لماذا يشير ذيل المذنب بعيدًا عن الشمس لا خلفه

يبدو ذيل المذنب في الصور كأنه أثر طويل خلّفته النواة أثناء اندفاعها في الفضاء، مثل الدخان وراء قطار. غير أن اتجاهه تحدده الشمس أكثر مما تحدده حركة المذنب: المادة المنبعثة من النواة تتعرض لضغط ضوء الشمس والرياح الشمسية، فيمتد الذيل إلى الجهة المقابلة للشمس، وقد يكون جانبيًا بالنسبة إلى مسار المذنب أو ظاهرًا أمامه.

شرحت وكالة ناسا عام 2018 أن حرارة الشمس تحرر الغاز والغبار من المذنب، فتتكون مادته في ذيلين متميزين: ذيل أيوني تحمله الرياح الشمسية، وذيل غباري يتأثر بضوء الشمس. وبذلك لا يمثل الذيل سجلًا بسيطًا للمكان الذي مرت فيه النواة، وإنما يكشف ما يحدث للمادة بعد انفصالها عنها.

لماذا لا ينطبق نموذج الدخان؟

عندما تتحرك سيارة وسط الضباب أو يركض شخص تحت المطر، يؤثر الوسط المحيط في القطرات ويجعلها تبدو متأخرة عن الجسم المتحرك. ومن السهل نقل هذه الصورة إلى المذنب، مع أن الفضاء المحيط به لا يحتوي هواءً يجر ذيله إلى الخلف بالطريقة نفسها.

المذنب جرم جليدي صغير يسخن كلما اقترب من الشمس. عندئذ تنطلق الغازات وحبيبات الغبار من نواته، ثم تتحرك كل فئة من هذه المادة وفق القوى المؤثرة فيها. تظل سرعة النواة واتجاه مدارها جزءًا من الصورة، ولا سيما في توزيع الغبار، لكنهما لا يفرضان على الذيل أن يقع خلف مسارها.

يمكن تشبيه ذلك بدوّارة هواء يحملها شخص على امتداد الشاطئ. تتغير موضعها مع حركة حاملها، بينما يحدد اتجاه الريح الجهة التي تواجهها. في حالة المذنب، تتحرك النواة في مدارها، في حين تؤثر القوى الخارجة من الشمس في الغاز والغبار المنفصلين عنها.

قوتان شمسيتان تؤثران في المادة

القوة الأولى هي ضغط الإشعاع. فضوء الشمس يحمل زخمًا، وعندما يصل إلى حبيبات الغبار الدقيقة يدفعها بعيدًا عن الشمس. ويوضح مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء في جامعة كولورادو أن جسيمات الغبار الهاربة من المذنب تتعرض لهذا الدفع، وأن استمرار حركتها المدارية يجعل ذيل الغبار متأخرًا ومنحنيًا بدل ظهوره كخط مستقيم تمامًا.

أما القوة الثانية فترتبط بالرياح الشمسية، وهي تيار من الجسيمات المشحونة يندفع من الغلاف الجوي العلوي للشمس. وتصف ناسا هذا التيار بأنه يتكون في معظمه من الإلكترونات والبروتونات، مع ارتباط حركة جسيماته بالمجال المغناطيسي الشمسي.

يتحول بعض الغاز المنبعث من المذنب إلى مادة مؤينة حين يفقد إلكترونات بفعل الإشعاع الشمسي. وبمجرد اكتسابه شحنة كهربائية يصبح شديد الاستجابة للرياح الشمسية والمجال المغناطيسي المصاحب لها. هكذا تتعامل الشمس مع مادتين مختلفتين بطريقتين: تدفع الغبار بضغط الإشعاع، وتجرف الغاز المؤين مع الرياح الشمسية.

الذيل الأيوني مستقيم والغبار أكثر تقوسًا

كثيرًا ما يكون للمذنب ذيل أيوني، يسمى أيضًا ذيل البلازما، وذيل غباري. وقد يتداخلان بصريًا، لكن اختلاف شكلهما يكشف اختلاف المادة والقوة المسيطرة عليها.

