سیارک‌های تروژان

همراهان شکل‌گیری یا مسافران به دام افتاده

 چطور بفهمیم سیارک‌هایی که دور مشتری می‌چرخند، از اول با مشتری بوده‌اند یا بعداً به آنجا رسیده‌اند؟

مشتری سیاره بزرگی است که جاذبه زیادی دارد. یک سری سیارک هم هستند که انگار همراه مشتری می‌چرخند، نه دقیقا دورش، بلکه کمی جلوتر یا عقب‌تر، در جاهایی به اسم نقاط لاگرانژی L4 و L5. اما آیا این سیارک‌ها، از همان وقتی که مشتری داشته شکل می‌گرفته، همان‌جا بوده‌اند یا اینکه بعداً گیر جاذبه مشتری افتاده‌اند و به آنجا کشیده شده‌اند.

اسنپ شات شبیه ساز گرانشی Gravity Simulator
سیارات منظومه شمسی به همراه کمربند سیارک‌ها و سیارک‌های تروجان مدار مشتری

تروجان‌های مدار مشتری

از روزی که اولین سیارک تروجان در مدار مشتری کشف شد تا کنون، بیش از ده قرن می‌گذرد اما این اصلاً به این معنی نیست که ما همه چیز را درباره نحوه‌ی شکل‌گیری این خانواده‌ی بزرگ سیارکی می‌دانیم؛ خانواده‌ای که همراه با مشتری در مدارش و در دو گروه مجزا و با فاصله از مشتری حرکت می‌کنند، یعنی یک گروه کمی جلوتر و دیگری کمی عقب‌تر از آن.

شاید شگفت‌انگیزترین ویژگی تروجان‌های مشتری، تنوع بسیار زیاد مدارهایشان باشد. بر خلاف سیارات که در مدارهای نسبتاً دایره‌ای حرکت می‌کنند و با دقت خوبی در یک صفحه قرار دارند ، تروجان‌های مدار مشتری مدارهایی دارند که تقریباً ۶۰ درجه نسبت به صفحه منظومه شمسی متمایل هستند.

کلید درک دلیل این «پف کردن» و بالا آمدن از سطح صفحه‌ی منظومه شمسی در این اجرام، در فهم شیوه‌ی پیدایش و تکامل آن‌هاست. یکی از بهترین ابزارهایی که ستاره‌شناسان امروزی برای مطالعه مواردی از این دست دارند استفاده از شبیه‌سازهای کامپیوتری است.

شبیه ساز چیست؟

شبیه‌ساز در واقع نسخه‌ای مجازی از یک واقعیت بیرونی است.  از شبیه‌سازی برای نشان دادن اثرات واقعی یک پدیده روی موضوع هدف، تحت شرایط کنترل شده و قانونمند استفاده می‌کنند. شبیه‌سازی‌ها همچنین در مواردی که آزمایش روی سیستم واقعی قابل انجام نباشد بکار می‌آیند. از این رو استفاده از آن‌ها در زمینه‌ی مطالعات ستاره‌شناسی بسیار مرسوم و کاربردی است.

شبیه ساز گرانشی
(Gravity Simulator)

شبیه‌ساز گرانش (Gravity Simulator) یک شبیه‌ساز سه بعدی گرانشی است که با آن می‌توانید منظومه شمسی، سیارات فراخورشیدی و حتی کهکشان‌های در حال برخورد را شبیه‌سازی کنید. با استفاده از ابزار می‌توان منظومه‌های جدید ساخت، به آن سیاره اضافه کرد و حتی  قوانین فیزیک را تا حدودی تغییر داد. شما می‌توانید با مراجعه به اینجا شبیه‌سازی سیاره‌ی مشتری و اجرامی که در نهایت تبدیل به سیارک‌های تروجان آن می‌شوند را ببینید. بیایید در مرحله‌ی اول درباره‌ی آن چه در این شبیه‌سازی مشاهده می‌کنیم کمی تأمل کنیم.

اجرای شبیه‌سازی

اکنون شبیه‌سازی را آغاز کنید و همین‌طور که سیستم متحول می‌شود به پرسش‌های زیر فکر کنید. توجه کنید که اصلاً قرار نیست پاسخ همه‌ی آن‌ها را بدانید بلکه می‌خواهیم ببینیم پاسخ هر یک از آن‌ها را از کجا می‌توان یافت.

ثبت مشاهدات

بیایید دوباره به صفحه‌ی شبیه‌ساز سری بزنیم. و مشاهدات خود را در قسمت زیر وارد کنیم.

فرضیه‌ی شماره یک

اکنون با استفاده از مشاهدات خود فرضیه‌تان را درباره‌ی نحوه‌ی شکل گیری سیارک‌های تروجان مدار مشتری یادداشت کنید.

آیا این تنها احتمال است؟

یکی از مشکلات احتمالی که بر سر راه شکل‌گیری همزمان تروجان‌های مشتری قرار دارد این است که مطالعات بسیاری نشان داده‌اند که اگر این اجرام از ابر اولیه‌ی شکل‌دهنده‌ی منظومه شمسی باقی مانده باشند در حال حاضر تعدادشان باید خیلی کمتر از چیزی باشد گه الآن می‌بینیم. مشکل دیگر این است که مدار سیارک‌هایی که در شبیه‌سازی‌های این مدل شکل‌گیری در نقاط لاگرانژی قرار می‌گیرند، در بیشتر موارد دایروی و نزدیک به صفحه‌ی منظومه شمسی است.

چه مدل‌های دیگری برای تشکیل سیارک‌های تروجان پیشنهاد شده است؟

به پوستر اینفوگرافیک زیر نگاه کنید و فکر کنید که کدام‌یک از این مدل‌ها برای شما قابل قبول تر است و چرا؟

فرضیه‌ی شماره دو

با مقایسه‌ی آن‌چه در مشاهدات خود از شبیه‌سازی دیدید و مطالب پیشنهادی در پوستر اینفوگرافیک، آیا مایل هستید فرضیه‌ی خود را درباره شیوه‌ی تشکیل سیارک‌های تروجان تغییر دهید؟

پوستر اینفوگرافیک مدل های شکل گیری سیارک‌های تروجان مشتری

نتیجه‌گیری

شما امروز با مدلی بسیار ساده سازی شده از بخشی از روند انجام کار علمی آشنا شدید. نکات کلیدی که امیدواریم از این فرایند با خود به یادگار ببرید عبارتند از:

  1. پرسش‌گری کارامد درباره پدیده‌ها و محیط
  2. جستجو در منابع قابل اعتماد و مختلف به دنبال پاسخ سؤالات
  3. استفاده از ابزارهای گوناگون از جمله شبیه‌ساز کامپیوتری برای مطالعه‌ی سیستم‌هایی که در دسترس‌مان نیستند
  4. ثبت مشاهدات
  5. طرح کردن فرضیه ابتدایی
  6. مطالعه منابع تکمیلی و نتایج پژوهش‌های دیگران و همچنین بازانجام آزمایشات در صورت نیاز
  7. بازنگری فرضیه و تصحیح در صورت لزوم