سیارات منظومه شمسی

مشتری

مشتری، پرجرم ترین سیاره منظومه شمسی ما با چهار قمر با اندازه های سیاره ای و بسیاری قمرهای کوچک تر، برای خود  منظومه ای مینیاتوری است. مشتری سیاره ای گازی و از نظر ترکیبات مانند یک ستاره است.

 در واقع، اگر حدود ٨٠ برابر بیشتر از جرم اکنونش جرم داشت، به یک ستاره تبدیل می شد.

در ۷ ژانویه سال ١۶١٠میلادی ، گالیله با تلسکوپ ساده و ابتدایی خود چهار “ستاره” در اطراف مشتری دید. او چهار قمر بزرگ مشتری را که اکنون آیو ، کالیستو، گانیمد و اروپا نامیده می شوند، کشف کرده بود. امروزه این چهار قمر به قمرهای گالیله ای مشهورند. در ٣٠ سال اخیر اکتشافات بسیاری درباره مشتری و قمرهایش صورت گرفته است که اگر گالیله زنده بود و آنها را می شنید، بسیار شگفت زده می شد. آیو، فعال ترین جرم آتشفشانی منظومه شمسی است. گانیمد بزرگترین قمر منظومه است و تنها قمر شناخته شده ای است که میدان مغناطیسی خودش را دارد. اقیانوس مایعی ممکن است زیر پوسته  یخ زده سطح اروپا نهفته باشد. اقیانوس های یخ زده ای نیز ممکن است زیر سطح گانیمد و کالیستو وجود داشته باشند. فقط در سال ٢٠٠٣ میلادی، ستاره شناسان ٢٣ قمر جدید برای مشتری کشف کردند که تعداد اقمار آن را به ۶٣ عدد، بیشترین تعداد قمر برای یک سیاره در منظومه شمسی، رساند. بسیاری از اقمار کوچک مشتری ممکن است سیارکهایی باشند که در دام گرانش سیاره افتاده اند. مشتری ظاهری بسیار زیبا با رنگهای گونانگون و پدیده های جوی بسیار دارد. ابرهایی که بیش از سایر قسمت ها به چشم می آیند، از آمونیاک تشکیل شده اند. ملکولهای آب در اعماق وجود دارد و گاهی به شکل نقاطی در ابرهای تازه تشکیل شده به چشم می خورد. “خطوطی” که روی سیاره دیده می شوند، کمربندهای تیره هستند و نواحی روشن با بادهای شدید شرقی-غربی در جو بالایی مشتری، به وجود می آیند. بین این نواحی و کمربندها طوفانهایی وجود دارند که برخی از آنها سالیان سال است که فعال هستند. لکه سرخ بزرگ، طوفان چرخان غولپیکری است که بیش از ٣٠٠ سال رصد شده است. ترکیبات شیمیایی مشتری مشابه خورشید است، عمدتا هلیوم و هیدروژن. در اعماق سیاره، فشار و دما بسیار بالا می رود، به گونه ای که هیدروژن گازی در اعماق، به مایع تبدیل می شود. تقریبا در یک سوم راه به سمت مرکز، هیدروژن فلزی به وجود می آید که رسانای جریان الکتریکی است. در این لایه الکتریکی، میدان مغناطیسی قوی مشتری با جریان های الکتریکی که چرخش سریع سیاره آنها را به وجود آورده است، جمع می شود. در مرکز، احتمالا فشار زیاد موجب به وجود آمدن هسته جامدی از سنگ و یخ به ابعاد زمین، شده است.

میدان مغناطیسی قوی مشتری تقریبا ٢٠٠٠٠ برابر میدان زمین است. دسته ای از ذرات باردار در مغناط کره مشتری، ناحیه ای که خطوط میدان مغناطیسی در اطراف سیاره از یک قطب تا قطب دیگر را پو شانده اند، به دام افتاده اند. قمرها و حلقه های مشتری در پوششی از الکترون ها و یونهای به دام افتاده در میدان مغناطیسی سیاره، قرار گرفته اند. مغناط کره مشتری، شامل این ذرات و میدانها، ١ تا ٣ میلیون کیلومتر به سمت خورشید و بیش از ۱ میلیارد کیلومتر در پشت مشتری، تا مدار زحل، کشیده شده است.

فضاپیمای ویجر ١ ناسا در سال ١٩٧٩میلادی حلقه های مشتری را کشف کرد: حلقه اصلی مسطح و حلقه داخلی ابر مانند که هاله نامیده می شود، هر دو از ذرات کوچک و تیره رنگی تشکیل شده اند. حلقه سوم که به علت شفافیتش به نام gossamer معروف است، در واقع سه حلقه از ذرات میکروسکوپی رها شده از سه قمر کوچک مشتری، آمالته آ (Amalthea)، تبه (Thebe) و آدراسته آ (Adrastea) هستند. حلقه های مشتری احتمال دارد حاصل غبار ناشی از برخورد شهابواره های فضای میان سیاره ای با چهار قمر کوچک داخلی سیاره، باشند. حلقه اصلی احتمالا از قمر متیس (Metis) تشکیل شده است. حلقه های کم فروغ مشتری فقط زمانی دیده می شوند که نور خورشید از پشت بر آنها بتابد.

در دسامبر سال ١٩٩۵میلادی فضاپیمای گالیله متعلق به ناسا کاوشگری را به درون جو مشتری انداخت که برای اولین بار نمونه هایی را از جو مشتری آزمایش کرد. این کاوشگر پس از حدود یک ساعت سقوط و کاوش در جو مشتری بر اثر فشار لایه های جوی منهدم شد. پس از پرتاب کاوشگر، فضاپیمای گالیله چندین سال به بررسی و مطالعه مشتری و قمرهای آن پرداخت. زمانی که گالیله ٢٩ امین دور گردش خود را به دور مشتری آغاز کرده بود، فضاپیمای کاسینی-هویگنس به نزدیکی مشتری رسیده بود تا از گرانش آن برای رسیدن به زحل کمک بگیرد. هر دو فضاپیما داده های هم زمانی از مغناط کره، باد خورشیدی، حلقه ها و شفق های مشتری گرفتند.

خورشید

تک ستاره منظومه شمسی ما، خورشید، از دوران باستان توجه بشر را به خود جلب کرده است؛ به گونه ای که در بسیاری از اسطوره ها دیده می شود. در برخی از تمدّن های قدیمی ساختارهای سنگی خاصی برای رصد ماه و خورشید ساخته می شد. آنها فصل ها را ثبت می کردند، تقویم می ساختند و گرفت های خورشید و ماه را رصد می کردند. این ساختارهای سنگی نشان از توّجه انسانهای آن دوران به پدیده های نجومی دارد، مانند طلوع و غروب خورشید و ماه و حتی ستارگان و سیارات. خورشید با فاصله ای تقریبا برابر ۶٠/١۴٩میلیون کیلومتر از زمین، نزدیک ترین ستاره به ما است. این فاصله به نام “واحد نجومی” شناخته می شود که مبنای بسیاری از اندازه گیری ها در فواصل سیارات منظومه شمسی است. خورشید یک کره گازی بسیار بزرگ است که نور و گرمای آن موجب پیدایش حیات در زمین شده است، موجب عمل فتوسنتز در گیاهان می شود و تامین کننده اصلی غذا و سوخت فسیلی در زمین است. تابش خورشید و انحراف محور مدار زمین موجب پیدایش فصل ها می شود. همچنین ارتباط و کنش های میان زمین و خورشید، جریان های اقیانوسی و تغییرات آب و هوایی را سبب می شود. خورشید ٣٣٢٩٠٠بار پرجرم تر از زمین است و ٩٩.٨۶% جرم کل منظومه شمسی را در بردارد. در مرکز آن فشار و دما بسیار زیاد است. خورشید شش ناحیه دارد : هسته، منطقه تابش، منطقه همرفتی در درون آن، سطح مرئی که به نام نورسپهر یا photosphere شناخته می شود، فام سپهر و تاج که بیرونی ترین ناحیه است. در هسته، دما ١۵ میلیون درجه سانتی گراد است؛ دمایی که برای انجام واکنش های هسته ای کافی است. انرژی تولید شده در مرکز خورشید، منشا همه نور و گرمایی است که ما در زمین دریافت می کنیم.

انرژی پس از آنکه در هسته تولید شد، وارد منطقه تابش می شود و پس از ١۶٠٠٠٠ سال به منطقه همرفتی می رسد. در منطقه همرفتی، دما به زیر ٢ میلیون درجه سانتی گراد می رسد. در این منطقه، حباب های بزرگ پلاسمای داغ (دریایی از اتم های یونیزه) حرکت می کنند. “سطح” خورشید، نور سپهر، با ۵٠٠ کیلومتر قطر، ناحیه ای است که نور خورشید از آنجا وارد فضا می شود و پس از ٨ دقیقه به ما می رسد. لکه های خورشیدی در نور کره مناطقی با میدان مغناطیسی قوی هستند که سردتر، و در نتیجه تیره تر از نواحی اطرافشان در خورشید هستند. دمای نور سپهر تقریبا ۵۵٠ درجه سانتی گراد است. بالای نور سپهر، منطقه رقیقی به نام فام سپهر (Chronosphere

) و سپس تاج وجود دارد. نور مرئی این دو منطقه بسیار ضعیف است، به گونه ای که در مقابل نور شدید نور سپهر دیده نمی شود، بجز هنگام خورشید گرفتگی ها. در زمان خورشیدگرفتگی، قرص ماه مقابل خورشید قرار می گیرد و نور شدید نور سپهر را پوشش می دهد؛ در این حالت فام سپهر، به شکل حلقه سرخی در اطراف خورشید دیده می شود و تاج، هاله سفید رنگ زیبایی را در اطراف خورشید به وجود می آورد. پس از نور سپهر، دما با ارتفاع افزایش می یابد؛ به گونه ای که دما در تاج به ٢ میلیون درجه سانتی گراد می رسد. علّت دمای بالای تاج ۵٠ سال است که یکی از مسائل بزرگ علمی است. زیرا تاج با توجه به دوری از مرکز گرمازای خورشید باید کمترین دما را داشته باشد. پاسخ هایی برای این مساله با کمک فضاپیمای SOHO و TRACE پیدا شد. آنها ردی از میدان مغناطیسی که کل سطح خورشید را می پوشاند، پیدا کردند. دانشمندان می پندارند این “پوشش” مغناطیسی علّت دمای بالای تاج است. گویی که خطوط میدان با انتقال ذرّات پرانرژی تاج را داغ می کنند. تاج، دمای خود را با تابش و به شکل بادهای خورشیدی، جریانی از ذرّات باردار که تا مرزهای منظومه شمسی پیش می روند، از دست می دهد و به سرعت سرد می شود.

