تیر،سیاره فراموش شده

تو ناهید و برجیس و بهرام را	ز آرش بیاد آور این نام را
ز کیوان شنو خسروانی سرود	چو تیر آمد و مرز ایران نمود

هرچند عطارد، این جهان شگفت‌انگیز، یکی از نزدیک‌ترین همسایگان زمین است، بیشتر بخش‌های آن ناشناخته مانده است. فلز جیوه، اقلیم چهارم، فلک دوم، … پیوندی تنگاتنگ و ناگسستنی با این هفتمین سیاره باستانگان دارد.

عطارد(تیر) (Mercury)، نزدیکترین همسایه خورشید زندگی‌بخش، دنیایی از رکوردهاست. از میان همه اجرامی که از فشرده شدن ابر پیش‌ستاره‌ای خورشید به وجود آمده‌اند، عطارد در بیشترین گرما شکل گرفته است. روز آن از پگاه تا پامگاه برابر با ۵۹  روز زمینی، طولانی‌ترین روز منظومه شمسی بوده و حتی از یک سال خودش بیشتر است. هنگامی که به سمت‌الشمس (Perihelion)، نزدیک‌ترین نقطه به خورشید، می‌رسد، حرکت آن به اندازه‌ای سریع است که از دیدگاه ناظری که بر سطح آن قرار دارد، خورشید در آسمان متوقف شده، رو به عقب حرکت می‌کند. این کار تا زمانی که حرکت وضعی سیاره، پیشی گرفته و خورشید را دوباره به حرکت رو به جلو وادارد، ادامه خواهد داشت. در طی روز، دمای سطح آن به حدود ۷۰۰ درجه کلوین، گرم‌تر از سطح هر سیاره دیگر، بیش از دمای ذوب سرب رسیده، در شب به ۱۰۰ درجه کلوین، که برای انجماد کریپتون کافی‌است، سقوط می‌کند.

چنین مواردی، به طور استثنائی، عطارد را برای ستاره‌شناسان، جذاب می‌کند. به همین دلیل چند تلاش مخصوص، برای پژوهش‌های علمی، در باره این سیاره انجام شده است. خواص استثنائی عطارد، آن را برای تطبیق و هماهنگی با هر طرح فراگیر تکامل منظومه شمسی، با مشکل روبرو نموده است. ولی از سوی دیگر، همین خواص غیر معمول، به نوعی یک محک دقیق و حساس، برای فرضیه‌های ستاره شناسان است. هرچمد عطارد، پس از و زهره (ناهید Venus) و مریخ (بهرام Mars) نزدیک‌ترین همسایه زمین است، تنها درباره پلوتوی دوردست، کمتر از آن می‌دانیم. بیشتر دانش ما درباره عطارد، از جمله پیدایش و تکامل، میدان مغناطیسی اسرارآمیز، جو رقیق، هسته احتمالا مایع و چگالی بسیار بالای آن در پرده‌ای از ابهام باقی مانده است.

عطارد به روشنی می‌درخشد، اما چنان دور است که ستاره‌شناسان پیشین نتوانستند هیچ جزئیاتی از عوارض زمینه آن را تشخیص دهند،‌ و فقط مسیر حرکت آن در آسمان را ترسیم کردند. همانند دیگر سیارگان درونی، عطارد از دیدگاه ناظر زمینی، هرگز بیش از ۲۷ درجه از خورشید دور نمی‌شود. این زاویه کوچکتر از زاویه‌ای است که در ساعت ۱، عقربه‌های یک ساعت با هم تشکیل می‌دهند. پس به‌این ترتیب، دیدن آن تنها در طول روز امکان‌پذیر است که آن هم به دلیل پخش شدن نور خورشید منتفی است، مگر در هنگام طلوع یا غروب که خورشید که درست در زیر افق قرار دارد. ولی در آن هنگام، عطارد در آسمان خیلی پایین قرار گرفته است و نور آن باید از میان هوایی گذر نماید که تا ۱۰ بار آشفته‌تر و متلاطم‌تر از هوائی است که درست بالای سر ما قرار دارد. بهترین تلسکوپ‌های زمینی تنها توانایی دیدن عوارضی از سطح عطارد را دارند که چندصد کیلومتر یا بیشتر پهنا داشته باشند. این دقت به‌مراتب پایین‌تر از دیدن ماه با چشم غیر مسلح است.

