“رازهای هیجان‌انگیز منشأ منظومه شمسی در دانه‌های شهاب‌سنگ”

ذرات ریز از یک سیارک دوردست رازهای نیروهای مغناطیسی را فاش می‌کنند

ذرات ریز از یک سیارک دوردست به دانشمندان کمک می‌کند تا به رازهای نیروهای مغناطیسی که بیش از ۴.۶ میلیارد سال پیش، نواحی دوردست منظومه شمسی را شکل داده‌اند، پی ببرند. محققان در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دیگر مراکز، ذرات سیارک ریگو را که توسط مأموریت هایابوسا ۲ آژانس اکتشافات فضایی ژاپن (JAXA) جمع‌آوری و در سال ۲۰۲۰ به زمین بازگردانده شده بودند، مورد بررسی قرار داده‌اند. دانشمندان بر این باورند که ریگو در حاشیه‌های منظومه شمسی اولیه شکل گرفته و سپس به سمت کمربند سیارکی مهاجرت کرده و در نهایت در مداری بین زمین و مریخ قرار گرفته است.

این تیم ذرات ریگو را برای نشانه‌هایی از میدان مغناطیسی باستانی که ممکن است در زمان شکل‌گیری اولیه سیارک وجود داشته، تحلیل کردند. نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که اگر میدان مغناطیسی وجود داشته، بسیار ضعیف بوده است. حداکثر، چنین میدانی حدود ۱۵ میکرو تسلا بوده است (در حالی که میدان مغناطیسی زمین در حال حاضر حدود ۵۰ میکرو تسلا است). با این حال، دانشمندان تخمین می‌زنند که شدت میدان مغناطیسی به این اندازه نیز کافی بوده تا گاز و گرد و غبار اولیه را به هم جذب کرده و سیارک‌های منظومه شمسی بیرونی را تشکیل دهد و احتمالاً در شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر از مشتری تا نپتون نقش داشته باشد.

نتایج این تیم که امروز در نشریه AGU Advances منتشر شده، برای اولین بار نشان می‌دهد که منظومه شمسی دوردست احتمالاً میزبان یک میدان مغناطیسی ضعیف بوده است. دانشمندان می‌دانستند که یک میدان مغناطیسی، منظومه شمسی داخلی را شکل داده است، جایی که زمین و سیارات خاکی شکل گرفتند. اما تا به حال مشخص نبود که آیا چنین تأثیر مغناطیسی به نواحی دورتر نیز گسترش یافته است یا خیر.

بنجامین وایس، نویسنده این مطالعه و استاد علوم زمین و سیارات در MIT می‌گوید: “ما نشان می‌دهیم که در هر جایی که اکنون نگاه می‌کنیم، نوعی میدان مغناطیسی وجود داشته که مسئول جذب جرم به جایی بوده که خورشید و سیارات در حال شکل‌گیری بودند.” او ادامه می‌دهد: “این اکنون به سیارات منظومه شمسی بیرونی نیز مربوط می‌شود.”

نویسنده اصلی این مطالعه الیاس مانس باخ است، که دکترای ۲۴ دارد و اکنون در دانشگاه کمبریج به عنوان پژوهشگر پسادکتری فعالیت می‌کند. نویسندگان همکار MIT شامل ادواردو لیما، ساوریو کامبیونی و جودی ریم، به همراه مایکل سویل و جوزف کیرشوینک از کالتک، راجر فو از دانشگاه هاروارد، شوا-نینگ بای از دانشگاه تسینگ‌هوا، چیساتو آنای و آتسکو کوبایاشی از مؤسسه تحقیقات هسته‌ای دریایی پیشرفته کوچی، و هیرونوری هیداکا از دانشگاه فناوری توکیو هستند.

میدانی دوردست

حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش، منظومه شمسی از یک ابر متراکم گاز و گرد و غبار بین‌ستاره‌ای شکل گرفت که به یک دیسی چرخان از ماده تبدیل شد. بیشتر این ماده به سمت مرکز دیسک جاذبه پیدا کرد و خورشید را تشکیل داد. بخش‌های باقی‌مانده به یک سحابی خورشیدی از گازهای چرخان و یونیزه تبدیل شدند. دانشمندان مشکوک هستند که تعاملات بین خورشید تازه شکل‌گرفته و دیسک یونیزه، میدان مغناطیسی را تولید کرده که از طریق سحابی عبور کرده و به جذب مواد و تشکیل سیارات، سیارک‌ها و قمرها کمک کرده است.

مانس باخ می‌گوید: “این میدان سحابی حدود ۳ تا ۴ میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه شمسی ناپدید شد و ما به شدت به نقش آن در شکل‌گیری سیارات اولیه علاقه‌مند هستیم.” دانشمندان قبلاً تعیین کرده بودند که یک میدان مغناطیسی در سراسر منظومه شمسی داخلی وجود داشته است – ناحیه‌ای که از خورشید تا حدود ۷ واحد نجومی (AU) گسترش یافته و تا جایی که امروز مشتری قرار دارد.

(یک واحد نجومی فاصله بین خورشید و زمین است.)

