قمرهای منظومه شمسی

منظومه شمسی شامل هشت سیاره و تعداد دیگری سیاره کوتوله و سیارک است. در این میان تعداد قمرهای منظومه شمسی بسیار زیاد است و این رقم به دلیل پیشرفت‌های فن‌آورانه و افزایش قدرت تلسکوپ‌ها دائم در حال افزایش است. اکنون نگاهی کلی به این قمرها می‌اندازیم تا با معروف‌تر و بزرگ‌ترهایشان آشنا شویم.

• دیگر مطالب آموزشی سایت اورانوس

انسان برای هزاران سال به آسمان شب خیره و با حیرت غرق در تماشای زیبایی ماه می‌شد. برای بسیاری از تمدن‌های کهن، ماه الهه و اهله آن نشانی الهی بود. در عصر طلایی تمدن روم و بعدها در قرون وسطی ماه بعنوان جرم سنگینی شناخته شده بود که بدور زمین در حال چرخش بود، همانند سایر سیارات که تا به آنروز شناخته شده بودند (عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل).

با اینحال درک درست ما از قمرها مدیون گالیله است. زمانیکه که او در سال 989 هجری شمسی، تلسکوپش را به سمت مشتری گرفت، درک ما دچار تحولی بزرگ و متوجه اجرام نورانی کوچکی شد که بدور آن در چرخش بودند. پس از آن بود که منجمان متوجه شدند سیاره‌ها نیز همانند زمین می‌توانند قمر و قمرها داشته باشند. اما در کل چند قمر در منظومه شمسی وجود دارد؟

بگذارید اول به این سوال پاسخ دهیم، منظور ما از قمر چیست؟ اگر در مورد قمرهای شناخته شده‌ایی که بنا به تعریف اتحادیه بین‌المللی ستاره شناسی  در سال 1385 تصویب شد صحبت می‌کنیم، تعداد قمرهایی که بدور سیاره‌های منظومه شمسی می‌چرخند 173 قمر شناخته شده است. اما اگر میدان را برای اجرامی که به دور سیاره‌های کوتوله می‌گردند هم باز کنیم، آنگاه تعداد به 182 افزایش می‌یابد.

با اینحال فراموش نکنیم بیش از 200 قمر سیارکی تا بهمن 1390 در منظومه شمسی مشاهده شده است، که 76 تای آنها در کمربند سیارکی ، 4 عدد در تروجانهای مشتری، 39 عدد در اجرام نزدیک به زمین NEO (دو قمر برای هرکدام)، 14 عدد سیارک دور مریخ Mars-crossers ، 84 عدد قمر طبیعی فرانپتونی و همچنین 150 جرم کوچکی که در حلقه‌های زحل مشاهده شده است. اگرتمامی آنها را با هم جمع کنیم منظومه شمسی 545 قمر شناخته شده دارد.

اقمار سیارات درونی منظومه شمسی

سیارات درونی منظومه شمسی (عطارد، زهره، زمین و مریخ) با ترکیبات سیلیکات سنگی و معدنی که با هسته‌ایی آهنی در درون احاطه شده و سطح و پوسته سیلیکاتی، سیارات خاکی نامیده می‌شوند. تنها سه قمر در بین سیارات خاکی (زمین و مریخ) بدور آنها در چرخش هست. دانشمندان معتقد هستند در گذشته قمرهایی بوده‌اند که به دور عطارد و زهره می‌چرخیده‌اند اما به دام گرانش خورشید افتاده‌اند.

هر دو سیاره عطارد و زهره به دلیل نزدیکی به خورشید (علی الخصوص عطارد بدلیل نزدیکی بسیار) آنقدر گرانش ضعیفتری دارند که به دام افتادن جرمی در حال گذر توسط گرانش آنها و یا جوش خوردن بقایای جرم به مرور زمان و یکی شدن آنها در اطراف این دو سیاره ناممکن است. اما دو سیاره دیگر خاکی یعنی زمین و مریخ نسبت به آن دو فاصله دورتری از مرکز برای نگه داشتن قمر تحت گرانش خود را دارند.