با وجود این موانع، مشاهدات زمینی نتایج جالبی داشته است. در سال ۱۹۵۵ میلادی،۱۳۳۴، ستاره شناسان توانستند پژواک امواج گسیل شده رادار از سطح عطارد را دریافت کنند. با اندازه‌گیری اثر جابجایی دوپلر در فرکانس امواج بازتابی، به حرکت وضعی ۵۹ روزه عطارد پی بردند. تا آن زمان، دانشمندان می‌پنداشتند که دوره حرکت وضعی عطارد ۸۸ روز و برابر با یک سال آن است، که به این ترتیب یک روی آن باید همواره به سوی خورشید می‌بود. نسبت ساده دو به سه میان روز و سال سیاره بسیار قابل توجه است. عطارد که در آغاز سریع‌تر به دور خود می‌چرخید، احتمالا انرژی خود را در طی پدیده‌های کششی از دست داده، کند شده و سرانجام در مداری با این نسبت عجیب به دام افتاده است.

ممکن است چنین به نشر برسد که رصدخانه‌های فضائی، مانند تلسکوپ فضائی هابل، به دلیل آنکه محدودیت آشفتگی‌های جوی را ندارند، باید ابزارهایی ایده‌ال برای مطالعه عطارد باشند. ولی متاسفانه هابل مانند بسیاری از گیرنده‌های فضائی دیگر نمی‌تواند بر عطارد تمرکز نماید. به دلیل نزدیکی به خورسید، نور شدید آن می‌تواند به فطعات حساس نوری آسیب برساند.

تنها راه دیگری که برای بررسی عطارد باقی می‌ماند، فرستادن یک سفینه فضائی است تا آن را از نزدیک بررسی کند. تنها یک بار در دهه ۱۹۷۰ یک سفینه، مارینر ۱۰، به عنوان بخشی از یک ماموریت بزرگ‌تر، که کاوش منظومه داخلی شمسی بود، چنین سفری را انجام داد. بردن یک سفینه به آنجا کار ساده‌ای نبود. سقوط مستقیم به درون چاه پتانسیل گرانشی خورشید غیرممکن بود. این سفینه برای رد کردن انرژی گرانش به زهره، باید با چرخشی سریع به دور آن به سوی عطارد کمانه می‌کرد و در نتیجه این کار، سرعت خود را برای ملاقات با عطارد از دست می‌داد. در این سفر، مدار مارینر به دور خورشید امکان سه ملاقات نزدیک با عطارد را در ۲۹ مارس ۱۹۷۴، ۲۱ سپتامبر ۱۹۷۴ و ۱۶ مارس ۱۹۷۵ فراهم کرد. این سفینه تصاویری از حدود ۴۰% سطح عطارد را به زمین مخابره نمود که در نگاه نخست، ظاهری شبیه به ماه را نشان می‌داد.

این تصاویر، متاسفانه به اشتباه، این عقیده را القاء نمود که عطارد تفاوت بسیار کمی با ماه دارد و درست همانند ماه خودمان است که در گوشه دیگری از منظومه شمسی جای گرفته است. در نتیجه عطارد از برنامه فضائی ناسا قلم خورد، و بخش بزرگی از این سیاره همچنان بررسی نشده باقی ماند.

 

در جستجوی آهن

با سفر مارینر، دانش ما از عطارد، از تقریبا هیچ چیز، به آنچه که امروزه می‌دانیم، ارتقاء یافت. تجهیزاتی که با سفینه حمل شدند،‌حدود ۲۰۰۰ تصویر با قدرت تفکیک مؤثری حدود ۱.۵ کیلومتر را به زمین مخابره کردند. دقت این تصاویر همانند تصاویری از ماه است که می‌توان از زمین توسط یک تلسکوپ بزرگ گرفت. ولی تمام این تصاویر، همه از یک سوی عطارد تهیه شده و هنوز دیگر سوی آن دیده نشده است.

