طرق اكتشاف كواكب خارج المجموعة الشمسية (بالإنجليزية:Methods of detecting extrasolar planets) يكون الضوء المنبعث من كوكب يكون خافتا بالمقارنة بالضوء الصادر عن نجم مما يجعل اكتشاف الكوكب صعبا، وخاصة وأن الضوء المنبعث من النجم يغلب على الضوء المستقبل من الكوكب. ولهذا فقد انحصر عدد الكواكب المكتشفة خارج المجموعة الشمسية والتي رؤيت مباشرة في عدد قليل حتى الآن. لذلك فقد ابتكر علماء الفلك طرق غير مباشرة لاكتشاف تلك الكواكب، وقد أدت تلك الطرق إلى نجاح في هذا المضمار. محتويات 1 طرق الاكتشاف 1.1 سرعة شعاعية 1.2 طريقة عبور كوكب 1.3 زمن النباض 2 أنظر أيضا 3 المراجع طرق الاكتشاف سرعة شعاعية دوران نجم وكوكبه حول مركز ثقلهما.) طبقا لقوانين الجاذبية فإن النجم المقترن بكوكب يدور في فلك يكون صغيرا بالنسبة لفلك الكوكب نظرا إلى الاختلاف الكبير بين كتلتيهما. وهذه الحركة الدوارانية التي يؤديها النجم تتميز باختلاف في سرعته عندما تكون حركته في اتجاه الأرض أو يكون مبتعدا عنها في مداره. أي أنه يوجد اختلاف في السرعة الشعاعية للنجم عند مشاهدته من الأرض. ويمكن استنباط السرعة الشعاعية من الإزاحة التي تعتري خطوط طيف النجم بالمقارنة بالنجوم المجاورة له والتي تظهر في هيئة تأثير دوبلر. وتعتمد طريقة قياس السرعة الشعاعية على قياس ذلك الاختلاف ومنها يمكن الحكم على وجود كوكب تابع له. وتكون سرعة النجم حول مركز الثقل أقل كثيرا عن سرعة الكوكب بسبب صغر نصف قطر حركته الدورانية حول مركز الثقل بينهما. ويمكن قياس اختلاف في السرعة يبلغ 1 متر في الثانية بالأنواع الحدسثة من المطيافات مثل مطياف HARPS ذو 6و3 متر تلسكوب الموجود في مرصد لاسيلا التابع المرصد الأوروبي الجنوبي إيسو في شيلي، أو مطياف HIRES التابع إلى مرصد كيك. وهناك طريقة بسيطة وقليلة الكلفة لقياس السرعة الشعاعية وهي بواسطة مطيافية التشتت الخارجي externally dispersed interferometry. [1] وتعتبر تلك الطريقة هي أسخى الطرق التي يستخدمها الباحثون عن الكوانب، وهي تعرف في نفس الوقت بمطيافية دوبلر. كما تستخدم تلك الطريقة بالمشاركة مع طريقة عبور الكوكب للتأكد من القياسات، وحينما تقترن تلك الطريقتين فيمكن معرفة كتلة الكوكب المكتشف الحقيقية. طريقة عبور كوكب عبور كوكب عبر قرص النجم التابع له. ويبين المنحنى أسفله تغير شدة الضوء المسجلة مع زمن العبور. Kepler 6b photometry [2]. يمكن بواسطة هذه الطريقة تعيين قطر الكوكب. إذا عبر كوكب عبر قرص النجم الذي يتبعه فإن الضوء الصادر من النجم يضعف قليلا. ويعتمد مقدار ذلك الانخفاض في إضاءة النجم على حجم الكوكب بالنسبة إلى حجم النجم. وعلى سبيل المثال ففي حالة HD 209458 ينخفض إضاءة النجك بمقدار 7و1 % . وتلك الطريقة لها ميزتين: 1) أن عبور الكوكب عبر نجمه يمكن رؤية حدوثها إذا كان مدار الكوكب في نفس اتجاه المشاهد. ويعتمد احتمال وجود مدار الكوكب في نفس اتجاه الرؤية على نسبة قطر الكوكب غلى قطر النجم. وتوجد نحو 10 % من الكواكب ذات المدار الصغير على هذا النحو ، وتقل النسبة للكواكب ذات مدارات أكبر. إ. فغن في اتلك منبعث من وبالنسبة إلى كوكب يلف حول نجم في حجم الشمس وعلى بعد 1 وحدة فلكية (150 مليون كيلومتر) تكون احتمال وجود مدار الكوكب في نفس اتجاه الأرض نحو 47%. ولكن عن طريق مسح مناطق واسعة في السماء بها آلاف النجوم في وقت واحد فإن طريقة اكتشاف الكواكب بطريقة العبور تعتبر أكثر نجاحا من طريقة السرعة الشعاعية ن تلك [3], مع انها لا تستطيع تحديد أي من النجوم له كوكب. 2) تعاني الطريقة من معدل للخطأ عالي. ولهذا يحتاج طريقة العبور إلى تأييد من طريقة أخرى، مثل طريقة قياس السرعة الشعاعية. .[4] ومن أهم مزايا طريقة العبور قدرتها على تعيين حجم الكوكب عن طريق قياس منحنى الإضاءة. وعند اقترانها بطريقة السرعة الشعاعية (وهي التي تعين كتلة الكوكب) فيمكننا حساب كثافة الكوكب، وبذلك معرفة بعض خصائص بنايته الطبيعية. وتعتبر التسعة كواكب التي درست بهاتين الطريقتين هم أحسن الكواكب والمدروسة وأدق مواصفات عرفت حتى الآن عن كواكب خارج المجموعة الشمسية. [5] كما تسمح طريقة عبور الكوكب أمام نجمه بمعرفة أشياء عن جوه. فعندما يعبر الكوكب قرص النجم يتخلل بعض ضوء النجم جو الكوكب. وبدراسة الاطياف جيدة التباين (الوضوح) يمكن اكتشاف عناصر موجودة في جو الكوكب. ويمكن التعرف على الكثير من جو الكوكب عن طريق قياس استقطاب ضوء النجم المار خلاله أو المنعكس على جوه. زمن النباض لوحة فنان لنظام كواكب النباض PSR 1257+12. النباض هو نجم نيوتروني، وهو نجم صغير جدا شديد الكثافة جدا مكون من النيوترونات فقط، وهو عبارة عن أشلاء نجم عادي بعد انفجاره على هيئة مستعر أعظم. تلك النجوم النباضة تدور بسرعة فائقة حول محورها وتطلق شعاع موجات راديوية متجهة، فعندما نستقبل إشارات مثل هذا النجم الأرض نجد أن إشاراته موجاته الكهرومغناطيسية تأتي وتختفي على فترات زمنيه دورية ،مثلها كمثل الفنار الذي يرشد السفن في البحر. ونظرا لأن دورة استقبال الموجات من النباض تكون مضبوطة جدا فإن تغيرها يمكن من دراسة حركة النباض. ومثل اي نجم آخر فإن النباض يدور أيضا في فلك صغير إذا كان له كوكب تابع. وتمكّن حسابات قياسات تغيرات زمن النبضات من تعيين قياسات فلكه. [6] ولم تبتكر تلك الطريقة أساسا بغرض اكتشاف الكواكب خارج المجموعة الشمسية، ولكنها حساسة جدا بحيث تستطيع اكتشاف كواكب صغير قد تبلغ كتلتها عشر كتلة الأرض. كما في استطاعتها اكتشاف تغير الجاذبية بين موجموعة من الكواكب وإعطاء معلومات عن أفلاك الكواكب في ذلك النظام. ويعتبر أهم ضعف لطريقة النباض لاكتشاف كواكب خارج المجموعة الشمسية هو ندرة وجود هذا النوع من النجوم، كما أن وجود حياة على أحد كواكب النجوم النباضة غير ممكن بسبب الطاقة الإشعاعية الهائلة التي يشعها النباض بحيث تقضي على أي نوع من الحياة على الكوكب.

