سیاره چیست و چه ویژگیهایی دارد؟
تعریف سیاره
سیاره چیست: در منظومه شمسی، سیاره جسمی آسمانی است که سه ویژگی دارد:
- اولاً بهدور خورشید در گردش است اما قمر نیست
- ثانیاً جرم و درنتیجه نیروی گرانش کافی دارد تا نیروی فشار داخلیِ خود را خنثی و نتیجتاً شکل کُرَوی یا شبهکروی خود را حفظ کند اما ستاره نیست
- ثالثاً مدار گردش خود را پاکسازی کرده است، یعنی اجسام ریز و درشت سر راهش نیست
با چنین تعریفی، منظومه شمسی هشت سیاره دارد: «عطارد»، «زهره»، «زمین»، «مریخ»، «مشتری»، «زحل»، «اورانوس» و «نپتون». اما توجه کنید که خارج از منظومه شمسی نیز میلیاردها میلیارد سیاره وجود دارد که بسیاری از آنها حولِ یک یا دو ستاره در گردشند و به آنها سیارههای فراخورشیدی میگوییم. بعضی دیگر از سیارهها بهدور هیچ ستارهای نمیچرند و فقط حول مرکز کهکشان در گردش هستند که به آنها سیاره سرگردان میگوییم. در ادامه، درباره سیاره بیشتر و انواع و ویژگیهایش توضیح میدهیم.
برای آشنایی بیشتر با سیارههای منظومه شمسی میتوانید مطالعه کنید: مشخصات سیارات منظومه شمسی
ویژگیهای سیاره چیست؟
در ابتدای مقاله به ویژگیهای سیاره (planet) اشاره کردیم، یعنی:
- گردش حول ستاره (خورشید)
- جرم کافی و درنتیجه شکل کروی یا شبهکره
- مدارِ پاک
اکنون میخواهیم هر سه ویژگی سیاره را بیشتر توضیح دهیم و بر همین اساس دریابیم که سیاره چیست و چه ویژگیهایی دارد.
۱. گردش حول ستاره
بسیاری از سیارههای عالَم معمولا حول یک ستاره یا جفتستاره در گردش هستند. مثلا سیارههای منظومه شمسی در مدارهای مخصوص بهدور خورشید میگردند. خارج از منظومه شمسی نیز سیارههای پرشماری وجود دارند که بسیاری از آنها حول یک ستاره در گردشند و به آنها سیارههای فراخورشیدی میگویند. بعضی از سیارهها نیز حول یک جفتستاره در گردشند. اما سیارههایی هم وجود دارند که تحت تاثیر جاذبه هیچ ستارهای نیستند و لذا آزادانه در فضا شناور یا اصطلاحا سرگردانند. سیارههای سرگردان فقط تحت تاثیر جاذبه مرکز کهکشان هستند و بهدور مرکز کهکشان در گردشند. بعداً در همین مقاله، درباره انواع سیارهها بیشتر توضیح میدهیم. فعلا فقط خواستیم یادآوری کنیم که منظور ما از سیاره (planet) سیاراتی هستند که حول یک ستاره در گردشند. سایر انواع سیارهها ویژگیهای نسبتا متفاوتی دارند.
۲. جرم کافی و شکل کروی یا شبهکروی سیاره
ویژگی بعدی سیارهها جرم و گرانش کافی آنهاست. به مقدار ماده تشکیلدهنده هر جسم، جرم آن جسم میگوییم. هرچه جرم جسم بیشتر باشد، نیروی گرانش مرکزیِ آن جسم نیز بیشتر خواهدبود. مثلا نیروی جاذبه زمین از نیروی جاذبه ماه بیشتر است چون جرم زمین بیشتر از جرم ماه است.
نیروی گرانش مرکزیِ جسم، تمام ذرات جسم را رو به درون یعنی رو به مرکز جسم میکِشد و سبب میشود جسم، شکل کروی یا شبهکره داشته باشد. اگر گرانش مرکزی سیاره بهاندازه کافی قوی نبود، مواد تشکیلدهنده سیاره تحت تاثیر نیروی مخالف که به آن نیروی گرادیان فشار میگوییم، در فضا پخش و پراکنده میشد و سیاره نمیتوانست شکل کروی داشته باشد.