با اندازه‌گیری شتاب مارینر در میدان گرانش به شدت نیرومند عطارد، ستاره‌شناسان به یکی از غیرعادی‌ترین خصوصیات آن، یعنی چگالی بالای سیاره پی بردند. اجسام جامد (غیر گازی) دیگر یعنی زهره، ماه و مریخ و زمین، کاملا چگال هستند. کوچکترها،  یعنی ماه و مریخ، چگالی کمتر و بزرگترها،‌یعنی زمین و زهره، چگالی بیشتری دارند. عطارد خیلی از ماه بزرگتر نیست ولی چگالی آن همانند سیاره‌ای به بزرگی زمین است.

مشاهده این پدیده سرنخی اساسی برای پی بردن به ساختار درونی عطارد است. لایه‌های بیرونی یک سیاره جامد، از مواد سبکتر مانند سنگ‌های سیلیکاتی تشکیل شده است. با پیشروی در عمق، به دلیل فشار لایه‌های بالایی و ترکیب متفاوت لایه‌های درونی، چگالی افزایش می‌یابد. هسته بسیار چگال سیاره‌های جامد، به طور عمده، از آهن تشکیل شده است.

پس در میان سیاره‌های جامد، عطارد باید،‌به نسبت ابعادش، دارای بزرگ‌ترین هسته فلزی باشد. این یافته، گواهی زنده‌ای برای فرضیه پیدایش و تکامل منظومه شمسی است. دیدگاه بیشتر ستاره‌شناسان براین‌است که همه سیاره‌ها در یک زمان از فشرده شدن ابرهای دور خورشید شکل گرفته‌اند. اگر این فرضیه درست باشد، آنگاه خاص بودن چگالی عطارد را می‌توان به یکی از سه شکل زیر توضیح داد:

 

• یکی این که ترکیبات ابر خورشیدی در نزدیکی مدار عطارد با جاهای دیگر فرقی اساسی داشته باشد، تفاوتی خیلی بیش از آنکه مدل‌های تئوریک پیش‌بینی می‌کنند.
• دوم آنکه در آغاز عمر منظومه شمسی، خورشید چنان پر انرژی بوده که بر اثر گرمای آن عناصر فٌرار و کم چگال عطارد، بخار شده از آن گریخته‌اند.
• سوم آنکه یک جسم بسیار پرجرم، درست پس از شکل گیری عطارد، با آن برخورد کرده باشد که موجب بخار شدن مواد کم‌چگالی‌تر شده است.

وضعیت شواهد کنونی هنوز به گونه‌ای نیست که بتوانیم از میان این سه امکان یکی را برگزینیم.

از همه عجیب‌تر این‌که، تحلیل دقیق یافته‌های مارینر به همراه مشاهدات طیف‌سنجی مداوم از زمین، در شناسائی کوچکترین اثری از آهن در سنگ‌های سطح عطارد ناموفق مانده است. فقدان آهن در سطح عطارد، به شدت با مقدار پیش‌بینی شده آن در قسمت‌های درونی عطارد، در تضاد است. آهن در پوسته زمین وجود دارد. با طیف‌سنجی، وجود آن در سنگ‌های ماه و مریخ نیز تایید می‌شود. پس عطارد، تنها سیاره از منظومه داخلی شمسی است که آهن آن – که از چگالی بالائی برخوردار است – در هسته‌اش متمرکز شده و در پوسته آن سیلیکات‌هائی دیده می‌شود که چگالی پایین‌تری دارند. دانشمندان حدس می‌زنند که عطارد آن‌قدر مدت زیادی به صورت مذاب بوده است که مانند یک کوره ذوب آهن – که در آن آهن پس از ذوب شدن به زیر تفاله‌ها می‌رود – مواد سنگین در مرکز آن ته‌نشین شده باشند.

