داستان عاشقانه پلوتو و قمرش شارون: نظریه‌ای جدید از برخورد “بوسه و شکار”

مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که سیاره کوتوله پلوتو و ماه کوچکتر آن، شارون، احتمالاً در یک برخورد به هم پیوستند که آن‌ها برای مدتی به هم متصل بودند، میلیاردها سال پیش، قبل از اینکه وارد یک رقص مداری بلندمدت و پایدار شوند. این مکانیزم “بوسه و اسارت” با نظریه‌های قبلی درباره منشأ شارون که فرض می‌کردند این ماه باید از برخورد عظیم تشکیل شده باشد، مانند برخوردی که فرض می‌شود ماه زمین را تشکیل داده، در تضاد است.

“بیشتر سناریوهای برخورد سیاره‌ای به عنوان ‘ضربه و فرار’ یا ‘برخورد سطحی و ادغام’ طبقه‌بندی می‌شوند”، Adeene Denton، دانشمند سیاره‌ای از دانشگاه آریزونا می گوید. “آنچه ما کشف کردیم کاملاً متفاوت است – یک سناریوی ‘بوسه و اسارت’ که در آن اجسام برخورد می‌کنند، موقتا به هم می‌چسبند و سپس جدا می‌شوند در حالی که هنوز به صورت گرانشی به هم متصل هستند.”

مدل‌هایی که برای درک برخورد عظیمی که ماه زمین را تشکیل داده استفاده می‌شود، به خوبی برای اجسام داخل خط یخ‌زدگی منظومه شمسی کار می‌کنند – یعنی فاصله‌ای از خورشید که در آن گازهایی مانند آب به ذرات یخ زده تبدیل می‌شوند، که تقریباً پنج برابر فاصله بین زمین و خورشید است. به دلیل اینکه زمین و ماه گرمتر و چسبنده‌تر هستند، به ویژه در اوایل منظومه شمسی که تصور می‌شود آن‌ها از هم جدا شده‌اند، آن‌ها بیشتر مانند مایعات در هنگام برخورد عظیم رفتار می‌کنند.

با این حال، خصوصیات پلوتو و شارون کمی پیچیده‌تر هستند. قطر آن‌ها به ترتیب ۲۳۷۶ کیلومتر (۱۴۷۶ مایل) و ۱۲۱۴ کیلومتر است، و فاصله آن‌ها حدود ۱۹۵۰۰ کیلومتر است، با مداری دایره‌ای دور یک مرکز گرانشی مشترک. اینکه محور مداری پلوتو بیشتر یا کمتر با محور مداری شارون به طور کامل هم‌راستا است، به شدت نشان می‌دهد که آن‌ها پس از برخورد از همان آشفتگی چرخان جدا شده‌اند، اما اندازه و مدار شارون با این مدل سخت قابل حل است.

اما پلوتو و شارون متفاوت از زمین و ماه هستند – آن‌ها هر دو کوچکتر هستند (قطر ماه ۳۴۷۵ کیلومتر است) و بسیار سردترند، که از سنگ و یخ تشکیل شده‌اند. زمانی که محققان استحکام این مواد را نسبت به زمین و ماه بزرگ و گرم و چسبنده مقایسه کردند، متوجه شدند که پلوتو و شارون رفتار مشابهی نداشتند.

به جای اینکه یک سنگ عظیم به پلوتو برخورد کند، ادغام شود و مقدار زیادی زباله فضایی پرتاب کند که در طول زمان به شارون تبدیل شود، این دو جسم با هم پیوسته و بیشتر یا کمتر بدون تغییر باقی می‌مانند، زیرا استحکام و چگالی آن‌ها از تخریب بیشتر یکدیگر جلوگیری می‌کند.

در عوض، شبیه‌سازی‌های تیم نشان می‌دهند که پلوتو و شارون مدتی به هم چسبیده‌اند – شبیه دو لبه جسم دوردست منظومه شمسی آروکوت – به عنوان یک سیستم دوگانه تماس. هر دو جسم نسبتا سالم باقی ماندند، با ترکیب‌های بدون تغییر، به طوری که زمانی که دوباره جدا شدند، هویت خود را حفظ کردند.

با گذشت زمان، این دو جسم به فاصله، شکل و محور مداری فعلی خود جدا شدند. شبیه‌سازی‌های تیم توانستند خصوصیات مداری مشاهده‌شده این دو جسم را به طور کامل بازسازی کنند.

Erik Asphaug، دانشمند سیاره‌ای از دانشگاه آریزونا می گوید: “چیزی که این مطالعه را جذاب می‌کند این است که پارامترهای مدل که برای به دام انداختن شارون استفاده می‌شود، در نهایت آن را در مدار صحیح قرار می‌دهند. شما دو چیز را برای قیمت یک به دست می‌آورید”.

یافته‌ها نشان می‌دهند که تشکیل اجسام سیاره‌ای و همراهانشان جالب‌تر و متنوع‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم – و این که نادیده گرفتن ویژگی‌های فیزیکی می‌تواند به درک کامل‌تری از چگونگی عملکرد اشیاء در جهان فیزیکی آسیب بزند. همچنین این یافته‌ها به ستاره‌شناسان ابزاری جدید برای درک تکامل پلوتو در طول زمان می‌دهند، دنیای عجیب و غنی که مشابه هیچ‌کدام از دیگر اجرام منظومه شمسی نیست.

“ما به طور خاص علاقه‌مند به درک این هستیم که این پیکربندی اولیه چگونه بر تکامل زمین‌شناسی پلوتو تأثیر می‌گذارد” .Denton می گوید: “گرمای ناشی از برخورد و نیروهای جزر و مدی می‌تواند نقش حیاتی در شکل‌دهی ویژگی‌هایی که امروز روی سطح پلوتو می‌بینیم، ایفا کرده باشد.”