<!-- /firstHeading --><!-- bodyContent --> <!-- tagline --><!-- /jumpto --><!-- bodycontent -->

علم الكواكب (Planetary science أو planetology) أو يدعى أيضا بعلم الفلك الكوكبي planetary astronomy هو العلم الذي يدرس الكواكب، الأقمار وأنظمة الكواكب وخاصة المتعلقة بالمجموعة الشمسية وعملية تكونهم. ويدرس هذا العلم أجساما يتراوح حجمها بين الأحجار النيزكية الصغيرة والعملاق الغازي بهدف تحديد تركيبهم وحركتهم وتكوينهم وتاريخهم والعلاقات المشتركة بينهم.

وهو مجال متعدد التخصصات جدا ونشأ أساسا من علم الفلك وعلوم الأرض، ولكنه يجمع بين فروع كثيرة من المعرفة تشمل علم الفلك الكوكبي وجيولوجيا الكواكب وتضم الجيوفيزياء، الجيوكيمياء والجغرافيا الفيزيائية وعلم تشكيل الأرض وعلوم الغلاف الجوي والعلوم النظرية للكواكب ودراسة الكواكب الموجودة خارج المجموعة الشمسية. وهناك أيضا تخصصات أخرى مثل فيزياء الفضاء والتي تهتم بتأثير الشمس على المجموعة الشمسية وعلم الأحياء الفلكي.

هناك أيضا علوم تعتمد على النظريات والمشاهدة. وتعتمد الأبحاث المبنية على المشاهدة على برامج استكشاف الفضاء ومهمات المركبات الفضائية الآلية باستخدام الاستشعارعن بعد. وتعتمد أيضا على العمل التجريبي والنسبي في المعامل المخصصة لدراسة كوكب الأرض.أما الجزء النظري فيشمل المحاكاة باستخدام الحاسب الآلي والصيغ الرياضية.

ويتواجد علماء الكواكب بشكل عام في أقسام الفلك أو الفيزياء أو علوم الأرض في الجامعات ومراكز الأبحاث. وتوجد حاليا حول العالم عدة معاهد خاصة بدراسة الكواكب فقط وهناك عدة مؤتمرات رئيسية تعقد كل عام ويصدر عنها نشرات أكاديمية.

لمحة تاريخية

بدأ تاريخ علم الكواكب مع الفيلسوف اليوناني القديم ديموقريطوس والذي روى عنه هيبوليتوس قوله : " إن الأجرام السماوية المرتبة لانهائية وتختلف في الحجم وبعضها لا يوجد به شمس أو قمر، ويوجد في البعض الآخر شمس وقمر أكبر من الذين يملكهما كوكب الأرض وربما بأعداد أكبر، والفواصل بين هذه الأجرام غير متساوية. وبعضها يكبر حجمها وبعضها يضمحل، وبعضها يتم تدميره بتصادمها مع بعضها، وبعضها خالي من النباتات والحيوانات والمياه ".

بعد ذلك ابثق علم الكواكب من علم الفلك عن طريق دراسات عن الكواكب الغير معروفة، وفي هذا الإتجاه نجد أن عالم الفلك الكوكبي الأول هو جاليليو جاليلي الذي اكتشف الأقمار الأربعة في المشترى والجبال على القمر وهو أول من لاحظ الحلقات الموجودة حول كوكب زحل.

وتعتبر دراسات جاليليو عن الجبال القمرية عام 1609 م هي التي فتحت الباب أمام دراسة أسطح الكواكب الأخرى حيث قال في ملاحظاته : " إن القمر بالتأكيد لا يملك سطحا أملس أو ممهد " مقترحا أن أجراما أخرى قد يكون لها نفس السطح الموجود على كوكب الأرض.

إن تطور صناعة التلسكوب ودقة ووضوح باقي الأدوات سمح بالتدرج في التعرف على أجواء وأسطح الكواكب وكان القمر هو الأكثر دراسة حيث أن تضاريس سطحه كانت ظاهرة نظرا لتقاربها مع تضاريس الأرض. وكذلك أدى التطور التكنولوجي إلى توسيع المعرفة بالتكوين الجيولوجي للقمر، وفي هذا المجال تعتبر اأهم الأدوات هي التلسكوب البصري ثم التلسكوب الهوائي وأخيرا سفن الفضاء الاستكشافية الآلية.

لقد تمت دراسة المجموعة الشمسية جيدا الآن وهناك فهم كلي لتكون ونشأة نظام الكواكب، ولكن على الرغم من ذلك ما زال هناك عدد كبير من الأسئلة لم يتم الإجابة عنها بعد. وفي نفس الوقت نرى أن معدل الاكتشافات عالي جدا ويرجع ذك لوجود أكثر من مركبة فضائية تستكشف المجموعة الشمسية.

فروع علوم الكواكب

علم الفلك الكوكبي هو علم نظري ولكنه يعتمد على المشاهدات أيضا، إن الباحثين المهتمين بالمشاهدات يهتمون بشكل كبير بالأجسام الصغير في المجموعة الشمسية والتي تم اكتشافها بالتلسكوب بنوعيه، وهكذا يتم التعرف على خصائص هذه الأجسام مثل الشكل والدوران والمواد المكونة للسطح والأحوال الجوية بعد ذلك يمكن فهم كيفية نشأة وتكون هذه الأجسام. أما الجزء النظري فيهتم بالديناميكا (القوى المحركة) وهي التطبيق الذي يدرس مبادئ الديناميكا السماوية بالمجموعة الشمسية والأنظمة الكونية الأخرى.

جيولوجيا الكواكب

إن أفضل الأبحاث المعروفة في جيولوجيا الكواكب هي تلك التي تتناول الكواكب المجاورة للأرض وهي القمر والكوكبان المجاوران للأرض الزهرة والمريخ.

علم تشكيل الأرض

يدرس هذا العلم معالم أسطح الكواكب ويدرس تاريخ تكون هذه الكواكب مستدلا بالعمليات الفيئيائية التي حدثت على السطح. ويشمل كذلك دراسة عدة أنواع من المعالم مثل :

- معالم الاصطدام (الأحواض متعددة الأطواق – فوهات البراكين). - المعالم البركانية والتكتونية (الصدوع والحمم البركانية). - الأحوال الجوية في الفضاء : دراسة تأثير عوامل التعرية الناشئة من البيئة القاسية في الفضاء مثل السقوط المتواصل للأحجار النيزكية وأمطار الجسيمات عالية الطاقة.على سبيل المثال نجد أن طبقة الغبار الرقيقة على سطح صخور القمر هي نتيجة للسقوط المتواصل للأحجار النيزكية عليه. - معالم مائية وتشمل السوائل التي تبدأ من الماء وحتى الهيدروكربونات والأمونيا. ويعتمد نوع السوائل الموجودة على موقع الكوكب في المجموعة الشمسية.

يتم حل شفرة تاريخ سطح الكوكب عن طريق وضع خرائط جيولوجية للمعالم الموجودة عليه من القمة إلى القاع طبقا لتتابع الطبقات وترتيبها، وعلى سبيل المثال استخدمت خرائط طبقات الصخور في تدريب طاقم مركبة الفضاء أبوللو على الطبقات الحقيقية التي سيواجهونها في مهماتهم على سطح القمر.وقد تم اكتشاف التتابعات المتداخلة عن طريق الصور الملتقطة بواسطة برنامج استكشاف الفضاء وتم استخدامها لعمل أعمدة من طبقات الصخور وخرائط جيولوجية للقمر.