یکی دیگر از یافته‌های سفینه مارینر ۱۰، این‌است که عطارد دارای یک میدان مغناطیسی نسبتا نیرومند است. میدان آن از همه سیارگان درونی، به غیر از زمین، قوی‌تر است. میدان مغناطیسی زمین ناشی از فرآیندی به نام دیناموی خودگردان است که در آن فلزات مذاب هادی الکتریسیته در هسته سیال زمین می‌چرخند. اگر میدان مغناطیسی عطارد هم ناشی از پدیده‌ای همانند باشد، نتیجه می‌گیریم که این سیاره باید یک هسته سیال داشته باشد.

این فرضیه هم یک مشکل دارد. اجسام کوچکی مانند عطارد، به نسبت حجم خود، از مساحت سطحی بالایی برخوردارند. به فرض آنکه دیگر شرایط یکسان باشد، نتیجه می‌گیریم که اجسام کوچک‌تر انرژی خود را زودتر به فضا گسیل می‌کنند. اگر عطارد، همان‌گونه که چگالی بالا و میدان مغناطیسی آن نشان می‌دهد، دارای یک هسته آهنی باشد، آنگاه این هسته می‌بایست میلیونها سال پیش سرد و جامد شده باشد. یک هسته جامد هم نمی‌تواند اساس و بنیان یک دیناموی خودگردان باشد.

از این تناقض، نتیجه می‌گیریم که مواد دیگری نیز باید در هسته باشند که با پایین بردن نقطه ذوب آهن، باعث مایع ماندن آن در دماهای پایین‌تر شوند. گوگرد، یک عنصر فراوان کیهانی، می‌تواند یک کاندید مناسب باشد. در مدل‌های جدیدتر پیشنهاد می‌شود که هسته عطارد از آهن جامد تشکیل شده ولی پوسته‌ای مایع از آهن و گوگرد با دمای ۱۳۰۰ درجه کلوین پیرامونش، احاطه شده باشد. این فرضیه، گرچه هنوز اقبات نشده، به نظر می‌رسد پاسخ مناسبی برای تناقض یاد شده باشد.

همین که سطح سیاره‌ای به اندازه کافی جامد شد، بر اثر تنش‌های مداومی که در طی زمان‌های طولانی تحت آن قرار می‌گیرد، ترک برداشته، یا در اثر برخورد شهاب‌سنگ‌ها مانند تکه شیشه‌ای خرد می‌شود. پس از تولد در چهار میلیارد سال پیش، عطارد تحت بمباران شهاب‌سنگ‌های بزرگی قرار گرفته است که توانسته‌اند از پوسته شکننده بیرونی آن به داخل نفوذ کرده، سیلاب‌هایی از گدازه را بر سطح آن جاری کنند. بعدها نیز، برخوردهایی کوچک‌تر موجب جریان یافتن گدازه شد. این برخوردها باید آن‌قدر انرژی آزاد کند تا بتواند لایه سطحی را ذوب نموده و یا بتواند در لایه‌های زیرین – که مایع هستند- نفوذ کنند. سطح عطارد، توسط وقایعی که پس از جامد شدن لایه بیرونی آن رخ‌داده، خالکوبی شده است.

زمین‌شناسان سیاره‌ای، کوشش کردند با سودجستن از این عوارض و بدون داشتن آگاهی دقیقی از نوع سنگ‌هایی که سطح آن را تشکیل می‌دهند، پی به تاریخ پر رمزوراز این سیاره ببرند. تنها راه برای تعیین دقیق عمر یک سیاره، سودجستن از اطلاعات رادیومتری نمونه‌های بازگردانده شده از آن سیاره است. ( در مورد عطارد چنین چیزی در دسترس نیست و در آینده نزدیک هم در دسترس نخواهد بود). ولی به‌جز آن زمین‌شناسان سیاره‌ای، راه‌حل‌های نبوغ‌آمیری برای تعیین عمر نسبی آن دارند که بیشتر برپایه اصل برهم‌نهش (Superposition) است: هر عارضه‌ای که بر روی عارضه‌ای دیگر قرار بگیرد یا شکافی در آن ایجاد کند از آن جوان‌تر است. از این اصل استفاده مخصوصی در تشخیص عمر نسبی گودال‌ها (Crate) به عمل می‌آید.

