وجود یک ابرزمین در منظومه شمسی می‌تواند سیاره ما را نابود کند

اگر یک نسخه‌ی بزرگ‌شده از سیاره زمین به‌طور ناگهانی در منظومه شمسی بین مریخ و مشتری ظاهر می‌شد، چه اتفاقی رخ می‌داد؟ این پرسش پیچیده، موضوع پژوهشی قرار گرفته که به‌تازگی در نشریه‌ی علوم سیاره‌ای منتشر شده است. این مطالعه به‌دنبال درک این مسئله رفته است که «ابرزمین‌ها» یا دسته‌ای از سیاره‌هایی که در سایر منظومه‌های ستاره‌ای بسیار رایج‌تر هستند، چگونه می‌توانند بر محله‌ی خورشیدی ما اثر بگذارند.

همان‌طور که مشخص است، وجود یک سیاره فراخورشیدی در این بخش از منظومه شمسی می‌تواند به روش‌های مختلف، ازجمله پرتاب مستقیم زمین به درون خورشید یا بیرون‌انداختن آن از منظومه شمسی، حیات را روی سیاره‌ی ما به نابودی بکشاند. ابرزمین‌ها که ممکن است ۱٫۵ تا ۱۰ برابر زمین جرم داشته باشند، حتی می‌توانند سیاره‌های بزرگ‌تر یخی ازجمله اورانوس و نپتون را متزلزل و آن‌ها را از منظومه شمسی خارج کنند.

این آزمایش فکری هرچند مطمئناً موضوعی جالب و سرگرم‌کننده محسوب می‌شود، صرفاً در مورد دگرگونی فرضی منظومه شمسی ما نیست. براساس پژوهش اخیر که به‌دست استیون کین، استاد اخترفیزیک سیاره‌ای از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید انجام شده است، ابرزمین‌های خیالی در سطح وسیع‌تر می‌توانند بینش‌های مهمی را درباره‌ی چگونگی مقایسه‌ی ساختار و تکامل منظومه شمسی ما با سایر منظومه‌های سیاره‌ای ارائه دهند.

کین در گفت‌وگو با وب‌سایت وایس می‌گوید: «سیاره‌های زیادی بین اندازه‌ی زمین و نپتون وجود دارند؛ جهان‌هایی که از نظر اندازه شاید دو برابر زمین باشند و ما آن‌ها را ابرزمین می‌نامیم. نبود چنین سیاره‌ای در منظومه شمسی، مایه‌ی تأسف دانشمندانی است که می‌گویند کاش یک ابرزمین، مثلاً بین مدارهای مریخ و مشتری داشتیم و می‌توانستیم به دقت آن را مطالعه کنیم.»

کین می‌افزاید: «این موضوع که کاش ابرزمینی در منظومه شمسی داشتیم، آنقدر در گفت‌وگوها تکرار می‌شود که من واقعا می‌خواستم آن را بررسی کنم و بگویم، خب اجازه دهید بگوییم آرزویمان برآورده شده است. منظومه شمسی با وجود چنین سیاره‌ای چگونه خواهد بود و با چه عواقبی روبرو خواهد شد؟»

برخی از دانشمندان با اشاره به برخی از اثرات گرانشی عجیبی که در بخش‌های بیرونی منظومه شمسی مشاهده شده‌اند، می‌گویند ممکن است تقریباً ۲۰ برابر دورتر از فاصله‌ی بین خورشید و نپتون، یک سیاره مخفی شده باشد. این جهان فرضی که سیاره نهم نامیده می‌شود، می‌تواند ابرزمین باشد؛ اما وجود آن هنوز نامعلوم است. حتی اگر یک ابرزمین بسیار فراتر از سیاره‌های شناخته‌شده پنهان شده باشد، فرستادن فضاپیمایی برای بازدید از آن در چنین فاصله‌ی پهناوری بسیار دشوار خواهد بود.

فقدان ابرزمین شناخته‌شده در منظومه شمسی، برای دانشمندانی که این جهان‌های مرموز را مطالعه می‌کنند، بسیار ناگوار است؛‌ زیرا پرسش‌های فراوانی را که ممکن است با یک نگاه نزدیک حل شوند، بی‌پاسخ می‌گذارد. به‌عنوان مثال، مشخص نیست که در چه نقطه‌ای، سیاره‌های سنگی مانند زمین به غول‌های گازی کوچک مثل نپتون و اورانوس تبدیل می‌شوند؛ یا اینکه ممکن است برخی از ابرزمین‌ها برای پشتیبانی از حیات مناسب و حتی بیش از سیاره‌های زمین‌مانند، سکونت‌پذیر باشند.

هرچند به‌نظر می‌آید ابرزمین‌ها در کهکشان راه شیری فراوان هستند و بسیاری از آن‌ها در نزدیک‌ترین منظومه‌های مجاور ما یافت می‌شوند، محیط روی این سیاره‌ها تا حد زیادی یک راز باقی مانده است. درنتیجه آیا خوب نیست که صرفاً عصایی جادویی را تکان دهیم و یک ابرزمین را به منظومه شمسی بیفزایم تا بتوانیم آن را از نزدیک نگاه کنیم؟

کین به‌منظور انجام پژوهش خود، هزاران شبیه‌سازی را اجرا کرد و ابرزمین‌ها با جرم‌های گوناگون را به منظومه‌ی امروزی ما افزود تا نتایج این اتفاق را درطول ۱۰ میلیون سال مرور کند. او می‌گوید: «باید مراقب باشیم که چه آرزویی می‌کنیم.»