تحقیقات درباره میدان مغناطیسی در منظومه شمسی بیرونی

شدت این میدان درونی نبیولی بین ۵۰ تا ۲۰۰ میکروتسلا بوده و احتمالاً بر شکل‌گیری سیارات درونی زمین تأثیر گذاشته است. این برآوردها از میدان مغناطیسی اولیه بر اساس شهاب‌سنگ‌هایی است که به زمین افتاده و به تصور می‌رسد که منشاء آن‌ها از نبیولای درونی بوده است. “اما اینکه این میدان مغناطیسی تا چه حد گسترش یافته و چه نقشی در مناطق دورتر ایفا کرده، هنوز مشخص نیست، زیرا نمونه‌های زیادی وجود ندارد که درباره منظومه شمسی بیرونی به ما اطلاعات بدهند.” این را مانس باخ می‌گوید.

بازگشت به عقب

تیم تحقیقاتی فرصتی برای تحلیل نمونه‌هایی از منظومه شمسی بیرونی با ریوگو، یک سیارک که تصور می‌شود در اوایل منظومه شمسی بیرونی، فراتر از ۷ واحد نجومی (AU) شکل گرفته و در نهایت به مدار نزدیک زمین آورده شده، پیدا کرد. در دسامبر ۲۰۲۰، مأموریت هایابوسا ۲ آژانس فضایی ژاپن (JAXA) نمونه‌هایی از این سیارک را به زمین بازگرداند که به دانشمندان نگاهی اولیه به یک اثر باقیمانده از منظومه شمسی دور ارائه داد.

محققان چندین دانه از نمونه‌های بازگشتی را به دست آوردند که هر کدام حدود یک میلی‌متر اندازه داشتند. آن‌ها این ذرات را در یک مغناطیس‌سنج قرار دادند – ابزاری در آزمایشگاه وایس که قدرت و جهت مغناطیس‌سازی یک نمونه را اندازه‌گیری می‌کند. سپس یک میدان مغناطیسی متناوب را به تدریج برای دیمگنتیزه کردن هر نمونه اعمال کردند. “مانند یک ضبط صوت، ما به آرامی رکورد مغناطیسی نمونه را به عقب برمی‌گردانیم.” مانس باخ توضیح می‌دهد. “سپس به دنبال روندهای منسجمی هستیم که به ما بگوید آیا این نمونه در یک میدان مغناطیسی شکل گرفته است یا خیر.”

آن‌ها مشاهده کردند که نمونه‌ها هیچ نشانه واضحی از وجود میدان مغناطیسی حفظ‌شده ندارند. این نشان می‌دهد که یا هیچ میدان نبیولی در منظومه شمسی بیرونی که سیارک در آن شکل گرفته وجود نداشته، یا اینکه میدان آنقدر ضعیف بوده که در دانه‌های سیارک ثبت نشده است. اگر مورد دوم صحیح باشد، تیم برآورد می‌کند که چنین میدانی بیشتر از ۱۵ میکروتسلا شدت نداشته است.

محققان همچنین داده‌های شهاب‌سنگ‌های مورد مطالعه قبلی را دوباره بررسی کردند. آن‌ها به‌طور خاص به کوندریت‌های کربن‌دار بدون گروه نگاه کردند – شهاب‌سنگ‌هایی که ویژگی‌هایی دارند که نشان‌دهنده شکل‌گیری در منظومه شمسی دور است. دانشمندان برآورد کرده بودند که این نمونه‌ها به اندازه کافی قدیمی نیستند که قبل از ناپدید شدن نبیولای خورشیدی شکل گرفته باشند. بنابراین، هر رکورد میدان مغناطیسی که نمونه‌ها حاوی آن هستند، نمی‌تواند منعکس‌کننده میدان نبیولی باشد. اما مانس باخ و همکارانش تصمیم گرفتند نگاهی دقیق‌تر بیندازند. “ما سن این نمونه‌ها را دوباره تحلیل کردیم و متوجه شدیم که آن‌ها به شروع منظومه شمسی نزدیک‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، هستند.” مانس باخ می‌گوید. “ما فکر می‌کنیم این نمونه‌ها در این منطقه دور شکل گرفته‌اند و یکی از این نمونه‌ها واقعاً دارای تشخیص میدان مثبت حدود ۵ میکروتسلا است که با حد بالای ۱۵ میکروتسلا سازگار است.”

این نمونه به‌روز شده، به همراه ذرات جدید ریوگو، نشان می‌دهد که منظومه شمسی بیرونی، فراتر از ۷ AU، میزبان یک میدان مغناطیسی بسیار ضعیف بوده که با این حال به اندازه کافی قوی بوده تا ماده را از حاشیه‌ها جذب کند و در نهایت سیارات بیرونی را از مشتری تا نپتون شکل دهد. “زمانی که از خورشید دورتر می‌شوید، یک میدان مغناطیسی ضعیف تأثیر زیادی دارد.” وایس اشاره می‌کند. “پیش‌بینی شده بود که نیازی به قدرت زیاد در آنجا نیست و این همان چیزی است که ما مشاهده می‌کنیم.”

تیم قصد دارد به دنبال شواهد بیشتری از میدان‌های نبیولی دور با نمونه‌های یک سیارک دورتر دیگر، بنو، باشد که در سپتامبر ۲۰۲۳ توسط فضاپیمای OSIRIS-REx ناسا به زمین تحویل داده شد. “بنو بسیار شبیه ریوگو به نظر می‌رسد و ما با اشتیاق منتظر نتایج اولیه از آن نمونه‌ها هستیم.” مانس باخ می‌گوید. این تحقیق به‌طور جزئی توسط ناسا حمایت شده است.