 

گذشته‌ای پر برخورد

در سطح عطارد، چند گودال که با حلقه‌های هم مرکز تپه‌ها و دره‌ها احاطه شده به چشم می‌خورد. احتمال دارد این حلقه‌ها هنگامی تشکیل شده‌اند که یک شهاب‌سنگ در هنگام برخورد با سطح عطارد، مانند سنگی که در یک استخر می‌افتد، در سطح ذوب شده، ایجاد امواج دایره‌ای نموده، و سپس این امواج درجا جامد شده‌اند. کالوریس (Caloris)، دهانه‌ای به قطر ۱۳۰۰ کیلومتر، بزرگ‌ترین این گودال‌ها است. برخوردی که این گودال در اثرٍ آن ایجاد شد، از خود زمینه‌ای صاف بر جا گذاشت که بر روی آن، آثار برخوردهای کوچکتر بعدی ثبت شده است. با برآوردی از نرخ برخوردها و توزیع اندازه گودال‌ها می‌توان تخمین زد که زمان این برخورد حدود ۳.۶ میلیارد سال پیش بوده است. به این ترتیب می‌توان از زمان این برخورد به عنوان یک مبدا زمان سود جست. این برخورد چنان تکان‌دهنده بود که سطح سوی دیگر عطارد را نیز تغییر داد، در نقطه مقابل کالوریس عوارض و شکاف‌های زیادی به چشم می‌خورد.

همچنین، سطح عطارد، به وسیله خطوطی برجسته با خاستگاهی ناشناخته بریده بریده شده است که به صورتی مشخص در جهت‌های شمال به جنوب، شمال‌شرق به جنوب‌غرب و شمال‌غرب به جنوب‌شرق قرار دارند. به این طرح‌ها شبکه عطارد گفته می‌شود. یک توضیح برای علت این نقش‌های شطرنجی این است که پوسته آن هنگامی جامد شده است که سیاره بسیار سریع‌تر به دور خود می‌چرخید، شاید با روزی که تنها ۲۰ ساعت به طول می‌کشید. به دلیل این تغییر سریع، سیاره یک برآمدگی در استوا پیدا می‌کندکه پس از کند شدن آن به اندازه کنونی، جاذبه باعث کروی‌تر شدن شکل آن می‌شود. این بریدگی‌ها هنگامی ایجاد شدند که پوسته می‌خواست خود را با این تغییر شکل هماهنگ کند. این که این چین‌خوردگی‌ها از گودال کالوریس گذر نکرده‌اند گواه بر این است که پیش از این برخورد تشکیل شده‌اند.

در هنگامی که چرخش عطارد کند می‌شد، گرمای آن هم رفته رفته از دست می‌رفت تا جایی که محدوده‌های بیرونی هسته جامد شد. انقباض حاصله احتمالا از مساحت سطح سیاره، حدود یک میلیون کیلومتر مربع کاسته است که منجر به ایجاد شبکه‌ای از عوارض گشته است که به صورت رشته‌ای از تپه‌ها یا کوه‌ها بر سطح عطارد دیده می‌شوند.

