تدور المجموعة الشمسية الداخلية (المجموعة الشمسية هي المنطقة التي تتكون من الكواكب الأرضية- عطارد والزهرة والارض والمريخ – اضافة الى حزام الكويكبات) بشكل أبطأ بكثير مما تتنبأ به قوانين الفيزياء الحديثة ، وقد تساعد دراسة جديدة في تفسير السبب.
هل هناك شيء مشابه لحالة المجموعة الشمسية يمكننا دراسته
قرص رفيع من الغاز والغبار – يُعرف باسم قرص التراكم – تدور هذه الاقراص حول النجوم الفتية. تحتوي هذه الأقراص ( حيث تتشكل الكواكب) على بقايا مواد تشكيل النجوم والتي تشكل جزءًا صغيرًا من كتلة النجم. الان وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم الزاوي ، يجب أن يدور الجزء الداخلي من القرص بشكل أسرع حيث تدور المواد بصورة حلزونية ببطء نحو الداخل نحو النجم ، على غرار الطريقة التي يدور بها المتزلجون على الجليد بشكل أسرع عندما يقربون أذرعهم من أجسامهم.
مع ذلك ، فقد أظهرت الملاحظات السابقة أن المجموعة الشمسية الداخلية – منطقة النظام الشمسي التي تمتد من الشمس إلى حزام الكويكبات وتشمل الكواكب الأرضية – لا تدور بالسرعة التي تنبأ بها قانون الحفاظ على الزخم الزاوي. وباستخدام عمليات محاكاة جديدة لقرص تراكم افتراضي ، أوضح العلماء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) كيف تتفاعل الجسيمات في قرص التراكم .
كتب باحثو معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في بيان: “الزخم الزاوي يتناسب مع السرعة مضروبة في نصف القطر ، وينص قانون الحفاظ على الزخم الزاوي على أن الزخم الزاوي في النظام يظل ثابتًا”. “لذلك ، إذا انخفض نصف قطر المتزلجين لأنهم سحبوا أذرعهم إلى الداخل ، فإن الطريقة الوحيدة للحفاظ على ثبات الزخم الزاوي هي زيادة سرعة الدوران.”
قد يعجبك : (Supernova) ما هو المستعر الاعظم
اذن لماذا لا يتم حفظ الزخم الزاوي لقرص التراكم الداخلي؟
اقترح بحث سابق أن الاحتكاك بين مناطق قرص التراكم أو المجالات المغناطيسية التي تولد اضطراب (وتخلق احتكاكًا) قد يبطئ سرعة دوران الغاز المتجه نحو مركز الجذب، وفقًا للبيان.
لفهم فقدان الزخم الزاوي بشكل أفضل ، درس بيلان (أستاذ الفيزياء التطبيقية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف المشارك للدراسة) مسارات الذرات الفردية والأيونات والغاز في قرص تراكم ، وبالتالي ، كيف تتصرف الجسيمات أثناء وبعد الاصطدامات. اذ بينما تتأثر الجسيمات المشحونة – الإلكترونات والأيونات – بكل من الجاذبية والمجالات المغناطيسية ، تتأثر الذرات المحايدة (النيوترونات ) بالجاذبية فقط.
استخدم الباحثون نماذج حاسوبية لمحاكاة قرص تراكمي من 1000 جسيم مشحون يصطدم بـ 40.000 جسيم محايد في المجالات المغناطيسية والجاذبية.
ووجدوا أن التفاعل بين الذرات المحايدة وعدد أقل بكثير من الجسيمات المشحونة ينتج عنه أيونات موجبة الشحنة ، أو كاتيونات ، تتحرك بصورة لولبية إلى الداخل والجسيمات سالبة الشحنة ، أو الإلكترونات ، تتحرك نحو الخارج نحو حافة قرص التراكم. وفي الوقت نفسه ، تفقد الجسيمات المحايدة الزخم الزاوي وتدور إلى الداخل نحو المركز.
بدوره ، يعمل قرص التراكم كبطارية عملاقة ، مع طرف موجب بالقرب من مركز القرص وطرف سالب عند حافة القرص. تولد هذه الاطراف تيارات قوية ، أو نفاثات من المواد ، تنطلق في الفضاء من كلا جانبي القرص.
قال بيلان: “كان هذا النموذج يحتوي على القدر المناسب من التفاصيل لالتقاط جميع الميزات الأساسية لأنه كان كبيرًا بما يكفي ليتصرف تمامًا مثل تريليونات وتريليونات من الجسيمات المحايدة المتصادمة والإلكترونات والأيونات التي تدور حول نجم في مجال مغناطيسي” مثل المجموعة الشمسية .
تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية إلى أنه بينما يتم فقد الزخم الزاوي ، يتم الحفاظ على الزخم الزاوي المعياري او الاساسي ( مجموع الزخم الزاوي العادي الأصلي بالإضافة إلى كمية إضافية تعتمد على شحنة الجسيم والمجال المغناطيسي) وفقًا للبيان.
وأوضح الباحثون في البيان: “نظرًا لأن الإلكترونات سالبة والكاتيونات موجبة ، فإن الحركة الداخلية للأيونات والحركة الخارجية للإلكترونات ، الناتجة عن الاصطدامات ، تزيد من الزخم الزاوي الأساسي لكليهما”. “تفقد الجسيمات المحايدة الزخم الزاوي نتيجة التصادم مع الجسيمات المشحونة وتتحرك إلى الداخل ، مما يوازن الزيادة في الزخم الزاوي الأساسي للجسيمات المشحونة.”
لهذا فان الحركة تكون ابطا , ونستطيع تطبيق هذا المثال على المجموعة الشمسية الداخلية لنفهم لماذا تتحرك بشكل ابطا مما هو متوقع
هذا قد يكون الجواب على سؤال لماذا تدور المجموعة الشمسية الداخلية ابطأ
