پلوتو و فضاپیمای «افق‌های نو، New Horizons»

چطور پلوتو، که زمانی جزئی بی‌اهمیت در علوم سیاره‌ای به‌شمار می‌رفت، به بخشی بسیار مهم در درک شکل‌گیری و تکامل منظومه‌ی شمسی تبدیل شد؟

برای پاسخ به این پرسش باید به آغاز این داستان یعنی ابتدای سال ۱۹۰۵ برگردیم و نقطه‌ی اوج آن را در سال ۱۳۹۴/۲۰۱۵ دنبال کنیم.

پرسیوال لاول، Percival Lowell  ستاره‌شناسی از اهالی بوستون جست‌وجو به دنبال سیاره‌ای فراتر از نپتون را در سال ۱۹۰۵ آغاز کرد، یعنی دقیقاً یک سال پیش از تولد «کلاید تامبا، Clyde Tombaugh» که واقعاً آن را کشف کرد. تامبا، پلوتو را در صفحات عکاسی پیدا کرد که در سال ۱۳۰۹/۱۹۳۰ در رصدخانه‌ی لاول (در آریزونا) گرفته شد. این سیاره‌ی جدیدِ کوچک و کم‌نور ۴۱ برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید (از خورشید) دورتر بود، کم‌تر از ۰/۱ ثانیه قوس قطر آن و قَدرش ۱۵/۱ بود. در مجموع می‌بینید که پلوتو بسیار فراتر از فن‌آوری آن زمان قرار داشت و به‌دست آوردن اطلاعات بیشتر درباره‌ی آن تقریباً غیرممکن بود.

تنها چیزی که با فن‌آوری سال ۱۹۳۰ می‌شد درباره‌ی پلوتو فهمید؛ مدار و رنگ آن بود. دانشمندان علوم سیاره‌ای نمی‌توانستند اندازه‌‌ی سیاره، جوّ  و چگالی درونی آن را بسنجند، قمرهایش را ببینند، حتی اندازه‌گیری دوره‌ی چرخش پلوتو تا دو دهه‌ی بعد ممکن نشد. با وجود این حدس و گمان درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری و منشأ آن بسیار فراگیر بود. مثلاً وقتی ستاره‌شناسان فهمیدند که مدار پلوتو از میان مدار نپتون عبور می‌کند حدس زدند که احتمالاً این سیاره (یا در واقع سیاره‌ی کوتوله) قمر فراری نپتون است. بعضی دیگر حدس می‌زدند که پلوتو باید چیزی مانند «سرس، Ceres» باشد؛ سیارکی غول‌پیکر که به مرور زمان به لبه‌های بیرونی منظومه‌ی شمسی رفته است. عده‌ای دیگر مانند «فردریک لنارد، Fredrick Leonard» و «کِنت اِجوُرث، Kenneth Edgeworth» حدس می‌زدند که این سیاره‌ی کوچک باید متعلق به دسته‌ای دیگر از اجرام باشد که فراتر از نپتون قرار دارند و هنوز ناشناخته‌اند. به‌هرحال هیچ اطلاعات بیشتری موجود نبود تا یکی از این نظریه‌ها را تأیید کند.

در میانه‌ی قرن بیستم همچنان فن‌آوری – با این‌که بسیار پیشرفت کرده بود- مانند دوربین‌های CCD حساس، کامپیوترهای قدرتمند و فضاپیماها، هیچ‌کدام گره‌ای از راز پلوتو را نگشودند.

آغاز دوره‌ی نوین

نخستین پیشرفت بزرگ که نوری درخشان بر تاریکی ناآگاهی ما از پلوتو بود، در میانه‌ی دهه‌ی ۱۹۷۰(دهه‌ی ۵۰ شمسی) رخ داد. ستاره‌شناسان دانشگاه هاوایی، «دِیل کروکشنک، Dale Cruikshank»، «کارل پیلچر، Carl Pilcher» و «دیوید موریسون، David Morrison» یخ‌های متان را در پلوتو کشف کردند. این یافته دانشمندان را بسیار متعجب کرد. آن‌ها می‌دانستند که در دمای سطحی پلوتو، متان مستقیماً از یخ به گاز تبدیل می‌شود؛ بنابراین جَوّی بسیار رقیق باید دورتادور پلوتو را فراگرفته باشد. از سوی دیگر به جز تایتان، قمر زحل، هیچ جسم دیگری در منظومه‌ی شمسی بر سطح خود متان ندارد.