زمین

زمین تنها یک قمر دارد که آن را با نام ماه می‌شناسیم. ماه با شعاعی در حدود 1737کیلومتر و جرم 10²²×7.3477 کیلوگرم، اندازه‌ای حدود 0.273 برابر اندازه زمین و جرمی حدود 0.0123 برابر جرم زمین دارد که برای قمر اندازه بزرگی محسوب می‌شود. ماه دومین قمر منظومه شمسی از نظر چگالی ( بعد از آیو) با چگالی تقریبی 3.3464 گرم بر سانتیمتر مکعب است.

نظریه‌های متعددی در مورد شکل‌گیری ماه تاکنون ارائه شده است اما امروزه غالب‌ترین فرضیه برخورد جرمی به بزرگی مریخ با نام تئیا Theia در روزهای اولیه شکل‌گیری زمین یعنی حدود 4.5میلیارد سال پیش است. چرخش و جوش خوردن بقایای این برخورد باعث شکل‌گیری ماه شد.

مریخ

مریخ دو قمر با نامهای فوبوس و دیموس(Phobos and Deimos) دارد. همانند ماهِ زمین، هر دو قمر قفل مداری با مریخ دارند بنابراین همیشه یک روی هر دو به سمت سیاره است. در مقایسه با ماه می‌توان گفت که آنها سطحی خشن و ناصاف و شبیه به سیارکها دارند و در ضمن بسیار کوچکترند. از این رو نظریه غالب بر این است که آنها سیارکهایی بودند که توسط گرانش مشتری از کمربند اصلی پرتاب شده و به دام گرانش مریخ  افتاده‌اند. نام قمر بزرگتر یعنی فوبوس ریشه  در کلمه یونانی به معنای ترس دارد. این قمر قطری برابر 22.7 کیلومتر دارد و در مداری نزدیکتر از دیموس به دور مریخ می‌گردد. در مقایسه با ماه که در فاصله تقریبی 384403 کیلومتری از زمین قرار دارد، فوبوس درفاصله میانگین 9377 کیلومتری بالای مریخ در حرکت است.

دیموس دومین قمر مریخ که نام خود را از کلمه یونانی به معنای وحشت گرفته از فوبوس کوچکتر است و قطری برابر 12.6 کیلومتر و ظاهری کمتر نامنظم دارد. دیموس دورتر از مریخ و با فاصله‌ای برابر 23460 کیلومتری می‌گردد ، این بدین معناست که 30.35 ساعت طول می‌کشد که یک دور به دور مریخ بزند.

اینها سه قمر سیارات درونی بودند که بنا به تعریف قمر تا کنون شناخته شده‌اند اما اگر چشم به فراتر بدوزیم متوجه می‌شویم این تنها بخش کوچکی از آن چیزی است که شناخته‌ایم، ماه تنها نمونه‌ای شناخته شده از آنها است.

سیارات خارجی منظومه شمسی

ماورای کمربند سیارک‌ها داستان کاملا متفاوت است. در این ناحیه از منظومه شمسی هر سیاره، منظومه‌ای با تعداد زیادی از قمرها را به همراه دارد، در مورد زحل و مشتری تعداد به صدها می‌رسد. تاکنون 170 قمر تایید شده است که به دور سیارات خارجی در حال گردش هستند، این در حالیست که صدها جرم کوچکتر و سیارکها نیز در گردش‌ند.

مشتری

مشتری به دلیل داشتن اندازه بسیار بزرگ، چگالی و کشش گرانشی بسیار قوی، بیشترین تعداد قمر را دارد. در حال حاضر منظومه مشتری، 67 قمر دارد، اما گمان می‌رود احتمالا بیش از 200 قمر و قمرک وجود داشته باشد .

