ستاره‌ای درحال گذر میلیون‌ها سال پیش مدار زمین را تغییر داد

یافته‌های پژوهشی جدید نشان می‌دهد که مواجهه‌ی منظومه شمسی با ستاره‌ای درحال گذر ممکن است مدار زمین را به‌شدت تغییر داده و اقلیم سیاره را دستخوش بی‌نظمی ویرانگر کرده باشد.

تقریبا ۵۶ میلیون سال پیش در مرز بین دوران پالئوسن و ائوسن، دمای زمین تا ۸ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یافت. این تغییر دما همیشه معما بوده است؛ اما ناتان کایب، دانشمند سیاره‌ای و شان ریموند اخترفیزیکدان، مواجهه‌ای تصادفی را عامل افزایش دمای زمین در آن دوران می‌دانند.

شبیه‌سازی‌های دو دانشمند نشان می‌دهد که عبور ستاره‌ای از کنار منظومه‌ی شمسی احتمالا عامل اختلال در مدار سیاره زمین بوده است. کایب می‌گوید: «یکی از دلایل اهمیت این مواجهه، سوابق زمین‌شناسی است که نشانه‌هایی از تغیرات در گریز از مرکز مداری زمین و همچنین نوسان‌های اقلیمی را در خود دارند. اگر بخواهیم به بهترین وجه علل ناهنجاری‌های باستانی اقلیم را جستجو کنیم، باید از وضعیت مدار زمین در آن دوران‌ها مطلع شویم.»

گردآوری تغییراتی که سیاره زمین در عمر ۴٫۵ میلیارد ساله‌اش تجربه کرده، مستلزم انجام پژوهش‌های کارآگاهی سنگین است. برای آشکارسازی جزئیات دقیق‌تر به ترکیبی از زمین‌شناسی، مدل‌سازی و تجزیه‌وتحلیل آماری نیاز داریم.

براساس سوابق زمین‌شناسی می‌دانیم زمین در طول دوره‌ی بیشینه گرمایی پالئوسن-ائوسن بین ۵ تا ۸ درجه‌ی سانتی‌گراد گرم شده است. همچنین می‌دانیم تغییرات چشمگیر در اقلیم زمین می‌تواند با تغییرات مدار زمین به‌دور خورشید مرتبط باشد؛ اما مدلسازی تکامل مداری منظومه‌ی شمسی در طول زمان دشوار است. کایب می‌گوید:

قبلا پیشنهاد شده است که گریز از مرکز مداری زمین به‌طرز چشمگیر درطول رویداد یادشده بالا بوده است؛ اما نتایج ما نشان می‌دهد که ستارگان درحال عبور، تکامل مداری گذشته‌ی زمین و طیف گسترده‌تری از رفتار مداری سیاره در آن زمان بسیار نامشخص را فراتر از آنچه قبلا تصور می‌شد، به خوبی آشکار می‌کنند.

به‌طور کلی دانشمندان تلاش می‌کنند تا با عقب‌‌بردن منظومه شمسی در شبیه‌سازی‌ها، تکامل مدار زمین را بازسازی کنند. اما به گفته‌ی پژوهشگرها، این شبیه‌سازی‌ها فقط منظومه‌ی شمسی را به‌طور مجزا در برمی‌گیرند و کهکشان بزرگ، پرجمعیت و پویای میزبان آن را در نظر نمی‌گیرند.

گرچه فضای خالی زیادی در فضا وجود دارد، تمام اجرام کهکشان‌ها روی مدارها، مسیرها و با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. ستاره‌های دیگر می‌توانند درحالی‌که سرشان به چرخش خودشان گرم است، برحسب اتفاق از کنار خورشید گذر کنند و اگر چنین اتفاقی رخ دهد، برهم‌کنش گرانشی آن‌ها با منظومه شمسی می‌تواند تأثیر چشمگیری بر سیاره‌ها داشته باشد.

منظومه شمسی نسبتا پایدار است، اما مدارها ممکن است به راحتی تغییر کنند. برای مثال مدار زمین به صورت منظم تحت تأثیر سیاره‌های غول‌پیکر قرار می‌گیرد که می‌تواند به تغییرات بلندمدت در گریز از مرکز مداری، انحراف محوری و حرکت تقدیمی منجر شود. این تغییرات که در طول ده‌ها هزار سال رخ می‌دهند، به چرخه‌های میلانکوویچ معروف هستند.

کایب و ریموند می‌خواستند بدانند آیا ستاره‌ای در حال عبور می‌تواند حتی از فاصله‌ی چشمگیر تاثیر مشابهی داشته باشد یا خیر. پژوهش آن‌ها بر یک رویداد شناخته‌شده متمرکز بود که حدود ۲٫۸ میلیون سال پیش رخ داد. در آن زمان، ستاره‌ای خورشیدمانند به نام HD 7977 از کنار منظومه‌ شمسی گذشت و آن‌قدر به ما نزدیک شد که از داخل ابر اورت پرواز کرد.

ستاره‌ی یادشده احتمالا از فاصله‌ی ۳۱ هزار واحد نجومی عبور کرد. این فاصله ۳۱هزار برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید و زیادتر از آن است که تاثیر چندانی داشته باشد. بااین‌حال، ستاره ممکن است تا فاصله‌ی چهار هزار واحد نجومی نیز نزدیک شده باشد.

پژوهشگرها با اجرای شبیه‌سازی‌ها به این نتیجه رسیدند که فاصله‌های نزدیک‌تر به انتهای کوچک‌تر محدوده، بر حرکت سیاره‌ها نسبت به خورشید نوعی تأثیر گرانشی می‌گذارند. HD 7977 نیز تنها ستاره‌ی گذرا است که با قطعیت می‌توانیم عبور آن را شناسایی کنیم؛ اما بر اساس تخمین دانشمندان یک ستاره در هر یک میلیون سال از فاصله‌ی ۵۰ هزار واحد نجومی و هر بیست میلیون سال از فاصله‌ی ۱۰ هزار واحد نجومی از منظومه شمسی عبور می‌کند.

تخمین‌ها بدان معنی هستند که کاملا ممکن است ستاره‌ای در حال عبور بر اقلیم زمین در گذشته تأثیر گذاشته و حتی نقشی بنیادی بر بیشینه‌ی حرارتی آن داشته باشد. پژوهش‌های آینده درباره‌ی تکامل بلندمدت منظومه شمسی این عبورها را درنظر می‌گیرند. پژوهشگرها در مقاله‌شان می‌نویسند:

ما نشان دادیم که برخوردهای ستاره‌ای نقش مهمی در تکامل متغیر و بلندمدت منظومه شمسی‌مان ایفا می‌کنند. گرچه ده‌ها میلیون سال طول می‌کشد تا آثار عبور ستاره‌ای خود را نشان دهند، تکامل مداری بلندمدت زمین و دیگر سیاره‌ها با این ستاره‌ها ارتباط دارد.

یافته‌های پژوهش در مجله‌ی Astrophysical منتشر شده است.