ما الحد الأقصى لعدد الكواكب التي يمكن أن تدور حول الشمس؟

وفقا لموسوعة الكواكب خارج المجموعة الشمسية، فإن نظامنا الشمسي يحتوي على عدد كبير بشكل غير عادي من الكواكب مقارنة بأنظمة الكواكب الأخرى المعروفة. ويمكن القول إنه في المجموع، يوجد حوالي 812 نظاما كوكبيا معروفا يحتوي كل منها على ثلاثة أو أكثر من الكواكب المؤكدة، ويوجد نظام كوكبي واحد آخر معروف يحتوي على عدد من الكواكب مثل نظامنا الشمسي، وهو “كيبلر-90” (Kepler-90).

قد نرى من ذلك أن نظامنا الشمسي بكواكبه الثمانية هو أكثر الأنظمة اكتظاظا بالكواكب في الوقت الحالي، على الرغم من احتمالية أن تكون هناك كواكب داخلية صغيرة لم يتم اكتشافها بعد في أنظمة الكواكب الخارجية هذه. لكن هل هذا هو الحد الأقصى لعدد الكواكب التي يمكن أن تدور حول الشمس أم أن هناك متسعا للمزيد؟

وفقا لموقع “لايف ساينس” (Live Science) العلمي، فإنه لحساب السعة القصوى المطلقة من الكواكب التي يمكن أن تدور حول الشمس، فإننا نحتاج إلى الانتقال إلى العالم النظري، وأن نتجاهل بعض العوامل الطبيعية التي قد تحد من عدد الكواكب التي يمكن أن تتكون. واحدة من أفضل الطرق للقيام بذلك هي تصميم أو هندسة نظام شمسي جديد تماما من الصفر.

وهذا ما قام به بالفعل عالم الفلك شون ريموند المتخصص في أنظمة الكواكب في مختبر بوردو للفيزياء الفلكية في فرنسا. فقد صمم ما أطلق عليه “النظام الشمسي الهندسي الأقصى” (Ultimate Engineered Solar System) الذي حدد فيه عدد الكواكب، وفقا لبعض المتغيرات الرئيسية التي نناقشها في ما يأتي:

عوامل تؤثر في عدد الكواكب

يقول شون ريموند لموقع “لايف ساينس”، إن بنية النظام الكوكبي هي نتيجة لعدد من العوامل المعقدة التي يجب أخذها في الاعتبار، مثل حجم النجم، وحجم الكواكب صخرية أم عمالقة الغاز، وعدد الأقمار التي تدور حول كل كوكب، وموقع الكويكبات والمذنبات الكبيرة، مثل تلك الموجودة في حزام الكويكبات بين المشتري والمريخ وفي حزام كويبر وراء نبتون، وكذلك اتجاه مدارات الكواكب وكمية المواد المتبقية من الشمس أو النجم لتشكيل وإنشاء الكواكب. يستغرق الأمر أيضا مئات ملايين السنين من الاصطدامات الشديدة وسحب الجاذبية بين الكواكب حتى يستقر النظام في تكوين مستقر.

ويفترض ريموند أننا لو أصبحنا حضارة فائقة التقدم مع التكنولوجيا والموارد التي تتجاوز بكثير قدراتنا الحالية، فقد يكون من الممكن التغلب على الكثير من القيود وتصميم نظام شمسي مليء بأكبر عدد من الكواكب.

عدد الكواكب محدود بعدد المدارات

في النظام الشمسي المصمم هندسيا، يكون الحد الأقصى لعدد الكواكب محدودا بعدد المدارات الكوكبية التي يمكنك وضعها حول الشمس في نظام مستقر.

ولأنه عندما يصبح النظام الكوكبي غير مستقر، تبدأ مدارات الكواكب في التقاطع مع بعضها وتتصادم أو تتشتت بفعل الجاذبية وتنطلق خارج النظام أو تدور حول بعضها.

الحد الأدنى للمسافة الآمنة بين مدارات الكواكب المختلفة في نظام مستقر يعتمد على حجم كل كوكب، أو بشكل أكثر دقة “نصف قطر هيل” (Hill radius). ونصف قطر هيل على كوكب ما هو المسافة بين الكوكب وحافة مجال تأثيره، حيث تتأثر الأجسام ذات الكتلة الأصغر بجاذبيته مثل القمر الذي يدور حول الأرض.

وتمارس الكواكب الأكثر ضخامة جاذبية أقوى، مما يعني أن لديها نصف قطر هيل أكبر. ووفقا لوكالة ناسا، فإن هذا هو السبب في أن المسافة بين مداري الأرض والمريخ التي تبلغ حوالي 78.3 مليون كيلومتر، أصغر بحوالي سبع مرات من المسافة بين مداري كوكب المريخ والمشتري التي تبلغ حوالي 550.7 مليون كيلومتر.