چهار قمر بزرگ منظومه مشتری که قمرهای گالیله‌ای نام دارند (نام‌گذاری بر اساس کاشف آنها گالیلئو گالیله) شامل آیو Io (آتشفشانی‌ترین  قمر در منظومه شمسی)، اروپا Europa (با اقیانوسهای عظیمی که زیر سطح آن را پوشانده است)، گانیمد Ganymade (بزرگترین قمر در منظومه شمسی) و کالسیتو Calisto (که گمان می‌رود اقیانوسی زیر سطحش وجود دارد و همچنین یکی از قدیمی‌ترین مواد سطحی در منظومه شمسی را داراست) می‌باشد.

پس از چهار قمر گالیله‌ای، دسته‌ی دیگری از قمرهای مشتری که به قمرهای درونی یا گروه آمالتئا (Amalthea Group) معروف‌ند وجود دارد. چهار قمر کوچک با قطری کمتر از 200 کیلومتر در مداری با شعاعی کمتر از 200هزار کیلومتر و تمایل مداری کمتر از نیم درجه.

این گروه شامل متیس Metis، ادرستیا  Adrastea، آمالتئا Amalthea و ثبی Thebe هستند. همچنین تعداد زیادی قمرک‌هایِ داخلیِ دیده‌نشده وجود دارند که حلقه کم‌سوی مشتری را تجدید و نگه‌داری می‌کنند.

دسته‌ی دیگر، قمرهای نامنظم مشتری هستند که بطرز قابل ملاحظه‌ای کوچکترند، دورترند و مدار بسیار عجیبتری نسبت به بقیه دارند. این دسته خود به خانواده‌هایی تقسیم‌بندی می‌شوند که تشابهاتی در مدار و ترکیب‌بندی دارند و بسیاری معتقدند  حاصل برخورد اجرام بزرگتری هستند که توسط  گرانش مشتری به دام افتاده‌اند.

زحل

همانند مشتری، زحل نیز حداقل 150 قمر و قمرک دارد اما تنها 53 تای آنها تا کنون نام‌گذاری شده‌اند. از این تعداد 34 تای آنها قطری کمتر از 10 کیلومتر دارند و 14تای دیگر قطری مابین 10 تا50 کیلومتر دارند. با اینحال  برخی از اقمار درونی و بیرونی آن نسبتا بزرگتر و حدفاصلی بین 250تا بیش از 5000 کیلومتر دارند.

با روش سنتی اکثر اقمار زحل بر اساس تایتانهای افسانه‌های یونانی نام‌گذاری و بر اساس اندازه، مدار، و نزدیکی به زحل گروه‌بندی شده اند. اقمار درونی (آنهایی که به زحل نزدیکترند) و اقمار معروف، همگی تمایل مداری و خروج از مرکز کوچکی دارند و جهت حرکتشان به دور زحل منطبق بر جهت چرخش زحل به دور خود است (موافق‌گرد). اما قمرهای نامنظمِ ناحیه بیرونی در مداری با شعاع میلیونها کیلومتر که یک دور آنها حول زحل سالها طول می‌کشد در جهتی برعکس بدور زحل میگردند (مخالف‌گرد).

اقمار بزرگ درونی که در ناحیه حلقه E در حال گردش‌ند شامل میماس Mimas، انسلادوس Enceladus، تتیس Tethysو دایون Dion هستند. تمامی آنها عمدتاً از آب یخ‌زده تشکیل شده‌اند و اعتقاد بر این است که به بخش‌های هسته سنگی، و جبه و سطح یخی متمایز شده‌اند. اقمار بزرگ بیرونی که در ناحیه‌ای خارج از حلقه E در گردش‌ند، از نظر ترکیب مشابه اقمار درونی‌اند و در درجه اول از آبِ یخ و سنگ ساخته شده‌اند.

تیتان با قطری به طول 5150 کیلومتر و جرم 10²⁰×1350 کیلوگرم بزرگترین قمر زحل است و 96 درصد جرم اطراف زحل را شامل می‌شود. همچنین تیتان تنها قمر بزرگ دارای جو است که سرد و چگال است و در عمدتاً از نیتروژن و مقدار کمی متان تشکیل شده است. همچنین دانشمندان از وجود هیدروکربن آروماتیک چند حلقه‌ایی در لایه بالایی جو و کریستال‌های متان یخ زده خبر داده‌اند.