عطارد

عطارد مداری بیضی شکل دارد که باعث می شود تا ۴٧ میلیون کیلومتری خورشید پیش برود و تا ٧٠ میلیون کیلومتری از آن دور شود. اگر کسی در سطح داغ سیاره عطارد، زمانی که در نزدیک ترین فاصله اش از خورشید است، بایستد، خورشید با اندازه ای تقریبا سه برابر آنچه از روی زمین است، دیده می شود. دما در سطح عطارد ممکن است تا ۴٣٠ درجه سانتی گراد برسد. چون عطارد جوّی ندارد که دما را در خود نگه دارد، دمای سطح سیاره در شب تا -١٧٠ درجه سانتی گراد افت می کند.

به دلیل نزدیکی عطارد به خورشید، رصد آن از روی زمین، اغلب در شفق و فلق ممکن است و پیداکردنش کار ساده ای نیست. ١٣ بار در هر قرن عطارد، از دید ناظران زمینی از مقابل خورشید می گذرد؛ پدیده ای که به آن “گذر” گفته می شود. دانشمندان می پنداشتند همیشه یک روی عطارد به سمت خورشید است، امّا در سال ١٩۶۵ میلادی ستاره شناسان متوجه شدند این سیاره در هر دو بار گردش به دور خورشید، سه بار به دور خود می چرخد. عطارد هر ٨٨ روز یکبار به دور خورشید می گردد و با سرعتی حدود ۵٠ کیلومتر در ثانیه در فضا سیر می کند؛ سریع تر از هر سیاره دیگری. طول یک روز عطاردی (یکبار چرخش به دور خود) برابر ۵٨/۶۴۶ روز زمینی است.

عطارد جو ندارد، اما به جای جو، لایه نازکی از اتمهایی دارد که با باد خورشیدی رسیده اند یا شهاب سنگهای کوچک برخوردی آنها را از سطح بلند کرده اند. به دلیل دمای بسیار زیاد سطح عطارد در روز، اتم ها بسیار سریع از دام گرانش عطارد می گریزند. به دلیل جو بسیار رقیق عطارد، در آنجا فرسایشی وجود ندارد و شهاب سنگها هنگام برخورد با عطارد، ردی از خود در آسمان عطارد به جای نمی گذارند.

سطح عطارد بسیار  شبیه به ماه است؛ با گودال های برخوردی بسیار که حاصل برخورد شهاب سنگ ها و دنباله دارها با سطح عطارد هستند. در عطارد سطوح صاف و هموار نیز وجود دارد و علاوه بر آنها، صخره هایی با صدها کیلومتر طول و بیش از یک کیلومتر ارتفاع نیز وجود دارند که از برخورد پوسته ها، در اوایل پیدایش، به وجود آمده اند. دهانه عظیم یا رشته دیواره ای کولاریس (Colaris) با ١٣٠٠ کیلومتر قطر، یکی از بزرگترین عوارض عطارد است. این گودال، حاصل برخورد یک شهاب سنگ در اوایل پیدایش منظومه شمسی است. طی نیم میلیارد سال پس از پیدایش، با سرد شدن عطارد، قطر آن یک تا دو کیلومتر کمتر شد. در این زمان، پوسته خارجی منقبض و آنقدر سخت شد که مانع رسیدن ماگها (گدازه) و مواد آتشفشانی به سطح شد؛ این پایان دوران فعالیت های زمین شناسی در عطارد بود.

عطارد دومین سیاره کوچک منظومه شمسی است و فقط از سیاره پلوتون (اگر آن را هنوز سیاره بشماریم) کمی بزرگتر است. عطارد با هسته ای آهنی به قطر ١٨٠٠ تا ١٩٠٠ کیلومتر که ٧۵ درصد قطر سیاره را تشکیل داده است ، پس از زمین، چگال ترین سیاره منظومه است. پوسته بیرونی عطارد، در مقایسه با پوسته بیرونی زمین که به آن گوشته می گویند، فقط ۵٠٠ تا ۶٠٠ کیلومتر است. به نظر می رسد میدان مغناطیسی این سیاره، نمونه کوچک شده میدان مغناطیسی زمین است، امّا دانشمندان هنوز درباره شدّت این میدان مطمئن نیستند.

تاکنون فقط یک فضاپیما به ملاقات عطارد رفته است: مارینز ١٠ که در عبور از کنتار این سیاره توانست از ۴۵ درصد سطح سیاره تصویربرداری کند. در سال ١٩٩١ میلادی داده هایی که از رصدهای راداری به دست آمد، نشان می داد عطارد در گودال های عمیق خود در قطب شمال و جنوب که بسیار سرد هستند و نور خورشید بربستر آنها نمی تابد (کمتر از ٢١٢- درجه سانتی گراد)، احتمالا یخ آب دارد. احتمال دارد شهاب سنگ ها و دنباله دارها یخ آب را به این مناطق آورده باشند یا بخار آب از درون سیاره به سطح آمده باشد و یخ زده باشد.

ماموریت جدید ناسا به سمت عطارد به نام Messenger یا پیام آور سال ٢٠١١ میلادی به مقصد می رسد. این فضاپیما به بررسی ترکیبات سیاره، ساختار هسته و میدان مغناطیسی و ماده تشکیل دهنده قطب ها، خواهد پرداخت.

زهره

در سطح زهره دما آنقدر زیاد است که سرب را ذوب می کند و فشار آنقدر بالاست که ایستادن در زهره مانند ایستادن در عمق ٩٠٠ متری اقیانوس های زمین است (٩٠ برابر فشار هوا در سطح زمین). علاوه بر جذب گرما، این ابرها نور خورشید را بازتاب می کنند. چون زهره نور زیادی بازتاب می کند، معمولا پرنورترین سیاره آسمان است. گرچه به دلیل ضخامت ابرهای زهره، ما نمی توانیم سطح آن را ببینیم؛ امّا فضاپیماهایی بوده اند که از سطح زهره نقشه برداری کرده اند. فضاپیمای “ماژلان” با کمک رادار از سطح زهره  نقشه برداری کرد و “گالیله” موفق شد ساختار ابرهای زهره را در فروسرخ بررسی کند.

مانند عطارد، زهره نیز گاهی از دید رصدگران زمینی، از مقابل قرص خورشید عبور می کند. این گذرهای زهره به صورت جفت رخ می دهند که هر جفت حدود یک قرن با یکدیگر فاصله دارند. از زمان اختراع تلسکوپ، این گذرها در سالهای ١۶٣١، ١۶٣٩ ،١٧۶١ ، ١٧۶٩ ، ١٧٨۴ و ١٨٨٢ میلادی رصد شده اند. آخرین بار در ١٩ خرداد سال ١٣٨٣ شمسی (٨ ژوئن ٢٠٠۴ میلادی) رصدگران سراسر دنیا لکه کوچک زهره را که از مقابل خورشید گذر می کرد، رصد کردند. گذر دوم این جفت در ١٧ خرداد ١٣٩١ شمسی (۶ ژوئن ٢٠١٢ میلادی) رخ خواهد داد.

جوّ زهره بیشتر از کربن دی اکسید (Co₂) و ابرهایی از سولفوریک اسید تشکیل شده است و فقط ردّی از آب، در بخش هایی از جو، دیده شده است. جوّ ضخیم زهره که گرمای خورشید را در خود نگه می دارد، موجب شده است دمای سطح این سیاره به ۴٧٠ درجه سانتی گراد برسد. فضاپیماهایی که تاکنون بر سطح زهره فرود آمده اند، به علّت دما و فشار بسیار زیاد، بیش از چند ساعت دوام نیاورده اند. سال زهره (زمان حرکت سیاره به دور خورشید) حدود ٢٢۵ روز زمینی است، در حالی که چرخش این سیاره به دور خودش ٢۴٣ روز زمینی است؛ با توجه به جهت چرخش زهره و این اعداد یک شبانه روز (از یک طلوع تا طلوع بعدی خورشید) در زهره ١١٧ برابر یک روز زمینی است. زهره برخلاف سایر سیارات که از غرب به شرق می چرخند، از شرق به غرب به دور خود می چرخد. اگر از روی زهره به خورشید نگاه کنید، خورشید از غرب طلوع و در شرق غروب خواهد کرد. در حالی که زهره در مدار خود به دور خورشید “جلو” حرکت می کند و خودش به آرامی به “عقب” می چرخد، ابرهای جوّ آن با بادهای طوفانی هر چهار روز زمینی در جهت مخالف چرخش سیاره، حرکت می کنند. اینکه این حرکت و چرخش ها چگونه در جوّ زهره به وجود می آیند و باقی می مانند، معّمایی است که سالهاست دانشمندان را به خود مشغول کرده است. حدود ٩٠ درصد سطح زهره به نظر می رسد به تازگی از گدازه های آذرینی (بازالتی) پوشیده شده باشد؛ این گونه تصوّر می شود که ٣٠٠ تا ۵٠٠ میلیون سال پیش همه سطح سیاره با گدازه های آتشفشانی دوباره پوشیده شده است.

ترکیبات گوگردی، که می توان آنها را به فعالیت های آتشفشانی نسبت داد، در ابرهای زهره فراوانند. حرکت جوّ چگال زهره که حاوی عناصر شیمیایی خورنده و مخرب نیز هست، موجب اَشکال خاصّی از فرسایش در سطح زهره می شوند. در تصاویر راداری، نشانه هایی از وزش باد و تپه های خاکی دیده می شود. گودال های برخوردی کوچکتر از ۵/١ تا ٢ کیلومتر در سطح زهره دیده نمی شوند زیرا شهاب سنگهای کوچکی که ممکن است چنین گودال هایی را بسازند، پیش از رسیدن به سطح زهره، در جوّ ضخیم آن می سوزند. بیش از ١٠٠٠ آتشفشان و مراکز آتشفشانی با قطری بیش از ٢٠ کیلومتر در زهره دیده می شوند. جریان های آتشفشانی، کانال های بلندی به طول صدها کیلومتر با ساختارهای موجی شکل به وجود می آورند.

دشت ایشتر (Ishtar Terra)، با اندازه ای برابر استرالیا، در نواحی قطب شمال سیاره قرار گرفته است؛ دشت آفرودیت (Aphrodite Terra) ؛ اندازه ای برابر آمریکای جنوبی، در نزدیکی استوا است. کوه ماکسول (Maxwell) با ارتفاعی قابل قیاس با قلّه اورست در زمین، در لبه شرقی دشت ایشتر است. زهره هسته ای آهنی با قطر ٣٠٠٠ کیلومتر دارد. این سیاره گرچه مانند زمین هسته ای آهنی دارد، امّا به علّت چرخش کندش، میدان مغناطیسی مانند آنچه در اطراف زمین است، در اطراف خود ندارد.

زمین

زمین، سیاره مادر ما، تنها سیاره ای در منظومه شمسی است که چنین گوناگونی حیات در آن دیده می شود. هر آنچه برای زنده ماندن و ادامه حیات به آن نیاز داریم، در زیر پوشش نازکی از جو، که ما را از محیط غیرقابل حیات بیرون جدا می کند، وجود دارد. زمین از ساختار فعّال و پیچیده ای تشکیل شده است که هنوز هم با دانش قرن بیست و یکم چندان پیش بینی شدنی نیستند. مجموعه هوا، آب، خاک و حیات، شامل انسان ها، دنیای در حال تغییری را ساخته اند که می کوشیم آن را بشناسیم. دیدن زمین، از نقطه ای در فضا، کمک می کند که همه این سیاره را یک جا ببینیم. دانشمندان در سراسر دنیا، با در میان گذاشتن اطلاعات با یکدیگر، به اکتشافات بسیاری درباره زمین رسیده اند.