الكيمياء الكونية والجيوكيمياء وعلم الصخور

واحدة من أهم الإشكاليات التي حدثت عند الفرضيات على تكون ونشأة الأجسام في المجموعة الشمسية هي مشكلة نقص العينات التي يمكن تحليلها في المعامل حيث توجد مجموعة كبيرة من الأدوات المتاحة وكذلك المعارف الكاملة المشتقة من الجيولوجيا الأرضية التي يمكن تطبيقها، ولحسن الحظ أن العينات المأخوذة مباشرة من القمر والمريخ والنيازك والكويكبات الصغيرة أصبحت موجودة الآن على الأرض. وقد عانت بعض هذه العينات من تأثير أكسدة الغلاف الجوي ولكن الأحجار النيزكية ورواسب الغلاف الجوي التي تم جمعها في العقود الأخيرة من القارة المتجمدة الجنوبية كانت محتفظة بخصائصها كاملة.

إن الأنواع المختلفة للأحجار النيزكية والتي يرجع أصلها لحزام الكويكبات هي الغالبة في الأحجار النيزكية التي تم تمييزها. وبالجمع بين الجيوكيمياء ومشاهدات علم الفلك أصبح من الممكن تعقب بعض أنواع النيازك ومعرفة الكويكب الذي أتت منه بالتحديد في الحزام الرئيسي. وفي فترة برنامج الفضاء أبوللو تم تجميع 348 كجم من العينات من القمر ونقلت أيضا 3 روبوتات سوفيتية عينات من الغبار والصخور من سطح القمر. وقد وفرت هذه العينات سجلا شاملا لتركيب اي جسيم في المجموعة الشمسية بجانب الأرض

الجيوفيزياء

إن وجود أكثر من مسبار في الفضاء جعل من الممكن جمع بيانات ليس فقط من المناطق المرئية المضيئة ولكن أيضا من الطيف الكهرومغناطيسي حيث يمكن توصيف الكواكب عن طريق مجالات القوى حولها مثل الجاذبية والمجال المغناطيسي الذين يتم دراستهما عن طريق الجيوفيزياء وفيزياء الفضاء. اذا كان المجال المغناطيسي لكوكب ما قويا كفاية فإن تفاعله مع الرياح الشمسية يكون غلاف مغناطيسي حول الكوكب. وهناك دراسات اكتشفت محصلة أبعاد المجال المغناطيسي للأرض والذي يمتد لمسافة 10 اضعاف نصف قطر الأرض في اتجاه الشمس. والرياح الشمسية والتي هي تيار من الجسيمات المشحونة تتدفق خارج وحول المجال المغناطسي للأرض وتستمر خلف الذيل المغناطيسي مئات أضعاف نصف قطر الأرض.

علوم الغلاف الجوي

إن الغلاف الجوي هو منطقة انتقالية هامة بين السطح الصلب للأرض والأحزمة الإشعاعية والأيونية والمخلخلة. وليس لكل الكواكب غلاف جوي حيث أن وجوده يعتمد على كتلة الكوكب وبعد الكوكب عن الشمس ولذلك عندما يزيد بعد الكوكب عن الشمس يكون الغلاف الجوي له متجمدا. وبجانب الكواكب الغازية الكبيرة تملك الكواكب الأرضية (الزهرة والمريخ والقمر) غلاف جوي هام.

مراقبة عطارد

يتراوح القدر الظاهري لعطارد بين -2.3 (أكثر لمعاناً من الشعرى اليمانية) إلى +5.7، وأقصى مقدار للقدر الظاهري عندما يكون قريباً من الشمس في السماء.[7] إن مراقبة عطارد مُعقدة بسبب قربه من الشمس، بحيث تصعب مراقبته بسبب وهجها، ويمكن مشاهدته لفترة قصيرة عند الفجر والغسق، ولم يستطع مرصد هابل الفضائي مشاهدته إطلاقاً حتى الآن، بسبب الإجراءات الوقائية التي تمنع من توجيهه بالقرب من الشمس.[17] ويمكن رؤية عطارد من النصف الجنوبي للكرة الأرضية بشكل أسهل من رؤيته من النصف الشمالي.

عطارد عند القدماء
 
نموذج لرصد ابن الشاطر لعطارد.

تعتبر جداول "مل أبن" (Mul.Apin) أقدم الملاحظات الفلكية حول عطارد. ويُعتقد أن هذه الجداول وُضعت بواسطة الفلكيين الأشوريين على الأغلب، في القرن الرابع عشر قبل الميلاد،[18] وكانت ترجمة الكتابة المسمارية لاسم هذا الكوكب في الجداول بمعنى الكوكب القافز.[19] تعود سجلات البابليين لعطارد إلى الألفية الأولى قبل الميلاد، وقد أطلقوا عليه اسم نابو وهو إله الحكمة والكتابة وفقاً لميثولوجيتهم.[20]

عَرف الإغريق في زمن هسيود كوكب عطارد، وقد أطلقوا عليه اسمي "ستيلبون" (باليونانية: Στίλβων) و"هيرماون" (باليونانية: Ἑρμάων) ظناً منهم بأنه عبارة عن جرمين سماوييّن منفصلين. وفي وقت لاحق أعطوه اسم أبولو عندما يكون مرئياً في الفجر، وهيرميز عندما يكون مرئياً في الغسق. وفي القرن الرابع قبل الميلاد أدرك الفلكيون الإغريق أن الاسمين يعودان لجرم واحد.[21] أطلق الرومان فيما بعد اسم "ميركوري" (باللاتينية: Mercurius) على الكوكب والذي يُقابل الإله هيرمز عند الإغريق، وذلك لأنه يتحرك في السماء أسرع من أي كوكب آخر، كما يفعل الإله سالف الذكر وفقاً لمعتقداتهم.[22][22][23] وقد كتب العالم الروماني - المصري كلاوديوس بطليموس حول عبور عطارد أمام الشمس، وقد اقترح أن العبور لا يُلاحظ بسبب صغر عطارد وأن هذا العبور غير متكرر.[24]

عُرف عطاردٌ عند الصينيين القدماء باسم "شين إكسينغ" (بالصينية: 辰星)، وهو مرتبط باتجاه الشمال وهو في طور المياه حسب مبدأ العناصر الخمسة (بالصينية: 五行) التي اعتقد الصينيون أنها تكوّن العالم.[25]

حسب الميثولوجيا الهندوسية استخدم له اسم بوذا،[26] كما هو الإله أودن حسب الميثولوجيا الإسكندنافية،[27] في حين مثَّل المايا عطارد بالبومة وأحياناً بأربع بومات، اثنتان منهما للظهور الصباحي واثنتان للظهور الليلي، وكلهم يَخدمون كرسل للعالم السفلي.[28] وفي القرن الخامس حدد نص فلكي هندي يُدعى ثريا سيدهانتا قطر كوكب عطارد بثلاثة آلاف وثمانية أميال، أي بخطأ أقل بنسبة 1% من القيمة الحقيقة البالغة 3,032 ميل.

كان العرب يُطلقون على هذا الكوكب اسم عطارد نسبة إلى "طارد" و"عَطرَدَ" أي المتتابع في سيره، ويَرمز هذا إلى السرعة الكبيرة التي يَدور بها الكوكب حول الشمس.[29] أما عن علماء الفلك المسلمون، فقد وصف في القرن الحادي عشر الميلادي الفلكي الأندلسي إبراهيم بن يحيى الزرقالي مدار عطارد بأنه إهليلجي وبأنه يشبه البيضة.[30][31] وفي القرن الثاني عشر رصد العالم ابن باجة بقعتين مظلمتين على سطح الشمس، واقترح فيما بعد قطب الدين الشيرازي أن هاتين البقعتين ما هي إلا عبور عطارد والزهرة. وذلك في القرن الثالث عشر.[32]
[عدل]
استكشاف عطارد بالتلسكوبات الأرضية
 
رصد لعبور عطارد: النقطة السوداء الصغيرة في أسفل مركز الصورة. أما النقطة السوداء على يسار القرص الشمسي فهي كلفة شمسية.

