منظومه شمسی کجا تمام می‌شود و مرز آن کجاست؟

راز بقا: منظومه شمسی یک مکان بسیار عظیم است. همسایگی کیهانی ما شامل هشت سیاره، حدود نیم دوجین سیاره کوتوله، چند صد قمر و میلیون‌ها سیارک و ستاره‌های دنباله دار است که همگی با سرعت هزاران مایل در ساعت به دور خورشید - و در برخی موارد به دور همدیگر - می‌چرخند.

اما این سیستم به کجا ختم می‌شود؟ خوب، پاسخ ممکن است بستگی به این داشته باشد که از چه کسی بپرسید و چگونه آن‌ها منظومه شمسی را تعریف کنند.

به گزارش راز بقا، به گفته ناسا نه یک، بلکه سه مرز بالقوه برای منظومه شمسی وجود دارد: کمربند کویپر یا همان حلقه اجسام سنگی فراسوی مدار نپتون؛ هلیوپوز یا لبه میدان مغناطیسی خورشید؛ و ابر اورت، مخزن دوردست ستاره‌های دنباله دار که به سختی از زمین قابل مشاهده است. 

«دن رِیزنفیلد»، محقق آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در نیومکزیکو، می‌گوید هر سه استدلال برای مرز منظومه شمسی «شایستگی انتخاب دارند» و همین امر انتخاب یکی از بین آن‌ها را پیچیده می‌کند.

اما یکی از این سه مورد هست که اکثر ستاره شناسان معمولاً با آن موافق هستند.

کمربند کویپر (Kuiper Belt)

کمربند کویپر عمدتا از سیارک‌ها تشکیل شده است

به گفته ناسا، کمربند کویپر بین ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی (AU) از خورشید فاصله دارد. (یک واحد نجومی برابر با فاصله زمین و خورشید است). این منطقه مملو از سیارک‌ها و سیارات کوتوله مانند پلوتون است. این سیارک‌ها و سیارات کوتوله توسط کشمکش گرانشی یک طرفه از درون منظومه شمسی به بیرون پرتاب شده اند و در کمربند کویپر افتاده‌اند.

برخی از ستاره شناسان استدلال می‌کنند که کمربند کویپر را با یک تفسیر آزاد باید لبه منظومه شمسی در نظر گرفت، چرا که نشان دهنده لبه‌ای است که قرص پیش سیاره‌ای خورشید قرار گرفته است - حلقه چرخان گاز و غباری که بعداً به سیارات، قمر‌ها و سیارک‌ها تبدیل شد. 

رِیزنفیلد می‌گوید: «اگر کسی منظومه شمسی را فقط به عنوان خورشید و اجسام سیاره‌ای آن تعریف کند، می‌توان لبه کمربند کویپر را لبه منظومه شمسی در نظر گرفت». اما این تعریف از منظومه شمسی توسط برخی از ستاره شناسان، مانند «مایک براون» استاد مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا بسیار ساده‌لوحانه است. 

براون در همین راستا می‌گوید: «این تئوری واقعاً درست نیست. از زمانی که سیارات شکل گرفته اند، چیز‌ها بسیار حرکت کرده اند بیشتر به سمت بیرون. این بدان معناست که کمربند کویپر شامل تمام «موارد منظومه شمسی» مانند سیاره فرضی نهم (اگر وجود داشته باشد) که بسیار فراتر از کمربند کویپر قرار دارد، نیست».

در اکتبر ۲۰۲۳، کشف یک دوجین شیء جدید فراتر از کمربند کویپر نشان داد که ممکن است «کمربند کویپر دوم» حتی در مکانی بسیار دورتر در کمین باشد.

برخی از محققان استدلال می‌کنند که عدم قطعیت در اطراف لبه بیرونی خود این منطقه (کمربند کویپر)، آن را به یک مرز غیر قابل اعتماد برای کل منظومه شمسی تبدیل می‌کند.

هلیوپوز (heliopause)

هلیوپوز نقطه برخورد باد خورشیدی با فضای بین ستاره‌ای است

هلیوپوز لبه بیرونی اثر مغناطیسی خورشید است که به «هلیوسفر» معروف است. در این نقطه، جریان ذرات باردار ساطع شده از خورشید، معروف به «باد خورشیدی»، برای دفع جریان تابش ستاره‌ها و دیگر موجودات کیهانی در کهکشان راه شیری، بسیار ضعیف می‌شود.

رِیزنفیلد می‌گوید: «از آنجایی که پلاسمای داخل هلیوپوز منشأ خورشیدی دارد و پلاسمای خارج از هلیوپوز منشأ بین ستاره‌ای دارد، برخی افراد هلیوپوز را مرز منظومه شمسی می‌دانند. در نتیجه، فضای فراسوی هلیوپوز نیز اغلب به عنوان «فضای بین ستاره‌ای» یا فضای بین ستاره‌ها شناخته می‌شود.