کین این جهان‌های جدید را بین دو تا چهار واحد نجومی (AU) از خورشید قرار داد. (یک AU فاصله‌ی بین زمین و خورشید است). ابرزمین‌ها در این فاصله تا شکاف وسیع بین مدارهای مریخ و مشتری که درحال‌حاضر در اشغال کمربند اصلی سیارک‌ها است، جایگذاری شدند. حضور این جهان‌ها در این مکان اغلب موجب شکل‌گیری پدیده‌ای می‌شد که با عنوان «رزنانس مداری متوسط» (MMR) شناخته می‌شود. ام‌ام‌ار روابط بین بسامدهای مداری سیاره‌های مختلف است که می‌تواند بر مسیر حرکت آن‌ها در اطراف یک ستاره تأثیر بگذارد.

کین در مطالعه‌ی خود خاطرنشان می‌کند که سیاره‌های درونی منظومه شمسی به‌طور ویژه دربرابر افزوده‌شدن سیاره‌ی ابرزمین، آسیب‌پذیر هستند. وجود ابرزمین، به شکل‌گیری چندین منطقه‌ی به‌شدت بی‌ثبات در منظومه منجر می‌شود. منطقه‌ی وسیع دو تا چهار واحد نجومی، حاوی مکان‌های ام‌ام‌آر متعدد با سیاره‌های درونی است؛ مسئله‌ای که تکامل آشفته‌ی منظومه شمسی داخلی را بیشتر تقویت می‌کند. همچنین مکان‌های ام‌ام‌آر با سیاره‌های بیرونی در منطقه‌ی بین دو تا چهار واحد نجومی، پیامدهای بالقوه چشمگیری برای غول‌های یخی به‌دنبال دارد.

به‌عنوان مثال، برخی از ابرزمین‌های کین درنهایت سیاره‌های درونی، ازجمله زمین را به فضای بین‌ستاره‌ای پرتاب می‌کنند یا بدتر، آن را به‌طور مستقیم به سمت خورشید می‌فرستند. اگر این سناریو در واقعیت رخ می‌داد، انسان و تمام اشکال دیگر حیات زمینی یا با دورشدن از خورشید در تاریکی کیهانی فرو می‌رفتند یا با بلعیده‌شدن به‌وسیله خورشید، تبخیر می‌شدند.

در سایر سناریوها، زمین ممکن است در منظومه شمسی باقی بماند؛ اما به مداری ناپایدار پرتاب شود و احتمالاً در مسیر برخورد با دیگر سیاره‌ها قرار گیرد؛ اتفاقی که می‌تواند حیات را در جهان ما ریشه‌کن کند. همچنین این احتمال وجود دارد که با قرارگیری در یک مدار دور از مرکز، با نوسانات آب‌وهوایی غیرعادی که حیات را بسیار چالش‌برانگیزتر می‌کنند، مواجه شویم.

کین می‌گوید: «آب‌وهوا در برخی از مدارها به‌شدت آشفته می‌شود. وقتی زمین واقعاً به خورشید نزدیک و سپس دور شود، دوره‌های یخبندان و گرمای سوزان را تجربه خواهیم کرد.»

در برخی از سناریوها، خود ابرزمین افزوده‌شده به سرعت به بیرون از منظومه شمسی پرتاب می‌شود؛ درحالی‌که در برخی دیگر، نپتون و اورانوس درون فضای میان‌ستاره‌ای می‌افتند. تنها مشتری و زحل به‌عنوان بزرگ‌ترین غول‌های منظومه شمسی از آسیب وجود یک ابرزمین جدید نسبتاً مصون می‌مانند.

نتایج شبیه‌سازی‌ها بر تعادل ظریف موجود بین سیاره‌های منظومه شمسی تأکید و به دانشمندان کمک می‌کند تا بفهمند که ابرزمین‌های سرتاسر کیهان، چه نقشی در منظومه‌های سیاره‌ای خود ایفا می‌کنند.

به‌عنوان مثال به‌نظر می‌آید که منظومه شمسی ما، هم به دلیل فقدان این زمین‌های غول‌پیکر و هم وجود یک غول گازی به نام مشتری در فاصله‌ای بسیار زیاد از خورشید، در وضعیتی نسبتاً نادر نسبت به سایر منظومه‌ها به‌سر می‌برد. هردوی این عوامل در سکونت‌پذیری زمین و احتمالاً سایر جهان‌ها در مقطعی از عمر منظومه شمسی، ازجمله مریخ باستانی نقش داشته‌اند و از همین‌رو به سرنخ‌های مهمی در جست‌وجو برای حیات در سایر نقاط کیهان تبدیل شده‌اند.

کین در پایان می‌گوید: «آنچه تلاش دارم در اینجا نشان دهم این است که [افزودن یک ابرزمین] عواقبی جدی در پی خواهد داشت. تا وقتی این موضوع را کنکاش نکرده و شبیه‌سازی‌های خودم را اجرا نکرده بودم، به‌طور کامل نفهمیده بودم که منظومه شمسی تا چه حد دقیق تنظیم شده است.»