كان أول رصد لعطارد بواسطة التلسكوب في القرن السابع عشر على يد غاليليو غاليلي، وكان قد لاحظ ظاهرة الطور الكوكبي عندما راقب الزهرة، لكن لم يكن مقرابه قوياً كفاية ليرى طور عطارد. صنع بيير جاسيندي سنة 1631 تلسكوباً استطاع مراقبة عبور الكوكب أمام الشمس وهو الذي تنبأ به يوهانس كيبلر. واستطاع جيوفاني باتيستا زوبي سنة 1639 رصد واكتشاف أن عطارد له أطوار مدارية مشابهة للزهرة والقمر، وأثبتت هذه الملاحظة بشكل قاطع دوران عطارد حول الشمس.[12]

إحدى الأحداث الفلكية النادرة هي مرور أحد الكواكب أمام الآخر، وتسمى ظاهرة الاحتجاب، ويحتجب عطارد والزهرة مرة كل بضع قرون. والمراقبة الفلكية الوحيدة لهذا الحدث حدثت في 28 أيار من سنة 1737، وقد راقبها العالم جون بفيس في المرصد الملكي في بريطانيا، [33] ومن المتوقع أن يقع الاحتجاب التالي في 3 كانون الأول من سنة 2133.[34]

تمكن يوهان شروتر سنة 1800 من رصد بعض تضاريس سطح عطارد حيث سجل مشاهدته لعشرين كم من الجبال المرتفعة. بعد ذلك استخدم فريدريك بيسيل الملاحظات للحصول على تقديرات خاطئة عن فترة المدار الفلكي والتي قدرها بأربعة وعشرين ساعة، والميل المحوري الذي حدده بسبعين درجة.[35] قام جيوفاني إسكيابارلي سنة 1880 برسم خرائط لسطح عطارد بشكل أكثر دقة واقترح أن فترة دورانه تبلغ 88 يوم، أي نفس فترة الدوران الفلكي بسبب تقييد قوى المد والجزر.[36] يمكن ملاحظة هذه الظاهرة أيضاً بالنسبة للقمر، وتُعرف باسم الحركة التزامنية. توبعت جهود رسم خرائط عطارد فيما بعد على يد إيغنيوس أنطونيادي الذي أصدر كتاباً سنة 1934 يحوي كل خرائطه ومراقباته لعطارد، وقد أخذت العديد من خصائص سطوح الكواكب ولا سيما البياض من هذا الكتاب.[37]

قام فريق من العلماء السوفيت تابع لمعهد هندسة الرادار والإلكترونيات في الأكاديمية السوفيتية للعلوم سنة 1962 بإرسال وتلقي أمواج رادارية وملاحظة تضاريس سطح عطارد، ليَكون أول اكتشاف لعطارد بواسطة الرادار.[38][39][40] بعد ثلاث سنوات استخدم عالم أمريكي يُدعى غوردون بيتنجيل المقراب الراديوي لمقراب أرسيبو الكاشوفي لرصد فترة دوران الكوكب ليحسم هذا الأمر بفترة مقدارها 58 يوماً.[41][42] بذلك أصبحت نظرية الحركة المتزامنة لعطارد مقبولة على نطاق واسع. لكن المعضلة التي واجهها العلماء أنه إذا كان عطاردُ معرضاً لتقييد قوى المد والجزر فإن حرارة السطح المظلم يَجب أن تكون أبرد بكثير من القيم التي حصلوا عليها من انبعاث الأمواج اللاسلكية، ومع ذلك رَفَضَ العلماء إسقاط نظرية الحركة التزأمنية للكوكب وفَسرُوا ذلك بنظريات بديلة مثل توزيع الطاقة الحرارية بواسطة الرياح.[43]

لاحظ عالم إيطالي يدعى جوزيف كولومبو أن فترة دوران عطارد هي ثلثا فترة دورانه الفلكي، واقترح لذلك أن فترتي الدوران المحوري والمدار حبيستا رنين يُعادل 3:2 بدلاً من 1:1.[44] وأكدت المعلومات التي توافرت فيما بعد بفضل المسبار مارينر 10 صحة هذه الفرضية،[45] مما يَعني أن خرائط إسكيابارلي وأنطونيونادي صحيحة. لم تظهر المراقبة الأرضية الكثير من المعلومات الداخلية حول عطارد، ولم تتعمق المعرفة الصحيحة حول عطارد إلا عند التحليق فوقه.
[عدل]
الرحلات الفضائية إلى عطارد
جدول يلخص مراحل الرحلات لعطاردالمركبة الفضائية    الحدث    التاريخ    وكالة الفضاء
مارينر 10    أطلقت    تشرين الثاني 1973    ناسا
    أول اقتراب    آذار 1974   
    ثاني اقتراب    أيلول 1974   
    ثالث اقتراب    آذار 1975   
ميسنجر    أطلقت    آب 2004    ناسا
    أول اقتراب    14 كانون الثاني 2008   
    ثاني اقتراب    6 تشرين الأول 2008   
    ثالث اقتراب    30 أيلول 2009   
    وضع على المدار    مخطط في آذار 2011   
ببي كولومبو    أطلقت    مخطط في آب 2014    وكالة الفضاء الأوروبية/منظمة بحوث الفضاء اليابانية


يَفرض الوصول إلى عطارد تحديات تقنية كثيرة، حيث أن الكوكب قريب جداً من الشمس، كما أن المركبة الفضائية المنطلقة من الأرض يجب أن تقطع مسافة 91 مليون كيلومتر باتجاه الشمس وجاذبيتها. كما أن عطارد له سرعة مدارية تعادل 48 كم في الساعة، بينما الأرض تملك سرعة مدارية مقدارها 30 كم في الساعة لذلك فيَجبُ على المركبة الفضائية أن تغير سرعتها بشكل كبير لتستطيع الدخول إلى مدار هوهمان الانتقالي القريب من عطارد.[46]
[عدل]
مارينر 10
 مقال تفصيلي :مارينر 10
 
المسبار مارينر 10.

كانت مركبة مارينر 10 أول مركبة فضائية تزور عطارد، وقد أطلقت من قبل وكالة ناسا في سنة 1975،[22] وقد استخدمت المركبة جاذبية الزهرة لتعادل سرعتها المدارية وبذلك استطاعت الاقتراب من عطارد لتكون أول مركبة تستخدم تقنية التسريع بالجاذبية، وأول مركبة فضائية تابعة لناسا تقوم بزيارة أكثر من كوكب.[46] وقد قامت مارينر 10 بالتقاط أول الصور القريبة من سطح عطارد، والتي أظهرت فوراً صوراً للكثير من الفوهات الصدمية على سطحه، وكشفت العديد من التضاريس الجيولوجية لسطحه مثل الانحدار العظيم والذي عُزي سببه لاحقاً إلى الانزياحات القليلة في النواة الحديدية الباردة.[47] وعلى مدى رحلة مارينر 10 خلال الفترة المدارية فإنة كشف عن نفس الوجه للكوكب والذي كان قريب منه مما جعل ملاحظة كلا وجهي الكوكب مستحيلة،[48] وبالتالي أن خرائط الكوكب لم تكن كافية، فتم تحديد ملامح 45% من سطح عطارد فقط.[49]

أول تحليق لمارينر 10 فوق عطارد كان في 29 آذار من سنة 1974 وقبله بيومين بدأ بتسجيل كميات كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية بالقرب من الكوكب، وأدّى ذلك إلى الاعتقاد بوجود قمر طبيعي له، لكن فيما بعدُ تم تحديد الزيادة في نشاط الأشعة فوق البنفسجية بأنها منبعثة من النجم رقم 31 في كوكبة الباطية.

