واعتبر أصل أقمار أورانوس من حطام اصطدامه بكوكب آخر مستحيلا

تحتوي جميع أقمار أورانوس الكبيرة على طبقة رائعة من الماء: ميراندا وأرييل وأومبرييل نصفها تقريبًا من الجليد المائي. وفي تيتانيا وأوبيرون الأكبر حجمًا، تشكل حوالي 30 بالمائة من الكتلة الإجمالية. وفي أورانوس نفسه، تشير التقديرات إلى أن حوالي ثلث المادة كلها عبارة عن ماء أيضًا. ويعتبر علماء الكواكب نمط “علامة الاختيار” الشهير على سطح ميراندا علامة محتملة، على الأقل في الماضي، على وجود مياه سائلة في أعماق هذا القمر الصناعي: يبدو الهيكل وكأنه كسر في القشرة تحت ضغط الماء المتجمد تحته. بالإضافة إلى كل هذا، فإن ما يثير اهتمام الباحثين في نظام أورانوس هو المقارنة بين حقيقتين: مدارات جميع الأقمار الأكبر حجمًا للعملاق الجليدي تصطف تقريبًا تقريبًا على مستوى خط استوائه، ويميل محور دوران الكوكب بمقدار 98 درجة بالنسبة إلى الخط المتعامد مع مستوى مداره. تذكر أن قياس هذه الزاوية عند الأرض هو 23.4 درجة. لهذا السبب يُطلق على أورانوس لقب “الاستلقاء على جانبه”، وبما أن الأقمار الصناعية الكبيرة تطير حول خط الاستواء، فقد يتبين أنها، كما يمكن للمرء أن يقول، “تكذب” معه.

لعقود عديدة، كنا نحاول معرفة كيف يمكن أن يحدث كل هذا بهذه الطريقة. هناك ثلاثة إصدارات رئيسية. أولاً: “سقط” أورانوس بعد اصطدامه بكوكب آخر، ومن كتلة “حطام” هذا الاصطدام القوي تشكل تناثر للأقمار المرصودة اليوم. ثانياً: بعد «السقوط»، التقط أورانوس عدة أجرام سماوية من الفضاء بين الكواكب، دمرتها جاذبية العملاق وحولتها إلى كتلة متفرقة من الغاز والغبار، ظهرت منها الأقمار الصناعية فيما بعد تدريجياً. الخيار الثالث: في وقت اصطدام أورانوس وإمالته، كان لديه بالفعل عائلة من الأقمار، وقد دمرته الكارثة، لكنهم “أعيدوا تجميعهم” مرة أخرى من حطامهم.

وفي دراسة حديثة، حاول علماء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، بقيادة مايكل براون (أحد مؤلفي فرضية الكوكب التاسع)، تقييم السيناريوهات الثلاثة جميعها بعد دراسة متأنية للمياه على أقمار أورانوس وفي تكوين الكوكب نفسه. لقد شاركوا نتائجهم في مقال منشور على خادم الطباعة المسبقة arXiv.org. استخدم الباحثون بيانات الرصد من نظام أورانوس باستخدام مرصد جيمس ويب الفضائي. تتيح قدراتها ليس فقط تحديد هذه المادة أو تلك في الفضاء، ولكن أيضًا توضيح التركيب النظائري: كل ذرة تعكس الضوء بطريقتها الخاصة.

هذا هو بالضبط ما تبين أنه مفيد لدراسة الماء في نظام أورانوس: أراد العلماء أن يفهموا عدد المرات التي توجد فيها نسخها في جزيئات هذا الماء بدلاً من ذرات الهيدروجين العادية، مثقلة بالنيوترون “الإضافي” – الديوتيريوم. اتضح أن نسبة هذين النوعين من نفس العنصر في الماء تقريبًا على جميع أقمار أورانوس الكبيرة، باستثناء ميراندا، هي نفسها تقريبًا – حوالي 210 ذرة من الديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين. بالنسبة لميراندا، كان هذا الرقم أعلى – حوالي 310. ولكن اتضح أنه من المثير للاهتمام مقارنته بنفس الرقم بالنسبة لأورانوس: 44 فقط. وهذا يعني على أي حال أن الكوكب وأقماره الصناعية لا تتكون من نفس المادة. لذلك، كما أوضح مؤلفو الدراسة، يمكن استبعاد نسخة تكوين أقمار أورانوس من تناثر الحطام الناتج عن اصطدامه بكوكب آخر: في هذه الحالة، سيكون التركيب النظائري لمياه الأقمار الصناعية مطابقًا للكوكب أو مشابهًا له إلى حد كبير. لا تزال هناك فرضيتان أخريان، وفقًا للعلماء، صالحتين: الأقمار ذات التركيب النظائري المختلف قد لا تتكون فقط من مادة “غريبة”، ولكنها أيضًا تشكلت في البداية مع الكوكب.