برخی از آنها درخشاناند، برخی بیش از حد به زمین نزدیک میشوند و برخی دیگر ویژگیهای سطحی شگفتانگیز یا ترکیبات غیرعادی دارند. اما بعضی اجرام بهخاطر مدارشان متمایز میشوند، از جمله اجرام فرانپتونی (TNO).
پیمایشی به نام LiDO (مخفف Large inclination Distant Objects) با هدف کشف اجرام فرانپتونی طراحی شده و تاکنون موفق به شناسایی ۱۴۸ جرم از این نوع شده است. یافتههای این پروژه محدودیتهایی برای مدلهای ما از مهاجرت سیارات غولپیکر منظومه شمسی ایجاد میکند و درک ما را از چگونگی استقرار اجرام فرانپتونی در مدارهای کنونیشان گسترش میدهد.
اکنون، LiDO نخستین جرمی را کشف کرده که حرکتش با نپتون هماهنگ است. این جرم که ۲۰۲۰ VN40 نام دارد، به ازای هر ده بار گردش نپتون به دور خورشید، یکبار به گرد خورشید میچرخد؛ یعنی در رزونانس مداری ۱۰:۱ با نپتون قرار دارد.
این کشف در مقالهای با عنوان «LiDO: کشف یک رزونانس ۱۰:۱ با حالت نوین نوسانی» در نشریه The Planetary Science Journal منتشر شده است. نویسندهی اصلی مقاله رزمری پایک، پژوهشگر مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین است.
روث موری-کلی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز میگوید:
«این حرکت جدید مانند کشف یک ریتم پنهان در آهنگی است که فکر میکردیم بهخوبی میشناسیم. این میتواند دیدگاه ما را نسبت به چگونگی حرکت اجرام دوردست دگرگون کند.»
منظومه شمسی مانند پازلی عظیم با قطعاتی متحرک است. اگرچه در این مرحله پایانی از تاریخ منظومه شمسی، مدار سیارات دگرگونی چندانی ندارد، اما حرکتهای گذشتهی آنها تأثیر بزرگی بر مدار اجرام کوچکتر گذاشته است. مدار اجرام کمربند اصلی سیارکها و اجرام فرانپتونی تحت تأثیر برخوردها و کشش گرانشی اجرام بزرگتر شکل گرفته است.
بر اساس مدل «نیس» (Nice Model)، حدود ۶۰۰ میلیون سال پس از پیدایش منظومه شمسی، سیارات غولپیکر دچار ناپایداری مداری شدند. این دوران، تأثیر چشمگیری بر اجرام دوردست داشت و شمار زیادی از آنها پراکنده و بازتوزیع شدند. در همین دوران، نپتون به سمت بیرون مهاجرت کرد و برخی اجرام را در رزونانسهای مداری گرفتار کرد. ۲۰۲۰ VN40 یکی از همین اجرام است و مطالعهی آن میتواند به دانشمندان در فهم بهتر روند تکامل منظومه شمسی کمک کند.
رزمری پایک، نویسندهی اصلی، در بیانیهای مطبوعاتی گفت:
«این کشف گامی بزرگ در شناخت بخش بیرونی منظومه شمسی است. نشان میدهد حتی مناطق بسیار دور که تحت نفوذ نپتوناند، میتوانند اجرامی در خود جای دهند. این کشف سرنخهای تازهای دربارهی تاریخ تحول منظومه شمسی به ما میدهد.»
پیمایش LiDO اجرامی را جستوجو میکند که مدارشان بسیار بالاتر یا پایینتر از صفحهی دایرهالبروج است. این بخش از منظومه شمسی تاکنون بهخوبی مطالعه نشده، در حالی که میتواند اطلاعات ارزشمندی دربارهی گذشتهی منظومه شمسی ارائه دهد.
مقاله تحقیقاتی مینویسد:
«پیمایش LiDO برای کشف اجرام فرانپتونی طراحی شد و سپس به مدت دو سال دیگر این اجرام پیگیری شدند. رزونانس ۱۰:۱ که در این پیمایش کشف شد، یعنی ۲۰۲۰ VN40، ازمرداد ۱۳۹۹ تا مهر ۱۴۰۱ دنبال شد.» برای بهبود دقت مدار این جرم، دادههایی از تلسکوپ جمینای شمالی، مأموریت گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا، و تصاویر بایگانیشدهی تلسکوپ سوبارو نیز به کار رفت. مقاله مینویسد:
«مدار بهدستآمده بهاندازهای دقیق بود که میتوان ۲۰۲۰ VN40 را با اطمینان در رزونانس ۱۰:۱ نپتون قرار داد.»