برخی از حقایق، کاملاً شناخته شده اند. برای مثال، زمین سوّمین سیاره از خورشید و پنجمین سیاره بزرگ منظومه شمسی است. قطر زمین فقط چند صد کیلومتر از زهره بیشتر است. به علّت انحراف محور چرخش زمین به دور خود (۵/٢٣ درجه نسبت به حالت عمود بر صفحه مداری زمین) ، در آن چهار فصل به وجود آمده است. اقیانوس ها با عمقی حداقل ۴ کیلومتر، ٧٠ درصد این سیاره را پوشانده اند. آب فقط دربازه کوچکی از دما (٠ تا ١٠٠ درجه سانتی گراد) به شکل مایع وجود دارد. این بازه دمایی، به خصوص در زمانی که با بازه های دمایی در منظومه شمسی مقایسه می شود، بسیار کوچک به نظر می آید. بخش عمده ای از آب و هوای زمین به وجود و توزیع بخار آب در جو وابسته است. در نزدیکی سطح، اقیانوسی از هوا با ٧٨ درصد نیتروژن، ٢١ درصد اکسیژن و ١ درصد سایر ترکیبات، ما را در برگرفته است. این جو آب و هوای بلند مدّت و کوتاه مدّت محلی زمین را تحت تاثیر قرار می دهد؛ از ما در مقابل پرتوهای مرگبار خورشید محافظت می کند، همچنین ما را از برخورد شهابسنگ ها دور نگه می دارد. ماهواره ها نشان داده اند که جوّ بالایی زمین، بنابر فعالیت های خورشید، در روز منبسط و در شب منقبض می شود.

هسته مذاب نیکل – آهن زمین، میدان مغناطیسی در اطراف خود تشکیل داده است که این میدان به علّت اثر بادهای خورشیدی (ذرّات دارای بار الکتریکی) ، به شکل قطره اشک درآمده است. باد خورشیدی فورانی از ذرّات ماده است که به طور مداوم از خورشید خارج می شود. میدان مغناطیسی در فضا ناپدید نمی شود، امّا مرزهای مشخصی دارد. زمانی که ذرّات باد خورشیدی به دام میدان مغناطیسی زمین می افتند با ملکول های بالایی جوّ زمین واکنش می دهند و موجب می شوند این ملکول ها، نور تابش کنند و پدیده شفق قطبی یا نورهای شمالگان و جنوبگان را به وجود آورند.

خشکی های زمین نیز در حال حرکت اند. برای مثال، قاره آمریکای شمالی، به طور مداوم با سرعتی تقریبا برابر رشد ناخن های ما، به سمت غرب در اقیانوس آرام در حال حرکت است. زمین لرزه ها زمانی رخ می دهند که صفحات خشکی ها با هم برخورد می کنند، روی هم قرار می گیرند یا شکافته می شوند و از هم فاصله می گیرند. به این صفحات، صفحه های تکتونیک زمین یا صفحه های زمین شناختی می گویند. اکتشافات و یافته های سی سال اخیر، که حاصل قرن ها مطالعه و تحقیق بودند، کمک کرد که تصور دیرینه ما از ثابت بودن خشکی های زمین، تغییر کند و کامل شود. اکنون قادریم از نقطه ای از فضا، سیاره خودمان را، به صورت مجوعه ای واحد و در مقام یک سیاره بررسی کنیم و اثرات متقابل جهانی میان اقیانوس ها، خشکی ها، هوا و حیات را با ابزارهای پیشرفته خود، زیر نظر بگیریم.

ماه

حرکت منظم تنها قمر طبیعی زمین، ماه، هزاران سال است که راهنمای مردم در تعیین و دنبال کردن زمان بوده است. همچنین تاثیرات آن بر چرخه های زمینی، به خصوص جزر و مد، در طی سالیان در تمدّن های گوناگون به ثبت رسیده است. بیش از ٧٠ فضاپیما به ماه فرستاده شده است؛ ١٢ فضانورد بر سطح آن راه رفته اند و ٣٨٢ کیلوگرم از سنگ و خاک ماه به زمین آورده شده است. وجود ماه یکی از علّت های حرکت تقدیمی زمین به شمار می رود. امّا ماه چگونه به وجود آمده است؟

اکنون، پذیرفته ترین نظریه درباره پیدایش ماه، این است که زمانی یک جسم با اندازه ای برابر مریخ، به زمین برخورد کرده است و ذرّات جدا شده (هم از زمین و هم از جسم برخوردی) به مرور در مدار زمین با هم ترکیب شده اند و ماه را به وجود آورده اند. دانشمندان بنابر سنّ قدیمی ترین سنگهای ماه، می گویند ماه باید حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش به وجود آمده باشد. زمانی که ماه شکل می گرفته است، به علّت دمای بسیار زیاد، لایه های بیرونی آن ذوب شده اند و “اقیانوسی از گدازه (ماگما)” که سراسر ماه را پوشانده بود، پوسته این قمر را به وجود آورده است. از روی زمین ما همیشه فقط یک روی ماه را می بینیم، زیرا ماه در هربار گردش به دور زمین، یکبار به دور خود می چرخد؛ یعنی سرعت گردش آن به دور زمین با سرعت چرخشش به دور خود یکسان است. رصدگران زمینی با ساختارهای تیره و روشن ماه، شکل های گوناگونی مانند چهره انسان در ماه، می ساختند. نواحی روشن، مناطق مرتفع ماه هستند. نواحی تیره، که دریا (Maria) نامیده می شوند، گودال های برخوردی هستند که ۵/٢ تا ۴ میلیارد سال پیش با گدازه های تیره پوشانده شده اند. پس از گذراندن دوران فعالیت های آتشفشانی پس از تشکیل، ماه تقریباً دست نخورده باقی مانده است و فقط برخوردهای شهاب سنگ ها و دنباله دارها بوده اند که سطح آن را تغییر داده اند. سطح ماه پوشیده از سنگریزه های کوچک و شن های خاکستری رنگ است. این پوشش گرد مانند، رگولیت یا خاک ماه (lunar regolith) نامیده می شود. رگولیت واژه ای برای سطح سنگریزه ای سیارات است. رگولیت یا خاک ماه، لایه ای نازک است و از ٢ متری روی سطوح دریاهای جوان تا ٢٠ متر بر سطوح قدیمی تر مانند ارتفاعات، ماه را پوشانده است.

برخلاف زمین، ماه پوسته های متحرک و آتشفشان های فعّال ندارد. با این حال، لرزه سنجی هایی که فضانوردان آپولو در دهه ١٩٧٠ میلادی در ماه انجام دادند، لرزه های کوچکی را در اعماق چند صد کیلومتری نشان می داد. لرزه ها احتمالا حاصل اثرات گرانش زمین و جزر و مدها هستند. همچنین فوران های ناچیز گاز از برخی دهانه ها، مانند آریستاخورس، گزارش شده اند. ماه مانند زمین میدان مغناطیسی قابل توجهی ندارد، امّا میدان های مغناطیسی محلّی ای در اطراف گودال ها ثبت شده است.

یکی از اکتشافات شگفت انگیز مدار گرد ماه در دهه ١٩۶٠ میلادی، شناسایی مناطقی در بالای دریاها بود که شتاب گرانشی قوی تری بر مدار گرد وارد می کرد. تمرکز جرم در این مناطق، احتمالاً به زمانی بر می گردد که لایه های چگال تری از گدازه های آذرینی این دریاها را پوشانده اند. در سال ١٩٩٨ میلادی، گروه تحقیقاتی فضاپیمای پویشگر ماه (Lunar Prospector) گزارشی مبنی بر یافتن یخ آب در هر دو قطب ماه منتشر کرد. دنباله دارهای برخوردی آب را به ماه آورده اند که مقداری از آن به مناطق بسیار تاریک و بسیار سرد قطب ها رفته اند. در بستر این گودال ها هرگز نور خورشید نمی تابد که این یخ ها را بخار کند. محققان به مطالعه و بررسی نمونه ها و داده های آمده از فضاپیماهای آپولو و سایر ماموریت ها و همچنین شهاب سنگ های رسیده از ماه، همچنان ادامه می دهند.

مریخ

سیاره سرخ رنگ مریخ از گذشته مورد توجه بشر بوده است، زمانی مردم می پنداشتند مریخ جایگاه تمّدن های از بین رفته است و ساکنانی دارد که همواره قصد حمله به زمین و زمینیان را دارند. در کنار این تصوّرات، سرزمین ناشناخته مریخ جاذبه های علمی بسیاری نیز برای دانشمندان داشته است و در طول قرون رصدهای علمی بسیاری از آن به ثبت رسیده است.  مریخ سرزمینی سنگی است که زمانی تصوّر می شد بسیار شبیه به زمین است. مانند سایر سیارات خاکی (عطارد، زهره و زمین) سطح آن با پدیده های آتشفشانی، برخورد اجرام دیگر، حرکت پوسته اش و اثرات جوّی، مانند طوفان های غبار، مدام در حال تغییر است. مریخ قطب هایی دارد که گستره یخ های آنها با تغییر فصول کوچک یا بزرگ می شود. لایه های پوشیده از خاک اطراف این قطب ها، نشان می دهند آب و هوای سیاره در دراز مدّت نیز تغییر می کند و نواحی قطبی و استوایی جا عوض می کنند که احتمالاً ناشی از تغییرات آهسته امّا مداوم تمایل محور سیاره است. چگونگی تشکیل و تغییر پوسته سیاره (تکتونیک) با زمین بسیار تفاوت دارد.

پوسته های زمین به صورت لایه های در کنار یکدیگر حرکت می کنند و یکدیگر را قطعه قطعه می کنند یا از هم دور می شوند (صفحه های زمین شناختی) امّا پوسته های مریخ، به نظر می رسد، حرکت عمودی داشته باشند و مواد گداخته را به سمت بالا از لایه های زیرین به سطح، پرتاب می کنند. گاهی طوفان های غبار سراسر سیاره را می پوشانند. اثرات این طوفان ها بسیار جالب و نمایشی هستند؛ گاهی تپه های شن روان درست می کنند و ساختارهایی که جریان باد روی سیاره به جا می گذارد، روی آنها دیده می شود.

به گفته دانشمندان، ۵/٣ میلیارد سال پیش، مریخ بزرگترین جریان های آب و سیل را بر سطح خود داشته است. آب حتی ممکن است دریاچه ها و اقیانوس های کم عمقی در مریخ به وجود آورده باشد. امّا چنین حجم زیاد آب و سیل از کجا آمده بود، چه مدّت باقی مانده بود و به کجا رفته است؟

در ماه مه سال ٢٠٠٢ میلادی ، دانشمندان اعلام کردند بخش کلیدی پاسخ این معما را یافته اند؛ فضاپیمای ادیسه مریخ مقادیر زیادی از یخ آب را در نزدیکی سطح مریخ شناسایی کرده بود. یخ در عمق کمی، حدود یک متر از سطح، ناحیه وسیعی اطراف قطب جنوب را پوشانده بود.

