قمر طبيعي

القمر الطبيعي ، في الاستخدام الشائع، هو جرم سماوي يدور حول كوكب أو كوكب قزم أو جرم صغير في النظام الشمسي (أو أحيانًا قمر طبيعي آخر). يُشار إلى الأقمار الطبيعية بالعامية باسم " الأقمار " ، قياسًا على القمر ، قمر الأرض الطبيعي. في اللغة الإنجليزية، يُشير مصطلح "القمر " (Moon ) بحرف كبير إلى قمر الأرض، بينما يُستخدم مصطلح "القمر" (moon ) بحرف صغير للإشارة إلى الأقمار الطبيعية.

يضم النظام الشمسي ستة أنظمة أقمار كوكبية ، تشمل 455 قمراً طبيعياً بمدارات مؤكدة. كما أن سبعة أجرام تُصنف عادةً كواكب قزمة من قِبل علماء الفلك، معروفة أيضاً بامتلاكها أقماراً طبيعية: أوركس ، بلوتو ، هاوميا ، كواوار ، ماكيماكي ، غونغونغ ، وإيريس . ^{[ 1 ]} وبإضافة هذه الأجرام السبعة، يصل عدد الكواكب الصغيرة المعروفة بامتلاكها أقماراً طبيعية إلى 625 كوكباً . ^{[ 2 ]}

كان القمر أول قمر طبيعي معروف ، لكنه اعتُبر "كوكبًا" حتى طرح كوبرنيكوس كتابه " De revolutionibus orbium coelestium" عام 1543. وحتى اكتشاف أقمار غاليليو عام 1610، لم تكن هناك إمكانية للإشارة إلى هذه الأجرام كفئة. اختار غاليليو تسمية اكتشافاته بـ " Planetæ " (الكواكب)، لكن المكتشفين اللاحقين اختاروا مصطلحات أخرى لتمييزها عن الأجرام التي تدور حولها. ^{[ 3 ]}

كان الفلكي الألماني يوهانس كيبلر أول من استخدم مصطلح " القمر الصناعي " لوصف الأجرام التي تدور حول كوكب المشتري، وذلك في كُتيبه "Narratio de Observatis a se quatuor Iouis satellitibus erronibus " (سرد عن أربعة أقمار لكوكب المشتري رُصدت) عام 1610. وقد اشتق المصطلح من الكلمة اللاتينية satelles ، التي تعني "حارس" أو "مرافق" أو "رفيق"، لأن الأقمار الصناعية كانت ترافق كوكبها الرئيسي في رحلته عبر السماء. ^{[ 4 ]}

وهكذا أصبح مصطلح " قمر صناعي " هو المصطلح الشائع للإشارة إلى جسم يدور حول كوكب، متجنباً بذلك غموض مصطلح "القمر". إلا أنه في عام 1957، أدى إطلاق القمر الصناعي " سبوتنيك " إلى الحاجة لمصطلحات جديدة. ^{[ 4 ]} وسرعان ما تم التخلي عن مصطلحي "قمر صناعي من صنع الإنسان" و "قمر صناعي" لصالح مصطلح "قمر صناعي" الأبسط . ونتيجة لذلك، أصبح هذا المصطلح مرتبطاً بالأجسام الاصطناعية التي تُطلق في الفضاء.

نتيجةً لهذا التحوّل في المعنى، استعاد مصطلح "القمر" ، الذي استمر استخدامه بمعنى عام في أعمال العلوم الشعبية والخيال العلمي، مكانته وأصبح يُستخدم الآن كمرادف لمصطلح "القمر الطبيعي" ، حتى في المقالات العلمية. عندما يكون من الضروري تجنّب الالتباس الناتج عن الخلط بين قمر الأرض الطبيعي والأقمار الطبيعية للكواكب الأخرى من جهة، والأقمار الصناعية من جهة أخرى، يُستخدم مصطلح " القمر الطبيعي " (باستخدام "طبيعي" بمعنى مختلف عن "صناعي"). ولمزيد من التجنّب للالتباس، جرت العادة على كتابة كلمة "القمر" بحرف كبير عند الإشارة إلى قمر الأرض الطبيعي ( اسم علم )، ولكن ليس عند الإشارة إلى الأقمار الطبيعية الأخرى ( أسماء عامة ).