همه سیارههای منظومه شمسی و خارج از منظومه شمسی کروی یا تقریبا کروی هستند، اما بعضی از قمرها و سیارکها چون کوچک هستند و جرم کافی ندارند، گرانش مرکزیشان نیز ضعیف است و به همین علت نتوانستهاند شکل کره به خود بگیرند و بیشتر شبیه تخممرغ هستند.
۳. مدارِ پاک
سیارهها ویژگی مهم دیگری هم دارند: آنها مدارشان را پاکسازی کردهاند، یعنی اجرام آسمانیِ ریز و درشت را از سر راهشان کنار زده و یا آنها را به خود جذب کردهاند. جالب است بدانیم که همین ویژگی سبب شد تا پلوتون (پلوتو) در سال ۲۰۰۶ از فهرست سیارهها خارج شود و در دسته سیارههای کوتوله جا بگیرد. پلوتون قبلا سیاره محسوب میشد اما وقتی اخترشناسان در سال ۲۰۰۶ پاک بودن مدار را هم به فهرست ویژگیهای سیارات اضافه کردند، پلوتون از گروه سیارهها خط خورد زیرا هنوز مدار خود را کاملا پاکسازی نکرده است.
انواع سیاره
سیارهها را براساس شاخصهای مختلف میتوان دستهبندی کرد. یکی از معیارهای ما برای دستهبندی سیارهها، ماهیت چیزی است که بهدور آن در گردشند. بر همین مبنا بعضی از مهمترین انواع سیاره را چنین دستهبندی می کنیم:
- سیاره تکستارهگَرد خورشیدی (planet) یا سیاره فراخورشیدی (exoplanet یا extrasolar planet)
- سیاره جفتستارهگَرد (circumbinary planet)
- سیاره غیرجفتستارهگَرد (non-circumbinary planet)
- سیاره سرگردان (rogue planet)
همانطور که میدانیم، همه سیارههای منظومه شمسی تکستارهگرد هستند، یعنی فقط حول یک ستاره که همان خورشید است در گردشند. بسیاری از سیارههای فراخورشیدی نیز چنین هستند اما سیارههای پرشمار دیگری هم وجود دارند که حول یک جفتستاره و یا حول یکی از دو ستارهی جفت در گردشند و بعضی دیگر حول هیچ ستارهای نمیچرخند و سرگردانند. اکنون هر چهار نوع سیاره را با جزییات بیشتر بررسی میکنیم.
سیاره تکستارهگرد چیست؟
همه سیارههای منظومه شمسی حول یک ستاره که همان خورشید است در گردشند و منظور ما از سیاره (planet) همانها هستند. به سیارههای خارج از منظومه شمسی که حول ستارهای غیر از خورشید میچرخند، سیاره فراخورشیدی (exoplanet) میگوییم. سیارههای فراخورشیدی که تنها حول یک ستاره در گردشند، سیارههای تکستارهگرد هستند. سیارههای منظومه شمسی نیز چون تنها بدور یک ستاره یعنی خورشید میچرخند، سیارههای تکستارهگرد محسوب میشوند.
سیاره جفتستارهگرد چیست؟
در کهکشان راه شیری و بعضی از دیگر کهکشانها جفتستارههایی وجود دارند که تحت تاثیر جاذبه یکدیگر هستند و بههمین سبب بهدور یکدیگر در گردشند و به آنها منظومه دوتایی (binary system) میگوییم. به سیارههایی که در مدارهای مخصوص حولِ چنین جفتستارههایی میچرخند، سیارههای جفتستارهگرد یا دوستارهگرد (circumbinary planet) میگویند. مدار گردش سیارههای جفتستارهگرد را مدار نوع پی (P-type orbit) مینامند.
سیاره غیرجفتستارهگرد چیست؟
بعضی از سیارهها در منظومههای دوتایی، فقط حول یکی از دو ستاره میچرخند. وقتی فاصله دو ستاره از هم زیاد باشد، ممکن است چنین حالتی رخ دهد و سیارهای که به یکی از دو ستاره نزدیکتر است، فقط حول همان ستاره بچرخد. به چنین سیارههایی سیاره غیرجفتستارهگرد (non-cricumbinary planet) میگوییم. مدار گردش سیارههای غیرجفتستارهگرد را مدار نوع اِس (S-type orbit) مینامند.
