نیمه پنهان زهره؛‌ چرا کندترین سیاره منظومه شمسی سمت همواره پشت به خورشید ندارد؟

هنگامی که دو جسم در فضا به اندازه‌ی کافی به هم نزدیک باشند، گرانش آن‌ها به‌عنوان یک ترمز یا مانع عمل کرده و حرکت آن‌ها را تا زمان منطبق شدن مدار یکی با چرخش دیگری، کند می‌کند.

این قفل کِشَندی یا گرانشی، به این معنی است که یک طرف از جرم کوچک‌تر بایستی به‌طور دائم رو به جرم بزرگتر واقع شود و با همان سوگیری، صرفاً به چرخش در مدار پیرامون جرم بزرگ‌تر ادامه دهد. آشناترین مثال برای چنین اتفاقی نوع سوگیری کره‌ی ماه به زمین است. درواقع برپایه‌ همین علت فیزیکی است که ما همواره فقط یک طرف ماه را از زمین می‌بینیم.

این مقاله درمورد نگاه دقیق‌تر به همین پدیده‌ی قفل‌شدگی درمورد جفت همسایه‌ی زمین، یعنی سیاره زهره است. زهره در نزدیکی آستانه‌ی قفل‌شدگی کشندی قرار داد؛ این سیاره به حدی به آستانه‌ی کشندی یادشده نزدیک است که تقریباً می‌توانست دقیقاً به‌همان شکلی که ماه به‌دور زمین «قفل شده»، پیرامون خورشید و روی یک نیمکره‌ی ثابت قفل شود.

این تفاوت کوچک اما بسیار قابل توجه و مهم است. تنها عاملی که مانع از قفل شدن کامل زهره می‌شود، جو غلیظ و طوفانی سیاره است. اتمسفر زهره بسیار متلاطم و خروشان است و تنها در طی چهار روز زمینی یک دور گردش پیرامون سیاره را تکمیل می‌کند؛ چنین سرعت دورانی برای اتمسفر زهره تقریباً معادل با ۶۰ برابر سرعت دورانی خود زهره است.

به گفته‌ی استفان کین، اخترفیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، وجود چنین تفاوت‌های ریز و در عین حال کلیدی نشان می‌دهد که نه‌تنها هنگام مطالعه‌ی زهره، بلکه در بررسی سایر سیاراتی که به دور ستارگانی در دوردست‌های کهکشان گردش می‌کنند نیز باید توجه بیشتری به اتمسفر سیاره و عملکرد دروانی آن داشته باشیم. وی در ادامه توضیح می‌دهد:

ما اتمسفر را به‌عنوان لایه‌ای نازک و تقریباً مجزا در بالای سیاره‌ تصور می‌کنیم که کمترین تعامل را با سیاره‌ی جامد دارد.

اتمسفر قدرتمند و متلاطم زهره به‌خوبی نشان می‌دهد که اوضاع گاهی پیچیده‌تر از یک ساده‌سازی مقدماتی می‌شود. اتمسفر یک سیاره گاهی به‌منزله‌ی بخش بسیار یکپارچه‌تری از آن سیاره برشمرده می‌شود و بر همه چیز تأثیر می‌گذارد. اتمسفر به حدی مهم است که حتی سرعت چرخش دورانی سیاره را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد.

تصور می‌شود که همین اتمسفر سرکش و کاملاً متفاوت زهره (در قیاس با زمین) یکی از همان ویژگی‌های کلیدی باشد که منجر به تبدیل شدن زمین و زهره به جهان‌های بسیار متفاوت از بسیاری جهات شده است.

تفاوت‌های پرشمار زمین و زهره بیشتر شبیه یک معمای جذاب برای دانشمندان است. دانشمندان سیاره‌شناس همواره در پی حل این معما بوده‌اند. پی بردن به ماهیت تفاوت بین یک جهان سرسبز و قابل سکونت (زمین) و یک منظره‌ی جهنمی سمی و اسیدی (زهره) و علل نهفته در پس آن بسیار کلیدی است.

اتمسفر فوق‌العاده سریع زهره (این سرعت و تلاطم به‌دلیل پدیده‌ای موسوم به ابرچرخش یا سوپرروتیشن است) منجر به شکل‌گیری بادهایی با سرعت بیش از ۴۰۰ کیلومتر بر ساعت در این سیاره می‌شود.

پدیده‌ی ابرچرخشی که از آن یاد کردیم، به‌تعبیری باعث کشیده شدن اتمسفر زهره روی سطح سیاره می‌شود. اما نتیجه‌ی این به‌اصطلاح کشیده شدن اتمسفر روی سیاره چیست؟ دانشمندان از کنار هم گذاشتن مستندات و دلایل علمی چنین برآورد می‌کنند که کند شدن چرخش دورانی سیاره و همچنین مقابله با چنگال گرانشی خورشید و جلوگیری از قفل شدن کشندی از نتایج رخ دادن ابرچرخش در اتمسفر زهره است. همان‌طورکه اشاره کردیم زهره در قیاس با زمین و مریخ، شبانه‌روزهای بسیار طولانی‌تری دارد. اما برخلاف ماه، نیمه‌ی پنهان دائمی نیز ندارد و هرچند بسیار کندتر از زمین، ولی به هرترتیب، حرکت دروانی خود را طی زمان تکمیل می‌کند.

