كيف تؤثر حركة الشمس على زخات الشهب

الفلك

تتراقص المذنبات والكواكب والأقمار، وغيرها، بشكل أكثر تعقيدًا حول نظامنا الشمسي.

رصد علماء من مركز جودارد لعلم الأحياء الفلكية التابع لناسا المذنب C/2014 Q2، المعروف أيضًا باسم لوفجوي، وأجروا قياسات متزامنة لمخرجات H2O وHDO، وهو شكل مختلف من الماء. التُقطت هذه الصورة للوفجوي في 4 فبراير 2015، وهو نفس اليوم الذي أجرى فيه الفريق ملاحظاتهم، وبعد أيام قليلة من مرور المذنب بنقطة الحضيض، أو أقرب نقطة إلى الشمس.

إليكم حرقًا صغيرًا للأحداث في التقويم الكوني للشهر القادم: سيشهد أوائل مايو عودة زخة شهب إيتا الدلويات. ستظل الزخة مرئية لمدة أسبوعين تقريبًا، وستبلغ ذروتها مساء 5 مايو.
وللإنصاف، لا يُعد هذا حرقًا للأحداث لهواة رصد النجوم المخضرمين، لأن زخات إيتا الدلويات غالبًا ما تبلغ ذروتها في أوائل مايو. وفيما يتعلق بالزخات الشهبية، فإن هذه الزخة هي الأكثر موثوقيةً وقابليةً للتنبؤ. أما غيرها، فتوقعاتها أقل. وقد سلطت ورقة بحثية نُشرت في 13 أبريل في مجلة إيكاروس الضوء على سبب ذلك.

فيما يتعلق بالشهب والمذنبات
في حين تُسمى زخات الشهب عادةً باسم الكوكبة التي يبدو أنها نشأت منها، فإن أصلها الحقيقي لا علاقة له بالنجوم البعيدة. إنها في الواقع تأتي من آثار الغبار التي تُخلفها أجرام سماوية صغيرة نسبيًا - معظمها مذنبات، ولكن أحيانًا كويكبات أيضًا. في حالة إيتا الدلويات، المذنب المعني هو مذنب هالي، الذي ربما حالف الحظ قراء من جيل معين برؤيته عندما مر بالقرب من الأرض عام 1986.

للوهلة الأولى، قد يبدو هذا مفاجئًا. فمعظم المذنبات تتبع مدارات بيضاوية الشكل، وقد يستغرق اكتمالها سنوات عديدة، بينما تحدث زخات الشهب في نفس الوقت تقريبًا كل عام. فما الرابط بينهما إذًا؟
[موضوع ذو صلة: يعود تاريخ هجين كويكب ومذنب "غريب الأطوار" إلى 4.6 مليار سنة.]
يكمن الجواب في العملية التي تُنتج ذيل المذنب الشفاف المميز. عندما يقترب المذنب بدرجة كافية من الشمس، يبدأ في تساقط مواده. تبدأ المركبات المتجمدة على سطحه بالذوبان، وتدفع الرياح الشمسية جزيئات صغيرة من الغبار والصخور بعيدًا. والنتيجة هي مسار من الغبار والحطام على طول مسار مدار المذنب، كخط من الطباشير في الفضاء.
في حالة المذنبات المرتبطة بزخات الشهب، تمر الأرض بالقرب من هذا المسار بدرجة كافية لتلتقط جاذبيتها بعض المواد المفقودة. في كل عام، تُسحب قطع صغيرة لا تُحصى من الجليد والصخور من مسارها وتُجذب نحو الأرض، فتحترق وهي تهبط في غلافنا الجوي. ونرى المطر الناتج في نفس الجزء من السماء كل عام لأن هذا هو مكان حدوث التفاعل كل عام.

مشكلة التنبؤ بالزخات النيزكية
نظريًا، يُفترض أن تكون زخات الشهب قابلة للتنبؤ تمامًا. فمدار الأرض لا يتغير فعليًا من سنة لأخرى، وأثر المذنب موجود بالفعل، ينتظرنا. ينبغي أن يحدث التفاعل بينهما في نفس الوقت كل عام، أليس كذلك؟
لو كانت الأجرام السماوية الوحيدة المشاركة في هذه العملية هي الأرض والشمس والمذنب، لكان هذا صحيحًا. سيتبع المذنب مسارًا يمكن التنبؤ به تمامًا، مُلقيًا موادًا تبقى في مكانها حتى وصول الأرض السنوي للمطالبة بنصيبها النيزكي. في الواقع، الأمور أكثر تعقيدًا بكثير. فالنظام الشمسي ليس مجرد الأرض والشمس، بل هو الأرض والشمس والقمر والكواكب الأخرى وأقمارها، وعدد كبير من الأجرام الأخرى. بدورها، تمارس جميع هذه الأجسام تأثيرات جاذبية على بعضها البعض.
في خضم هذه الفوضى، يوجد المذنب نفسه، يتمايل على طول مداره الإهليلجي، تاركًا أثره الموحش من الغبار والجليد في الفراغ. للتنبؤ بزخات الشهب بدقة، نحتاج إلى حساب مكان الحطام، أي حساب مسار المذنب. ولكي نتمكن من القيام بذلك بدقة تامة، يتعين علينا إجراء حساب يأخذ في الاعتبار التأثيرات الجاذبية لعدد هائل من الأجرام السماوية.