لهذا السبب، فإن عدد المدارات التي يمكن أن تتلاءم مع النظام الشمسي يعتمد في الغالب على حجم الكواكب. على سبيل المثال، فإن كوكب المشتري أكبر بنحو 300 مرة من الأرض، مما يعني أن نصف قطر هيل أكبر بحوالي 10 مرات. وهذا يعني أن 10 مدارات أرضية منفصلة يمكن أن تتناسب مع نفس الفضاء الذي يشغله مدار كوكب المشتري الحالي. لذلك ولزيادة عدد الكواكب في نظام ما، عليك جعل هذه الكواكب صغيرة بقدر الإمكان.

من ناحية أخرى، فإنه يمكن زيادة عدد المدارات من خلال فكرة “المدارات العكسية”. في النظام الشمسي الحالي، تدور جميع الكواكب في نفس الاتجاه حول الشمس، لأن الكواكب تشكلت من سحابة كبيرة من الغبار تدور في نفس الاتجاه حول الشمس. مع ذلك، فإنه يمكن في النظام الشمسي المصمم هندسيا أن توجد كواكب تدور حول الشمس في الاتجاه المعاكس، وتعرف باسم “المدارات العكسية”. ويمكن الاستفادة من ذلك في زيادة عدد المدارات.

وإذا كان كوكبان يدوران حول الشمس في الاتجاه المعاكس، فإن قوى الجاذبية بينهما ستضعف قليلا، ويمكن تقليل الحد الأدنى للمسافة الآمنة بين مداريهما.

42 كوكبا في مدار واحد

من المفترض أن كل مدار في النظام الشمسي يحتوي على كوكب واحد فقط. ولكن إذا أردنا تعظيم عدد الكواكب في نظامنا الشمسي المصمم هندسيا، فسيكون علينا وضع أكبر عدد ممكن من الكواكب في نفس المدار، بشرط أن تكون متباعدة عن بعضها بما يكفي للبقاء بشكل مستقر.

وقد حدد العلماء في دراسة نُشرت عام 2010 بمجلة “الميكانيكا السماوية وعلم الفلك الديناميكي” (Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy)، عدد الكواكب التي يمكن أن تشترك في مدار واحد، ووجدوا أنه يمكن لـ42 كوكبا بحجم الأرض أن تتشارك في مدار واحد.

لكن، وفقا لريموند، فإن فرص هذا العدد الكبير من الكواكب التي تشترك في مدار واحد بشكل طبيعي هي صفر تقريبا، لأن ذلك يستلزم أن تكون جميع الكواكب بنفس الحجم تماما، وأن تتشكل في نفس الوقت.

النظام الشمسي الهندسي الأقصى

واستخدم شون ريموند المحاكاة الحاسوبية التي ابتكرها لحساب عدد الكواكب الأقصى الذي يمكن نظريا أن يوجد في نظامنا الشمسي، وذلك وفقا للمتغيرات الرئيسية السابقة، ونشر النتائج على مدونته “بلانت بلانت” (Planet Planet).

واستخدم ريموند في نموذجه كواكب متساوية الحجم (بحجم الأرض) ذات مدارات عكسية، إضافة إلى ذلك يمتد نظام ريموند الهندسي إلى ألف وحدة فلكية (AU) من الشمس بدلا من 100 وحدة فلكية حالية، وفقا لوكالة الفضاء الأوروبية، حيث إن تأثير جاذبية الشمس يمكن أن يمتد إلى أبعد من ذلك بكثير. مع العلم أن الوحدة الفلكية تمثل متوسط المسافة بين الشمس ومدار الأرض، وهي حوالي 150 مليون كيلومتر.

وإذا أخذنا كل ذلك في الحسبان، فسنجد أن نظامنا الشمسي يمكن أن يتسع لـ57 مدارا، كل منها يحتوي على 42 كوكبا، فيصبح إجمالي عدد الكواكب هو 2394 كوكبا.

وفي حال تم استخدام كواكب أصغر حجما تصل إلى عُشر حجم الأرض تقريبا، فيمكن أن يتسع نظامنا الشمسي لـ121 مدارا يحتوي كل منها على 89 كوكبا، مما يعطي عددا إجماليا للكواكب يبلغ 10 آلاف و769 كوكبا. وإذا كانت الكواكب بحجم واحد من مئة من كتلة الأرض، فيمكن أن يكون هناك 341 مدارا يحتوي كل منها على 193 كوكبا مما يعطي إجماليا يبلغ 65 ألفا و813 كوكبا.