نوری—نحوهٔ تغییر درخشندگی دنبالهدار با زمان—به ما دربارهٔ نرخ چرخش و شکل کلی اطلاعات میدهند، اما جهت چرخش را نشان نمیدهند. برای بازسازی این «برگشت»، دیوید جوویت، اخترشناس دانشگاه UCLA، اندازهگیریهای منحنی نوری را با برآوردهای بهروز اندازه از تصاویر آرشیوی تلسکوپ فضایی هابل ترکیب کرد. قطعات پازل زمانی بهتر کنار هم قرار گرفتند که فرض شود هسته حوالی اواسط 2017 چرخش خود را متوقف کرده و سپس معکوس شده است. جوویت این پدیده را نتیجهای طبیعی از گشتاورهای وارد شده توسط گازهای خروجی بر یک هستهٔ بسیار کوچک میداند؛ از نظر ریاضی، اعداد و مقادیر سازگار هستند.
چرا این مسئله اهمیت دارد
چرخش دنبالهدار اهمیت دارد چون کنترل میکند کجا و چگونه نور خورشید سطح را گرم میکند و این به نوبهٔ خود تعیین میکند کدام لکههای یخی تبخیر شوند و جتها چگونه در طول چندین مدار تکامل یابند. اگر جتها بهطور مکرر چرخش را در یک جهت هل دهند، دنبالهدار میتواند تا سرعتهای تخریبآور شتاب بگیرد و قطعهقطعه شود. مدلهای جوویت نشان میدهد که اگر 41P با همان نرخ تغییراتی که در 2017 داشت به تکامل خود ادامه دهد، نیروهای گریز از مرکز میتوانند آن را ظرف چند دهه متلاشی کنند.
این سرنوشت قطعی نیست. ما دادههای قابل اتکایی از گذر حضیض 2022 این دنبالهدار نداریم و دادههای قابل اعتماد نرخ چرخش تنها زمانی در دسترس خواهد بود که 41P در سال 2028 بازگردد. تا آن زمان آیندهٔ این دنبالهدار سوالی باز خواهد ماند—اما سوالی با پیامدهایی برای فهم تکامل اجرام کوچک درون سامانهٔ درونی منظومهٔ شمسی. تغییرات مکرر سرعتهای چرخشی مانند این نشان میدهد که برخی از دنبالهدارهایی که اکنون بهعنوان بازماندههای کوچک میبینیم ممکن است زمانی قسمتهایی از پیشینهایی بزرگتر بوده باشند که بهتدریج توسط گرمشدنهای مکرر و ریزش مواد تراشیده شدهاند.
پیشزمینه علمی و جزئیات رصد
مطالعهٔ چرخش دنبالهدارها ترکیبی از فوتومتری، تصویربرداری و مدلسازی حرارتی است. منحنیهای نوری نوسانات دورهای در درخشندگی را نشان میدهند که ناشی از شکل نامنظم هستهای است که زیر تابش خورشید میچرخد. تصویربرداری با وضوح بالا از تلسکوپهای فضایی اندازهٔ هسته را پالایش میکند و کمک میکند تا روشنایی کما از نور هسته جدا شود. در مورد 41P، تصاویر آرشیوی هابل محدودیت اندازهای را فراهم کردند که مدل چرخشی جوویت را منسجم ساخت.
فراتر از کنجکاوی آکادمیک، این کار پیامدهای عملی هم دارد. جدا شدن و تکهتکه شدن دنبالهدار میتواند درون منظومهٔ داخلی را با آوار بپوشاند، ریزشهای شهابی زمین را تحت تأثیر قرار دهد و هر مأموریتی به این اجرام را پیچیده کند. درک چگونگی وارد شدن گشتاورها توسط جتها به هسته کمک میکند تا برنامهریزان مأموریت جهتگیری و نواحی معرض سطح را پیشبینی کنند—مسائل حیاتی هنگام برنامهریزی فرود یا عملیات بازگردانی نمونه.
بهطور فنی، برای مدلسازی تأثیر خروج گاز بر چرخش، محققان باید پارامترهای متعددی را در نظر بگیرند: توزیع و زاویهٔ نواحی فعال یخی، نرخ سابلیمیشن به عنوان تابع دما و توپوگرافی سطحی، شکل سهبعدی هسته، و چگالی داخلی مادهٔ سازنده. همچنین باید اثرات ناهمگن گرمشدن روزانه و فصلی و اثرات بلندمدت ناشی از تغییر در توزیع یخهای سطحی یا زیرسطحی را محاسبه کنند. مدلهای عددی از نوعی بازهٔ پارامتری برای گشتاورهای وارد عمل استفاده میکنند و سپس با دادههای منحنی نوری و تصاویر واقعی تطبیق داده میشوند تا سناریوهای ممکن محدود شوند.
دیدگاه کارشناسان
«آنچه 41P را ویژه میکند تنها معکوس شدن آن نیست؛ بلکه سرعت وقوع این رویداد است.» این گفته از دکتر النا مارکز، یک اخترفیزیکدان که دینامیک اجرام کوچک را مطالعه میکند، است. «تصور کنید فرفرهای که تا حد تکان خوردگی کند میشود، متوقف میگردد و سپس به خاطر فشارهای مداوم جتهای کوچک دوباره در جهت مخالف میچرخد. این حساسیت به ما میگوید که این اجرام از نظر دینامیکی زندهاند—و در مقیاس زمانی قابل رصد برای انسان تغییر میکنند. همچنین این بدان معناست که ما به پایش مکررتری نیاز داریم تا این گذارها را در زمان وقوع ثبت کنیم.»
نظارت مستمر—فوتومتری در گذرهای حضیض آینده، تصویربرداری هدفمند و مدلسازیهای حرارتی—آشکار خواهد کرد که آیا برگشت 41P یک رخداد یکبار بوده یا بخشی از الگوی تکرارشوندهای است که نهایتاً هسته را از هم میپاشد. برای حال حاضر، این دنبالهدار نمایشی روشن ارائه میدهد که اجرام کوچک منظومهٔ شمسی حتی پس از 4.5 میلیارد سال فعال و غیرقابل پیشبینی باقی میمانند.
دانشمندان هنگام بازگشت 41P با دقت آن را رصد خواهند کرد تا ببینند آیا این هسته باز هم ما را شگفتزده خواهد کرد یا خیر.
منبع: sciencealert
ارسال نظر