لقد تعلمنا لعقود في المدرسة أن هناك في النظام الشمسي أربعة كواكب صخرية، وكوكبان غازيان عملاقان، وكوكبان جليديان عملاقان.بدا هذا النوع من "أبجدية" الكواكب غير قابل للتغيير، لكن دراسة حديثة أجراها فريق من جامعة زيورخ إنه يثير الشكوك حول جزء أساسي من هذا التصنيف الكلاسيكي.
تشير الأبحاث الجديدة إلى أن قد يخفي كوكب أورانوس ونبتون باطناً أكثر صخرية مما كان يُفترض سابقاً.لدرجة أنه لم يعد من الواضح ما إذا كان ينبغي الاستمرار في تصنيفها كعمالقة جليدية دون أي تمييز. لا يتعلق الأمر بإعادة تسمية هذه العوالم فجأة، بل بفتح المجال أمام تصنيف أوسع تلعب فيه الصخور دورًا أكثر بروزًا.
نموذج يتحدى وصف "العمالقة الجليديين".
تقليديًا، تم تقسيم النظام الشمسي إلى الكواكب الأرضية (عطارد، الزهرة، الأرض والمريخ)، والكواكب الغازية العملاقة (المشتري وزحل)، والكواكب الجليدية العملاقة (أورانوس ونبتون).في هذا المخطط، تم تحديد العالمين الأزرقين في الخارج من خلال دواخل يهيمن عليها جليد الماء والأمونيا والميثان، محاطة بطبقات غازية.
لكن الدراسة الجديدة المنشورة في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية ويجادل بأن البيانات المتاحة تسمح بتفسير آخر: لا يمكن استبعاد أن يكون كوكب أورانوس ونبتون، في الواقع، أغنى بكثير بالصخور. أكثر مما تنبأت به النماذج القياسية. لا يكمن جوهر الأمر في كونها صخرية بالضرورة، بل في أن سيناريو "الغنى بالجليد" لم يعد الحل الوحيد المتوافق مع الملاحظات.
ترتبط هذه التفسيرات الجديدة بنتيجة أخرى أثارت نقاشاً واسعاً في السنوات الأخيرة: بلوتو، الكوكب القزم في حزام كايبريبدو أنها منطقة صخرية في الغالببعد أن كان يُنظر إليه على أنه كتلة جليدية تقريبًا على أطراف النظام الشمسي، نرى الآن أن باطنه أكثر تعقيدًا، وقبل كل شيء، أقل "جليدية" مما كان يُعتقد سابقًا. وهذا يشير إلى أنه ربما لقد بالغنا في تقدير دور الجليد في بعض الأجرام السماوية البعيدة.
منهجية جديدة للألغاز القديمة
حتى الآن، جاءت العديد من التقديرات المتعلقة ببنية هذه الكواكب من النماذج الفيزيائية ذات الافتراضات الأولية العديدة (على سبيل المثال، ما هي النسبة المتوقعة من الجليد والصخور والغاز التي يُتوقع وجودها) أو النماذج التجريبية المبسطة لدرجة أنها عجزت عن استيعاب كل التعقيدات المحتملة. وقد حاول فريق زيورخ تجنب كلا الطرفين المتطرفين من خلال نهج هجين.
يتضمن اقتراحهم بناء "نموذج لا أدري" للداخل من أورانوس ونبتون. عمليًا، تبدأ العملية بإنشاء ملف تعريف كثافة عشوائي لكل كوكب؛ أي توزيع مبدئي لكيفية تغير الكثافة من النواة إلى الطبقات الخارجية. من ملف التعريف هذا، يتم حساب المجال الجاذبي الذي ينبغي إنتاجه.
تتم مقارنة مجال الجاذبية هذا بـ القياسات الفعلية التي تم الحصول عليها من خلال مهمات فضائية وملاحظات من الأرضإذا لم يكن النموذج مناسبًا، يتم تجاهله وتجربة نموذج آخر. وتتكرر هذه العملية مرارًا وتكرارًا، لتعديل النموذج حتى يتم العثور على مجموعة من التكوينات الداخلية التي تتطابق مع كل ما تمت ملاحظته.