تا دانشمندان فرصت بررسی بیشتر این یافته را بیابند، در سال ۱۳۵۷/۱۹۷۸ ستاره‌شناسان رصدخانه‌ی نیروی دریایی آمریکا، «جیمز کریستی، James Christy» و «رابرت هرینگتون، Robert Harrington» یکی از قمرهای پلوتو را کشف کردند. کریستی نام «کارِن،Charon» را به یاد همسرش –شارلین- برای این قمر انتخاب کرد (توضیح انتهای متن را ببینید).

در ابتدا معلوم شد که دوره‌ی گردش کارن در مدار با دوره‌ی چرخش پلوتو به دور خودش یکسان است. بنابراین باید نیروهای کشندی قدرتمندی بر تکامل این منظومه اثر گذاشته باشند. چند ماه بعد معلوم شد که پلوتو و کارن در چند سال آینده از نگاه زمین وارد اختفای دوگانه خواهند شد. در سال ۱۳۶۴/۱۹۸۵ نخستین اختفا گزارش شد و تا سال ۱۳۶۹/۱۹۹۰ ستاره‌شناسان بارها این اختفاها را رصد و بررسی کردند.

از این بررسی‌ها دانشمندان برای نخستین بار توانستند اندازه و مقدار آلبدوی سطحیِ (مقدار نوری که سطح هر جسم بازتاب می‌کند) پلوتو و کارن را بسنجند و نقشه‌ای از ترکیبات آن‌ها تهیه کنند. تحقیقات نشان داد که سطح کارن با پلوتو بسیار متفاوت است؛ این قمر با یخ‌آب پوشیده شده و هیچ اثری از متان در آن یافت نمی‌شود. علاوه بر این فقط ۴۰ تا ۵۰ درصد کارن از ترکیبات سنگی و سخت تشکیل شده درحالی‌که ۷۰ درصد پلوتو را صخره‌ها و سنگ‌ها شکل داده‌اند و خلاف آن‌چه در گذشته تصور می‌شد پلوتو سیاره‌ای یخی نیست. این یافته هم بسیار عجیب بود چراکه هیچ‌کس انتظار نداشت در فاصله‌ای چنین دور از خورشید سیاره‌ای سنگی وجود داشته باشد.

از سوی دیگر «ویلیام مک‌کینون، Willaim McKinnon» از دانشگاه واشنگتن نشان داد که این منظومه‌ی دوتایی با نسبت جرم ۱۱ به ۱ نمی‌تواند وجود داشته باشد مگراین‌که جسمی به اندازه‌ی یک سیاره پیش از این با پلوتو برخورد کرده باشد.

با گذر فضاپیمای «ویجر ۲» از کنار نپتون، تصاویر «تریتون» یکی از قمرهای این سیاره‌ی غول‌پیکر، نشان داد که این قمر، سطحی فعال از آب‌فشان‌ها دارد. تریتون از این لحاظ بسیار جالب است که از لحاظ اندازه، چگالی و ترکیبات به پلوتو بسیار شباهت دارد. همین امر باعث شد توجه دانشمندان بیش از پیش به منظومه‌ی پلوتو و کارن جلب شود.

در ابتدای دهه‌ی ۹۰ میلادی (دهه‌ی ۷۰ شمسی)، یخ‌های نیتروژنی در پلوتو و کارن کشف شد و معلوم شد که نیتروژن عنصر غالب در سطح و جوّ هردوی آن‌ها است. علاوه بر این معلوم شد که سطح سیاره از زمان کشف شدنش دچار تغییرات اساسی شده است. و خود من هم بعدها با تلسکوپ فضایی هابل نشانه‌هایی بر وجود کلاهک‌های قطبی بر پلوتو یافتم.

بخش دوم و پایانی این مقاله را در پرشین آکادمی دنبال کنید.

(کارِن قمر پلوتو در بعضی زبان‌ها کارُن، شارُن و شارِن هم تلفظ می‌شود. از آن‌جایی که کریستی به یاد شارلین این قمر را نام‌گذاری کرده، به احتمال قوی تلفظ مورد نظر او «شارن» بوده، اما تلفظ «کارن» در ایران بیشتر جا افتاده است بنابراین ما از همین تلفظ استفاده کردیم. برای شنیدن تلفظ‌های دیگر این لغت این‌جا و این لینک را کلیک کنید.)

درباره‌ی نویسنده: آلن استرن اخترفیزیک‌دان و مهندس، یکی از دانشمندان اصلی مأموریت فضاپیمای افق‌های نو است. درباره‌ی او این‌جا بیشتر بخوانید.