يُعرّف العديد من المؤلفين "القمر الصناعي" أو "القمر الطبيعي" بأنه يدور حول كوكب أو كويكب، وهو مرادف لـ"القمر"  - وبناءً على هذا التعريف، تُعتبر جميع الأقمار الطبيعية أقمارًا، لكن الأرض والكواكب الأخرى ليست أقمارًا صناعية. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} ويُعرّف بعض المؤلفين المعاصرين "القمر" بأنه "قمر لكوكب أو كويكب"، و"الكوكب" بأنه "قمر لنجم"  - ويعتبر هؤلاء المؤلفون الأرض "قمرًا طبيعيًا للشمس". ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

تعريف القمر

لا يوجد حد أدنى مُحدد لما يُعتبر "قمرًا". يُعتبر كل جرم سماوي طبيعي يدور في مدار معروف حول كوكب من كواكب المجموعة الشمسية ، حتى وإن كان بعضها صغيرًا جدًا بحجم كيلومتر واحد، قمرًا، ^{[ 11 ]} بينما تُسمى الأجرام التي يبلغ حجمها عُشر هذا الحجم داخل حلقات زحل، والتي لم تُرصد مباشرةً، بالأقمار الصغيرة . كما تُسمى أقمار الكويكبات الصغيرة (الأقمار الطبيعية للكويكبات)، مثل داكتيل ، بالأقمار الصغيرة أيضًا. ^{[ 12 ]}

الحد الأعلى غير واضح أيضاً. يُوصف جسمان يدوران حول بعضهما أحياناً بكوكب مزدوج بدلاً من كوكب رئيسي وقمر تابع؛ ويُستخدم نظام الأرض والقمر كمثال. ^{[ 13 ]} تُعتبر الكويكبات مثل 90 أنتيوب كويكبات مزدوجة، ^{[ 14 ]} لكنها لم تُفرض تعريفاً واضحاً لما يُعتبر قمراً. يعتبر بعض الباحثين نظام بلوتو-شارون كوكباً مزدوجاً (قزماً)، ^{[ 15 ]} بحجة أن مركز ثقله يقع فوق سطح الجسم الأكبر. ^{[ 16 ]} في المقابل، يقع مركز ثقل جميع أقمار الكواكب في النظام الشمسي ضمن نصف قطر كوكبها المضيف. ^{[ 17 ]}

يُعتقد عمومًا أن الأقمار الطبيعية التي تدور على مقربة نسبية من الكوكب في مدارات دائرية مستقيمة ( الأقمار المنتظمة ) قد تشكلت من نفس المنطقة المنهارة من القرص الكوكبي الأولي الذي نشأ منه الكوكب الرئيسي. ^{[ 18 ] [ 19 ]} في المقابل، يُعتقد أن الأقمار غير المنتظمة (التي تدور عمومًا في مدارات بعيدة، مائلة ، لا مركزية ، و/أو رجعية ) هي كويكبات تم أسرها ، وربما تكون قد تفتتت أكثر بفعل التصادمات. تمتلك معظم الأقمار الطبيعية الرئيسية في النظام الشمسي مدارات منتظمة، بينما تمتلك معظم الأقمار الطبيعية الصغيرة مدارات غير منتظمة. ^{[ 20 ]} يُعد القمر وأقمار بلوتو استثناءً بين الأجرام الكبيرة ، إذ يُعتقد أنها نشأت من تصادم جسمين كوكبيين أوليين كبيرين في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي (انظر فرضية الاصطدام العملاق ). ^{[ 21 ] [ 22 ]} يُتوقع أن المادة التي كانت ستدور حول الجسم المركزي قد تراكمت مرة أخرى لتشكل قمراً طبيعياً واحداً أو أكثر يدور حوله. وعلى عكس الأجسام بحجم الكواكب، يُعتقد أن أقمار الكويكبات تتشكل عادةً بهذه العملية. ^{[ 23 ]} يُعد تريتون استثناءً آخر؛ فعلى الرغم من كبر حجمه ودورانه في مدار دائري قريب، إلا أن حركته تراجعية، ويُعتقد أنه كوكب قزم تم أسره . ^{[ 24 ]}

معظم الأقمار المنتظمة (الأقمار الطبيعية التي تدور في مدارات قريبة نسبياً ومتجهة للأمام مع ميل مداري وانحراف مركزي صغيرين) في النظام الشمسي مقيدة مدّياً بكوكبها الرئيسي، مما يعني أن نفس جانب القمر الطبيعي يواجه كوكبه دائماً. تحدث هذه الظاهرة نتيجة فقدان الطاقة بسبب قوى المد والجزر التي يُحدثها الكوكب، مما يُبطئ دوران القمر حتى يصبح ضئيلاً. ^{[ 31 ]} توجد استثناءات معروفة؛ أحد هذه الاستثناءات هو قمر هايبريون الطبيعي التابع لكوكب زحل ، والذي يدور بشكل عشوائي بسبب تأثير جاذبية تيتان . ^{[ 32 ]} كما تدور أقمار بلوتو الأربعة الصغيرة، التي تدور حول نجمين، بشكل عشوائي أيضاً تحت تأثير شارون. ^{[ 33 ]}