پرسش های بسیاری باقی مانده است. اکنون، دما در سطح مریخ بسیار کم است و جوّ آن بسیار رقیق است، طوری که آب به شکل مایع نمی تواند مدّت زیادی روی سطح باقی بماند و به سرعت تصعید می شود. یخ آب در قطب های مریخ دیده می شود و مقداری آب هم، به شکل بلورهای یخ، در ابرها وجود دارد. امّا مقدار آبی که برخی کانال ها و بسترهای جریان آب را در مریخ شکل داده است، در سطح یا نزدیکی آن مشاهده نشده است. تصاویر نقشه بردار سراسر مریخ ناسا (MGS) ، نشان می دهد آب های زیر سطح مریخ ممکن است به شکل دریاچه های کوچک، به سطح بیایند. پاسخ احتمالا در اعماق خاک سرخ رنگ مریخ نهفته است.

حل معمای آب در مریخ، آب و هوای این سیاره را در گذشته مشخص می کند که کمک بسیاری در شناخت چگونگی پیدایش سیارات، از جمله زمین، خواهد بود. همچنین آب، عنصر اصلی برای پیدایش حیات به حساب می آید. وجود آب در گذشته یا حال مریخ، نشانه ای برای وجود حیات در گذشته یا  حال مریخ و همچنین احتمال وجود حیات در سایر نقاط کیهان خواهد بود.  همچنین پیش از رفتن انسان به مریخ، ما باید شناخت کافی از محیط مریخ پیدا کنیم و لازم است بدانیم منابع آب در آن وجود دارد یا خیر.

مریخ ویژگی های زمین شناسی قابل توجهی دارد؛ مرتفع ترین قلّه آتشفشانی منظومه شمسی، قلّه اُلمپ یا المپوس (٢۵ کیلومتر ارتفاع و ۶٠٠ کیلومتر پهنا)، در مریخ قرار دارد؛ قلّه های آتشفشانی بسیار بزرگی در فلات تارسیس (Tharsis) دیده می شود؛ و ژرف ترین درّه منظومه شمسی، درّه ماریز، در این سیاره است. این درّه در منطقه ای به وسعت فاصله نیویورک تا لس آنجلس قرار گرفته است. دره بزرگ گرند کنیون (Grand Canyon) واقع در آریزونا به راحتی در یکی از درّه های کناری این شکاف عظیم جای می گیرد. مریخ دو قمر کوچک ٢٠ تا ٣٠ کیلومتری، به نام های فوبوس و دیموس دارد که احتمالا سیارک هایی بوده اند که در دام گرانش مریخ افتاده اند.

زحل

زحل دورترین سیاره ای است که ستاره شناسان باستان آن را می شناختند. در ١۶١٠میلادی گالیله، ستاره شناس ایتالیایی، اولین کسی بود که زحل را با تلسکوپ دید. در کمال شگفتی، او دو زائده در دو طرف سیاره مشاهده کرد. او آنها را به شکل دو کرده مجزا رسم کرد و گفت به نظر می رسد زحل، سیاره ای سه تایی است. در رصدها و طرح های بعدی، او دو جسم جانبی زحل را مانند دسته هایی که به سیاره متصل اند، رسم کرد. در ١۶۵٩ میلادی هویگنس، ستاره شناس هلندی، با تلسکوپی که از تلسکوپ گالیله قوی تر بود، زحل را رصد کرد و اعلام کرد در اطراف زحل حلقه بارک و مسطحی وجود دارد.

در ١۶٧۵، ستاره شناس ایتالیایی، ژان-دومینیک کاسینی، شکافی را بین دو حلقه زحل، که اکنون آنها را حلقه های A و B می نامیم، مشاهده کرد. اکنون می دانیم که اثرات گرانشی میماس، یکی از اقمار زحل، شکاف ۴٨٠٠ کیلومتری کاسینی را به وجود آورده است. زحل نیز مانند مشتری، بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. حجم آن ٧۵۵ بار بیشتر از زمین است. بادهای جو بالایی زحل در مناطق استوایی، تا سرعت ۵٠٠ متر بر ثانیه نیز حرکت می کنند( برای مقایسه، بادهای طوفانی شدید زمین در لایه های بالایی جو ١١٠ متر بر ثانیه است). این بادهای پرسرعت با گرمایی که از درون سیاره می آید، ترکیب می شوند و نوارهای زرد رنگ و طلایی رنگ سطح زحل را تشکیل می دهند.

مجموعه حلقه های زحل، بزرگترین و پیچیده ترین حلقه ها در منظوه شمسی هستند که تا صدها هزار کیلومتر از سیاره فاصله گرفته اند. در اوایل دهه ١٩٨٠میلادی، دو فضاپیمای وویجر ناسا کشف کردند که بیشتر حلقه های زحل از یخ آب تشکیل شده اند؛ آنها همچنین ساختارهای مواج روی حلقه ها، حلقه های کوچک و … ، اشکال تیره ای در حلقه ها که با سرعتی متفاوت از سرعت سایر مواد حلقه اطرافشان به دور سیاره می گردند، کشف کردند. مواد حلقه اندازه های گوناگونی، از چند میکرومتر تا چند ده متر، دارند. دو قمر کوچک زحل، درون شکاف بین دو حلقه اصلی قرار دارند.

تا کنون  ۵۶ قمر زحل کشف شده است و احتمالا بسیاری از آنها هنوز دیده نشده اند. بزرگترین قمر زحل ، تیتان، کمی از سیاره عطارد بزرگتر است. ( تیتان دومین قمر بزرگ منظومه شمسی است؛ گانیمد، قمر مشتری، مقام اول را دارد.) تیتان جو ضخیمی از هیدروژن دارد که احتمالا شبیه به جو زمین در مدتها پیش است. مطالعه و بررسی بیشتراین قمر، اطلاعات بسیاری درباره شکل گیری سیارات، و احتمالا اولین روزهای زمین، به ما می دهد.

زحل اقمار کوچک بسیاری نیز دارد. هریک از این قمرها در نوع خود بی نظیر و یکتا هستند؛ از انسلادوس که سطحش به طور مداوم در حال تغییر است، تا لاپتوس که یک روی آن به سیاهی قیر و نیمکره دیگرش به سفیدی برف است. گرچه میدان مغناطیسی زحل به شدت میدان مشتری نیست اما ۵٧٨ بار از میدان مغناطیسی زمین قوی تر است. زحل، حلقه هایش و بسیاری از اقمار آن، درون مغناط کره زحل، ناحیه ای در فضا که ذرات باردار در آن بیشتر تحت تاثیر میدان مغناطیسی زحل هستند تا بادهای خورشیدی، قرار گرفته اند. تصاویر تلسکوپ فضایی هابل نشان می دهد در مناطق قطبی زحل شفق هایی مانند شفق های قطبی زمین تشکیل می شود. شفق های قطبی زمانی تشکیل می شوند که ذرات باردار در امتداد خطوط میدان مغناطیسی وارد جو سیاره شوند.

وویجر ١ و٢ در  ١٩٨١ میلادی از کنار زحل گذشتند و تصاویری از آن به زمین ارسال کردند. مرحله بعدی تکمیل دانش ما از زحل در حالی که کاسینی و هویگنس به تحقیقات خود ادامه می دهند، ادامه دارد. کاوشگر هویگنس در ژانویه ٢٠٠۵ میلادی بر سطح تیتان فرود آمد و داده هایی را از سطح و جو این قمر جمع آوری کرد. کاسینی در طی ماموریت ۴ ساله اش، برای بررسی اقمار، حلقه ها و مغناط کره آن، بیش از ٧٠ دور زحل خواهد گشت. فضاپیمای کاسینی-هویگنس را ناسا، سازمان فضایی اروپا و سازمان فضایی ایتالیا حمایت کرده اند.

اورانوس

اورانوس که زمانی تصور می شد سیاره ای آرام است، سرزمینی فعال با درخشان ترین ابرهای سیارات خارجی و ١١ حلقه است. ویلیام هرشل این سیاره را در سال ١٧٨١، با تلسکوپ، کشف کرد. هفتمین سیاره منظومه شمسی آن قدر دور است که ٨۴ سال طول می کشد تا یک دور کامل به دور خورشید بگردد. اورانوس سطح سنگی ندارد و یکی از سیارات گازی به شمار می رود (مشتری، زحل و نپتون سایر سیارات گازی هستند).

بیشتر اورانوس از هلیوم و هیدروژن و مقدار کمی متان تشکیل شده است و ردهایی از آب و آمونیاک نیز در آن دیده می شود. رنگ آبی-سبز سیاره به علت وجود گاز متان است. نور خورشید از لایه های بالایی اورانوس، که در پوششی از متان قرار دارند، بازتاب می شود. هنگامی که نور از این لایه عبور می کند، گاز متان بخش قرمز نور را جذب می کند و به بخش آبی اجازه گذر می دهد، به همین علت ما رنگ آبی-سبز از سیاره می بینیم. جزئیات جو سیاره با دشواری در نور مرئی دیده می شوند. بیشتر جرم اورانوس ( ٨٠ درصد یا بیشتر) در هسته مایع آن جمع شده است که بیشتر مواد تشکیل دهنده آن “یخی” هستند (آب، متان و آمونیاک) و مواد چگال تر در عمق هستند.

در سال ١٩٨۶، وویجر ۲ ابرهای کم نوری را که در جهت غرب در عرض های جنوبی سیاره با سرعت ١٠٠ تا ۶٠٠ کیلومتر در ساعت حرکت می کردند، رصد کرد. در سال ٢٠٠۴، رصدخانه کک با ابزارهای پیشرفته خود تصاویر دقیقی از اورانوس، در حالی که به نقطه اعتدال پاییزی جنوبی مدار خود رسیده بود و خورشید به طور عمودی بر استوای آن می تابید، گرفت. صفحه مداری اورانوس تقریبا عمود بر صفحه منظومه شمسی است؛ صفحه منظومه شمسی دربردارنده مدار زمین و بیشتر سیارات منظومه است. این انحراف ٩٠ درجه از صفحه منظومه، ممکن است حاصل برخورد یک جسم با ابعاد سیاره ای با اورانوس در اوایل دوران پیدایش سیارات، باشد. بر خلاف سیارات دیگر که میدان مغناطیسی آنها تقریبا منطبق بر محور چرخش آنهاست، میدان مغناطیسی اورانوس منحرف شده است و حدود ۶٠ درجه با محور چرخشش زاویه دارد؛ همچنین میدان مغناطیسی از مرکز اورانوس نیز فاصله دارد و در حدود یک سوم شعاع سیاره قرار گرفته است. بر خلاف میدانهای مغناطیسی زمین، مشتری و زحل که مانند یک آهنربای میله ای دو قطبی عمل می کنند، میدان مغناطیسی اورانوس (و نپتون) بسیار نامنظم است. میدان مغناطیسی اورانوس ۴٨ بار قوی تر از میدان زمین است.