دو فضاپیما به فراسوی هلیوپوز سفر کرده اند: وویجر ۱ در سال ۲۰۱۲ و وویجر ۲ که در سال ۲۰۱۸ از آن عبور کردند. همانطور که کاوشگر‌های وویجر از هلیوپوز عبور کردند، آن‌ها به سرعت تغییرات در نوع و سطوح مغناطیس و برخورد تشعشع را تشخیص دادند. براون می‌گوید این نشان می‌دهد که آن‌ها از نوعی مرز عبور کرده اند.

با این حال، علیرغم نامش، هلیوسفر یک کُره کامل نیست. در عوض، بیشتر شبیه یک حباب مستطیل است، زیرا بیشتر پلاسمای بین ستاره‌ای که منظومه شمسی را بمباران می‌کند تنها از یک جهت به ما برخورد می‌کند، که یک شوک کمانی (شوک تعظیم) ایجاد می‌کند - یک موج ضربه‌ای گرد که پرتو‌های ورودی را به اطراف بقیه منظومه شمسی منحرف می‌کند. شوک کمانی یا شوک تعظیم در حدود فاصله ۱۲۰ واحد نجومی از خورشید قرار دارد و دم بلندی ایجاد می‌کند که حداقل ۳۵۰ واحد نجومی از خورشید در جهت مخالف امتداد دارد.

بنابراین، استفاده از هلیوپوز برای ترسیم مرز منظومه شمسی ما را با یک همسایه کج و معوج و نامتعادل مواجه می‌کند که برخلاف تصور برخی محققان از منظومه‌های سیاره‌ای است.

ابر اورت (Oort Cloud)

ابر اورت (سمت چپ) بسیار بزرگتر از منظومه شمسی (راست) یا کمربند کویپر (مرکز) است

به گفته ناسا، «ابر اورت» دورترین و گسترده‌ترین مرز بالقوه منظومه شمسی است که تا حدود ۱۰۰۰۰۰ واحد نجومی از خورشید امتداد دارد. رِیزنفیلد می‌گوید: افرادی که منظومه شمسی را به عنوان هر چیزی که از نظر گرانشی به خورشید متصل است تعریف می‌کنند، لبه ابر اورت را لبه منظومه شمسی می‌دانند.

برای برخی از محققان، این انتخاب روشن و آشکاری برای مرز منظومه شمسی است، زیرا در تئوری، یک منظومه سیاره‌ای از همه اجرام در حال چرخش به دور یک ستاره تشکیل شده است.

«شان ریموند»، ستاره شناس آزمایشگاه اخترفیزیک بوردو در فرانسه در همین راستا می‌گوید: «نمی فهمم که چگونه کسی چیزی غیر از ابر اورت را لبه منظومه شمسی می‌داند. هر تعریف دیگری مضحک به نظر می‌رسد. این به معنای واقعی کلمه لبه جایی است که چیزی می‌تواند به دور خورشید بچرخد.». 

با این حال، سایر محققان بر این باورند که از آنجایی که ابر اورت در فضای بین ستاره‌ای قرار دارد، حتی اگر به ستاره خانه ما یعنی خورشید متصل باشد، فراتر از منظومه شمسی قرار دارد.

همچنین مقدار زیادی ابهام در مورد اینکه ابر اورت واقعاً به کجا ختم می‌شود، وجود دارد که همین باعث شده برخی استدلال کنند ابر اوورت مانند کمربند کویپر غیر قابل اعتماد است. 

کدام نظریه بهتر است؟

از بین سه مرز ممکن، هلیوپوز همانی است که اغلب توسط محققان و ناسا برای تعیین لبه منظومه شمسی استفاده می‌شود. این امر به این دلیل است که تشخیص آن راحت‌تر است و خواص مغناطیسی در دو طرف آن به طور قابل توجهی متفاوت است.

رِیزنفیلد می‌گوید: «من می‌خواهم که هلیوپوز مرز باشد، زیرا واقعاً یک مرز است. وقتی از آن عبور کردی، آن را می‌فهمی.» این محقق آزمایشگاه ملی لوس آلاموس نیومکزیکو افزود، اما این بدان معنا نیست که همه چیز فراسوی هلیوپوز را باید یک جرم بین ستاره‌ای در نظر گرفت، مانند سنگ فضایی عظیم «Oumuamua». وی گفت: «ابر اورت در اصل بخشی از همان موادی بود که سیارات از آن تشکیل شده‌اند، بنابراین از مواد و مصالح منظومه شمسی تشکیل شده است، نه مواد بین ستاره‌ای.

اما در حالی که برخی از محققان از انتخاب یکی از تئوری‌ها به مرز منظومه شمسی خوشحالند، برخی دیگر دلیلی نمی‌بینند که منظومه شمسی نمی‌تواند مرز‌های متعددی داشته باشد.

براون گفت: «من می‌گویم که هیچ استدلال واقعی وجود ندارد. بسته به اینکه چه چیزی برای سؤال مورد نظر اهمیت داشته باشد روش‌های مختلفی برای تعریف مرز وجود دارد.»