نجح مارينر 10 في إجراء ثلاث اقترابات من عطارد، وأكثر اقتراب كان على ارتفاع 327 كم عن سطحه.[50] في أول اقتراب له، رصد مارينر 10 حقلاً مغناطيسياً، وكان الأمر مفاجأة جيولوجية للعلماء نظراً للسرعة الدورانية البطيئة المسؤولة عن توليد خاصية الدينامو. اُستخدِم الاقتراب الثاني للتصوير، وفي الاقتراب الثالث تم الحصول على بيانات كثيرة عن المغناطيسية والتي كشفت أن الحقل المغناطيسي لعطارد يُشبه الحقل المغناطيسي للأرض، وهو المسؤول عن انحراف الرياح الشمسية عليه. إلا أن شدة المجال المغناطيسي لعطارد تبلغ 1.1% من شدة المجال المغناطيسي للأرض. لا يَزال الحقل المغناطيسي لعطارد مطرح دراسة ونظريات عديدة.[51]

نفذ وقود مارينر 10 بعد 8 أيام من آخر اقتراب من عطارد في 24 آذار من سنة 1975. ولم يعد من الممكن التحكم بمداره بشكل جيد وأنهيت مهمة أجهزة التحكم بالمسبار،[52] ويُعتقد أنه ما زال يَدور حول الشمس ويَقترب من عطارد كل بضعة شهور.[53]
[عدل]
مسنجر
 مقال تفصيلي :ميسنجر (مركبة فضائية)
 
المسبار مسنجر أثناء تركيبه.

كانت مسّنجر هي المهمة الثانية لوكالة ناسا الهادفة لاستكشاف عطارد. شملت المهمة استكشاف سطح عطارد والبيئة الفضائية الجيوكيميائية له. أطلق المسبار في 3 آب من سنة 2004 من قاعدة كيب كانافيرال للقوات الجوية على متن الصاروخ بوينغ دلتا 2. وقام بأقرب اقتراب من الأرض في آب 2005 وللزهرة في تشرين الأول 2006 وفي حزيران 2007 دخل ضمن المسار الصحيح للدخول ضمن مدار عطارد.[54] وأول اقتراب له من عطارد حدث في 14 كانون الثاني 2008، والثاني في 6 تشرين الثاني 2008،[55] والثالث في 29 أيلول 2009.[56] ومن المتوقع أن يدخل بعد ذلك في مدار إهليلجي حول الكوكب في آذار 2011.[55]

صُمّمت هذه الرحلة لتبيين وتوضيح ست نقاط هي: الكثافة العالية لعطارد، ومعالمه الجيولوجية، وطبيعة حقله المغناطيسي، وتركيب نواته، وإذا كان يوجد جليد في قطبيه، وما الذي حدث لغلافه الجوي الرقيق. ولتحقيق ذلك يحمل المسبار أجهزة تصوير أكثر تطوراً ودقة من تلك التي كانت مركبة على مارينر 10 وأجهزة تحليل طيفي لمعرفة كميات العناصر في القشرة. كما زود بمقياس المغناطيسية وأجهزة لقياس سرعة الجسيمات المشحونة، وسوف تستخدم قياسات التغيرات الصغيرة في سرعة المسبار ضمن مداره لمعرفة التركيب الداخلي للكوكب.[57]
[عدل]
ببي كولومبو
 مقال تفصيلي :ببي كولومبو (مسبار)

تخطط وكالة الفضاء الأوروبية بالاشتراك مع اليابان إلى إطلاق رحلة فضائية تسمى ببي كولومبو، وهي تتألف من مسبارين: الأول مهمته إعطاء تفاصيل وخرائط لتضاريس الكوكب والثاني لدراسة الغلاف المغناطيسي.[58] ويتوقع أن يتم إطلاقه في سنة 2014، وأن يصل عطارد في عام 2020.[59]
[عدل]
التركيب الداخلي

عطارد هو واحد من أربعة كواكب صخرية في المجموعة الشمسية، وهيئته الصخرية تماثل الأرض. إنه أصغر الكواكب في المجموعة الشمسية، فنصف قطره الاستوائي يصل إلى 2439.7 كم.[1] يُعتبر عطارد أصغر من أكبر قمرين في النظام الشمسي، وهما غانيميد وتيتان. يتألف عطارد بنسبة 70% من تركيب معدني و30% من مواد السيليكات.[12] تعتبر كثافة عطارد ثاني أعلى كثافة في المجموعة الشمسية، وتساوي 5.427 غرام/سنتيمتر مكعب، وهي أقل بقليل من كثافة الأرض والتي تساوي 5.515 غم/سم مكعب.[1] وإذا أُهمل تأثير ضغط الجاذبية فإن المواد التي يتألف منها عطارد تصبح هي الأكثر كثافة، وتساوي 5.3 غم/سم مكعب يُقابلها في الأرض 4.4 غم/سم مكعب.[60]
 
1. القشرة؛ سماكتها: 100–300 كم
2. الدثار؛ سماكته: 600 كم
3. النواة؛ نصف قطرها: 1,800 كم.

يمكن استخدام كثافة عطارد لاستنتاج تفاصيل البنية الداخلية. فالطبقات الخارجية من كوكب غير غازي (أرضي) مُكونة من مواد أخف كالصخور السيليكاتية. ومع ازدياد العُمق تزداد الكثافة بسبب الضغط الذي تحدثه الطبقات الصخرية الخارجيّة والتركيب المختلف للمواد الداخلية. ومن المحتمل أن تكون البواطن عالية الكثافة للكواكب غير الغازية مكونة في معظمها من الحديد. في حين أن الاعتماد على كثافة الأرض لا يَفي بالغرض لمعرفة التركيب الداخلي لها بسبب تأثير ضغط الجاذبية الكبير. عموماً نواة عطاردٍ غير مضغوطة بقوة. لذلك وبما أن لديها مثل هذه الكثافة العالية، فيَجبُ أن تكون النواة غنية بالحديد.[13]

يُقدّر العلماء أن نواة عطارد تشكل 42% من الحجم الكلي للكوكب، بينما تشكل نواة الأرض 17% فقط من الحجم الكليّ للأرض. ويَعتقد العلماء المعاصرون أن نواة عطارد عبارة عن نواة مصهورة.[61][62] ويحيط بالنواة دثار من السيليكات بسماكة تتتراوح بين 500 و 700 كم.[63][64] بالاستناد إلى البيانات المُحصّلة بواسطة المسبار مارينر 10 والملاحظات من خلال الرصد الأرضي، فيُعتقد أن القشرة الخارجية للكوكب تتراوح سماكتها بين 100 و 300 كم. إحدى أهم مُميزات سطح عطارد هي الكميات الهائلة للحواف الضيقة على سطحه، والتي تمتد لعدة كيلومترات وتكونت من صهارة النواة التي بردت بمرور الوقت عندما بدأت القشرة بالتشكل.[65]

يحتوي عطارد على كمية من الحديد أكبر من أي كوكب آخر في المجموعة الشمسية، وقد اقترحت عدة نظريات لتفسير ذلك. وإحدى أهم النظريات تعتبر أن تركيب عطارد الأساسي يحوي سيليكات معدنية بشكل مشابه لحجارة كوندرايت النيزكية والتي يُعتقد أنها موجودة بشكل كبير في النظام الشمسي. توجد ثلاث نظريات لتشكل الحديد في عطارد: تفترض النظرية الأولى أن عطارد كان في مرحلة ما من تاريخه محل اصطدامات كثيرة مع نيازك وكواكب مصغرة، وإن هذا التصادم ترك نسبة من مكوناته في القشرة الخارجية، وهي عملية مشابه لما حدث في الأرض والقمر.[66] أما النظرية الثانية فهي تبدأ من تشكل عطارد من السديم الشمسي، وهذا السديم يحتوي على جميع العناصر قبل أن تستقر خارج الطاقة الشمسية. كانت كتلة الكوكب في البداية ضعف كتلته الحالية، وكانت تصل درجة الحرارة المنطلقة من النجم الأولي بجانب عطارد إلى ما يَتراوح من 2500 إلى 3500 كلفن، ومن الممكن أنها وصلت إلى حوالي 10,000 كلفن،[67] وبالتالي فقد تبخرت معظم المكونات الصخرية في عطارد وشكلت غلافاً جوياً من الغلاف المتبخر والذي اندفع بعيداً عن الكوكب بسبب الرياح الشمسية،[67] وكان ما تبخر من المواد هي المواد ذات الكثافة المنخفضة، بينما بقيت المواد ذات الكثافة المرتفعة (مثل الحديد).

