ذرات سیارک، راز “بزرگ‌ترین معما” منظومه شمسی را فاش کردند!

ذرات ریز از سیارکی دوردست، پرده از رازهای میدان‌های مغناطیسی برمی‌دارند

دانشمندا دارن با بررسی ذرات خیلی کوچیک از یه سیارک دورافتاده، به سرنخ‌هایی در مورد رازهای میدان‌های مغناطیسی می‌رسن که بیش از 4.6 میلیارد سال پیش، تو شکل‌گیری مناطق دوردست منظومه شمسی نقش داشتن. محققایی از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و جاهای دیگه، دارن ذرات سیارک «ریوگو» رو که مأموریت «هایابوسا ۲» آژانس فضایی ژاپن (JAXA) جمع‌آوری کرده و سال 2020 به زمین آورد، آنالیز می‌کنن. دانشمندا معتقدن که ریوگو تو حاشیه‌های اولیه منظومه شمسی شکل گرفته، بعد به سمت کمربند سیارکی اومده و آخرش هم تو مداری بین زمین و مریخ قرار گرفته.

این گروه، ذرات ریوگو رو بررسی کردن تا ببینن اثری از میدان مغناطیسی باستانی که احتمالاً موقع شکل‌گیری اولیه سیارک وجود داشته، هست یا نه. نتیجه‌هاشون نشون می‌ده که اگه میدانی بوده، خیلی ضعیف بوده. حداکثر شدتش حدود 15 میکرو تسلا بوده (در حالی که میدان مغناطیسی زمین الان حدود 50 میکرو تسلاست). با این حال، دانشمندا تخمین می‌زنن که حتی همین میدان ضعیف هم کافی بوده که بتونه گاز و غبار اولیه رو جذب کنه و سیارک‌های منظومه شمسی بیرونی رو بسازه و احتمالاً تو شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر از مشتری تا نپتون هم تأثیر داشته.

نتایج این تیم که امروز تو نشریه «AGU Advances» منتشر شده، برای اولین بار نشون می‌ده که منظومه شمسی دورافتاده احتمالاً یه میدان مغناطیسی ضعیف داشته. دانشمندا قبلاً می‌دونستن که میدان مغناطیسی تو منظومه شمسی داخلی، یعنی جایی که زمین و سیارات سنگی شکل گرفتن، وجود داشته. ولی تا حالا مشخص نبود که این تأثیر مغناطیسی به مناطق دورتر هم رسیده یا نه.

بنجامین وایس، نویسنده اصلی این مقاله و استاد علوم زمین و سیارات در MIT می‌گه: «ما داریم نشون می‌دیم که هر جا که الان نگاه می‌کنیم، یه نوع میدان مغناطیسی بوده که باعث کشیده شدن مواد به سمت جایی شده که خورشید و سیارات در حال شکل‌گیری بودن.» اون اضافه می‌کنه: «این حالا به سیارات منظومه شمسی بیرونی هم مربوط می‌شه.»

نویسنده اصلی این تحقیق، الیاس مانس باخ هست که الان پژوهشگر پسا دکتری توی دانشگاه کمبریجه. از MIT هم 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 آتسوکو کوبایاشی از مؤسسه تحقیقات هسته‌ای دریایی پیشرفته کوچی، و هیرونوری هیداکا از دانشگاه فناوری توکیو تو این کار مشارکت داشتن.

یه میدان دوردست

حدود 4.6 میلیارد سال پیش، منظومه شمسی از یه ابر متراکم از گاز و گرد و غبار بین‌ستاره‌ای تشکیل شد که به یه قرص چرخان از ماده تبدیل شد. بیشتر این ماده تحت تأثیر جاذبه به سمت مرکز قرص کشیده شد و خورشید رو ساخت. بقیه مواد به یه سحابی خورشیدی از گازهای چرخان و یونیزه تبدیل شدن. دانشمندا حدس می‌زنن که تعامل بین خورشید تازه شکل‌گرفته و اون قرص یونیزه، باعث ایجاد میدان مغناطیسی شده که از داخل سحابی رد شده و به جمع شدن مواد و شکل‌گیری سیارات، سیارک‌ها و قمرها کمک کرده.

مانس باخ می‌گه: «این میدان سحابی حدود 3 تا 4 میلیون سال بعد از شکل‌گیری منظومه شمسی از بین رفت و ما خیلی به نقشش تو شکل‌گیری اولیه سیارات علاقه‌مندیم.» دانشمندا قبلاً فهمیده بودن که یه میدان مغناطیسی تو منظومه شمسی داخلی وجود داشته؛ یعنی ناحیه‌ای که از خورشید تا حدود 7 واحد نجومی (AU) فاصله داشته؛ تقریباً تا جایی که الان مشتری قرار داره.

(یه واحد نجومی، فاصله‌ی بین خورشید و زمین هست.)