في المقابل، فإن الأقمار الطبيعية الخارجية للكواكب العملاقة (الأقمار غير المنتظمة) بعيدة جدًا بحيث لا يمكن أن تصبح مقيدة مداريًا. على سبيل المثال، يبلغ متوسط ​​فترات دوران هيماليا التابع لكوكب المشتري، وفويبي التابع لكوكب زحل ، ونيريد التابع لكوكب نبتون حوالي عشر ساعات، بينما تبلغ فترات دورانها حول الشمس مئات الأيام. ^{[ 34 ]}

لا توجد حاليًا أي "أقمار للأقمار" أو أقمار فرعية (أقمار طبيعية تدور حول قمر طبيعي لكوكب). في معظم الحالات، تجعل تأثيرات المد والجزر للكوكب مثل هذا النظام غير مستقر. تشمل الاستثناءات المحتملة الأقمار الكبيرة ذات المدارات الواسعة، مثل تيتان، وإيابيتوس، وكاليستو، والقمر. ومع ذلك، قد تؤدي مصادر أخرى لعدم الاستقرار الديناميكي إلى إزالة هذه الأقمار الفرعية، مثل الكتل الضخمة على سطح القمر. ^{[ 35 ]}

تشير الحسابات التي أُجريت بعد اكتشاف نظام حلقات محتمل حول قمر زحل ريا عام 2008 ^{[ 36 ]} إلى أن الأقمار التي تدور حول ريا قد تتمتع بمدارات مستقرة. علاوة على ذلك، يُعتقد أن الحلقات المشتبه بها ضيقة ^{[ 37 ]} ، وهي ظاهرة ترتبط عادةً بالأقمار الراعية . مع ذلك، فشلت الصور الموجهة التي التقطتها المركبة الفضائية كاسيني في رصد حلقات حول ريا ^{[ 38 ] .}

وقد تم اقتراح أيضاً أن قمر زحل إيابيتوس كان له قمر في الماضي؛ وهذه واحدة من عدة فرضيات تم طرحها لتفسير وجود سلسلة جبال استوائية . ^{[ 39 ]}

تشير تحليلات منحنى الضوء إلى أن قمر زحل غير المنتظم كيفيوك متطاول للغاية، ومن المحتمل أن يكون نظامًا ثنائيًا متصلًا أو حتى قمرًا ثنائيًا. ^{[ 40 ]}

يُعدّ قمر بروتيوس التابع لكوكب نبتون أكبر قمر طبيعي غير منتظم الشكل، ويبلغ حجمه تقريبًا أقصى حجم يمكن أن يصل إليه قمر جليدي قبل أن يستقر على شكل كروي . ^{[ 42 ]} من المتوقع أن تتغير أشكال الأقمار في مدارات متزامنة تدريجيًا إلى أشكال بيضاوية مستديرة تحت تأثير التوازن الهيدروستاتيكي ، على الرغم من أن هذا قد لا يحدث في عمر النظام الشمسي. على سبيل المثال، أقمار زحل الأكبر حجمًا في حالة توازن، بينما يبدو أن إيابيتوس وميماس وإنسيلادوس ليست كذلك. ^{[ 43 ] [ 44 ]} تُصنف "الأقمار المستديرة/شبه المستديرة" أحيانًا ضمن فئة الأقمار ذات الكتلة الكوكبية . لا تزال أشكال قمر ديسنوميا التابع لكوكب إيريس وقمر فانث التابع لكوكب أوركس غير معروفة حاليًا، على الرغم من أن كثافة ديسنوميا عالية بما يكفي لتُرجّح أنه شكل بيضاوي صلب أيضًا.

تميل الأقمار الطبيعية الأكبر حجمًا، نظرًا لكونها مقيدة مدّيًا، إلى اتخاذ أشكال بيضاوية (شبيهة بالبيضة): فهي قصيرة عند قطبيها، ومحاورها الاستوائية أطول في اتجاه كواكبها الرئيسية (كواكبها) منها في اتجاه حركتها. ^{[ 45 ] : 184-187.} على سبيل المثال، يبلغ طول المحور الرئيسي لقمر زحل، ميمس ، 9% أكبر من محوره القطبي، و5% أكبر من محوره الاستوائي الآخر. ^{[ 46 ]} أما ميثون ، وهو قمر آخر من أقمار زحل، فيبلغ  قطره حوالي 3 كيلومترات فقط، وشكله بيضاوي واضح . ^{[ 47 ]} يكون هذا التأثير أقل وضوحًا على أكبر الأقمار الطبيعية، حيث تكون جاذبيتها أكبر نسبيًا مقارنةً بتأثيرات التشوه المدّي، لا سيما تلك التي تدور حول كواكب أقل كتلة، أو على مسافات أكبر كما هو الحال مع القمر. ^{[ 45 ] : 167-170}