گرچه اورانوس در مدارش به پهلو است و ٩٠ درجه انحراف دارد، به طوری که هر فصلش بیش از ٢٠ سال طول می کشد، دما در بخش زمستان و تابستان آن، به علت فاصله زیادش از خورشید، تفاوت چندانی ندارد. در بالای ابرها، دمای اورانوس ٢١۶- درجه سانتی گراد است. به علت چرخش نامتعارف اورانوس، حلقه های سیاره بر مدارش به دور خورشید عمودند. ١٠ حلقه بیرونی تیره، نازک و باریک هستند، در حالی که حلقه یازدهم که درونی تر از سایر حلقه هاست، پهن و نامنظم است. اورانوس ٢٧ قمر شناخته شده دارد که بیشتر آنها به نام شخصیتهای کارهای ویلیام شکسپیر و الکساندر پاپ (Pope) نام گذاری شده اند. میراندا عجیب ترین قمر اورانوس است. صخره های بلند و دره های پرپیچ و خم آن ممکن است حاصل ذوب شدن مقطعی درون قمر، که گاهی مواد یخی را به سطح می رساند، باشد.

نپتون

هشتمین سیاره ما، نپتون، تنها سیاره ای است که کشف آن بر مبنای محاسبات بود و نه بر اساس رصدهای مداوم آسمان. (گالیله این سیاره را در رصد هایش در سالهای ١۶١٢ میلادی و ١۶١٣ میلادی ثبت کرده است اما در آن زمان آن را یک ستاره ثابت می پنداشته است.) پیش از کشف نپتون، اخترشناسان با رصد اورانوس متوجه شدند آن گونه که پیش بینی ها نشان می دهند، حرکت نمی کند و در حرکت های مداری خود آشفتگی هایی دارد. در همان زمان، ریاضی دانی فرانسوی به نام Urbain Joseph Le Verrier، مدار و جرم یک سیاره فرضی را که موجب این آشفتگی ها می شد، محاسبه کرد اما رصدگران فرانسوی محاسبات او را رد کردند. به همین علت او محاسباتش را برای Johann Gottfried Galle در رصدخانه برلین، کسی که نپتون را در اولین شب رصد در سال ١٨۴۶ میلادی کشف کرد، فرستاد. ١٧ روز بعد، بزرگترین قمر نپتون، تریتون، نیز کشف شد. با فاصله ای تقریبا برابر ۴.۵ میلیارد کیلومتر از خورشید، نپتون هر ١۶۵ سال دور خورشید می گردد. به علت فاصله زیادش از زمین، با چشم دیده نمی شود. به علت مدار بیضوی کشیده پلوتون، نپتون در هر ٢۴٨ سال زمینی، ٢٠ سال دورترین سیاره از خورشید به حساب می آید. محور مغناطیسی اصلی سیاره، ۴٧  درجه با محور چرخش آن زاویه دارد. مانند اورانوس، که محور مغناطیسی آن از محور چرخشش ۶٠درجه انحراف دارد، با هربار چرخش سیاره، مغناط کره تغییرات بسیاری می کند. میدان مغناطیسی نپتون ٢٧ بار قوی تر از میدان زمین است. جو نپتون در اعماق آن، به آب و سایر “یخ های مایع” تبدیل می شود که زیر آنها هسته جامدی با اندازه ای برابر زمین وجود دارد. رنگ آبی نپتون به علت وجود متان در جو سیاره است. رنگ آبی-سبز اورانوس نیز به علت وجود متان در جوش بود اما نپتون، رنگی روشن تر و خالص تر دارد که نشان می دهد در جو آن علاوه بر متان، احتمالا عنصر ناشناخته دیگری نیز وجود دارد که رنگ آبی متفاوتی به آن می دهد. علت رنگ آبی سیر نپتون، هنوز مشخص نیست. برخلاف فاصله زیاد سیاره از خورشید و انرژی کمی که به آن می رسد، بادهای نپتون ٣ برابر مشتری و ٩ برابر زمین، قوی تر از زمین است. در سال ١٩٨٩ میلادی، فضاپیمای وویجر ٢ طوفان بیضوی تیره ای را در نیمکره جنوبی نپتون ثبت کرد. این “لکه بزرگ تیره” به اندازه ای بود که تمام زمین در آن جا می گرفت، بر خلاف جهت ساعت می چرخید و با سرعت ١٢٠٠ کیلومتر بر ساعت به سمت غرب حرکت می کرد. (در تصاویر هابل که پس از وویجر از نپتون گرفته شده بود، هیچ نشانی از لکه بزرگ تیره دیده نمی شد. لکه مشابهی در سال ١٩٩۴ میلادی در نیکره شمالی سیاره شکل گرفت که در سال ١٩٩٧ میلادی کشف شد.) وویجر ٢ همچنین از سایه ابرها بر روی لایه ابرهای زیرین تصویر برداری کرد که به دانشمندان کمک کرد به اختلاف ارتفاع دو لایه ابر پی ببرند.  نپتون، ۶ حلقه با ضخامت های گوناگون دارد که با رصدهای وویجر ٢ در سال١٩٨٩میلادی ثبت شدند. به نظر می رسد حلقه های نپتون جوان و کم عمر باشند. نپتون ١٣ قمر شناخته شده دارد که ۶ تای آنها را وویجر٢ کشف کرده بود. بزرگترین آنها، تریتون، در خلاف جهت چرخش سیاره مادر خود، به دور آن می گردد. تریتون، با دمای سطحی  ٢٧٣-درجه سانتی گراد، سردترین جرم شناخته شده منظومه شمسی است. وویجر ٢ در طی رصدهایش، در این قمر آبفشانهایی که مواد یخی را تا ارتفاع ٨ کیلومتر پرتاب می کنند، کشف کرد. جو نازک تریتون، که آن را نیز وویجر کشف کرده بود، بارها از روی زمین رصد شده است و مشاهده می شود در حال گرم شدن است؛ گرچه دانشمندان علت آن را نمی دانند.

پلوتون

پلوتون، کوچکترین، سردترین و دورترین سیاره منظومه شمسی، از زمان کشفش در سال ١٩٣٠ میلادی موقعیتی نامشخص داشت؛ تا زمانی که در نشست انجمن بین المللی نجوم در تاریخ ٢۴ آگوست ٢٠٠۶ میلادی تصویب شد که پلوتون از مقام یک سیاره رسمی به یک سیاره کوتوله تغییر کند. بنابر قوانین جدید، یک سیاره باید سه ویژگی داشته باشد: باید گرد خورشید بگردد؛ باید آنقدر بزرگ باشد که تحت گرانش خود شکلی کروی پیدا کند؛ و باید اجرامی را که در مدارش قرار دارند، در مسیر جاروب کرده باشد. معیار آخر پلوتون و اِریس را از مقام سیاره بودن سلب کرد، زیرا این دو در میان خرده سنگهای کمربند کوئیپر حرکت می کنند؛ در مورد سیارک سِرِس هم همین گونه است، زیرا در میان اجرام کمربند سیارکها حرکت می کند.

“سیاره” جرمی سماوی است که الف) در مداری گرد خورشید در حرکت باشد. ب) جرم کافی داشته باشد تا بر ساختار صلب و جامد خود غلبه کند و تحت تعادل هیدرواستاتیکی، شکلی تقریبا کروی به دست آورد. پ) اجرام واقع در مسیرش را جاروب کرده باشد.

“سیاره کوتوله” جرمی سماوی است که الف) در مداری گرد خورشید در حرکت باشد. ب) جرم کافی داشته باشد تا بر ساختار صلب و جامد خود غلبه کند و تحت تعادل هیدرواستاتیکی، شکلی تقریبا کروی به دست آورد. پ) اجرام واقع در مسیرش را جاروب نکرده باشد. ت) قمر نباشد. همه اجرام دیگری که به دور خورشید می گردند و قمر نیستند، “اجرام کوچک منظومه شمسی” نامیده می شوند.همچنین پلوتون عضو دسته ای از اجرام است که در کمربندی قرص-مانند در ورای مدار نپتون، به نام “اجرام کوییپر” حرکت می کنند. این منطقه دوردست شامل تعداد زیادی سرزمین های کوچک یخی، با قطری حداقل ١٠٠٠ کیلومتر، است که به نظر می رسد منشا بسیاری از دنباله دارها باشد. کلاید تومبا، پلوتون را در سال ١٩٣٠ میلادی کشف کرد. این سیاره کوتوله هر ٢۴٨ سال یکبار به دور خورشید می گردد. آخرین باری که پلوتون به نزدیکترین نقطه مدارش به خورشید رسید، سال ١٩٨٩ میلادی بود. بین سالهای ١٩٧٩ و ١٩٩٩ به علت مدار بیضوی بسیار کشیده پلوتون، این جرم از نپتون به خورشید نزدیک تر شد که موقیعت مناسبی را برای مطالعه بیشتر قمر آن، شارون، فراهم کرد.

بیشتر آنچه ما راجع به پلوتون می دانیم، به رصدهای رصدخانه های زمینی اواخر دهه ۷۰، ماهواره فروسرخ IRAS و تلسکوپ فضایی هابل بر می گردد. پاسخ بسیاری از پرسش های کلیدی درباره پلوتون، شارون و سایر اجرام دوردست منظومه شمسی هنگام رسیدن ماموریت های فضایی به سمت آنها پاسخ داده خواهد شد. هیچ فضاپیمایی تا کنون به پلوتون نرسیده است. ناسا فضاپیمایی به نام “افق های نو” به سمت پلوتون و شارون فرستاده است که علاوه بر مطالعه آنها، اجرام کوییپر را نیز مورد بررسی ومطالعه قرار می دهد. پلوتون و شارون در منطقه ای قرار دارند که تجمعی از صدها یا هزاران جرم مشابه در آنجاست. این اجرام، بازمانده دوران اولیه پیدایش منظومه شمسی هستند.

پلوتون قطری حدود دو سوم ماهِ زمین دارد، با هسته ای سنگی که پوششی از یخ آب آن را فرا گرفته است. به علت چگالی کم آن، جرمش یک ششم جرم ماه است. به نظر می رسد لایه ای از متان یخ زده، نیتروژن و کربن مونوکسید سطح پلوتون را پوشانده باشد. هنگامی که به خورشید نزدیک می شود، بخشی از لایه های یخ تبخیر می شوند و جو رقیقی با فشار یک میلیونیوم جو زمین برای پلوتون ایجاد می کنند. گرانش کم پلوتون (حدود ۶ درصد زمین) موجب می شود جو در ارتفاع بیشتری پخش شود. چون مدار پلوتون بیضی بسیار کشیده است، در بازه زمانی که در مدارش از خورشید دور می شود، سردتر می شود. در این زمان، بخش زیادی از جو سیاره یخ می زند.