سیاره سرگردان چیست؟
بسیاری از سیارهها در عالم به هیچ ستارهای نزدیک نیستند و لذا تحت تاثیر نیروی گرانش هیچ ستارهای قرار نمیگیرند و حول هیچ ستارهای نمیچرخند. به چنین سیارههایی سیاره سرگردان یا پرسهزن (rogue planet) میگویند. شاید به نظر برسد که سیارههای سرگردان بیهدف در فضا شناورند اما آنها در اصل حول مرکز کهکشانشان در گردشند. معمولا در بسیاری از کهکشانها تجمع سیاهچالهها در مرکز کهکشان بیشتر است و به همین علت مرکز کهکشان نیروی گرانش بسیار قدرتمندی دارد که نه فقط سیارههای سرگردان بلکه همه ستارهها و سیارهها را تحت تاثیر قرار میدهد.
جالب است بدانیم که خورشید ما نیز تحت تاثیر گرانش مرکزیِ کهکشان راه شیری، همواره در حال گردش حول مرکز کهکشان است و همه سیارات و دیگر اجرام منظومه شمسی را نیز همراهِ خود میکِشد. خورشید و منظومه شمسی ما با سرعت ۸۲۸,۰۰۰ کیلومتر در ساعت حول مرکز کهکشان در گردش هستند و حدود ۲۳۰ میلیون سال طول میکشد تا مدار گردش خود را کامل کنند.
اکنون در بخش پیشِ رو میخواهیم به انواع سیارههای منظومه شمسی و انواع سیارههای بیرون از منظومه شمسی بر اساس جنس یا مواد سازندهشان نیز اشاره کنیم.
انواع سیارههای منظومه خورشیدی (براساس ماده سازنده): سیاره گازی و سنگی چیست؟
سیارههای منظومه شمسی بر اساس جنسشان به دو دسته سیارههای سنگی (زمینسان) و سیارههای گازی (مشتریگون) تقسیم میشوند.
- سیارههای سنگی (زمینسان): جنس سیارههای سنگی و از جمله زمین عمدتا از سنگها و فلزات است. به سیارههای سنگی، سیاره زمینسان هم میگویند زیرا ترکیباتشان کموبیش شبیه ترکیبات زمین است. از هشت سیاره منظومه شمسی، چهار سیاره نزدیکتر به خورشید یعنی «عطارد»، «زمین»، «زهره» و «مریخ» سیارههای سنگی هستند. خارج از منظومه شمسی نیز سیارههای سنگی وجود دارند که اخترشناسان تعدادی از آنها را شناسایی و نامگذاری کردهاند. به چهار سیاره سنگی منظومه شمسی که به خورشید نزدیکترند، سیارههای درونی نیز میگویند. آنها چون به خورشید نزدیکترند، بیشتر گرما دریافت میکنند و گازهای سطحشان مثل هلیوم تبخیر میشود و فقط مواد و فلزات سنگین مثل آهن و منیزیم باقی میمانند.
- سیارههای گازی (مشتریگون): بعضی از سیارهها عمدتا از گازهای مختلف تشکیل شدهاند که به آنها سیارههای گازی میگوییم. از هشت سیاره منظومه شمسی، چهار سیاره دورتر از خورشید یعنی «مشتری»، «زحل»، «اورانوس» و «نپتون» سیارههای گازی هستند که مشتری بزرگترین آنهاست، فلذا به سیارههای گازی سیارههای مشتریگون نیز میگویند. به آنها چون از خورشید دورترند، سیارات بیرونی هم میگویند. آنها چون از خورشید دور هستند، بسیار کمتر گرما میگیرند و درنتیجه، لایههای ضخیم گازیشان را حفظ میکنند. از بین چهار سیاره گازی منظومه شمسی، اورانوس و نپتون را غول گازی نیز مینامند زیرا بهسبب دورتر بودنشان از خورشید سرد هستند و سطحشان منجمد است. خارج از منظومه شمسی نیز سیارههای گازی پرشمار وجود دارند که تعدادی از آنها شناسایی و نامگذاری شدهاند.
