نگاهی به تعریف جدید سیاره و پیامدهای آن

گروهی از اخترشناسان در سال ۸۴ با استفاده از یک تلسکوپ قوی جرم کوچکی را در کمربند کوییپر یافتند که «۲۰۰۳ UB۳۱۳» نام گرفت و بحث های فراوانی را در مجامع نجومی برانگیخت. موضوع آن بود که این جسم کوچک ۲۴۰۰ کیلومتر قطر دارد، یعنی قطرش از قطر پلوتون (که نهمین سیاره منظومه خورشیدی ما محسوب می شد) ۱۰۰ کیلومتر بیشتر است. بنابراین باید این جرم را نیز در دسته سیاره های منظومه خورشیدی قرار داد.
اما مشکل آن بود که اگر این جرم نویافته (که هم اکنون آن را با نام اریس می خوانند) سیاره باشد، اجرام دیگری مثل سرس (جرمی در کمربند سیارک ها) و شارون (قمر تازه کشف شده پلوتون) را نیز باید سیاره به حساب آورد. بنابراین بسیاری از کارشناسان حوزه نجوم انتظار داشتند، انجمن بین المللی نجوم در نشست دوم شهریور امسال که در پراگ برگزار شد، تعداد سیاره های منظومه شمسی را به دوازده افزایش دهد. اما این انجمن در نشست خود تعریف جدیدی از سیاره ارائه کرده است که نه تنها به تعداد سیاره ها اضافه نشد، بلکه پلوتون نیز عنوان «سیاره» را از دست داد و به این ترتیب تعداد سیاره ها به هشت کاهش یافت. در این مقاله مبانی علمی این تعریف جدید از سیاره و همچنین نظر موافقان و مخالفان را بررسی می کنیم.
در زمان های گذشته، ستاره را جسم کوچک و درخشانی در آسمان می دانستند که نسبت به طرح پس زمینه دیگر ستارگان ثابت هستند و به همین دلیل آنها را «ثوابت» می نامیدند. اما اجسام دیگری هم وجود داشتند که نسبت به این طرح پس زمینه ستاره یی حرکت می کردند. این اجسام متحرک را «سیاره» می نامیدند تا آنها را از ثوابت متمایز کنند.
در روزگار باستان هفت سیاره می شناختند که خورشید، ماه، تیر، ناهید، مریخ، مشتری و کیوان نام داشتند. نکته یی که در این فهرست بسیار جلب توجه می کند آن است که زمین در این فهرست حضور ندارد، دلیلش هم آن بود که بشر در آن روزگار زمین را سیاره نمی دانست بلکه زمین را مرکز جهان تصور می کرد. اما پیشرفت علم نجوم، نیکلا کپرنیک و دیگر اخترشناسان را متقاعد کرد که خورشید در مرکز قرار دارد نه زمین.
پس از آن، تعریف سیاره تغییر کرد و اخترشناسان جسمی را سیاره می نامیدند که به دور خورشید در حال چرخش باشد. به این ترتیب در سال ۱۵۴۳ میلادی زمین به فهرست سیاره ها اضافه و خورشید و ماه از این فهرست حذف شدند. در آن زمان منظومه خورشیدی ما شش سیاره داشت تا آنکه رصدگران با استفاده از تلسکوپ در سال ۱۷۸۱ اورانوس و در سال ۱۸۴۶ نپتون را به فهرست سیاره های منظومه شمسی افزودند. سرس که در سال ۱۸۰۱ کشف شد، در ابتدا توانست نظر منجمان را به خود جلب کند. این جسم در فاصله مداری مریخ و مشتری قرار داشت و در ابتدای کشف خود صاحب عنوان سیاره شد، اما خیلی زود رقیبی برای سرس پیدا شد. در سال ۱۸۰۲ اخترشناسان پالاس را در مداری مشابه مدار سرس کشف کردند و به این ترتیب شک و تردیدهای اخترشناسان در مورد ماهیت این اجسام آغاز شد.
هنگامی که از پشت تلسکوپ به سیاره های واقعی نگاه می کنیم آنها را به صورت صفحه یا قرص کوچکی می بینیم، اما این دو جسم تنها به صورت یک نقطه کوچک نورانی دیده می شوند. در سال ۱۸۵۱ تعداد آنها به ۱۵ رسید و دیگر دشوار بود که همه آنها را سیاره به حساب آورد. ویلیام هرشل اخترشناس انگلیسی پیشنهاد کرد آنها را «سیارک» بنامند و به این ترتیب در سال ۱۸۵۲ سیارک ها از فهرست سیاره های منظومه خورشیدی حذف شدند و تعداد سیاره ها به هشت کاهش یافت.