در سال ١٩٧٨، دو رصدگر آمریکایی، جیمز کریستی و رابرت هَرینگتون، قمر پلوتون، شارون، را کشف کردند. شارون تقریبا نصف قطر پلوتون را دارد و مداری مشابه آن دارد. شارون و پلوتون، در اصل مانند یک سیاره دوتایی هستند. سطح شارون، با یخ آب کثیف پوشیده شده است و به همین علت نور خورشید را، به اندازه پلوتون، از سطحش بازتاب نمی کند.

به علت کوچکی و دوری پلوتون، از زمین به سادگی نمی توان آن را رصد کرد. در دهه ١٩٨٠ پلوتون و شارون بارها از مقابل یکدیگر عبور کردند. رصد این عبورها، به دانشمندان کمک می کرد نقشه های خامی از سطح دو جرم بدست آورند. از همین نقشه ها قطب های پلوتون و لکه های تیره و بزرگ نزدیک استوایش کشف شدند.

دنباله دار ها

در کل تاریخ، مردم از دیدن دنباله دارها شگفت زده و وحشت زده می شدند؛ ستاره هایی با دم های بلند که بی خبر و ناگهانی در آسمان ظهور می کردند. ما اکنون می دانیم دنباله دارها، سنگهای یخی هستند که از آغاز پیدایش منظومه شمسی، ۶.۴ میلیارد سال پیش، باقی مانده اند. آنها از اجرامی هستند که کمترین تغییر را از آن زمان دیده اند و به همین علت کلیدهای بسیاری برای پاسخ به چگونگی پیدایش منظومه در خود دارند. ما می توانیم مدار بسیاری از آنها، ولی نه همه را، پیش بینی کنیم. هر سال حدود ١٠ دنباله دار “جدید” کشف می شود. دنباله دارهای کوتاه دوره ساده تر قابل پیش بینی هستند، چون دوره تناوبی کمتر از ٢٠٠ سال دارند. بیشتر آنها از منطقه ای یخی در ورای مدار نپتون می آیند. این اجرام یخی به نام “اجرام کمربند کوییپر” شناخته می شوند. دنباله دارهای بلند دوره کمتر قابل پیش بینی هستند؛ بسیاری از آنها در منطقه ای به نام ابر اورت، حدود ١٠٠٠٠٠ واحد نجومی آن سوتر از خورشید ( یعنی در فاصله ای ١٠٠٠٠٠ برابر فاصله میانگین زمین تا خورشید) قرار دارند. این دنباله دارها ممکن است ٣٠ میلیون سال طول بکشد تا یک بار دور خورشید بگردند. ( برای زمین، یک بار گردش دور خورشید یک سال زمان می برد.) میلیاردها دنباله دار در ابر اورت قرار دارد که گردِ خورشید، در مرزهای منطقه ای که گرانش خورشید هنوز بر اجرام اثر می گذارد، می گردند. هر دنباله دار فقط یک بخش جامد کوچک، به نام هسته دارد، که معمولا بیش از چند کیلومتر نیست. هسته، توده های یخی با گازهای منجمد و مقداری سنگ و غبار است. درون هسته، ممکن است مرکز سنگی کوچکی وجود داشته باشد. درحالی که یک دنباله دار به خورشید نزدیک می شود، گرم می شود. زمانی که جو آن، گیسو، بزرگ تر می شود از زمین دیده می شود. گرمای خورشید، یخِ روی سطح را تبخیر می کند و موجب می شود مانند یک تابلوی نئون بدرخشد. از منافذی که در قسمت رو به خورشید هستند، ممکن است فوارانهای گاز و غبار تا دهها هزار کیلومتر، خارج شود. مواد خارج شده قطر گیسوی دنباله دار را تا هزاران کیلومتر می رسانند. فشار تابشی خورشید و جریان ذرات باردار، که باد خورشیدی نامیده می شود، مواد گیسوی دنباله دار را از خورشید دور می کنند و دم های بلند و درخشان دنباله دار را، که معمولا به شکل دم صاف حاصل از ذرات باردار و دم منحنی وار حاصل از غبار دیده می شوند، تشکیل می دهند. دم های دنباله دار همیشه در خلاف جهت خورشید هستند. بیشتر دنباله دارها از فاصله ایمنی نسبت به خورشید عبور می کنند. دنباله دار هالی از ٨٩ میلیون کیلومتر به خورشید نزدیک تر نشد، که از فاصله زمین تا خورشید کمتر است. با این حال برخی از دنباله دارها به نام دنباله دارهای خراشان، داخل خورشید می افتند یا آنقدر به خورشید نزدیک می شوند که تکه تکه شده و تبخیر می شوند. سالها پیش، در زمانهای آغازین زمین، برخوردهای دنباله دار ها با زمین نقش اساسی و مهمی در تحول این سیاره داشته اند. برخی معتقدند دنباله دار ها آب و انواع ملکولهای آلی را به روی زمین آورده اند.

کمربند کوییپر

در سال ١٩۵٠، اخترشناس هلندی به نام اورت، متوجه شد که تعدادی از دنباله دارها از پوسته کروی بزرگی از اجرام یخی، در مرزهای منظومه شمسی، می آیند. این مجموعه اجرام که اکنون ابر اورت نامیده می شوند، در فاصله ۵٠٠٠ تا ١٠٠٠٠٠ واحد نجومی از خورشید قرار دارند. ( یک واحد نجومی برابر فاصله میانگین زمین تا خورشید، حدود ١۵٠ میلیون کیلومتر، است.) ابر اورت اجرام یخی زیادی را، اطراف خورشید، در برمی گیرد. گاهی عبور یک ستاره از نزدیکی این ابر، موجب می شود مدار یکی از این اجرام مختل شود و به داخل منظومه شمسی راه یابند و دنباله داری بلند دوره شوند. این دنباله دارها مدارهای بسیار بزرگی دارند و فقط یک بار در منظومه شمسی دیده می شوند. بر خلاف آنها، دنباله دارهای کوتاه دوره، دوره تناوبی کمتر از ٢٠٠ سال دارند و در مدارهایی منطبق بر صفحه مدار سایر سیارات حرکت می کنند. آنها از منطقه ای در ورای مدار نپتون، به نام کمربند کوییپر، که به نام اخترشناسی به نام جرارد کوییپر در سال ١٩۵١ نام گذاری شده است، می آیند. کمربند کوییپر در فاصله ۵٠ واحد نجومی از خورشید، مملو از اجرام یخی کوچک است. در سال ١٩٩٢ اخترشناسان نقطه سرخ رنگ کوچکی را در ۴٢ واحد نجومی خورشید تشخیص دادند؛ اولین جرم دیده شده در کمربند کوییپر. از آن سال بیش از ١٠٠٠ جرم در این کمربند شناخته شده است. (این اجرام گاهی به نام دانشمند دیگری که فرضیه وجود این کمربند را داده بود، “کمربند اِج وُرت-کوییپر” نامیده می شود.)

انجمن بین المللی نجوم، از زمان راه اندازی آن در سال ١٩١٩ ، مسئول نام گذاری اجرام منظومه شمسی مانند سیارات و اقمار بوده است. گروههای متعددی در انجمن بین المللی نجوم این کار را انجام می دهند و تصمیم های آنها به طور عمده بر اخترشناسان حرفه ای تاثیر می گذارد. اما هر چند وقت یکبار انجمن بین المللی نظرات و پیشنهادهایی را مطرح می کند که سایر علوم و یا عموم  مردم را تحت تاثیر قرار می دهد. این نظرات از نظر قوانین و مقررات ملی یا بین المللی الزام اور نیستند، بلکه صرفا قراردادهایی را وضع می کنند که به فهم ما از اجرام و فرآیندهای نجومی کمک می کنند. به این ترتیب توصیه های انجمن بین المللی نجوم باید بر پایه واقعیت های صحیح علمی بنا شده باشد و مورد پذیرش گروههای مرتبط با این موضوع باشد. مرز میان سیاره ها و سیاره های کوتوله تاکنون تعریف نشده بود، تا زمانی که تعدادی از اجرام ورای نپتون کشف شدند که اندازه ای بزرگتر از پلوتون داشتند. این کشف های اخیر انجمن بین المللی نجوم را بر آن داشت که گروهی را جمع کند تا تعریف دقیقی برای سیاره ارائه دهند.

Quaoar و Orcus

Quaoar (2002 LM60) یکی از بزرگترین اجرام کمربند کوییپر است. Quaoar، تقریبا در ۶.١ میلیارد کیلومتری مدار پلوتون (حدود ۴٢ واحد نجومی)، هر ٢٨٨ سال یکبار گرد خورشید می گردد. در سال ١٩٨٠ از این جرم عکس برداری شده بود اما تا سال ٢٠٠٢ که مایک براون و همکارانش از کَلتِک در پاسادنا آن را کشف کردند، از اجرام کوییپر به حساب نمی آمد. قطر Quaoar تقریبا ١٢۵٠ کیلومتر، برابر قمر پلوتون، شارون، است. پس از کشف پلوتون در سال ١٩٣٠ (و قمرش شارون در سال ١٩٧٨) تا سال گذشته که سیاره کوتوله UB313 کشف شد، جرمی بزرگتر از Quaoar کشف نشده بود. در حقیقت این جرم بزرگ از به هم پیوستن ۵٠٠٠٠ سیارک، به وجود آمده است. مجموع این اجرام حجمی برابر Quaoar خواهند داشت. جرم بزرگتری از کمربند کوییپر (۲۰۰۴ DW که اکنون Orcus نامیده می شود) در فاصله ۴۵ واحد نجومی از خورشید کشف شد.

۲۰۰۵ FY9 جرم بسیار بزرگی از کمربند کوییپر است که در ٣١ مارچ ٢٠٠۵ ، گروه مایک براون آن را کشف کرد. کشف آن در ٢٩ جولای ٢٠٠۵ همزمان با دو جرم بزرگ دیگر در کمربند کوییپر، ۲۰۰۳ EL61 و ۲۰۰۳ UB 313، که اکنون اِریس نامیده می شود، اعلام شد.

۲۰۰۵ FY9

۲۰۰۵ FY9  هنوز منتظر است انجمن بین المللی نجوم، نام رسمی اش را انتخاب کند. این جرم که با تلسکوپ فضایی اسپیتزر کشف شد، در ابتدا به نظر می رسید قطری برابر ۵٠ % تا ٧۵ % پلوتون داشته باشد. از نظر اندازه مشابه ۲۰۰۳ EL61 است، ولی پرنور تر از آن. پس از UB313 و پلوتون، بزرگترین جرم منظومه شمسی به شمار می آید. این جرم هر ٣٠٨ سال یک بار به دور خورشید می گردد. مانند پلوتون، مداری کشیده دارد و با صفحه مدار سیارات منظومه شمسی نیز زاویه زیادی دارد.