در مقایسه با زمین که فرسایش، بیشتر گودار‌های حاصل از برخورد شهاب‌سنگ‌ها را از سطح آن پاک کرده است، عطارد، مریخ و ماه دارای سطوحی با گودال‌های فراوان هستند. همچنین به‌جز گودال‌های عطارد که کمی بزرگ‌ترند، گودال‌های این سه سیاره از نظر اندازه دارای توزیع همانندی هستند. این پدیده نشان می‌دهد که سرعت اشیائی که با عطارد برخورد کرده‌اند، از سرعت اشیائی که با سیارگان دیگر برخورد کرده‌اند، بیشتر بوده است. این نکته با گردش این اجسام در مداری بیضوی به دور خورشید همخوانی دارد: این اجسام در نزدیکی مدار عطارد که به خورشید نزدیک‌تر است، سریع‌تر از نقاط بیرونی مدارشان حرکت می‌کنند. پس این اجسام همه از یک خانواده بوده‌اند که احتمالا از کمربند سیارک‌ها سرچشمه می‌گیرد. در عوض، اندازه دهانه گودال‌های اقمار مشتری، از توزیع متفاوتی برخوردار است که نشان می‌دهد، با گروه دیگری از اجسام برخورد کرده‌اند.

 

جو رقیق عطارد

میدان مغناطیسی عطارد، آنچنان نیرومند است که بتواند ذرات بارداری همانند پروتونهای موجود در باد خورشیدی را به دام اندازد. این میدان مغناطیسی باعث تشکیل کره‌ای به نام سپر مغناطیسی پیرامون عطارد می‌شود، که نسخه کوچکتری از سپر مغناطیسی زمین است. این کره‌ها به نسبت فعالیت خورشید پیوسته در حال تغییر و دگرگونی هستند. به دلیل اندازه کوچکترش، سپر مغناطیسی عطارد می‌تواند بسیار سریعتر از سپر مغناطیسی زمین تغییر کند. از این رو می‌تواند به سرعت به باد خورشیدی، که در محدوده عطارد ۱۰ بار نیرومندتر از زمین است واکنش نشان دهد.

باد تند خورشیدی پیوسته، سطح آفتاب‌دیده عطارد را بمباران می‌کند. میدان مغناطیسی عطارد آن‌چنان نیرومند است که بتواند جلوی رسیدن این باد به سطح سیاره را بگیرد، مگر هنگامی‌که خورشید بسیار فعال بوده و یا هنگامی که عطارد در سمت‌الشمس قرار دارد. در این هنگام باد خورشیدی راه خود را برای رسیدن به سطح عطارد پیدا کرده، پروتونهای پر انرژی آن با برخورد به مواد پوسته، باعث کنده شدن آنها می‌شوند. همین ذرات کنده شده هستند که در دام سپر مغناطیسی گرفتار می‌آیند.

البته اجسامی به داغی عطارد، به دلیل آن‌که سرعت حرکت مولکولهای گاز از سرعت گریز سیاره بیشتر است، نمی‌توانند جو قابل ملاحظه و چشمگیری را پیرامون خود نگه دارند. مواد فرار عطارد، به هر اندازه که باشند، خیلی زود در فضا گم می‌شوند. به همین دلیل تا مدتهای مدید نظر بر این بود که عطارد جو ندارد. ولی دستگاه طیف‌سنج سفینه مارینر ۱۰، مقادیر ناچیزی از هیدروژن، هلیم و اکسیژن را نشان داد. پس از آن، مشاهدات زمینی هم آثاری از سدیم و پتاسیم را آشکار ساخت.

هنوز به درستی سرچشمه این جو و علت وجود این مواد در آن مشخص نشده است. جو عطارد، برخلاف پوشش گازی زمین، پیوسته در حال از دست رفتن و جایگزینی است. بخش اعظم آن به احتمال قوی، مستقیم یا غیرمستقیم توسط باد خورشیدی ایجاد شده است. برخی از مواد تشکیل دهنده آن ممکن است از سپر مغناطیسی یا از سقوط مستقیم مواد به صورت شهابسنگ ایجاد شده باشد. البته همین که یک اتم، توسط باد خورشیدی از سطح عطارد کنده شود، به این جو رقیق افزوده می‌شود. همچنین ممکن است هنوز هم این سیاره، آخرین بقایای ذخایر نخستین خود از مواد فرار را به بیرون براند.