گفتنی است امروزه با ساخت تلسکوپ های قوی تر، تعداد سیارک های منظومه خورشیدی ما به ۱۳۵ هزار افزایش یافته است. داستان پلوتون نیز تا حدی شبیه به داستان سرس است. هنگامی که کلاید تومبا پلوتون را در سال ۱۹۳۰ کشف کرد، اخترشناسان از آن استقبال کردند و به عنوان نهمین سیاره منظومه شمسی به آن خوشامد گفتند. در آن زمان پلوتون را به دشواری می شد از پشت تلسکوپ ها دید، با این همه گمان می رفت که این سیاره چندین برابر زمین باشد و فاصله زیاد آن از زمین (فاصله پلوتون تا خورشید به طور میانگین ۳۹ برابر فاصله زمین تا خورشید است) باعث می شود، چنین کوچک به نظر برسد.
اما بعدها با ساخت تلسکوپ های قوی تر مشخص شد که این جسم نه تنها از هشت سیاره دیگر، بلکه از هفت قمر این سیاره ها نیز کوچک تر است. امروزه می دانیم که پلوتون حدود یک پنجم ماه (قمر زمین) است. هنگامی که روشن شد سرس یکی از اجسام بی شمار کمربند سیارک ها است از اهمیت آن کاسته شد. چنین داستانی در مورد پلوتون نیز تکرار شد، زیرا هنگامی که اخترشناسان دریافتند این جرم یکی از اجرام بی شمار کمربند کوییپر است، پلوتون اعتبار گذشته اش را از دست داد. اکنون اخترشناسان از یکدیگر می پرسیدند آیا هنوز هم باید پلوتون را سیاره به حساب آورد؟
گفتنی است یک بار در سال ۱۵۴۳ عنوان سیاره را از خورشید و ماه پس گرفته بودند و یک بار در سال ۱۸۵۲ سیارک ها را از این مقام کنار گذاشتند، به همین دلیل لغو عنوان سیاره از یک جسم چندان هم بی سابقه نبود، اما بسیاری از افراد استدلال می کردند از آنجایی که همه مردم باور دارند که پلوتون هم سیاره است، از این پس نیز باید پلوتون را سیاره نامید. به این ترتیب پلوتون همچنان از عنوان خود دفاع می کرد؛ اما کشفی که در سال ۲۰۰۵ روی داد، باعث شد موضوع سیاره بودن یا نبودن پلوتون با بحث های فراوان همراه شود. در این سال جسمی با نام اریس کشف شد (که پیشتر آن را با نام ۲۰۰۳UB۳۱۳ یازنا می شناختند). این جسم از پلوتون هم بزرگ تر است.
به این ترتیب اخترشناسان استدلال کردند اگر پلوتون سیاره است، اریس و تعداد دیگری از اجرام کمربند کوییپر هم سیاره هستند، اگر اریس سیاره نیست، پس پلوتون هم نباید سیاره باشد. به همین دلیل سیاره شناسان تصمیم گرفتند معیاری ارائه کنند که ضمن تعریف سیاره، به آسانی بتوان آنها را از اجسام غیرسیاره یی تشخیص داد. یکی از پیشنهادها آن بود که سیاره را جسمی تعریف کنیم که جرمش از ستاره کمتر است، اما آن اندازه بزرگ است که گرانشش باعث می شود شکل کروی داشته باشد.
هر چند بیشتر اجسام کوچک شکل ناهمواری دارند و همانند تخته سنگ های بزرگ هستند، اما اجسامی که شعاع آنها از چند صد کیلومتر بیشتر باشد، شکل کروی دارند. در ابتدا انجمن بین المللی اخترشناسان از این تعریف حمایت کرد. با پذیرش این تعریف پلوتون همچنان سیاره می ماند، اما سرس که بزرگ ترین سیارک و تنها سیارک کروی شناخته شده است، یک بار دیگر عنوان سیاره را به دست می آورد و راه را برای ورود تعداد زیادی از اجرام کمربند کوییپر هموار می کرد. به همین دلیل در روزهای نزدیک به نشست انجمن بین المللی اخترشناسان کسانی که بر این باور بودند این تعریف از سیاره تصویب می شود، حدس می زدند تعداد سیاره ها، از ۹ سیاره آن زمان به ۱۲ یا حتی بیشتر هم برسد.