سطح تیتان که بدلیل مه همیشگی که در جو آن وجود دارد به سختی قابل مشاهده است، اما تعدادی دهانه برخوردی و شواهدی از وجود آبفشان یخ و رشته‌هایی از تپه‌های شنی که با خیز بادها شکلی عمودی به خود گرفته‌اند دیده می‌شود. همچنین تیتان بهمراه زمین تنها اجرامی در منطومه شمسی هستند که سطح آنها پوشیده از مایع است. با این تفاوت که سطح تیتان پوشیده از دریاچه‌های متان-اتان در نواحی قطب شمالی و جنوبی آن است.

اورانوس

اورانوس 27 قمر شناخته شده دارد که به اقمار بزرگتر، اقمار درونی و اقمار نامنظم( مشابه سایر سیارات گازی)تقسیم بندی می شوند. قمرها از نظر بزرگی به ترتیب عبارتند از تیتانیا Titania، ابرون  Oberon، آمبریل Umbriel، آریل Ariel و میراندا Miranda . قطر و جرم آنها مابین میراندا با قطری برابر 472 کیلومتر و جرم 10⁹×6.7 کیلوگرم و قمر تیتانیا با قطری برابر 1578 کیلومتر و جرم 10²¹×3.5 کیلوگرم است. هر یک از این قمرها تاریک و بازتاب نوری کمی دارند. آریل روشنترین  وآمبریل تاریکترین قمر است.

گمان بر این است که بیشتر اقمار بزرگ اورانوس در قرص برافزایشی شکل گرفته‌اند که یا اندکی پس از شکل‌گیری اورانوس شکل گرفته‌اند و یا بر اثر برخوردی بزرگ با اورانوس تازه شکل گرفته، بوجود آمده‌اند. هر کدام به مرور با مقداری از سنگ و یخ ترکیب شده‌اند بجز میراندا که در عمدتاً از یخ تشکیل شده است.

یخ موجود احتمالا از آمونیاک و دی اکسیدکربن بوجود آمده‌اند و سنگ موجود، از ترکیبات مواد کربن‌دار و شامل ترکیبات ارگانیک شبیه به آنچه در سطح سیارک و دنباله‌دارها می‌بینیم است. با این تفاوت که سطح این اقمار یخی است که اطراف هسته سنگی را احاطه کرده است.

نپتون

نپتون 14 قمر شناخته شده دارد، همه بجز یکی بر اساس خدای دریاها در اساطیر یونانی و رومی نام گذاری شده است (بجز S/2004 N 1 که همچنان نام گذاری نشده است). این اقمار به دو دسته تقسیم‌بندی شده‌اند، اقمار منظم و نامنظم که این تقسیم بندی بر اساس مدار و نزدیکی آنها به نپتون است. اقمار منظم نایاد Nayad، تالاثا Thalassa، دسپینا Despina، گالاتیا Galatea، لاریسا Larissa، S/2004N1 و پروتئوس Proteus هستند، که این اقمار به سیاره نزدیکترند و در مداری دایره شکل  در جهت موافق‌گرد و در صفحه استوایی سیاره در گردش هستند.

مابقی اقمار نامنظم هستند که تریتون Triton نیز یکی از آنهاست. اکثر آنها تمایل عجیب و جهت گردش مخالف‌گرد و دور از نپتون دارند. تنها مستثنا تریتون با مداری نزدیک‌تر و دایره‌وار است اما با اینحال حرکت مخالف‌گرد و تمایل مداری زیاد دارد.