وهكذا، بدلاً من البدء من فكرة أنها عمالقة جليدية وتكييف الحسابات، قام الباحثون إنهم يسمحون للبيانات "بتصفية" التركيبات التي تعتبر معقولة.والنتيجة ليست تصميمًا داخليًا واحدًا محتملاً، بل مجموعة من السيناريوهات المتوافقة مع الملاحظات المتاحة.
ضمن هذا النطاق تظهر التكوينات التي تتمتع الطبقات الصخرية بوزن كبير للغايةلدرجة أنه يمكن وصف أورانوس ونبتون بشكل معقول بأنهما "عمالقة صخرية" أو على الأقل، بأنهما عوالم مختلطة حيث تتنافس الصخور مع الجليد على البروز.
ما وراء الجليد: احتمالات وجود باطن كوكبي أورانوس ونبتون
تُظهر النتائج المنشورة أنه باستخدام النموذج الجديد، ليس بالضرورة أن يهيمن الجليد على باطن هذه الكواكب.يمكن أن تنتج تركيبات الصخور والماء والمركبات الأخرى نفس مجال الجاذبية الذي تم رصده من خلال المجسات والتلسكوبات.
في بعض السيناريوهات التي تناسب بشكل أفضل، الطبقات الأساسية والطبقات المتوسطة أكثر كثافة بكثير. أكثر مما هو متوقع من كوكب يهيمن عليه الجليد المائي. يشير هذا إلى نسبة أكبر من المواد الصخرية، وهو ما يتوافق مع تكوين أجرام أخرى في النظام الشمسي الخارجي، مثل بلوتو المذكور آنفاً.
يشمل نطاق النماذج المقبولة كلا النوعين الهياكل الغنية بالماء مثل الأجزاء الداخلية حيث يتحمل الصخر معظم الوزنبدلاً من اختيار أحد الخيارين، تؤكد الورقة البحثية أن البيانات الحالية تتوافق مع كلا الطرفين المتطرفين وحتى مع الحلول المتوسطة.
هذا المنظور الأوسع يجبرنا على مراجعة بعض الافتراضات الكلاسيكية. فإذا لم يكن كوكب أورانوس ونبتون بالضرورة كرتين جليديتين هائلتين، الحدود الفاصلة بين الكواكب الغازية العملاقة، والكواكب الجليدية العملاقة، والكواكب الصخرية العملاقة المحتملة. يصبح أكثر انتشارًا. وهذا له آثار ليس فقط على نظامنا الخاص، ولكن أيضًا على الطريقة التي نصنف بها الكواكب حول النجوم الأخرى.
في مجتمع علوم الكواكب الأوروبي، حيث يجري تحديد مهام الاستكشاف المستقبلية، تُؤجج هذه النتائج النقاش حول أي العوالم يجب أن تُعطى الأولوية. في الجيل القادم من المجسات من وكالة الفضاء الأوروبية وغيرها من الوكالات.
لغز مجالاتها المغناطيسية
من أبرز جوانب أورانوس ونبتون هو مجال مغناطيسي غريب للغايةبينما تمتلك الأرض قطبين مغناطيسيين محددين جيدًا، فإن هذه الكواكب تُظهر هياكل مغناطيسية أكثر فوضوية، مع أقطاب متعددة وأشكال هندسية بعيدة كل البعد عن ثنائي القطب البسيط.
كما يعالج النموذج الجديد هذا اللغز من خلال تضمينه في الداخل طبقات من "الماء الأيوني" قادرة على توليد مولدات مغناطيسيةفي ظل ظروف الضغط ودرجة الحرارة القصوى، يتصرف الماء كسائل موصل، مما يسمح بنشوء تيارات كهربائية تغذي المجال المغناطيسي.
وفقا للمؤلفين ، يفسر موقع وسمك طبقات الماء الأيونية هذه المجالات المغناطيسية غير ثنائية القطب. التي تمت ملاحظتها. علاوة على ذلك، تشير الحسابات إلى أن قد ينشأ المجال المغناطيسي لكوكب أورانوس على عمق أكبر من المجال المغناطيسي لكوكب نبتون.وهذا يُدخل فرقاً هيكلياً آخر مثيراً للاهتمام بين العملاقين.
