کشف حیرت‌انگیز: مشتری در گذشته دو برابر اندازه کنونی‌اش بوده است!
مشتری، بزرگ‌ترین سیاره منظومه شمسی است که با جرمی ۲.۵ برابر بیشتر از مجموع دیگر سیارات، به عنوان یک واحد مطلق در جهان شناخته می‌شود. اما بر اساس محاسبات جدید، این سیاره زمانی حتی بزرگ‌تر از حالا بوده است. نجوم‌شناسانی چون کنستانتین باتیگین از کلتک و فرد آدامز از دانشگاه میشیگان پیشنهاد می‌کنند که مشتری اولیه ممکن است تا ۲.۵ برابر حجم کنونی خود را داشته باشد.
این نتایج بر اساس مطالعه دو قمر مشتری به دست آمده و نشان می‌دهد که تنها ۳.۸ میلیون سال پس از تشکیل مواد جامد اولیه در منظومه شمسی، مشتری ۲ تا ۲.۵ برابر حجم کنونی‌اش بوده و همچنین میدان مغناطیسی آن نیز به طرز قابل توجهی قوی‌تر بوده است. این یافته به روش تشکیل سیاره از پایین به بالا برای این سیاره غول‌پیکر گازی کمک می‌کند.
باتیگین می‌گوید: “هدف نهایی ما درک اینکه از کجا آمده‌ایم است و تعیین مراحل اولیه تشکیل سیاره برای حل این معما ضروری است.” او افزود: “این ما را به درک چگونگی شکل‌گیری نه تنها مشتری بلکه کل منظومه شمسی نزدیک‌تر می‌کند.”
به اعتقاد دانشمندان، سیارات سنگی مانند عطارد، زهره، زمین و مریخ از پایین به بالا تشکیل می‌شوند. این به معنای تجمع تدریجی گرد و غبار و سنگ‌ها برای ساخت یک سیاره کامل با هسته‌ای تفکیک‌شده است. به این فرآیند تجمع هسته‌ای گفته می‌شود.
گازهای غول‌آسا نیز تصور می‌شود که به همین شکل آغاز می‌شوند، اما زمانی که به جرمی حدود ۱۰ برابر جرم زمین می‌رسند، به اندازه کافی جاذبه دارند تا یک پوشش گازی قابل توجه را حفظ کنند و شروع به تجمع آن کنند. این فرآیند در ناحیه بیرونی منظومه شمسی رخ داده است، زیرا در نزدیکی خورشید مواد کافی برای تجمع هسته بزرگ وجود ندارد.
از آنجایی که形成 و تکامل مشتری نقش کلیدی در شکل‌گیری و تحول معماری منظومه شمسی ایفا کرده است، جزئیات نحوه تولد و رشد آن موضوعی مورد توجه دانشمندان سیارات است. با این حال، نمی‌توانیم به سادگی زمان را به عقب برگردانیم، بنابراین باید به آنچه در حال حاضر در حال وقوع است نگاه کنیم تا تلاش کنیم گذشته را بازسازی کنیم.
این معمولاً شامل استفاده از مدل‌های استاندارد تشکیل سیاره است که از طریق مشاهده سیستم‌های سیاره‌ای (از جمله سیستم خودمان) در سراسر کهکشان راه شیری جمع‌آوری شده و بر اساس آن مدل‌سازی می‌شود. اما این مدل‌ها شامل حدس‌ها و ارتباطات زیادی هستند و به همین دلیل معمولاً عدم قطعیت‌های زیادی را به همراه دارند.
باتیگین و آدامز رویکرد متفاوتی را اتخاذ کردند: آنها حرکات مداری آمالتیا و تبه، دو قمر کوچک مشتری که نزدیک به سیاره در حال گردش هستند، را مورد مطالعه قرار دادند. مدار این قمرهای کوچک با نسبت به استوای مشتری متمایل است.
این متمایل‌ها، که در کارهای قبلی نشان داده شده است، می‌تواند برای بازگشت به تاریخچه مداری این قمرهای کوچک استفاده شود. باتیگین و آدامز از این تاریخچه مداری برای بازسازی تکامل اولیه مشتری استفاده کردند.
آدامز می‌گوید: “این شگفت‌انگیز است که حتی پس از ۴.۵ میلیارد سال، سرنخ‌های کافی باقی مانده‌اند تا بتوانیم وضعیت فیزیکی مشتری را در آغاز وجود آن بازسازی کنیم.” نتایج آنها نشان داد که مشتری در اوایل تاریخ منظومه شمسی دوره‌ای از رشد سریع و شدید را تجربه کرده است.
تنها ۳.۸ میلیون سال پس از ظهور اولین مواد جامد، حجم مشتری حداقل دو برابر حجم کنونی‌اش بوده است. به‌علاوه، میدان مغناطیسی آن ۵۰ برابر بیشتر از اکنون بوده که نرخ تجمع از یک دیسک مواد ورودی به سیاره را به حدود ۱.۲ تا ۲.۴ جرم مشتری در هر میلیون سال تسهیل کرده است. این مرحله رشد سریع، سیاره را توسعه داد و آن را به سمت تبدیل شدن به مشتری کنونی هدایت کرد.
وقتی مواد اطراف مشتری در نهایت ناپدید شدند، خود سیاره تحت جاذبه خود منقبض شد و حجم آن کاهش یافته و سرعت چرخش آن افزایش یافت. مشتری هنوز هم به این روز به کوچک شدن ادامه می‌دهد، در حالی که دماهای سطحی و داخلی آن کاهش می‌یابد و هسته‌اش فشرده و گرم می‌شود و بنابراین انرژی خود را از دست می‌دهد، هرچند این فرآیند به آرامی انجام می‌شود.
حتی با حجم بزرگ‌تر، مشتری هرگز به اندازه کافی بزرگ نبوده است که به وضعیت ستاره‌ای برسد. برای اینکه بتواند همجوشی هیدروژن در هسته را ایجاد کند، باید حداقل ۸۵ برابر جرم کنونی خود باشد، ویژگی‌ای که تمام ستاره‌ها دارند.
کار تیم به ما ابزاری جدید برای درک مشتری و نقش آن در منظومه شمسی می‌دهد، جایی که تصور می‌شود نقش حیاتی در تثبیت سیارات ایفا کرده تا زندگی بتواند در زمین شکل بگیرد. باتیگین می‌گوید: “آنچه که اینجا تعیین کرده‌ایم یک معیار ارزشمند است.” او افزود: “نقطه‌ای که از آن می‌توانیم با اطمینان بیشتری تکامل منظومه شمسی خود را بازسازی کنیم.”
این تحقیق در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.