ترتیب فاصله اقمار نامنظم با سیاره به این صورت است: تریتون، نرید Nereid، هالیمدی Halimede، سائو Sao، لائومدیدا Laomedeia، نسو Neso و ساماثه Psamathe. گردش این گروه هم در جهت موافق و هم در جهت مخالف است. بغیر از تریتون و نرید سایر اقمار نامنظم نپتون بسیار شبیه به آن چیزیست که در غول‌های گازی می‌بینیم، گمان بر این است که آنها به دام گرانش نپتون افتاده‌اند. تریتون با قطری برابر 2700 کیلومتر و جرم 10¹⁷×520±214080 کیلوگرم بزرگترین قمر نپتون است. همچنین تنها قمر بزرگی‌ست که به تعادل هیدرستاتیک رسیده (با ظاهری کروی شکل) و با فاصله‌ایی برابر 354759 کیلومتر مابین اقمار درونی و بیرونی نپتون قرار گرفته است.

این اقمار سهم اصلی را در میان اقمار منظومه شمسی دارند. خوشبختانه به لطف اکتشافات و پیشرفت تجهیزات، حتی در اطراف اجرام کوچک نیز قمرها در حال کشف شدن هستند.

سیارات کوتوله و سایر اجرام

همانطور که گفته شد در منظومه شمسی سیارات کوتوله، اجرام ماورا نپتون (Trans-Neptunian object) و سایر اجرام وجود دارند که خود نیز دارای اقماری هستند. اکثر این دسته شامل قمرهای طبیعی هستند که بدور پلوتو، اریس، هااوما و ماکی‌ماکی می‌گردند. در این تقسیم بندی پلوتو با 5 قمری که بدور آن می‌گردند بیشترین قمر را دارد که البته این عدد می‌تواند با رصدهای جدید تغییر کند. بزرگترین و نزدیکترین قمر پلوتو، شارون Charon برای اولین بار توسط منجم جیمز کریستی در سال 1356 با استفاده از عکاسی در رصدخانه نیروی دریایی ایالت متحده در واشنگتن شناخته شد، در کنار شارون  چهار قمر پیرادوتایی دیگر با نامهای استیکسStyx ، نیکس Nyx، کربروس Kerberos و هایدرا Hydra مشاهده شدند.

نیکس و هایدرا هر دو درسال 1383 همزمان با هم توسط گروه جستجوگر همدم پلوت (Pluto Companion) با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل کشف شدند. همان تیم کربروس را در سال 1390 کشف کرد. پنجمین وآخرین قمر، استیکس توسط فضاپیمای افق‌های نو (New Horizons) در سال 1391 زمانیکه در حال عکسبرداری از پلوتو و شرون بود کشف شد. شارون، استیکس و کربروس به اندازه کافی بزرگ هستند که تحت تاثیر گرانش خود شکلی کروی بگیرند اما نیکس و هایدرا شکلی مستطیلی دارند.

پلوتو و شارون منظومه بسیار نامعمولی در منظومه شمسی هستند، بطوریکه مرکز جرم این سیستم به حدی از مرکز پلوتو دور است که حتی از سطح آن نیز به بیرون زده است.

بطور خلاصه پلوتو و شارون هر دو بدور یکدیگر می‌چرخند، طوریکه برخی دانشمندان ادعا می‌کنند این بجای منظومه یک سیاره کوتوله و قمرش، منظومه سیاره کوتوله دوتایی (double-dwarf system) است. علاوه بر این، نکته جالب و غیرمعمول دیگر آن است که قفل مداری این دو جرم باعث شده همیشه یک روی سطحشان به سمت یکدیگر باشد و به همین خاطر نسبت به موقعیت هر یک به دیگری همیشه موقعیت یکسانی در آسمانشان دارند و یا همیشه پنهان هستند. این یعنی که مدت زمان گردش هر یک با مدت زمان چرخش آن به دور مرکز گرانششان برابر است.