اما بسیاری از اخترشناسان، گفتند کروی بودن معیار مناسبی نیست، زیرا مشاهده و بررسی شکل واقعی بسیاری از اجرام دوردست کمربند کوییپر بسیار دشوار است و بنابراین وضعیت آنها همچنان در ابهام باقی می ماند. گذشته از این، شکل و اندازه سیارک ها و اجرام کمربند کوییپر بسیار گوناگون است و طیف پیوسته یی دارد. به زبان دیگر هیچ مرز مشخص و واضحی بین شکل کروی و غیرکروی نیست. بنابراین در کنار معیار کروی بودن باید مرزی برای انحراف از شکل کروی تعیین کرد که به ناچار انتخابی و قراردادی است.
اما بسیاری از اخترشناسان دیگر با این استدلال که در طبیعت هیچ مرز واقعی بین شکل کروی و غیرکروی وجود ندارد، این تعریف را نارسا دانسته و از پذیرش آن سر باز زدند. بنابراین لازم شد تعریف دیگری ارائه شود که معیارهای آن دلخواه نباشد. بعضی از اخترشناسان به این ویژگی توجه کردند که برخی از اجسام منظومه خورشیدی بسیار بزرگ هستند و می توانند بیشتر اجرام موجود در اطراف خود را یا جارو کنند یا به پیرامون خود پرتاب کنند، اما اجسام کوچک توانایی انجام چنین کاری را ندارند، پس یا مدار آنها ناپایدار است یا محافظان بزرگی دارند که مدار آنها را پایدار می سازند. برای مثال زمین چنان بزرگ است که در نهایت می تواند همه سیارک های اطراف خود را یا جارو کند یا به محیط اطراف پراکنده سازد. در عین حال زمین محافظ ماه است.
یعنی نه آن را جارو می کند و نه به اطراف پرتاب می کند. به نظر دانشمندان می توان با استفاده از این اثرهای دینامیکی روش مناسبی برای تعریف سیاره ارائه کرد. به عبارت دیگر سیاره جسمی است که بر منطقه مداری خود چیره است، یعنی می تواند محیط اطرافش را با برخورد رودررو پاک کند، یا این اجرام را در مدار پایدار نگه داشته باشد.
بنابراین دیگر نیازی نیست که برای دسته بندی اجسام منظومه خورشیدی به سیاره ها و غیرسیاره ها از معیارهای دلبخواه یا معیارهای قراردادی استفاده کنیم، زیرا در خود طبیعت معیارهای مناسبی وجود دارد که می تواند این دسته بندی را انجام دهد. باید در نظر داشت که برخی دیگر از اخترشناسان معیارهای دیگری ارائه کردند که به این تعریف از سیاره بسیار نزدیک است و در عین حال قابلیت کمی شدن هم دارد.
این دسته از اخترشناسان برای اینکه معیاری عینی و قابل اندازه گیری از سیاره ارائه دهند، سیاره را به این صورت تعریف کردند؛ «هر جسم منظومه خورشیدی که جرمش از مجموع جرم های دیگر اجسام موجود در مدارهای مشابه بیشتر باشد.» برای بررسی این تعریف می توان سیاره های منظومه خورشیدی را در نظر گرفت. برای مثال، در منطقه مداری زمین حدود هزار سیارک وجود دارد که قطرشان از یک کیلومتر کمتر است و بیشتر آنها به تازگی از کمربند اصلی سیارک ها در بین مریخ و مشتری آمده اند.مجموع جرم این سیارک ها از یک ده هزارم درصد جرم زمین کمتر است. این اخترشناسان برای آنکه این تعریف سودمندتر شود از عبارتی به نام نسبت جرمی استفاده می کنند. نسبت جرمی یعنی نسبت جرم یک جسم به مجموع جرم های همه جسم های دیگر که در همان منطقه مداری هستند. نسبت جرمی زمین ۷/۱ میلیون است یعنی جرم زمین ۷/۱ میلیون برابر مجموع جرم های همه جسم های پیرامون آن است. زمین بیشترین مقدار نسبت جرمی و مریخ کمترین مقدار نسبت جرمی (۵۱۰۰) را در بین سیاره های منظومه خورشیدی دارد.
اما مقدار نسبت جرمی سرس (۳۳/۰) و پلوتون (۰۷/۰) بسیار کمتر از سیاره ها است. به نظر می رسد می توان با استفاده از این تعریف و استفاده از عبارت مقدار نسبت جرمی، سیاره ها را در یک دسته و سیارک ها و اجرام کمربند کوییپر را در دسته دیگر قرار داد. بدین ترتیب به روشنی مشخص می شود که پلوتون سیاره نیست.
با چنین استدلال هایی اخترشناسان متقاعد شدند که سیاره را بر حسب «جاروکردن» اطراف مدارش تعریف کنند. به بیان دیگر جسمی سیاره محسوب می شود که بیشتر جرم منطقه مداری اش را جارو یا به اطراف پرتاب کند.