۲۰۰۳ EL61

۲۰۰۳ EL61 هنوز یکی از اجرام کمربند کوییپر است، که مایک براون و گروهش از کَلتِک، آن را کشف کردند. این جرم در منطقه ای آن سوی مدار نپتون است؛ جایی که پلوتون و خرده سیاره های بزرگ Orcus و Quaoar، ۲۰۰۵ FY9 و سیاره کوتوله ۲۰۰۳ UB313 در میان سایر اجرام، قرار دارند. ۲۰۰۳ EL61، پس از پلوتون و ۲۰۰۵ FY9 پرنورترین جرم این منطقه است. این جرم آنقدر پرنور است که با تلسکوپ های خوب آماتوری و مجهز به دوربین های سی سی دی، می توان آن را دید. در کنار درخشان بودن ۲۰۰۳ EL61 ، این جرم، از نمونه های دسته ای از اجرام کمربند کوییپر به نام “اجرام پراکنده کمربند کوییپر” است. این اجرام به این علت “پراکنده” نامیده می شوند که تصور می شود اجرامی باشند که زمانی با نپتون تماس نزدیک داشته اند و گرانش نپتون مدار آنها را بسیار کشیده و پراکنده کرده باشد. جرم ۲۰۰۳ EL61 ، ٣٢ % جرم پلوتون است.

سِدنا

در ماه مارچ ٢٠٠۴ ، اخترشناسان اعلام کردند سیاره جدیدی یا خرده سیاره ای، در فاصله ای بسیار دور، در سردترین مناطق منظومه شمسی، کشف کرده اند. در ابتدا، مایک براون، همراه با دکتر چاد تروجیلو از رصدخانه جِمینی در هاوایی و دیوید رابینوویتز از دانشگاه یل، این “خرده سیاره” را در ١۴ نوامبر ٢٠٠٣ ، با تلسکوپ ۴٨ اینچ ساموئل اُشین در رصدخانه پالومار در نزدیکی سَن دیگو،  کشف کردند. در روزهای بعد، جرم جدید با تلسکوپهایی در شیلی، اسپانیا، آریزونا و هاوایی و کمی پس از آن، با تلسکوپ فضایی اسپیتزر رصد شد. خرده سیاره ۲۰۰۳ VB12، که به نام خدای مردمان اسکیمو که در زیر آبهای اقیانوس شمالی زندگی می کند، سِدنا، نامیده شد، مدت کوتاهی، در دوره تناوب ١٠۵٠٠ ساله خود، به خورشید نزدیک شده بود. سدنا حدود یک چهارم تا سه هشتم قطر پلوتون است. سدنا در دورترین نقطه مدارش، ١٣٠ میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد؛ که حدود ٨۶ واحد نجومی می شود؛ ای فاصله را با فاصله نپتون، ٣٠واحد نجومی، و پلوتون، ٣٩ واحد نجومی، مقایسه کنید. کاشفان سدنا، این جرم را از اجرام داخلی ابر اورت معرفی کردند، زیرا هیچ گاه وارد کمربند کوییپر نشد. سدنا هیچ گاه از ٧۶ واحد نجومی به خورشید نزدیک تر نشد. سدنا، جرم بسیار عجیبی است؛ هیچ کس تصور نمی کرد در فضای خالی بین ابر اورت و کمربند کوییپر چنین جرمی پیدا شود. شاید ابر اورت بیشتر از آنچه تصور می شد گسترده باشد، یا شاید سدنا جرمی از اوایل پیدایش منظومه شمسی باشد که بین کمربند کوییپر و ابر اورت گرفتار شده است. از دیگر ویژگی های جالب سدنا، می توان رنگ سرخ و اندازه آن را نام برد؛ پس از مریخ، سدنا سرخ ترین جرم منظومه است. با قطری که حدود سه چهارم پلوتون تخمین زده می شود، از زمان کشف پلوتون در سال ١٩٣٠ و تا پیش از کشف UB313، بزرگترین جرم کشف شده منظومه شمسی است. سدنا در دوردست های منظومه شمسی، در سردترین منطقه منظومه که دمای آن هیچ گاه به بالای منفی ٢۴٠ درجه سانتی گراد نمی رسد، قرار دارد. سدنا در دورترین نقطه مدارش، ١٣٠ میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد. این فاصله ٩٠٠ برابر فاصله میانگین زمین تا خورشید است. دانشمندان هنگامی که متوجه شدند حتی تلسکوپ فضایی اسپیتزر نیز نمی تواند گرمای ساطع شده از این جرم سرد و دور را ثبت کند، اعلام کردند باید اندازه ای کوچکتر از پلوتون داشته باشد. با جمع آوری همه داده ها، براون اندازه سدنا را بین پلوتون و Quaoar ، خرده سیاره ای که همین گروه آن را در سال ٢٠٠٢ کشف کرده بود، تخمین زد. تا زمان کشف سدنا، Quaoar بزرگترین جرم شناخته شده در آنسوی پلوتون بود. اجرام کمربند کوییپر بسیار دور هستند و به همین علت اندازه گیری اندازه آنها کاری دشوار است. اندازه ای که برای آنها تخمین زده می شود، به ارتباط میان میزان درخشندگی سطحی آنها و اندازه شان وابسته است. برای اندازه گیری اندازه بنابر میزان درخشندگی، دانشمندان درصد بازتاب نور خورشید را از سطح جرم اندازه می گیرند، به این عدد ضریب بازتاب سطحی (آلبِدو) می گویند. با فرضِ اینکه ضریب بازتاب سطحی یک جرم متوسط کمربند کوییپر برابر دنباله دارهاست، حدود ۴ درصد، دانشمندان اندازه اجرام کمربند را حساب می کنند. یکی از راههای اندازه گیری ضریب بازتاب سطحی جرم، اندازه گیری مقدار گرمای ساطع شده از آن در طول موج فروسرخ است. در سال ٢٠٠۴ ، دانشمندان اجرام کوییپر را با تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر رصد کردند و میانگین ضریب بازتاب را ١٢ درصد به دست آوردند؛ به این ترتیب اجرام کوییپر باید کوچکتر از آنچه در ابتدا تصور می شد، باشند. با این حال، رصدها و اکتشافات جدید ممکن است این نتیجه گیری را دگرگون کند.

سیارات کوتوله

سیاره چیست؟

معیارهای یک سیاره چیست؟ انجمن بین المللی نجوم یک بار در سال ٢٠٠١ تعریفی برای سیاره ارائه داد و بار دیگر در سال ٢٠٠٣ آن را اصلاح کرد و سرانجام در ٢۴ آگوست ٢٠٠۶ به فکر تعریف دیگری افتاد. انجمن بین المللی نجوم تحت بیانیه ای رسمی سیاره را اینگونه تعریف کرد؛ ” جرمی آسمانی که الف) در مداری گرد خورشید در حرکت باشد، ب) جرم کافی داشته باشد تا بر ساختار صلب و جامد خود غلبه کند و تحت تعادل هیدرواستاتیکی شکلی تقریبا کروی به دست آورد. پ) اجرام واقع در مسیرش را جاروب کرده باشد.”

“سیاره کوتوله” جرمی سماوی است که الف) در مداری گرد خورشید در حرکت باشد. ب) جرم کافی داشته باشد تا بر ساختار صلب و جامد خود غلبه کند و تحت تعادل هیدرواستاتیکی شکلی تقریبا کروی به دست آورد. پ) اجرام واقع در مسیرش را جاروب نکرده باشد. ت) قمر نباشد. همه اجرام دیگری که به دور خورشید می گردند و قمر نیستند، “اجرام کوچک منظومه شمسی” نامیده می شوند. بنابر گفته انجمن بین المللی نجوم، انتظار می رود سیارات کوتوله بیشتری در ماهها و سالهای آتی ثبت شوند. اخیرا، چندین جرم، نامزدِ سیاره کوتوله هستند که با کشف اجرام جدید و شناخت بیشتر ساختار این نامزدها، گروهشان تغییر می کند.

سیارات کوتوله

سیارات کوتوله دسته ای از اجرام سماوی هستند که انجمن بین المللی نجوم در ٢۴ آگوست ٢٠٠۶ آنها را دسته بندی و تعریف کرد. تا کنون سه جرم را انجمن بین المللی نجوم به عنوان سیارات کوتوله معرفی کرده است:

UB313 ( که غیر رسمی زِنا و به طور رسمی اِریس نامیده می شود)

پلوتون

سِرِس

UB313 یا اِریس در جولای ٢٠٠۵، مایک براون و گروهش از دانشگاه کلتِک، اعلام کردند جرم جدیدی از کمربند کوییپر را کشف کرده اند، این بار جرمی بزرگتر از پلوتون. این جرم که به طور موقت UB313 یا زِنا نامیده شده بود، اکنون انجمن بین المللی نجوم به طور رسمی آن را اِریس نامیده است. سیاره کوتوله جدید، آنگونه که انجمن بین المللی نجوم در ٢۴ آگوست٢٠٠۶ نامگذاری کرد، ٣٠٠٠ کیلومتر قطر دارد که ٧٠٠ کیلومتر بزرگتر از پلوتون است. این رصدها به کمک حسگرهای قوی نصب شده بر تلسکوپ ٣٠ متری IRAM انجام شده اند که گرمای بازتاب شده از جرم را اندازه می گرفت و نشان داد جرم جدید، بازتابی مشابه پلوتون دارد. این داده به اخترشناسان کمک کرد اندازه آن را حساب کنند.

UB313 جرمی خاص است، زیرا اکنون بزرگترین سیاره کوتوله منظومه شمسی به شمار می رود. از زمان کشف نپتون و قمرش تریتون در سال ١٨۴۶، این جرم بزرگترین جرم کشف شده است که به دور خورشید می گردد. سیاره کوتوله جدید دورترین جرم کشف شده از خورشید است؛ حتی دورتر از سِدنا در کمربند کوییپر که در سال ٢٠٠٣ کشف شد. تقریبا ٣۵٠ میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارد و سه بار دورتر از نزدیک ترین سیاره بعدی، پلوتون است و تقریبا دو برابر پلوتون، زمانِ گردشش به دور خورشید طول می کشد.