چرخش آهسته و معکوس بدین معنی است که از طلوع تا غروب خورشید در زهره، معادل حدود ۱۱۷ روز زمینی طول می‌کشد. جو غلیظ و سمی سیاره بخش زیادی از گرمای خورشید را به دام می‌اندازد و تنها ۳ درصد از نور خورشیدی وارد‌شده، درنهایت می‌تواند به سطح جامد سیاره برسد و باقی تماماً توسط اتمسفر سیاره جذب می‌شود.

درنتیجه‌ی همین ساختار اتمسفری منحصربه‌فرد است که زهره در میان تمام اجرام موجود در منظومه‌ی خورشیدی، گرمترین سطح را دارد؛ البته طبیعتاً غیر از خود خورشید! دمای متوسط سطح زهره تقریباً ۴۸۲ درجه‌ی سانتی‌گراد است. به‌گفته‌ی کین:

این پدیده فوق‌العاده عجیب است، تجربه‌ای کاملاً متفاوت با بودن روی زمین؛ ایستادن روی سطح زهره مانند ایستادن در اعماق یک اقیانوس بسیار داغ است. نمی‌توانید روی آن نفس بکشید.

ازآنجاکه جو زهره انرژی خورشیدی را به دام می اندازد، این سیاره فقط گرما را محبوس می‌کند: یک اثر گلخانه ای مهارنشدنی و بسیار شدید. ما نمی‌دانیم که قفل شدن کشندی چه نقشی در کمک به این اثر گلخانه‌ای مهارنشدنی می‌تواند داشته باشد؛ اما مطالعه‌ی زهره ممکن است سرنخ‌هایی پیش روی دانشمندان بگذارد.

بیشتر سیارات فراخورشیدی شناسایی‌شده در نقاط مختلف کهکشان، به ستاره‌های میزبان خود بسیار نزدیک هستند. ابزارهای به‌کاررفته برای جستجوی آن‌ سیاره‌ها، در یافتن جهان‌های نزدیک بسیار بهتر و مؤثرتر عمل می‌کنند. از سویی پدیده‌ی قفل‌شدگی کشندی که در این مقاله از آن صحبت شده، مختص زهره نیست و با کنار هم گذاشتن واقعیات مطرح‌شده می‌توان گفت شاید بسیاری دیگر از سیاره‌های فراخورشیدی در بیرون منظومه‌ی خودمان هم از همین نوع باشند.

یکی از مواردی که ستاره‌شناسان در مسیر جست‌وجوی سیارات فراخورشیدی قابل سکونت به‌دنبال آن هستند، یافتن اجرامی تقریباً هم‌اندازه‌ی زمین است؛ اما بعید به نظر می‌رسد که صرف داشتن اندازه‌ای مشابه زمین برای رویاهای دورودراز بشر در یافتن سیاره‌های قابل سکونت با اتمسفر مناسب کافی باشد.

زهره کم‌و‌بیش هم‌اندازه‌ی زمین است؛ اما پرواضح است که هیچ موجود زمینی نمی‌تواند روی این سیاره و اتمسفر جهنمی آن دوام بیاورد. از همین روی، شاید استفاده از زمین به‌تنهایی به‌عنوان مدلی برای سیارات فراخورشیدی ایدئال، حتی سیاراتی با قفل‌شدگی کشندی همچون زهره، نتایج دقیقی به همراه نداشته باشد. کین معتقد است:

زهره فرصتی است تا بتوانیم این مدل‌ها را به‌خوبی اصلاح کنیم؛ در این حالت قادر خواهیم بود محیط سطح سیارات اطراف ستاره‌های دیگر را هم به درستی درک کنیم.ما در‌حال‌حاضر عملکرد خوبی از حیث لحاظ کردن اثرات اتمسفر و اثرات کشندی نداریم و بیشتر اوقات از مدل‌های زمینی برای تفسیر ویژگی‌های سیارات فراخورشیدی استفاده می‌کنیم. زهره همانند دوستی در فاصله‌ی نزدیک و همسایگی سیاره‌ی خودمان است که با دست‌هایش می‌خواهد توجه ما را به‌خود جلب کند و بگوید به اینجا نگاه کنید [من یک مثال نقض خوب هستم].

کین در نهایت تصریح می‌کند که سیاره‌ی زهره ابزاری بسیار ارزشمند در منظومه‌ی خورشیدی خودمان است که باید به آن بیشتر توجه و تلاش کنیم تا از آن برای درک آب‌وهوای جهان‌های بیگانه استفاده کنیم.

این تحقیق در Nature Astronomy منتشر شده است.