با وجود این، هنوز مقداری عدم قطعیت در مدار این جرم باقی بود. برای رفع آن، پژوهشگران ۲۰۰ نسخه شبیهسازیشده (کلون) از مدار آن بر اساس خطاهای اندازهگیری ایجاد کردند. این شبیهسازیها تأیید کردند که این جرم واقعاً در رزونانس ۱۰:۱ با نپتون قرار دارد. البته این وضعیت برای همیشه پایدار نخواهد بود.
ستارهی سیاه، مدار اسمی (nominal) 2020 VN40 را نشان میدهد و دو مربع سیاه نشاندهندهی کلونهایی هستند که در زمان صفر در رزونانس قرار ندارند.
مقیاس رنگی سمت راست بیانگر مدتزمانی است که هر کلون در نخستین دورهی رزونانس باقی مانده است.
نویسندگان مینویسند:
«مدارهای شبیهسازیشده همگی با دادههای اخترسنجی این جرم سازگارند. این مدارها نمایی آماری از رفتار احتمالی جرم فرانپتونی (TNO) در گذر زمان ارائه میدهند.»
اعتبار تصویر: رزمری ای. پایک و همکاران، مجله علوم سیارهای ۲۰۲۵، جلد ۶، شماره ۱۵۶.
پژوهشگران مدار این جرم را برای یک میلیارد سال شبیهسازی کردند و نشان دادند که این رزونانس دستکم ۳۰ میلیون سال پایدار میماند. پس از آن، نیمی از کلونها پس از ۳۰۰ میلیون سال از مدار خارج میشوند. تا ۹۰۰ میلیون سال بعد، تنها سه کلون همچنان در رزونانس باقی میمانند و پس از ۹۹۰ میلیون سال، تنها یکی در همان وضعیت است.
دکتر سامانتا لالر از دانشگاه رجاینا در کانادا و عضو اصلی تیم LiDO میگوید:
«یادگیری اینکه چقدر اجرام کوچک در منظومه شمسی در مدارهایی بسیار بزرگ و بسیار مایل حرکت میکنند، واقعاً شگفتانگیز بوده است.»
محور نیماصلی این جرم — فاصلهی میانگین آن از خورشید — حدود ۱۴۰ برابر فاصلهی زمین تا خورشید است، و مدار آن بهشدت مایل است.
اغلب اجرامی که در رزونانس مداری با نپتون هستند، زمانی به خورشید نزدیک میشوند که نپتون از آنها دور است. اما ۲۰۲۰ VN40 متفاوت است؛ حضیض خورشیدی آن (نزدیکترین نقطه به خورشید) همزمان با حضیض نپتون رخ میدهد. با این حال، بهدلیل میل زیاد مدار، این دو واقعاً به هم نزدیک نمیشوند. هیچ جرم رزونانسی دیگری با نپتون چنین وضعیتی ندارد.
روث موری-کلی در پایان دوباره میگوید:
«این حرکت تازه مانند کشف یک ضربآهنگ پنهان در آهنگی است که فکر میکردیم بهخوبی میشناسیم. این میتواند برداشت ما از حرکت اجرام دوردست را متحول کند.»
کشف ۲۰۲۰ VN40 و مدار خاص آن نشان میدهد که مدارهای بسیار مایل میتوانند انواع جدیدی از حرکات مداری را به وجود آورند که اخترشناسان هرگز انتظارش را نداشتند. بهاحتمال زیاد، با آغاز فعالیت رصدخانه ورا روبین و پروژهی دهسالهاش برای پایش آسمان، فرصتهای زیادی برای یافتن اجرام فرانپتونی بیشتر به وجود خواهد آمد. دانشمندان انتظار دارند با این رصدها، شناخت عمیقتری نسبت به TNOها، مدارهای غیرعادیشان، و جنبههای ناشناختهی دیگر منظومه شمسی بهدست آورند.
کاترین وولک از مؤسسهی علوم سیارهای میگوید:
«این فقط آغاز راه است. ما در حال گشودن پنجرهای تازه به سوی گذشتهی منظومه شمسی هستیم.»