من بين الأقمار الطبيعية التسعة عشر المعروفة في النظام الشمسي، والتي تتمتع بحجم كافٍ يسمح لها بأن تكون مستديرة بفعل الجاذبية، لا يزال العديد منها نشطًا جيولوجيًا حتى اليوم. يُعدّ قمر آيو أكثر الأجرام نشاطًا بركانيًا في النظام الشمسي، ^{[ 48 ]} بينما تُظهر أقمار أوروبا ، ^{[ 49 ]} وإنسيلادوس ، ^{[ 50 ]} وتريتون أدلة على نشاط تكتوني مستمر وبركانية جليدية . في الحالات الثلاث الأولى، يُغذّي النشاط الجيولوجي التسخين المدّي الناتج عن مداراتها الإهليلجية القريبة من كواكبها العملاقة. ^{[ 48 ] ​​[ 49 ] [ 50 ]} (كانت هذه الآلية تعمل أيضًا على تريتون في الماضي قبل أن يصبح مداره دائريًا . ^{[ 51 ]} ) تُظهر العديد من الأقمار الطبيعية الأخرى، مثل قمر الأرض، وجانيميد ، وتيتان ، وتيثيس، وميراندا، أدلة على نشاط جيولوجي سابق، ناتج عن مصادر طاقة مثل تحلل نظائرها المشعة البدائية ، أو انحرافات مدارية أكبر في الماضي (بسبب رنين مداري سابق في بعض الحالات )، أو تمايز أو تجمد باطنها. ^{[ 52 ]} يحتوي كل من إنسيلادوس وتريتون على سمات نشطة تشبه الينابيع الحارة ، على الرغم من أن التسخين الشمسي يبدو أنه يوفر الطاقة في حالة تريتون. يمتلك كل من تيتان وتريتون غلافًا جويًا كبيرًا؛ كما يحتوي تيتان على بحيرات هيدروكربونية . ^{[ 52 ]} تمتلك جميع أقمار غاليليو الأربعة أغلفة جوية، على الرغم من أنها رقيقة للغاية. ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]} يُعتقد أن أربعة من أكبر الأقمار الطبيعية، وهي أوروبا، ^{[ 49 ]} وجانيميد، وكاليستو ، وتيتان، تحتوي على محيطات جوفية من الماء السائل، ^{[ 52 ]} بينما يدعم إنسيلادوس الأصغر حجمًا أيضًا محيطًا جوفيًا عالميًا من الماء السائل. ^{[ 50 ]}

من بين الكواكب الداخلية، لا يمتلك عطارد والزهرة أي أقمار طبيعية؛ بينما تمتلك الأرض قمراً طبيعياً كبيراً واحداً يُعرف بالقمر؛ ويمتلك المريخ قمرين طبيعيين صغيرين، هما فوبوس وديموس . أما الكواكب العملاقة، فلها أنظمة واسعة من الأقمار الطبيعية، بما في ذلك ستة أقمار تُضاهي في حجمها قمر الأرض: أقمار غاليليو الأربعة ، وتيتان التابع لزحل، وتريتون التابع لنبتون . ^{[ 56 ]} يمتلك زحل ستة أقمار طبيعية متوسطة الحجم، ضخمة بما يكفي لتحقيق التوازن الهيدروستاتيكي ، بينما يمتلك أورانوس خمسة أقمار. وقد طُرحت فرضية أن بعض هذه الأقمار قد تكون موطناً للحياة . ^{[ 57 ]}

من بين الأجرام التي يتفق علماء الفلك عمومًا على أنها كواكب قزمة، لا يمتلك كل من سيريس وسيدنا أقمارًا طبيعية معروفة. يمتلك بلوتو قمرًا طبيعيًا كبيرًا نسبيًا يُدعى شارون، بالإضافة إلى أربعة أقمار طبيعية أصغر حجمًا هي: ستيكس ، ونيكس ، وكيربيروس ، وهيدرا . ^{[ 58 ]} يمتلك هاوميا قمرين طبيعيين، بينما يمتلك كل من أوركس ، وكواوار ، وماكيماكي ، وجونجونج ، وإيريس قمرًا طبيعيًا واحدًا. ^{[ 59 ]} يتميز نظام بلوتو-شارون بكون مركز كتلته يقع في الفضاء المفتوح بينهما، وهي سمة ترتبط أحيانًا بنظام الكوكب المزدوج . ^{[ 15 ]}

من المرجح أن يكون للكواكب التي تدور حول نجوم أخرى أقمار أيضاً، وعلى الرغم من اكتشاف العديد من المرشحين حتى الآن، اعتباراً من عام 2024لم يتم تأكيد أي منها حتى الآن. ^{[ 60 ]}