اما حالا آماده شگفتزده شدن باشید: پژوهشهای جدید نشان میدهند که مشتری در آغاز شکلگیریاش حتی بزرگتر از امروز بوده است. به گفته دو ستارهشناس، کنستانتین باتیگین از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کلتک) و فرد آدامز از دانشگاه میشیگان، محاسبات تازه نشان میدهد که مشتری در اوایل عمر خود تا ۲.۵ برابر حجم کنونیاش را داشته است.
بر اساس بررسیهای این دو دانشمند روی دو قمر مشتری به نامهای آمالتیا و تبه، آنها دریافتند که تنها ۳.۸ میلیون سال پس از شکلگیری نخستین مواد جامد در منظومه شمسی، مشتری حجمی حدود ۲ تا ۲.۵ برابر حجم فعلیاش داشته و میدان مغناطیسیاش نیز بهمراتب قویتر بوده است. این یافتهها از نظریه شکلگیری سیارات به روش «تجمع هستهای» (core accretion) پشتیبانی میکند؛ روشی که در آن سیارات از پایین به بالا و به تدریج از ذرات ریز غبار و سنگ تشکیل میشوند.
باتیگین میگوید: «هدف نهایی ما این است که بفهمیم از کجا آمدهایم و درک مراحل آغازین تشکیل سیارات، بخش مهمی از حل این معماست. این پژوهش ما را یک گام به فهم چگونگی شکلگیری نهفقط مشتری، بلکه کل منظومه شمسی نزدیکتر میکند.»
در نظریه تجمع هستهای، ابتدا سیارات سنگی مانند عطارد، زهره، زمین و مریخ از تجمع ذرات کوچک شکل میگیرند. سیارات گازی نیز از همین روش آغاز میشوند، اما پس از رسیدن به جرمی حدود ۱۰ برابر زمین، آنقدر گرانش پیدا میکنند که بتوانند لایهای عظیم از گاز به دور خود نگه دارند. این فرآیند احتمالاً در نواحی بیرونی منظومه شمسی رخ داده است، جایی که مواد کافی برای ساخت چنین هستههایی وجود داشته.
از آنجا که تصور میشود شکلگیری و تحول مشتری نقشی کلیدی در معماری کل منظومه شمسی ایفا کرده، جزئیات مربوط به تولد و رشد این سیاره برای دانشمندان علوم سیارهای بسیار حائز اهمیت است. چون نمیتوان به عقب برگشت و تولد منظومه را بهصورت مستقیم دید، پژوهشگران به دنبال سرنخهایی در وضعیت فعلی مشتری میگردند تا گذشته را بازسازی کنند.
روش متداول برای این کار استفاده از مدلهایی است که با مشاهده سیستمهای سیارهای دیگر و خود منظومه شمسی ساخته شدهاند، اما این مدلها معمولاً با حدس و گمان زیادی همراهند. باتیگین و آدامز مسیر متفاوتی را برگزیدند: آنها حرکات مداری دو قمر کوچک مشتری یعنی آمالتیا و تبه را بررسی کردند که مدارشان نسبت به استوای سیاره کمی متمایل است. بررسی این تمایلات مداری به آنها امکان داد تا تاریخچه مداری این اقمار را بازسازی کرده و در نتیجه به درکی از مراحل آغازین رشد مشتری برسند.
آدامز میگوید: «شگفتانگیز است که حتی پس از ۴.۵ میلیارد سال، هنوز سرنخهایی باقی مانده که به ما اجازه میدهد وضعیت اولیه مشتری را بازسازی کنیم.»
نتایج نشان میدهد مشتری در دوران اولیه منظومه شمسی رشد سریع و شدیدی را تجربه کرده است. در تنها ۳.۸ میلیون سال نخست، حجم آن دو برابر وضعیت کنونی بوده و میدان مغناطیسیاش ۵۰ برابر قویتر بوده است. این میدان قوی به مشتری امکان میداده مواد را با نرخ بالایی از دیسک گازی اطراف خود جذب کند – چیزی در حدود ۱.۲ تا ۲.۴ برابر جرم فعلی مشتری در هر یک میلیون سال.
پس از آنکه مواد اطراف مشتری تحلیل رفتند، سیاره تحت تأثیر گرانش خود جمع و فشرده شد، حجمش کاهش یافت و سرعت چرخشش افزایش پیدا کرد. مشتری هنوز هم به آرامی در حال کوچک شدن است، زیرا با افت دمای سطح و درون خود، انرژی از دست میدهد و هستهاش فشرده و داغتر میشود.
با وجود حجم عظیم اولیه، مشتری هیچگاه بهاندازهای بزرگ نبوده که بتوان آن را ستاره دانست؛ برای این کار باید دستکم ۸۵ برابر جرم فعلیاش را میداشت تا بتواند همجوشی هستهای هیدروژن را آغاز کند.
پژوهش جدید تیم باتیگین و آدامز یک ابزار ارزشمند برای درک بهتر مشتری و نقشش در تثبیت ساختار منظومه شمسی فراهم میکند؛ ساختاری که به شکلگیری شرایط لازم برای پیدایش حیات روی زمین کمک کرده است. باتیگین میگوید: «آنچه در اینجا به دست آوردهایم، یک معیار کلیدی است؛ نقطهای که از آن میتوانیم با اعتماد بیشتری تاریخ تحول منظومه شمسیمان را بازسازی کنیم.»
این پژوهش در نشریه Nature Astronomy منتشر شده است.