هذا النوع من النتائج ذو صلة بفيزياء الكواكب بشكل عام. إذا استطعنا فهم كيف تولد السوائل الغريبة مجالات مغناطيسية معقدة على الكواكب البعيدة، سنكون قادرين على تفسير الإشارات المغناطيسية التي تم اكتشافها في الأنظمة الكوكبية الأخرى بشكل أفضل وتعديل النماذج المستخدمة في الفيزياء الفلكية.
بالنسبة لأوروبا وإسبانيا، اللتين تمتلكان مجموعات رائدة في النمذجة العددية والفيزيائية للضغوط العالية، فإن هذه التحديات تفتح آفاقاً جديدة. فرص تعاون جديدة في البعثات ومشاريع المحاكاة، حيث يتم دمج البيانات من أورانوس ونبتون مع التجارب المختبرية والحوسبة الفائقة.
حدود المعرفة الحالية
على الرغم من الطبيعة الموحية للاستنتاجات، يؤكد المؤلفون أنفسهم على أن لا تزال هناك شكوك كبيرةتتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في أن فيزياء المواد تحت ظروف قاسية داخل كوكب لا تزال تفاصيل الضغوط الهائلة ودرجات الحرارة المرتفعة للغاية غير معروفة.
تعتمد خصائص مخاليط الماء والصخور والمركبات الأخرى في هذه الأنظمة غالبًا على الاستقراءات النظرية والتجارب المحدودةيمكن أن تتسلل أي أخطاء في هذه التقديرات إلى النماذج العالمية للكوكب وتغير نسب الصخور والجليد التي تعتبر قابلة للحياة.
ولهذا السبب يصر العلماء على أن لا يمكن الجزم بعد بأن أورانوس ونبتون هما عملاقان صخريان بشكل قاطع ولا ينبغي التخلي عن تصنيفهم القديم. ما يبدو واضحاً هو أن فئة "العمالقة الجليديين" لم تعد الصورة الوحيدة الممكنة.
وفي الوقت نفسه، تهدف الدراسة إلى توضيح جانب أكثر عمومية من جوانب العلم: في بعض الأحيان تدعم نفس البيانات عدة فرضيات في آن واحدلكننا استقررنا على الاحتمال الذي يتوافق بشكل أفضل مع أفكارنا الأولية. في هذه الحالة، ربما يكون افتراضنا منذ البداية أن هذه الكواكب جليدية في الأساس قد أغفل احتمالات أخرى معقولة.
هذا النوع من المراجعات شائع في علم الفلك. تمامًا كما حدث عندما لم يعد بلوتو يُعتبر كوكبًا كلاسيكيًاتأتي تغييرات التصنيف استجابةً لفهم أفضل للأشياء والحاجة إلى أن تعكس الفئات ما نعرفه حقًا، وليس مجرد التقاليد.
مع وضع كل هذا في الاعتبار، يطالب الباحثون مهمات فضائية مخصصة على وجه التحديد لكوكب أورانوس ونبتونلقد سمحت لنا الزيارات السابقة بقياس بعض المعايير الرئيسية، ولكن هناك حاجة إلى مركبات مدارية ومجسات قادرة على دراسة مجالات الجاذبية والمغناطيسية وأغلفةها الجوية بالتفصيل.
مهمة من هذا النوع، ربما في إطار وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بالتعاون مع وكالات أخرى، يمكن أن يساهم ذلك البيانات الدقيقة المفقودة هي ما يلزم لتحديد ما إذا كانت هذه العوالم عمالقة جليدية، أو عوالم صخرية، أو شيء بينهما.بالنسبة للمجتمع العلمي الأوروبي، ستكون هذه أيضاً فرصة استراتيجية، على غرار التركيز على كوكب المشتري وأقماره في مهمة JUICE.
لا تتطلب المحاكاة الجديدة إعادة كتابة الكتب الدراسية حتى الآن، لكنها توضح ذلك بوضوح. إن كوكبي أورانوس ونبتون أقل بساطة بكثير مما كان يُعتقد سابقاً.إن احتمال كونها عمالقة صخرية إلى حد كبير، أو على الأقل كواكب مختلطة حيث تتنافس الصخور مع الجليد، يعيد فتح النقاش حول بنية النظام الشمسي ويعزز فكرة أنه لا يزال هناك الكثير لاكتشافه في جوارنا الكوني.