أما النظرية الثالثة فتفترض أن تكوين السديم الشمسي مختلف اختلافاً كبيراً جوار عطارد، وهذا الاختلاف أكثر مما تتنبأ به النماذج النظرية بحيث تتكثف العناصر في عباب القرص حاضن الكواكب وتتحول إلى الحالة الصلبة في مسافات مختلفة عن النجم حسب كثافتها النوعية. تتحول العناصر الثقيلة ذات نقطة الذوبان العالية - مثل الحديد والنيكل والسليكون - إلى الحالة الصلبة كلما كانت أقرب إلى النجم.[68]
[عدل]
جيولوجيا السطح
 
مقارنة لأحجام ومدارات الكواكب الصخرية، من اليمين إلى اليسار: المريخ - الأرض - الزهرة - عطارد.
 
أول صورة عالية الدقة ملتقطة لعطارد بواسطة المسبار مسينجر (ألوان زائفة).
 
صورة من مسينجر في التحليق الثاني وتظهر فيه الحوض كويبر وهو تحت المركز بقليل إضافة إلى نظام الأشعة على الكوكب.

سطح عطارد كروي ومشابه إلى حد كبير لسطح قمر الأرض وتظهر عليه بقع معتمة تسمى بحار القمر مشابهة لما هو على القمر، تشكلت نتيجة النشاط البركاني، وحفر كبيرة مما يدل على نشاطه الجيولوجي منذ مليارات السنين. بما أن المعلومات حول تضاريس عطارد مستقاة من رحلة مارينر 10 والمراقبة الأرضية فإن المعرفة بطيبعته أقل من بقية الكواكب،[62] وحاليا فإن المعلومات المستقاة من خلال بيانات المسبار مسينجر تزيد في المعرفة الإنسانية لهذا الكوكب، وعلى سبيل المثال اكتشاف فوهة تصادمية غير عادية ذات نشاط إشعاعي أطلق العلماء عليها اسم "العنكبوت".[69]

تشير خصائص البياض إلى وجود مناطق ذات انعكاسيات مختلفة، وبالتالي يمتلك عطارد تضاريس مختلفة من جبال وسهول وأودية وتلال ومنحدرات.[70][71] تعرض عطارد لقصف نيزكي وبالكويكبات بعد فترة قليلة من تكونه منذ 4.6 مليارات سنة وربما تعرض خلال فترة لاحقة إلى ما يسمى قصف شديد متأخر منذ 3.8 مليارات سنة،[72] وخلال هذه الفترة تشكلت فوهات تصادمية كثيرة وتلقى تصادمات على كامل سطحه،[71] ومع مضي بعض الوقت أصبح الكوكب نشط بركانيا وتشكلت بعض التضاريس المختلفة. ويستدل على قدم الفوهات التصادمية عن النشاط الداخلي للكوكب بسبب رصد التضاريس المختلفة من سلاسل جبلية وسهلية ووديان تقطع الفوهات التصادمية.[73] ومن أشهر معالم السطح منطقتين حاراتين تصل فيهما درجة الحرارة إلى أعلى قيمة، يقع في أحدهما أشهر فوهة وهي "حوض كالوريس" التي يقدر عمرها بأربعة آلاف مليون سنة ويعتقد أن سبب تكونها هو اصطدام ضخم حصل على سطح الكوكب في هذه المنطقة، ودعيت بهذا الاسم لتعني الحرارة، Calorie، حيث أن متوسط الحرارة يصل إلى أقصى درجاتها 430 درجة مئوية حين يكون هذا الحوض في الحضيض ومقابل الشمس مباشرة. أما في الجهة المقابلة للحوض مباشرة من الجهة الأخرى فهي منطقة ذات مرتفعات وتضاريس شاذة غير منتظمة تغطي 360 ألف كلم مربع من مساحة الكوكب وتتألف من أودية وتلال وجبال يصل ارتفاعها إلى كيلومترين وتدعى الأرض الغريبة (بالإنكليزية: Weird terrain) والتي يعتقد أن الموجات الناتجة عن الاصطدام المسبب لفوهة كالوريس هي السبب في تكوين هذه المنطقة على الجهة المقابلة.[73]
[عدل]
الأحواض التصادمية والفوهات التصادمية
 
حوض كالوريس.

تظهر الفوهات الصدمية بشكل متنوع فمن فوهات ذات قطر صغير وبتجويف قليل يشبه الصحن، إلى فوهات متعددة الحلقات تعبر مئات الكيلومترات. كما تظهر في جميع الأحوال الجيولوجية من فوهات جديدة إلى فوهات منهارة. إن الفوهات على سطح عطارد تختلف من تلك الموجودة على سطح القمر من حيث أن المنطقة المغطاة بالمقذوفات أصغر نتيجة كون الجاذبية السطحية لعطارد كبيرة.[74]

تعرف أكبر فوهة تصادمية باسم "حوض كالوريس" والتي يبلغ قطرها نحو 1300 كيلومتر وهي تبدو وكأنها فرس بحر ضخم. وقد خلّفت الصدمة التي أحدثتها حوضا منبسطا سُجِّلت عليه آثار صدمات أصغر وأحدث. واستنادا إلى تقدير المعدل الذي تضرب به المقذوفات الكوكب، فإن توزع حجوم هذه الفوهات يشير إلى أن الصدم المؤدي إلى تشكل كالوريس حدث منذ قرابة 3.6 مليارات سنة، وكانت الصدمة عنيفة إلى درجة جعلت سطح الوجه المقابل لعطارد يتمزق. وفي الحقيقة، فإن المنطقة المقابلة لكالوريس تحوي العديد من الشقوق والصدوع.[68] كما حدث نتيجة هذه الصدمة خروج حمم شكلت حلقات متمركز حول الفوهة على طول كيلومترين على محيط الفوهة.[75]

كما تم تصوير حوالي 15 حوض تصادمي في الجزء الذي تم تصويره من عطارد، ويُلاحظ حوض عرضه 400 كم متعدد الحلقات هو "حوض تولستوي"، كما يوجد حوض بيتهوفن ويصل قطره إلى 625 كم.[74]
[عدل]
سهول عطارد
 
تأثير حوض كالوريس على الجانب الآخر من الكوكب.