برای دریافت اطلاعات بیشتر درباره سیارات درونی و بیرونی میتوانید مطالعه کنید: سیارههای درونی و بیرونی منظومه شمسی – تفاوتها و ویژگیها
انواع سیارههای فراخورشیدی
اخترشناسان در دستهبندی انواع سیارههای فراخورشیدی اتفاق نظر ندارند. بعضی از انواع سیارههای فراخورشیدی یا خارج از منظومه شمسی چنین هستند:
- غول گازی (Gas giant): سیارههای بزرگ و عمدتا متشکل از هلیوم و یا هیدروژن هستند و به مشتری و زحل در منظومه ما شباهت دارند. هسته داخلی آنها سخت و جامد است و لایهای از گازهای چرخان و سیال آنرا احاطه کردهاند.
- سیاره سنگی (Terrestrial/Rocky planet): ترکیبات سخت عمدتا از جنس سنگ یا آهن دارند و سطحشان جامد یا مایع است. ممکن است جو گازی نازکی هم داشته باشند.
- اَبَرزمین (super-Earth): جرم آنها ۲ تا ۱۰ برابر جرم زمین است اما از غولهای یخی مثل نپتون و اورانوس سبکترند. جنس آنها ممکن است سنگی، گازی یا ترکیبی از هر دو باشد. به ابرزمینهای بزرگ، مینینپتون هم میگویند.
- سیاره نپتونسان (Neptunian planet): سیارههای نپتونسان تقریبا هماندازه نپتون یا اورانوس در منظومه شمسی هستند. هسته آنها ممکن است حاوی سنگ و عمدتا فلزات سنگین باشد. جو آنها معمولا آکنده از هیدروژن و هلیوم است.
- سیاره فرولایهای (Chthonian): سیارههای فرولایهای به ستاره مرکزیشان نزدیک هستند. احتمالا بسیاری از آنها غولهای گازی بودهاند که جو هیدروژنی و هلیومیشان را در اثر گرمای ستاره از دست دادهاند.
- نپتون داغ (Hot Neptune): سیارههای فراخورشیدی بزرگ تقریبا همجِرمِ نپتون یا اورانوس هستند. آنها به ستاره مرکزیشان نزدیکند و فاصلهشان کمتر از ۱ واحد نجومی (کمتر از ۱۵۰ میلیون کیلومتر) است.
- سیاره اقیانوسی (Ocean planet): سیارههایی هستند که ممکن است سطحشان پوشیده از اقیانوس باشد.
- نیمسیاره (Mesoplanet): از عطارد کوچکتر و از سیاره کوتوله سرس بزرگترند.
- سیاره دوگانه (Double planet یا Binary planet): به دو سیاره که حول یکدیگر در گردش باشند، میگویند. اگر چنین سیاراتی وجود داشته باشند، بسیار کمیاب خواهند بود.
- سیاره کربنی (Carbon planet): وجود سیارات کربنی قطعی نیست. سیاره کربنی عمدتاً حاوی کربن و بسیار داغ و متراکم هستند و اکسیژن کمی دارند.
- سیاره بدون هسته (Coreless): فاقد هسته فلزی است و لذا در عوض گوشته سنگی بزرگی دارد. وجود چنین سیاراتی قطعی نیست.
علت تشکیل سیاره چیست: سیاره چگونه به وجود میآید؟
دانشمندان درباره نحوه به وجود آمدن سیارهها چند نظریه مطرح کردهاند که هیچکدامشان هنوز قطعی نیست.
برساس نظریههای فعلی، پیدایش سیارهها پیامد پیدایش ستارهها است. ستارهها درون ابرهایی از گاز و غبار پدید میآیند که به آنها ابرهای مولکولی میگویند. ذرات گاز و غبار تدریجا به هم میچسبند و توده متراکمی پدید میآورند که هرچه جرم آن افزایش مییابد، گرانش و درنتیجه فشار و دمای درونی آن نیز بیشتر میشود. وقتی دما به اندازه کافی افزایش یافت، همجوشی هستهای در هسته توده آغاز و ستاره متولد میشود.