الذيل الأيوني هو الأكثر استقامة عادة. فالغاز المشحون يستجيب بقوة للرياح الشمسية، ولذلك يقع اتجاهه قريبًا من امتداد الخط الواصل بين الشمس والمذنب نحو الخارج. وقد يبدو رفيعًا وحاد الحواف، كما يمكن أن تظهر داخله خيوط أو انقطاعات عندما تتغير ظروف الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي.

ذيل الغبار أعرض وأكثر تقوسًا في الغالب. حبيباته أثقل من الأيونات المفردة، كما تختلف أحجامها وسرعات انبعاثها ومقدار تأثرها بضغط الإشعاع. تحتفظ هذه الحبيبات أيضًا بجزء من الحركة المدارية التي كانت لها عند مغادرة النواة؛ لذا تتوزع على مسارات متقاربة وتنتج قوسًا ناعمًا خلف الاتجاه العام المضاد للشمس.

وهذا يفسر وجود شكلين في صورة واحدة: مؤشر أيوني أكثر مباشرة، ومروحة غبارية أوسع. الانحناء هنا لا يخالف تأثير الشمس، وإنما يسجل حركة حبيبات ذات أحجام وسرعات مختلفة بعد انطلاقها.

كيف يمكن أن يظهر الذيل أمام المذنب؟

يعتمد معنى الأمام والخلف على اتجاه حركة المذنب، بينما يعتمد اتجاه الذيل أساسًا على موضع الشمس. عندما يكون المذنب في طريقه نحو الشمس، قد يقع الذيل في الجهة التي تبدو خلف حركته. وبعد أن يمر حول الشمس ويبدأ الابتعاد عنها، يظل الذيل في الجهة المضادة للشمس، وقد تتوافق هذه الجهة مع مقدمة مساره المداري.

مثال ذلك رسم الشمس إلى يسار الورقة ووضع المذنب إلى يمينها. سيكون الاتجاه الأيوني نحو يمين الورقة مهما كان المذنب متجهًا إلى أعلى الرسم أو أسفله أو عائدًا نحو اليمين. أما ذيل الغبار فيبدأ في الاتجاه العام نفسه، ثم ينحني بسبب احتفاظ جسيماته بحركتها المدارية واختلاف استجابتها لضوء الشمس.

تضيف زاوية الرؤية من الأرض طبقة أخرى. فصورة السماء تسقط بنية ثلاثية الأبعاد على سطح مستو، ولذلك قد يبدو ذيل مائل في الفضاء جانبيًا أو أقصر أو أكثر انحناءً مما هو عليه. ولا يلزم أن يتطابق اتجاه حركة المذنب الظاهر بين النجوم مع اتجاهه الحقيقي حول الشمس.

اختبار الاتجاه على ورقة

لفهم صورة مذنب، ضع موضع الشمس أولًا، حتى إن كانت تحت الأفق وقت الرصد. ارسم خطًا يصل بينها وبين المذنب، ثم مد الخط من جهة المذنب في الاتجاه المعاكس. هذا هو الاتجاه التقريبي للذيل الأيوني.

يمكن بعد ذلك إضافة ذيل الغبار على هيئة شريط أعرض ينحني قليلًا عن ذلك الخط. وإذا كان المذنب يبتعد عن الشمس، فقارن امتداد الخط باتجاه حركته: قد يقع الذيل في المقدمة المدارية الظاهرة، وهو الشكل الذي يبدو غريبًا عند التعامل معه كأثر دخان.

الذيول الحقيقية قد تنقسم أو تلتوي أو تتبدل خلال فترات قصيرة. فالرياح الشمسية ليست ثابتة تمامًا، كما أن حبيبات الغبار لا تتساوى في الحجم وسرعة الانبعاث. ومن اجتماع هذه الاختلافات تنشأ الخيوط والحواف والأقواس التي تظهر في صور المذنبات.