یکی از دلیل هایی که باعث می شود اخترشناسان از چنین تعریفی حمایت کنند آن است که به گفته آنان این تعریف بیانگر همان فرآیندهایی است که منظومه خورشیدی ما را شکل دادند. همه اجرام موجود در منظومه خورشیدی ما از اجزای تشکیل دهنده صفحه یی از جنس گاز و غبار به وجود آمدند که به دور خورشید اولیه می گشتند. این اجسام همچنان که به دور خورشید می گشتند، کم کم به یکدیگر متصل شده و بزرگ تر شدند.
اجسامی که در مراحل اولیه رشد سریع تر بزرگ شدند، در رقابت برای به دست آوردن مقدار محدود ماده خام موجود برنده شدند، یعنی در این فرآیند جسم بزرگی به وجود آمد که بر منطقه مداری خود چیره شد. این اجسام بزرگ تر اجسام کوچک تر را یا جارو کردند یا آنها را از منظومه خورشیدی به بیرون پرتاب کردند. خلاصه آنکه منظومه خورشیدی امروزی ما از هشت سیاره تشکیل شده است که اعضای اصلی این منظومه هستند.
خرده سنگ هایی هم که از این فرآیند باقی ماندند سیارک ها و دنباله دارها (از جمله اجرام کوییپر) را تشکیل دادند. هم اکنون بسیاری از اخترشناسان بر این باورند که هم در نظریه و هم در عمل می توان بین سیاره و غیرسیاره تمایز قائل شد. به گفته آنان همه سیاره های منظومه خورشیدی ما آنقدر جرم دارند که بتوانند خرده سیارک های منطقه مداری خود را یا جارو کنند یا به اطراف پرتاب کنند. اما اجرام کمربند کوپی و از جمله پلوتون در منطقه مداری خود تنها نیستند و تعداد زیادی از اجسام با جرم های نزدیک آنها را فرا گرفته است. اما این تعریف ها هم با انتقادهایی مواجه شده است. برای مثال برخی می گویند که در اخترشناسی اجسام را باید تنها برحسب خواص ذاتی خود آنها همانند شکل، اندازه و ترکیب شیمیایی دسته بندی کرد، نه بر حسب موقعیت یا وضعیت دینامیکی آنها.
اما واقعیت آن است که اخترشناسان در بسیاری از موارد دیگر نیز اجسام را بر حسب وضعیت و موقعیت آنها دسته بندی کرده اند، نه بر حسب ویژگی های ذاتی آنها. برای مثال اخترشناسان تمام اجسامی را که به دور سیاره می گردند قمر می نامند (مثل ماه که قمر زمین است). اما باید در نظر داشت که دو قمر منظومه خورشیدی از سیاره تیر هم بزرگ تر است و بسیاری از این قمرها سیارک ها و دنباله دارهایی هستند که در دام سیاره گرفتار شده اند.
از طرف دیگر این فاصله از خورشید است که باعث شده اجسام نزدیک به خورشید، سیاره های کوچک سنگی و اجسام دور از آن سیاره های غول پیکر یخی و انباشته از گازهای فرار باشند. به عقیده این دسته از دانشمندان اگر بخواهیم همچنان به تعریف های قدیمی پایبند باشیم و پلوتون را به عنوان نهمین سیاره نگه داریم، باید به پیشرفت های بزرگی که در دهه ۱۹۹۰ حاصل شد و نگرش ما را در زمینه منشأ و ساختار منظومه خورشیدی دگرگون کرده است، پشت کنیم.
در ۷۶ سال گذشته (از ۱۹۳۰ تا ۲۰۰۶) پلوتون را نهمین سیاره در نظر می گرفتند. به اعتقاد برخی همچنان باید به گذشته ها وفادار بود و هنوز هم این مقام را برای پلوتون حفظ کرد. اما اخترشناسان بر این باورند که کج فهمی های گذشته نباید مانع پیشرفت های ما در آینده شود، به بیان دیگر هرگاه که لازم شد باید در تعریف های خود تجدیدنظر کنیم تا برداشت های ما با واقعیت ها و ساختارهای دنیای طبیعی و پیرامون ما همخوانی داشته باشد.
شاید چنین بحث هایی در مورد ماهیت واقعی یک سیاره و وضعیت پلوتون، یکی از بهترین مثال هایی است که نشان می دهد مفاهیم و تعریف های علمی تغییرناپذیر نیست و پیوسته دگرگون شده و هر روز کامل تر می شود.

رقیه علی نژاد