ستاره مثل کورهی بزرگی شعلهور میشود و موج عظیمی از بادهای ستارهای و فشار تابشی میپراکند که گازها و غبارهای اضافه در اطراف ستاره را میروبد و دور میراند. نتیجتاً کمی دورتر در اطراف ستاره، حلقهای از گاز و غبار شکل میگیرد و تحت تاثیر نیروی گرانش ستاره به گردش درمیآید. ذرات سنگ و غبار چون نسبتا سنگینترند، چندان از ستاره دور نمیشوند اما ذرات گاز چون سبک هستند، از ستاره فاصله میگیرند. ذرات گاز و غبار در اثر نیروی گرانش و سایر نیروها با هم برخورد میکنند و تدریجا تودههای بزرگی شکل میگیرند که همان سیارهها هستند. قاعدتا سیارات سنگی به ستاره نزدیکتر اما سیارههای گازی از ستاره دورترند.
البته هسته داخلی سیارههای گاز نیز معمولا جامد است و از برخورد سیارکها و دنبالهدارها پدید میآید. وقتی جرم هسته سیاره بهاندازه کافی افزایش یافت، طبیعتا نیروی گرانش آن نیز به همان نسبت بیشتر میشود و گازهای بیشتری را از حلقه اطراف ستاره به خود جذب میکند و سیاره تدریجا بزرگتر میشود.
البته ممکن است نحوه تشکیل بعضی از سیارههای خارج از منظومه شمسی متفاوت باشد.
تاریخچه تعریف سیاره
در ۱۶ اوت ۲۰۰۶ اتحادیه جهانی نجوم (IAU مخفف International Astronomical Union) برای سیارهها تعریف جدیدی ارائه داد که نهایتا در ۲۴ اوت ۲۰۰۶ در شهر پراگ تصویب شد. بیش از ۸۰۰۰ اخترشناس از بیش از ۸۰ کشور جهان عضو اتحادیه جهانی نجوم هستند. تعریف جدید، پلوتون را از فهرست سیارهها خارج کرد که تا چندین هفته در رسانههای سراسر جهان خبرساز شد. در عین حال، بسیاری از اخترشناسان نگران بودند، زیرا با تصویب تعریف جدید، ممکن بود در آیندهی نزدیک دهها جرم آسمانی دیگر در منظومه شمسی در زمره سیارات قرار بگیرند.
چرا تعریف سیاره تغییر یافت؟
وقتی کلاید تومباف (Clyde Tombaugh) در سال ۱۹۳۰ پلوتون را کشف کرد، تصور میشد که جسمی هماندازه زمین باشد. اما مطالعات بیشتر نشان داد که قطر پلوتون تنها ۲۲۰۰ کیلومتر است، یعنی حتی از ماه هم کوچکتر است. بههمین علت، طی دهه ۱۹۹۰ میلادی شماری از اخترشناسان پرسیدند که آیا درست است پلوتون را سیاره بدانیم یا نه.
وقتی در آغاز سال ۱۹۹۲ چندین جرم آسمانی دیگر تقریبا هماندازه پلوتون کشف شد، پرسش آنها بیش از پیش اهمیت یافت. آیا اجسام جدید را هم باید سیاره در نظر میگرفتیم؟ اگر چنین میشد، تعداد سیارات منظومه شمسی به دهها مورد افزایش مییافت! آنها از خود میپرسیدند که آیا پلوتون واقعا سیاره است یا در واقع بخشی از سیاره نپتون بوده که از آن جدا شده و سپس فاصله گرفته است؟ در سال ۲۰۰۳ جرم آسمانی جدیدی کشف شد که حتی از پلوتون هم بزرگتر بود. دانشمندان آنرا زینا (Xena) نامیدند و باز همان مسئله ذهنشان را مشغول کرد: آیا زینا نیز باید سیاره قلمداد شود؟ [زینا نهایتا به اریس (Eris) تغییر نام یافت و مثل پلوتون در زمره سیارههای کوتوله جای گرفت.]