هناك منطقتين سهليتين متميزتين على سطح عطارد: السهول المتموجة بلطف والسهول كثيرة التلال المتواجدة بين الفوهات. ويبدو أن هذه السهول المتواجدة بين الفوهات قامت بطمس العديد من الفوهات ذات النشأة المبكرة.[74] [76] وهذا واضح بسبب ندرة الفوهات ذات القطر الأقل من 30 كم،[76] ومن غير الواضح فيما إذا حدث هذا نتيجة نشاط بركاني أو تصادمات. وتتوزع السهول ما بين الحفر على كامل سطح الكوكب تقريبا.[76]

السهول المنبسطة، وهي مناطق مسطحة واسعة، تملأ المنخفضات بشكل واسع وتتشابه بشكل كبير مع بحار القمر. ومن الجدير ملاحظته بأنها تملأ حلقة واسعة تحيط بحوض كالوريس. الاختلاف الرئيسي بين هذه السهول وبحار القمر بأن هذه السهول ضمن الفوهات لها قيمة بياض واحدة.[74] على الرغم من عدم وجود نشاط بركاني فإن توضع والشكل الدائري ذو الفصوص لهذه السهول يدعم بقوة نظرية الأساس البركاني لهذه السهول. تشكلت جميع السهول المنبسطة بعد تشكل حوض كالوريس.[74]

ويتواجد على سطح عطارد شقوق عرضية أيضا مجهولة المنشأ تتخذ شكل خطوط منقوشة عليه تتجه في معظمها من الشمال إلى الجنوب، ومن الشمال الشرقي إلى الجنوب الغربي، ومن الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي. ويُطلق على هذه السمات المميزة للكوكب اسم شبكة عطارد.[77][78] ويتلخص أحد التفسيرات لهذه السمات الشبيهة برقعة الشطرنج في أن القشرة تصلّبت عندما كان الكوكب يدور حول محوره بسرعة أكبر بكثير، وربما كان طول يومه 20 ساعة فقط. وبسبب هذا الدوران السريع فمن المحتمل أن يكون قد تكوَّن انتفاخ استوائي للكوكب؛ وبعد أن تباطأ دورانه وبلغ دوره الحالي قامت الثقالة بسحب هذا الانتفاخ محوّلة شكل الكوكب إلى الكروي. وهذه المعالم الخطية المتصالبة قد تكون نشأت حين خضع السطح لهذا التغير. ولما كانت التجعدات لا تقطع فوهة كالوريس، فإن هذا يشير إلى أن التجعدات هذه وُجدت قبل حدوث الصدمة.[68]
[عدل]
المناخ على عطارد
 
صورة كاشوفيّة للقطب الشمالي الخاص بعطارد.

يبلغ متوسط حرارة الوجه المعرض للشمس في عطارد 442.5 كلفن على الرغم من التفاوت الكبير بين درجات الحرارة الدنيا والعليا والتي تتراوح بين 100 كلفن و 700 كلفن، بسبب انعدام الغلاف الجوي تقريبا والانحدار الحاد في درجات الحرارة بين خط الاستواء والقطبين.[79] تصل درجة الحرارة في المنطقة المعرضة للشمس إلى 700 كلفن خلال الحضيض وتنخفض إلى 550 كلفن خلال الأوج،[80] أما الوجه المظلم منه فإن متوسط حرارتة حوالي 110 كلفن.[81] تتراوح شدة الشعاع الشمسي على عطارد بين 4.59 و 19.61 ضعف من ثابت الشعاع الشمسي والبالغ 1.370 واط\متر مربع.[82]
[عدل]
احتمال وجود الجليد

تم الاستنتاج من خلال الرصد بالرادار احتمال وجود طبقة رقيقة من جليد الماء في منطقة القطبين. بسبب الانحراف القليل لمحور الدوران الذي يعتبر عمليا عموديا على مداره. وبالتالي تبقى العديد من فوهات القطب في الظل. واحتمال أن تصل درجات الحرارة في هذه المناطق ذات الليل الأبدي إلى - 160 درجة مئوية هو احتمال كبير. وفي مثل هذه الظروف يمكن أن يتواجد الجليد. يقول الخبراء أن وجود جزيئات الماء على عطارد إنما هو نتيجة اصطدام المذنبات الحاوية على الماء أو الجليد.[83] كما توجد نظرية تفرض وجود كميات كبير من تدفقات الماء من الطبقات الداخلية لعطارد، والذي يتبخر في المناطق البعيدة عن القطبين ليضيع في الفضاء الخارجي. يعتقد أن مناطق الجليد تحوي على 1014–1015 كغ من الجليد،[84] وللتقريب فإن القارة القطبية الجنوبية تحوي كمية جليد تساوي 4 × 1018 كغ بينما القطب الجنوبي لعطارد يحوي 1016 كغ.[84]
[عدل]
الغلاف الجوي

عطارد كوكب صغير جداً، وبسبب هذا فكتلته وبالتالي جاذبيته أقل بكثير من أن تُكوّن له غلافا جوياً ذا شأن، إضافة إلى أن قربه من الشمس وحرارته الشديدة تجعل إفلات غلافه الجوي سريعاً وسهلاً. لكنه بالرغم من ذلك يملك "غلافاً خارجياً" رقيقاً،[85] يتكون من: الهيدروجين والهيليوم والأكسجين والصوديوم والكالسيوم والبوتاسيوم وبعض العناصر الأخرى.[86] "الغلاف الخارجي" أو "الإكسوسفير" هو الطبقة العليا من الغلاف الجوي، لكن ضآلتها على عُطارد وعدم وجود طبقات أخرى تجعل الفلكيين يعتبرون أنه لا يَملك غلافاً جوياً هاماً مقارنة بالكواكب الأخرى.[85]

لكن ذرات غلافه الخارجي ليست مستقرة، فهي تُفلت باستمرار من جاذبيته (بشكل رئيسي بسبب الرياح الشمسية)، ثم تُستبدل بأخرى من مصادر مختلفة مثل: الرياح الشمسية نفسها والرماد والحطام الذي يُقذف من السطح بسبب الاصطدامات. وقد اكتُشف في عام 2008 بخار ماء في الغلاف الجوي لعطارد، ويُعتقد أنه تكوّن نتيجة للاتقاء ذرات الهيدروجين والأكسجين في الغلاف الجوي. وربما تأتي ذرات الهيدروجين والهليوم إلى غلافه الجوي من الرياح الشمسية، حيث يأسرها عطارد مؤقتاً قبل أن تعاود الإفلات إلى الفضاء بسبب ضعف جاذبيته. ولا توجد سحب أو رياح أو أي ظواهر جوية أخرى على عطارد.

كان لعطارد في أيامه الأولى بعد ولادته قبل 4.6 مليارات سنة غلاف جوي، لكن بعد ولادته بوقت قصير تآكل غلافه الجوي واختفى بفعل الرياح الشمسية القوية التي تهب عليه نظراً لقربه الشديد من الشمس.[86] وقد كشفت مركبة مارينر 10 عن كميات ضئيلة جداً من الهليوم على ارتفاع 1,000 كم فوق سطح عطارد أثناء تحليقها قربه في عامي 1974 و1975م،[87] وبيانات مارينر 10 هي أيضاً أول ما أثبت وجود غلاف خارجي رقيق لعطارد.[88]
[عدل]
الحقل المغناطيسي والغلاف المغناطيسي
 
رسم بياني يبين نسبة قوة الحقل المغناطيسي لعطارد.

يملك عطارد حقلا مغناطيسيا كبيرا على الرغم من صغر حجمه وسرعة دورانه حول نفسه البطيئة (دورة خلال 59 يوم). وتبلغ قيمة هذا الحقل وفق القياسات المأخوذة بواسطة المسبار مارينر 10 حوالي 1.1% من شدة الحقل المغناطيسي للأرض، وتساوي شدته عند خط استواء عطارد 300 تسلا.[89][90] وبشكل مشابه للأرض فإن الحقل المغناطيسي لعطارد ثنائي القطب،[91] ويختلف عن الحقل المغناطيسي الأرضي بأن القطبين المغناطيسيين قريبين جدا من محور الدوران.[92] أظهرت القياسات المأخوذة بواسطة مارينر 10 ومسينجر أن الحقل المغناطيسي لعطارد هو ذو قيمة وشكل ثابت.[92]

من المرجح أن الحقل المغناطيسي لعطارد نشأ بسبب تأثير الدينامو بشكل مشابه للأرض. وهذا التأثير ينتج بسبب دوران النواة المنصهرة الغنية بالحديد.[93][94] كما أن تأثير قوة المد والجزر القوية بسبب الشذوذ المداري العالي للكوكب سيحافظ على الحالة السائلة للنواة واللازمة لاستمرار تأثير الدينامو.[95]