تحقیقات در مورد میدان مغناطیسی تو منظومه شمسی بیرونی

شدت این میدان داخلی حدود 50 تا 200 میکروتسلا بوده و احتمالاً رو شکل‌گیری سیارات درونی مثل زمین تأثیر داشته. این تخمین‌ها از میدان مغناطیسی اولیه، بر اساس شهاب سنگ‌هایی هستن که به زمین افتادن و تصور می‌شه که منشأشون همون سحابی درونی بوده. مانس باخ می‌گه: «ولی اینکه این میدان مغناطیسی تا کجا گسترش پیدا کرده و چه نقشی تو مناطق دورتر داشته، هنوز مشخص نیست، چون نمونه‌های زیادی نداریم که در مورد منظومه شمسی بیرونی بهمون اطلاعات بدن.»

برگشت به عقب

تیم محققان، فرصتی پیدا کردن تا نمونه‌هایی از منظومه شمسی بیرونی رو با کمک ریوگو بررسی کنن. ریوگو یه سیارکه که تصور می‌شه تو اوایل منظومه شمسی بیرونی، فراتر از 7 واحد نجومی (AU) شکل گرفته و بعد به مداری نزدیک زمین اومده. تو دسامبر 2020، مأموریت هایابوسا ۲ آژانس فضایی ژاپن (JAXA) نمونه‌هایی از این سیارک رو به زمین آورد که به دانشمندا یه نگاه اولیه به یه اثر باقی مونده از منظومه شمسی دور داد.

محققان چندین دونه از این نمونه‌ها رو که هر کدوم حدود یه میلی‌متر اندازه داشتند، به دست آوردن. اونا این ذرات رو توی یه مغناطیس‌سنج قرار دادن؛ یه ابزار توی آزمایشگاه وایس که قدرت و جهت مغناطیسی شدن یه نمونه رو اندازه‌گیری می‌کنه. بعداً یه میدان مغناطیسی متناوب رو آروم آروم اعمال کردن تا هر نمونه رو از حالت مغناطیسی خارج کنن. مانس باخ توضیح می‌ده: «مثل یه ضبط صوت، ما داریم آروم‌آروم اطلاعات مغناطیسی نمونه رو پاک می‌کنیم. بعد دنبال الگوهای مشخصی می‌گردیم تا بهمون بگه که آیا این نمونه تو یه میدان مغناطیسی شکل گرفته یا نه.»

اونا دیدن که نمونه‌ها هیچ علامت واضحی از وجود یه میدان مغناطیسی حفظ‌شده ندارن. این نشون می‌ده که یا اصلاً میدان سحابی تو منظومه شمسی بیرونی که سیارک اونجا شکل گرفته، وجود نداشته، یا اینکه میدان اون‌قدر ضعیف بوده که توی دانه‌های سیارک ثبت نشده. اگه مورد دوم درست باشه، تیم تخمین می‌زنه که شدت این میدان بیشتر از 15 میکروتسلا نبوده.

محققان، داده‌های شهاب‌سنگ‌هایی که قبلاً مطالعه شده بودن رو هم دوباره بررسی کردن. اونا به‌طور خاص به کندریت‌های کربن‌دار بدون گروه نگاه کردن؛ شهاب‌سنگ‌هایی که ویژگی‌هایی دارن که نشون می‌ده تو منظومه شمسی دور شکل گرفتن. دانشمندا تخمین زده بودن که این نمونه‌ها اون‌قدر قدیمی نیستن که قبل از ناپدید شدن سحابی خورشیدی شکل گرفته باشن. بنابراین، هر رکوردی از میدان مغناطیسی که نمونه‌ها دارن نمی‌تونه مربوط به میدان سحابی باشه. اما مانس باخ و همکاراش تصمیم گرفتن دقیق‌تر بررسی کنن. مانس باخ می‌گه: «ما سن این نمونه‌ها رو دوباره بررسی کردیم و فهمیدیم که از اون چیزی که قبلاً فکر می‌کردیم به شروع منظومه شمسی نزدیک‌ترن. ما فکر می‌کنیم این نمونه‌ها تو اون منطقه دور شکل گرفتن و یکی از این نمونه‌ها واقعاً یه تشخیص مثبت از میدان حدود 5 میکروتسلا داره که با حد بالای 15 میکروتسلا هم‌خوانی داره.»

این نمونه به‌روز شده، به همراه ذرات جدید ریوگو، نشون می‌ده که منظومه شمسی بیرونی، فراتر از 7 AU، یه میدان مغناطیسی خیلی ضعیف داشته که با این حال به‌اندازه کافی قوی بوده که ماده رو از حاشیه‌ها جذب کنه و در نهایت سیارات بیرونی از مشتری تا نپتون رو شکل بده. وایس اشاره می‌کنه: «وقتی از خورشید دور می‌شید، یه میدان مغناطیسی ضعیف هم تأثیر زیادی داره. پیش‌بینی می‌شد که اونجا نیازی به قدرت زیاد نباشه و ما هم همین رو می‌بینیم.»

تیم قصد داره دنبال شواهد بیشتری از میدان‌های سحابی دور با استفاده از نمونه‌های یه سیارک دورتر دیگه، یعنی بنو، باشه که تو سپتامبر 2023 توسط فضاپیمای OSIRIS-REx ناسا به زمین تحویل داده شد. مانس باخ می‌گه: «بنو خیلی شبیه ریوگو به نظر می‌رسه و ما با هیجان منتظر نتایج اولیه از اون نمونه‌ها هستیم.» این تحقیق توسط ناسا حمایت شده.