مصوبه ۲۰۰۵
سرانجام در ۲۰۰۵ کمیتهای متشکل از ۱۹ دانشمند اتحادیه جهانی نجوم کوشید تعریف سیاره را اصلاح کند، اما به توافق نرسیدند. در بهار ۲۰۰۶ اتحادیه جهانی نجوم کمیته دیگری تشکیل داد و کوشید مسئله را حل کند. کمیته جدید هفت عضو داشت که اخترشناس، روزنامهنگار و مورخ بودند. آنها پیشنویسی تهیه کردند که میگفت سیاره شیءای است که حول یک ستاره در گردش است و جرم آن به حدی است که گرانش کافی ایجاد میکند و همین گرانش مرکزی سبب میشود سیاره شکل تقریبا کروی به خود بگیرد. تعریفی که آنها ارائه کردند، تعداد سیارات منظومه ما را به ۱۲ عدد افزایش میداد. کمیته مذکور پیشنویسشان را به اتحادیه ارائه دادند و به مدت یک هفته درباره آن بحثها و گفتوگوهای داغی درگرفت که سبب شد نسخه پیشنویس، بازبینی شود. سرانجام قطعنامه نهایی که تعریف فعلی سیاره است، در ۲۴ اوت تصویب شد.
اما هنوز هم بسیاری از اخترشناسان از روند تصویب قطعنامه ناراضی هستند و معتقدند که باید زمان بیشتری اختصاص مییافت تا بحثهای کاملتری شکل بگیرد و سیارهشناسها نیز که اکثرشان در نشست پراگ غایب بودند، در بحثها شرکت کنند. احتمالا بحث درباره تعریف سیاره در آینده نیز ادامه خواهدیافت و بعید نیست که تعریف فعلی باز هم تغییر یابد. اما چرا تعریف سیاره برای ما مهم است؟ چرا مهم است که بدانیم سیاره چیست؟
چرا مهم است که بدانیم تعریف سیاره چیست؟
طبقهبندی، یکی از روشهای مطالعه موضوعات و موجودیتها در رشتههای مختلف است. هرچه دانش بشر افزایش مییابد و موجودات و اجسام بیشتری کشف میکند، طبقهبندی آنها نیز سختتر میشود. مثلا ممکن است چیز جدیدی کشف کنید که در هیچکدام از گروهها و دستههای فعلی نگنجد. به همین سبب، گاهی لازم است تعاریف یا طبقهبندیهای قبلی را اصلاح کنیم یا تغییر دهیم. درباره سیارهها، سیارکها، دنبالهدارها و قمرها نیز چنین است. با کشف اجسام جدیدی که فراتر از مدار نپتون بهدور خورشید در گردشند و نیز سیارههایی که خارج از منظومه شمسی هستند، تعاریف و طبقهبندیهای قدیمی مشکلساز شدند. در هر حال، اگر کودکانتان از شما پرسیدند که سیاره چیست و در منظومه ما چند سیاره وجود دارد، میتوانید تازهترین تعریف اتحادیه جهانی نجوم را برایشان توضیح دهید و بگویید که طبق تعریف فعلی، منظومه شمسی هشت سیاره دارد که نامشان عطارد، زهره، زمین، مریخ، مشتری، زحل، اورانوس و نپتون است.
مطلب مرتبط: چرا ستارهها چشمک میزنند (علت چشمک زدن ستارهها)
جمعبندی: تعریف، انواع و ویژگیهای سیاره
گفتیم سیاره جسمی آسمانی است که جرم و گرانشِ درونی کافی دارد و همین گرانش درونی سبب میشود تا شکل کره یا شبهکره خود را حفظ کند. ضمنا بسیاری از سیارهها در کیهان حول یک ستاره در گردش هستند. برای مثال همه سیارههای منظومه شمسی چنین هستند و بهدور خورشید که در اصل ستاره است، در گردشند. منظومه خورشیدی هشت سیاره دارد که چهار سیاره نزدیکتر به خورشید سنگی و چهار سیاره دورتر از خورشید، گازی هستند.
خارج از منظومه ما میلیاردها میلیارد سیاره دیگر نیز وجود دارد. بعضی از سیارههای عالم بهدور دو ستاره جفت میچرخند و بعضی دیگر فقط بهدور یکی از دو ستارهی جفت در گردش هستند. سیارههایی دیگری هم وجود دارند که در میدان گرانشی هیچ ستارهای قرار ندارند و لذا بهدور هیچ ستارهای نمیچرخند. آنها فقط تحت تاثیر گرانش مرکزیِ کهکشان میزبانشان هستند و به همین علت مرکز کهکشان را دور میزنند. دانشمندان سیارههای خارج از منظومه شمسی را براساس شاخصهای مختلف از جمله جنس مواد تشکیلدهنده به انواع مختلف تقسیم میکنند.