در سال 1386 رصدهایی که رصدخانه جمینی بر تکه‌های هیدرات آمونیوم و کریستالهای آب از سطح شارون داشت پیشنهاد وجود یخ-فشان در سطح آن را داد. اشاره به این دارد که احتمالاً سطح زیرین پلوتو از اقیانوسی با دمایی گرم  و هسته‌ای فعال در مرکز تشکیل شده. اقمار پلوتو گمان می‌رود که بر اثر برخورد پلوتو و جرمی به همان بزرگی در دوران اولیه منظومه شمسی شکل گرفته‌اند. اجرام پرتاب شده حاصل از این برخورد ترکیب و اقمار را تشکیل داده‌اند.

نوبت به دومین مورد هایومئآ Haumea که می‌رسد دو قمر شناخته شده با نامهای هی‌ایکا Hi’iaka و ناماکا Namaka برگرفته از نام دو دختر الهه‌ی هاوایی دارد . هر دوی آنها در سال 1383 توسط گروه براون در رصدخانه کک کشف شدند. هی‌ایکا که در ابتدا نام مستعار ردولف Ruolph را داشت، در 6 بهمن 1383 توسط گروه دانشگاه کلتک کشف شده بود. ابعاد آن چیزی کمابیش به قطر 310 کیلومتر بزرگتر، بیرون‌تر و روشن‌تر از دیگری با مداری نزدیک به دایره با دوره تناوب 49 روز بدور هایومئآ در گردش است. مشاهدات مادون قرمز نشان می‌دهد که تقریبا تمام سطح آن پوشیده از کریستالهای خالص یخ آب است. بنا به این علت براون و گروه‌ش گمان می‌زنند این قمر تکه‌ایی از هایومئآ باشد که بر اثر برخورد شکسته شده است.

ناماکا با ابعادی کوچکتر و درونی تر در 9 تیر 1384 کشف شد و نام مستعار بلیتزن Blitzen را گرفته بود. جرم آن یک دهم  هی‌ایکا و دوره تناوب چرخش آن بدور هایومآ 18 روز با مداری بیضوی شکل است. مدار هر دو قمر بسیار عجیب است و هنوز هیچ حدسی در مورد جرم آنها تا کنون زده نشده است.

اریس

اریس یک قمر با نام دیسنومیا Dysnomia دارد که برگرفته از دختر اریس در افسانه‌های یونانی است. دیسنومیا در 19 شهریور 1384 چند ماه بعد از کشف اریس رصد شد. این قمر توسط گروهی در هاوایی با استفاده از تلسکوپ کک که برای مطالعات روی چهار جرم روشناجرا فرانپتونی  (پلوتو، ماکی‌ماکی، هایوما و اریس) مشغول بودند کشف شد.

در فروردین 1395 رصدهایی که با استفاده از دوربین زاویه باز تلسکوپ فضایی هابل انجام می‌شد متوجه شدند که ماکی‌ماکی یک قمر طبیعی دارد که  S/2015(136472)1 نام‌گذاری و توسط گروه جستجوگر به نام مستعار MK 2 نام گذاری شد. این قمر با قطر 175 کیلومتر و با فاصله 21000 کیلومتر از ماکی‌ماکی در حرکت است.

بزرگترین و کوچکترین اقمار

لقب بزرگترین قمر به گانیمد با قطر 5262.4 کیلومتر تعلق می‌گیرد که نه تنها بزرگتر از ماه زمین، بلکه بزرگتر از عطارد هم هست و گمان می‌رود تنها نصف جرم عطارد را دارد.

نوبت به کوچکترین که می‌رسد رقابت بین S/2003 J 9 و S/2003 J 12 است که هر دو با قطری یک کیلومتری به دور مشتری در حال گردش‌ند.

نکته مهمی که درباره فهرست کردن اقمار شناخته شده منظومه شمسی مطرح می‌شود کلمه کلیدی “شناخته شده” است، با گذشت هر سال تعداد بیشتری قمر شناخته می‌شوند که اکثر آنها در دهه گذشته کشف شده‌اند. با ادامه اکتشافات و پیشرفت تجهیزات شاهد خواهیم بود که صدها عدد از آنها به ناگهان در آینده آشکار خواهند شد.

منبع