پلوتون

پلوتون، کوچکترین، سردترین و دورترین سیاره منظومه شمسی، از زمان کشفش در سال ١٩٣٠ جایگاهش به عنوان یک سیاره مشخص نبود. پلوتون همچنین عضو دسته ای از اجرام است که در کمربندی قرص- مانند در ورای مدار نپتون، به نام “اجرام کوییپر”، حرکت می کنند. این منطقه دوردست شامل تعداد زیادی سرزمین های کوچک یخی، با قطری حداقل ١٠٠٠ کیلومتر، است که به نظر می رسد منشا بسیاری از دنباله دارها باشد. پلوتون سه قمر شناخته شده دارد؛ هیدرا و نیکس درکنار قمر بزرگش، شارون. شارون، با قطری برابر ١١٨۶ کیلومتر، کمی بزرگتر از نصف پلوتون است. گرانش پلوتون و شارون، آن دو را به هم قفل کرده است؛ این اتفاق موجب می شود در هنگام گردش به دور هم همواره یک سمتشان رو به هم باشد. بسیاری از اقمار، از جمله ماهِ زمین، همواره نیمکره ثابتی رو به سیاره خود دارند. اما منظومه پلوتون تنها نمونه ای است که سیاره نیز همواره یک رویش به سمت قمرش است. اگر روی یکی از آنها بایستید و به دیگری نگاه کنید، احساس خواهید کرد در مکان ایستاده اید و هیچ حرکتی در فضا ندارید! شارون در سال ١٩٧٨ کشف شد، در حالی که دو قمر دیگر، هیدرا و نیکس، در سال ٢٠٠۵ کشف شدند. در اساطیر یونان، شارون، قایقرانی است که ارواح مردگان را به جهان زیرین، عالم اموات، می برد؛ سرزمینی که بنا بر اساطیر رومیان، قلمرو پادشاهی پلوتون است. رصدخانه نیروی دریایی آمریکا، این نام را پس از کشف شارون در سال ١٩٧٨ ، برای این قمر پیشنهاد داد. هفت سال بعد، پلوتون و شارون دوره پنج ساله ای را شروع کردند که طی آن، دو جرم از دید ساکنان زمین با یکدیگر اختفا داشتند. این اتفاق موقعیت ویژه ای برای ما بود، زیرا این امکان را برای دانشمندان فراهم می کرد که طی هر بار اختفا اندازه و جرم پلوتون و شارون را اندازه بگیرند.  شارون به نظر می رسد پوشیده از یخ آب باشد؛ در حالی که سطح پلوتون را نیتروژن یخ زده، متان و کربن دی اکسید پوشانده است. یک فرضیه این است که مواد تشکیل دهنده شارون در یک برخورد از پلوتون جدا شده است. این فرضیه بسیار مشابه فرضیه ای است که برای چگونگی تشکیل ماهِ ما بیان شده است. ناسا فضاپیمای افق های نو را درژانویه ٢٠٠۶  به سمت پلوتون و شارون فرستاد که قرار است در سال ٢٠١۵ به مقصد خود برسد. این فضاپیما اولین فضاپیمایی خواهد بود که اجرام دوردست منظومه شمسی را از نزدیک بررسی خواهد کرد. در کنار آن، یکی دیگر از اهداف ماموریت، کشف قمرهای دیگر پلوتون با کمک تلسکوپ های زمینی و حتی تلسکوپ فضایی هابل است.

سِرِس

سرس در دسته سیارات کوتوله جایگذاری شده است، در حالی که می تواند سیارک نیز به حساب آید. نام آن از یکی از خدایان رومی گرفته شده است. سرس را Giuseppe Piazzi در اول ژانویه ١٨٠١ کشف کرد. قطری برابر ٩۵٠ کیلومتر دارد و در حالی که یک سوم جرم کمربند سیارکها را در برگرفته است، بزرگترین و پرجرم ترین سیارک این مجموعه به حساب می آید.  دسته بندی سرس بارها تغییر کرده است. هنگامی که کشف شد آن را سیاره دسته بندی کردند اما چون شبیه به سایر اجرام کشف شده در کمربند سیارکها بود، برای بیش از ١۵٠  سال، در گروه سیارک ها قرار داده شد. در ابتدا، بنابر روند جدید نام گذاری سیارکها، به سرس پیشوند عدد ١ داده شد. اما پس از کشف UB313 (اریس) در بین اجرام کوییپر، تصمیم گرفته شد تا سرس نیز همراه با اریس، پلوتون و شارون، سیاره نامیده شوند. تا زمانی که سرانجام در ٢۴ آگوست سال ۲۰۰۶ میلادی انجمن بین المللی نجوم بنا بر تعریف جدیدی که ارائه داد این اجرام را در دسته سیارات کوتوله قرار داد؛ اما هنوز مشخص نیست این دسته جدید یک گروه مستقل و جدا به شمار می آید یا هنوز سیارات کوتوله در گروه های قبلی خود، مانند “سیارک ها”، هستند.

ابراورت

ابراورت، ابرکروی بزرگی است که منظومه شمسی ما را پوشانده است. این ابر را که تا ٣٠ تریلیون کیلومتری خورشید کشیده شده است، اولین بار اخترشناس هلندی، جان اورت، کشف کرد. فاصله زیاد ابر اورت به نظر می رسد مرزهای منظومه شمسی باشد، جایی که تاثیرات گرانشی و فیزیکی خورشید به پایان می رسد. ابر اورت میلیاردها جرم یخی منظومه شمسی را در بردارد. گاهی عبور یک ستاره از نزدیکی منظومه شمسی، مدار این اجرام را مختل می کند و موجب می شود این اجرام به درون منظومه شمسی راه یابند و دنباله دارهای بلند دوره را تشکیل دهند. این دنباله دار ها مدارهای بسیار بلندی دارند و فقط یک بار در منظومه شمسی دیده می شوند. بر خلاف آنها دنباله دارهای کوتاه دوره، دوره تناوبی حداکثر برابر ٢٠٠ سال دارند و مدارهایشان منطبق بر صفحه مدار سایر سیارات منظومه شمسی است. آنها از منطقه ای ورای مدار نپتون، به نام کمربند کوییپر، می آیند؛ که به نام اخترشناس کاشف آن، جرارد کوییپر، در سال ١٩۵١ میلادی نام گذاری شده است. درون ابر اورت، دنباله دارها ده ها میلیون کیلومتر از هم فاصله دارند. اثر گرانشی خورشید بر آنها بسیار کم است، به همین علت هر نیروی کمی، مانند عبور یک ستاره از نزدیکی آنها، ممکن است مدارشان را تغییر دهد و آنها را به داخل منظومه شمسی یا خارج آن، در فضای میان ستاره ای، بفرستد. این اتفاق به خصوص برای دنباله دارهای مرزی ابر اورت بسیار رخ می دهد. نیروهای کشندی نیز در تغییر مدار دنباله دار های ابر اورت نقش دارند. یک ابر ملکولی بزرگ، بسیار پرجرم تر از خورشید است. ابرهای ملکولی تجمعی از هیدروژن سرد هستند که محل تولد ستاره ها و منظومه های شمسی به شمار می آیند. آنها به ندرت، هر ٣٠٠ تا ۵٠٠ میلیون سال یکبار، با هم برخورد می کنند، اما زمانی که برخورد کردند، به سادگی می توانند مدار دنباله دارهای ابر اورت را تغییر دهند. کل جرم دنباله دارهای ابر اورت تخمین زده می شود ۴٠ برابر جرم زمین باشد. این مواد از مکان های مختلفی از منظومه شمسی و همچنین از فواصل گوناگونی از خورشید آمده اند؛ این اختلاف، گوناگونی مواد شیمیایی تشکیل دهنده دنباله دارها را نشان می دهد.

ورای منظومه شمسی

در سال ١٩٩١ ، نُه سیاره ما، تنها سیاره های شناخته شده بودند. اخترشناسان باور نداشتند که خورشید ما، تنها ستاره ای باشد که در اطرافش سیاره وجود دارد. اما آنها مدرکی نیز مبنی بر وجود سیاراتی خارج از منظومه شمسی نداشتند. همه چیز به سرعت تغییر می کند.

در سال ١٩٩١ ، اخترشناسان رادیویی اولین سیاره فراخورشیدی را در اطراف یک ستاره مرده تپ اختر یافتند. این ستاره از یک انفجار ابرنواختری در صورت فلکی سنبله باقی مانده بود. پرتو تابشی تپ اختر به آرامی، به علت وجود سه سیاره با اندازه هایی نزدیک زمین در اطرافش، تغییر می کرد. هرچند پرتوهای رسیده از یک ستاره مرده نشان دهنده مکان مناسبی برای تشکیل حیات نیستند، اما این پرتوها اولین نشانه های وجود سیاره ای در اطراف ستاره ای جز خورشید بودند. در سال ١٩٩۵ ، اخترشناسان سوییسی گزینه دیگری برای وجود سیاره فراخورشیدی یافتند. این سیاره با مشاهده تغییری بسیار جزئی در مکان ستاره ۵١ فرس اعظم کشف شد. این ستاره، در صورت فلکی فرس اعظم، از جهت دما، اندازه، سرعت چرخش و نور تابشی بسیار شبیه به خورشید است. سیاره جدید کشف شده در اطراف ۵١ فرس اعظم اندازه ای برابر مشتری یا زحل دارد، با این تفاوت که بسیار نزدیک به ستاره مادر است، نزدیکتر از عطارد به خورشید. گرچه مکان مناسبی برای شکل گیری حیات نیست، اما اولین سیاره فراخورشیدی کشف شده در اطراف ستاره ای خورشید مانند بود. از آن زمان تا کنون، بیش از ١٠٠ سیاره در اطراف ستاره های دیگر پیدا شده است. برخی از آنها، مانند ۵١ فرس اعظم، در مداری بسیار نزدیک به ستاره مادر حرکت می کنند و برخی نیز در فاصله هایی مشابه مریخ و مشتری از ستاره مادر خود هستند.

طرح هایی برای جستجوهای آینده

اندازه مناسب، فاصله مناسب و دمای مناسب: سرانجام شواهدی مبنی بر وجود سیارات فراخورشیدی که ممکن است حیات را در خود جای داده باشند، پیدا شد. در بررسی ١٠٠٠ ستاره نزدیک خورشید ممکن است سیاراتی بسیار شبیه به زمین کشف شود. سیارات زمین مانند، که بهترین شرایط را برای شکل گیری حیات دارند، باید، بر خلاف سیارات گازی خارجی منظومه شمسی، سیاراتی سنگی باشند و جرمی بین ۵.٠ تا ١٠ برابر زمین داشته باشند. همچنین این سیارات باید در فاصله ای از ستاره مادر قرار داشته باشند که دما و فشار روی آنها، آب را به شکل مایع بتواند نگه دارد. در روش های مستقیم کشف سیارات فراخورشیدی، باید نور بازتاب شده از سیاره که از ستاره به آن می رسد، یا تابش گرمایی خود سیاره، تشخیص داده شود. نور بازتابی یا تابش گرمایی سیاره از راه طیف سنجی، البته درحالی که اخترشناسان قادر باشند نور ضعیف سیاره را در مقابل تابش شدید ستاره مادر تفکیک کنند، قابل تشخیص است و اطلاعاتی درباره اندازه، میزان بازتاب سطحی (آلبِدو) و دمای سیاره به ما می دهد. روش های کشف غیرمستقیم سیارات فراخورشیدی شاملِ اندازه گیری سرعت شعاعی ستاره های نزدیک، اندازه گیری جابه جایی های جزئی ستاره مادر به علت گردش به دور مرکز جرم سیاره و ستاره، ثبت افت و خیزهای جزئی نور ستاره مادر به علت گذر سیاره از مقابل آن، می شود. هر یک از این روش ها ممکن است منجر به کشف سیاره ای را در اطراف ستاره مادرش شوند و افق های جدیدی را در مقابل چشمان اخترشناسان بگشایند.