إن الحقل المغناطيسي لعطارد قوي بما فيه الكفاية لحرف الرياح الشمسية من حول الكوكب، مشكلا ما يسمى بالغلاف المغناطيسي. إن الغلاف المغناطيسي لعطارد صغير مقارنة بذاك الخاص بالأرض،[91] لكنه قوي بما فيه الكفاية لحصر بلازما الرياح الشمسية. ويساهم هذا بما يعرفة بالتجوية الفضائية لسطح الكوكب.[91] وقد استطاع المسبار مارينر 10 تحديد طاقة منخفض لبلازما الشمس في الغلاف المغناطيسي في الجزء الليلي من الكوكب. كما تم الكشف عن اندفاعات من الجسيمات النشطة في الغلاف المغناطيسي للكوكب، وهو ما يشير إلى ديناميكية عالية في الغلاف المغناطيسي للكوكب.[91]

استطاع مسينجر خلال تحليقه الثاني في 6 تشرين الأول سنة 2008 اكتشاف إمكانية تسرب الحقل المغناطيسي لعطارد بشكل كثير. فقد واجه المسبار "زوبعة" حزمة منحرفة من الحقل المغناطيسي مرتبطة بالحقل المغناطيسي الكوكبي في الفضاء بين الكواكب، ويصل وسعها إلى 800 كم. تنشأ هده الزوابع عندما ترتبط الحقول المغناطيسية المحمولة مع الرياح الشمسية بالحقل المغناطيسي لعطارد. وهذه الزوابع المحمولة مع الريح الشمسية تتحول إلى إعصار مغناطيسي مشكلا نوافذ ضمن الغلاف المفناطيسي لعطارد ومنه يمكن لبعض الرياح الشمسية أن تدخل وتأثر على سطح عطارد.[96] تدعى عملية ربط المجالات المغناطيسية بين الكواكب بإعادة الاتصال المغناطيسي، وهي منتشرة في جميع أنحاء الكون. ويحدث ذلك في المجال المغناطيسي للأرض، حيث تتولد الأعاصير المغناطيسية أيضا. ومع ذلك، فإن ملاحظات ميسينجر المسجلة تقدر أن إعادة الاتصال لعطارد هي عشر أضعاف الأرض. يمثل قرب عطارد من الشمس نحو ثلث إعادة الاتصال التي لاحظها ميسينجر.[96]
[عدل]
المدار والدوران
 
مدار عطارد باللون الأصفر. يوضح الرسم الأثار المترتبة عن هذا الانحراف ويبن الفرق بين مدار عطارد ومدار دائري له نفس نصف المحور الرئيسي.
 
الأوج والحضيض للكواكب الداخلية وأصغرها لكوكب عطارد.

عطارد أكثر الكواكب في الشذوذ المداري ويبلغ هذا الشذوذ 0.21 وبذلك تتراوح المسافة بينه وبين الشمس من 46 إلى 70 مليون كيلومتر. يستغرق عطارد 88 يوما لاكمال دورته حول الشمس، وهو يبلغ أعلى سرعة له عندما يكون قرب الحضيض. يؤدي التغير في البعد المركزي لعطارد عن الشمس يرافقة رنين بين الدوران الذاتي والدوران المداري بنسبة 3:2 مما يؤدي إلى اختلافات شديدة في درجة حرارة سطح الكوكب.[12]

يستمر اليوم الشمسي على عطارد ما يعادل 176 يوما على الأرض، وهو ما يعادل تقريبا ضعفي الفترة المدارية له. وكنتيجة فإن سنة واحدة على عطارد تساوي نصف يوم على عطارد أو اليوم على عطارد يمر خلال سنتين كوكبيتين لعطارد.[97]

ينحرف مدار عطارد عن مدار الأرض بسبع درجات، مما يعني أن عبور عطارد عبر وجه الشمس يمكن أن يحدث عندما يقطع الكوكب مستوى مسير الشمس ويقع في نفس الوقت بين الأرض والشمس. ويتكرر هذا بشكل متوسط كل سبع سنين.[98]

يكون الميل المحوري لعطارد تقريبا صفر، وأفضل قيمة مقاسة له كانت 0.027 درجة،[99][100] وهذه القيمة هي الأعلى بين كواكب المجموعة الشمسية وتليه القيمة للمشتري البالغة 3.1 درجة. مما يعني أنه بالنسبة لمراقب يقف على قطب عطارد فإن الشمس لن ترتفع أكثر من 2.1 دقيقة قوسية من على الأفق.[101]
[عدل]
الرنين بين الدوران الذاتي والدوران المداري
 
مخطط تغير البعد المركزي لعطارد عن الشمس. يدور عطارد 1.5 مرات خلال الدوران المداري الأول، لذلك بعد دورتين مداريتين يبقى نفس الوجه معرض للشمس.

أعتقد العلماء في السابق أن إحدى وجوه عطارد يواجه الشمس بشكل دائم (مقيد مدياً) بسبب قوة المد والجزر بشكل مشابه لدوران القمر حول الأرض بحيث أن وجه واحد من وجوه القمر يقابل الأرض بشكل دائم. لكن أثبتت المراقبة الرادارية المأخوذة سنة 1965 بأن هناك رنين بين الدوران الذاتي لعطارد والدوران المداري تبلغ قيمته 3:2. فهو يدو ثلاث مرات حول نفسه كل دورتين حول الشمس. يؤثر الشذوذ المداري المداري لعطارد للمدار بجعله ثابت عند الحضيض (عندما تكون الشمس أقوى وأقرب لسماء عطارد).[102]

يتغير الشذوذ المداري لعطارد وفق نظرية الشواش من 0 إلى 0.42 خلال ملايين السنين بسبب الاضطراب الأولي للكواكب الأخرى،[12][103] ويعتقد أن هذا قد يفسر سبب الرنين. وقد أظهرت محاكاة رقمية بأن تفاعل الرنين المداري مع المشتري قد يزيد من الشذوذ المداري لعطارد إلى النقطة التي سيصطدم عندها مع الزهرة بعد خمسة مليارات سنة.[104]
 
لقطة لعبور عطارد سنة 2006.
[عدل]
عبور عطارد

وهي ظاهرة يمكن من خلالها رؤوية عطارد من الأرض كقرص أسود يعبر قرص الشمس. تتكرر هذه الظاهرة بين 13 إلى 14 مرة في القرن. يمكن أن يحدث هذا العبور في شهري أيار وتشرين الثاني.

يتكرر عبور تشرين الثاني كل 7 أو 13 أو 33 سنة بينما يحدث عبور أيار كل 13 أو 33 سنة فقط. وحدثت آخر ثلاث عبورات في سنين 1999 و2003 و2006، وسيحدث العبور التالي في سنة 2016.[105]

يكون عطارد خلال عبور أيار قرب الأوج ويبلغ قياس زاوية القطر عندها حوالي 12°. أما في عبور تشرين الثاني فيكون عطارد قرب الحضيض وزاوية القطر 10°.[105]
[عدل]
كوكب بلا أقمار

لا يوجد لعطارد أقمار طبيعية، ويعتبر هو والزهرة الكوكبين الوحيدين الذين لا يملكان نظام أقمار. وللإجابة على سبب الشذوذ في هذين الكوكبين أقترحت فرضية في منتصف عقد الستينات من القرن العشرين، بأن عطارد كان قمر للزهرة واستطاع الإفلات من مداره حول الزهرة. وتجري اللآن تجارب عديدة بالمحاكاة بواسطة الحاسوب للتحقق من هذه الفرضية وأسباب الهروب المحتمل. كأن يكون فعل قوة المد والجزر بين الكوكبين قد تسبب بهذا الافلات، أو بسبب تباعد مداري الكوكبين عن بعضهما البعض..[106]