مشكلة الأجسام الثلاثة الفعلية
للأسف، تُشكّل حسابات الجاذبية التي تشمل أكثر من جسمين مشكلة. هذا يعني أنه يتعين علينا تبسيط هذه الحسابات، ونمذجتها كأنظمة أقل تعقيدًا بكثير مما هي عليه في الواقع.
من أسباب صعوبة حسابات الجاذبية عدم وجود تفاعل جاذبي أحادي الاتجاه، فأي جسم ضخم يمارس تأثيره الجذبي الخاص على أي جسم ضخم آخر. على سبيل المثال، لنفترض أن الأرض والقمر يدوران حول بعضهما، لكن هذا ليس صحيحًا. فالأرض تجذب القمر، والقمر يجذب الأرض أيضًا، والنتيجة هي أن كلا الجسمين يدوران حول نقطة بينهما. تُعرف هذه النقطة بمركز الثقل.
[مقال ذو صلة: العلماء يتوصلون أخيرًا إلى حل لغز توهج المذنبات باللون الأخضر].
للنظام الشمسي أيضًا مركز ثقل، وهو نقطة يدور حولها كل شيء، بما في ذلك الشمس. في معظم الحالات، نفترض أن مركز ثقل النظام الشمسي هو الشمس، لسبب بسيط هو أن كتلة الشمس أكبر بكثير من أي شيء آخر في النظام الشمسي. وهذا يعني أنه إذا كنا نحسب مدار جسم ما حول الشمس، فليس من المنطقي أن نأخذ في الاعتبار التأثير الجاذبي المتبادل الذي يمارسه هذا الجسم على الشمس، كما لا معنى أن نأخذ في الاعتبار التأثير الجاذبي الذي تمارسه قطعة نقدية سقطت من مبنى على الأرض.

الحركة الدقيقة للشمس
ومع ذلك، تُظهر الدراسة الجديدة أن افتراض هذا في حالة المذنبات يطرح مشكلتين دقيقتين. الأولى هي أنه كلما ابتعد الجسم عن الشمس، زاد ميل مداره للدوران حول مركز ثقل النظام الشمسي. فإذا كان الجسم قريبًا بما يكفي من الشمس، فإنه يدور بالفعل حول الشمس وحدها. أما الأجسام الأبعد، فتدور حول مركز ثقلها.
تبقى معظم الأجرام السماوية عمومًا على نفس المسافة من الشمس. على النقيض من ذلك، تتبع المذنبات مدارات شديدة الانحراف، تأخذها بعيدًا إلى أبعد أقاصي النظام الشمسي. على سبيل المثال، يمر مذنب هالي على بُعد 54.7 مليون ميل فقط من الشمس في أقرب نقطة له. أما أوجه - النقطة التي يكون فيها أبعد ما يكون عن الشمس - فيبعد 3.3 مليار ميل، في مكان ما بالقرب من بلوتو. هذه المدارات اللامركزية تأخذ المذنبات عبر نقطة الانتقال - وتُظهر دراسة إيكاروس أن الانتقال يُسبب نوعًا من الصدمة في مسار المذنب.
المشكلة الثانية هي أن افتراض أن الشمس هي مركز ثقل النظام الشمسي يعني أيضًا افتراض أن الشمس نفسها ثابتة. هذا يعني أنه لا يمكن أخذ حركة الشمس نفسها في الاعتبار في هذه الحسابات. هذا لا يهم حقًا في حالة الأجرام السماوية في المدارات المنتظمة، لأن تلك المدارات تتحرك ببساطة مع الشمس. مرة أخرى، تختلف الصورة بالنسبة للمذنبات: فحركة الشمس تُعطيها دفعة جاذبية أثناء مرورها السريع، وهذا بدوره يُسبب تحولاً ملموساً في مسارها.
يُظهر البحث الجديد أن دمج هذين العاملين في نموذج مدار المذنب يُعطي نتيجة أدق، وبالتالي يُعطي تنبؤاً أدق بموعد حدوث زخة الشهب. لا تزال هذه نماذج مُبسطة، لكنها تُعطينا فكرةً عن موعد رؤية سلسلة من الشهب في السماء، وكذلك عن حركة الجاذبية المُعقدة التي تُحكم حركتنا في الكون.

المصدر