چه اتفاقی برای حلقههای سیارهی زحل افتاده است؟
مجله علمی ایلیاد - گروهی از محققین علم نجوم در ایالات متحده و بریتانیا، کشف کردهاند که حلقههای سیارهی زحل جوانتر از چیزی است که تا کنون تصور میشد. این گروه کشف کردند که حلقههای زحل طی فرآیندی به نام «باران حلقه» به سرعت در حال نابودی هستند. یافتههای این گروه تحقیقاتی در مجلهی Icarus به چاپ رسیده است.
دانشمندان ستارهشناسی مدتها این سوال را مطرح میکردند که آیا زحل به همراه حلقههای خود متولد شده است یا این حلقهها در مراحل بعدی توسط گازها ایجاد شدهاند. مطالعهی جدیدی که به رهبری دکتر «جیمز دونا» در آزمایشگاه مگنتوسفر مرکز پروازهای فضایی گدارد ناسا انجام شده، از سناریوی دوم مطرح شده توسط دانشمندان پشتیبانی میکند و پیشبینی میکند که این حلقهها بیش از ۱۰۰ میلیون سال پیش وجود نداشتهاند.
دکتر دونا میگوید: «ما خوششانس هستیم که میتوانیم سیستم حلقههای زحل را که احتمالاً در میانهی عمر خود هستند، ببینیم. به هر حال، اگر حلقهها موقتی هستند پس احتمالاً ما از دیدن سیستم حلقههای عظیم مشتری، اورانوس و نپتون که امروزه حلقههای بسیار نازکی هستند، محروم شدهایم.»
تئوریهای مختلفی در مورد منشاء حلقههای زحل ارائه شده است. اگر سیارهی زحل آنها را پس از تولد ایجاد کرده است، پس احتمالاً این حلقهها در اثر انفجار قمرهای کوچک و یخی در حال گردش به دور زحل، شکل گرفتهاند. این احتمال وجود دارد؛ زیرا مدارهای زحل تحت تاثیر کشش گرانشی شهابها و دنبالهدارهای در حال عبور است.
اولین شاهدی که وجود باران حلقه را تایید کرد، مشاهدات انجام شده از پدیدههای غیرمرتبط توسط کاوشگر ویجر۲ بود. تفاوتهای عجیب و غریب در اتمسفر زحل، تفاوت چگالی در حلقههای زحل و یک حلقهی تاریک سهتایی حول عرضهای میانی شمالی این سیاره. این حلقههای تاریک طی ماموریت ویجر۲ ناسا در سال ۱۹۸۱ در عکسبرداری از استراتسفر زحل مشاهده شدند. در مطالعهای که در سال ۱۹۸۶ توسط محقق ناسا، «جک کونرنی» انجام شد، شکل این حلقهها به میدان مغناطیسی عظیم زحل نسبت داده شد و فرضیهای بدین صورت ارائه شد که ذرات یخ باردار شده از حلقههای زحل به سمت پایین حرکت میکنند و در خطوط نامرئی میدان مغناطیسی قرار میگیرند و آب در جو بالایی زحل، جمع میشود و این حلقهها را بهوجود میآورد.
آب موجود در حلقهها که در عرضهای خاص جغرافیایی قابل مشاهده هستند، مه استراتوسفر را از بین میبرد و باعث میشود در نور منعکس شده، تاریک به نظر بیایند؛ به این ترتیب حلقههای تاریک در عکسهای ویجر مشاهده شده است. حلقههای زحل عموماً ذرات یخ هستند که اندازههای آنها معمولاً از دانههای میکروسکوپی تا تکههای چند متری متغیر است. ذرات یخ موجود در حلقهها در تعادل بین دو نیروی مخالف هستند؛ نیروی گرانش سیاره که میخواهد آنها را به سمت خود بکشد و نیروی گریز از مرکز در اثر چرخش آنها که تمایل دارد ذرات را به سمت فضا پرتاب کند.
ذرات ریز میتوانند با نور UV ناشی از خورشید و یا در اثر ابرهای پلاسمایی حلقهها، باردار شوند. وقتی این اتفاق میافتد، ذرات میتوانند نیروی کشش ناشی از میدان مغناطیسی زحل را احساس کنند و به سمت سیاره کشیده شوند. در برخی نقاط حلقهها، در اثر باردار شدن یکبارهی ذرات، تعادل موجود بین نیروها از بین میرود و گرانش زحل ذرات را در راستای میدان مغناطیسی به سمت لایههای جو بالایی میکشد. در این صورت ذرات یخ موجود درحلقهها تبخیر شده و آب آن میتواند با یونوسفر زحل واکنش دهد. یکی از خروجیهای این واکنش افزایش طول عمر ذرات باردار شده به نام «یونهای +H3» است که از سه پروتون و دو الکترون تشکیل شدهاند. یونهای +H3 در صورت پرانرژی شدن توسط نور خورشید، در نور مادون قرمز میدرخشند و همین موضوع باعث شد که این یونها توسط دکتر دونا و همکارانش رصد شوند.
محققین در قسمت شمالی و همیسفر جنوبی زحل، در جایی که خطوط میدان مغناطیسی قطع کنندهی صفحهی حلقهها، وارد سیاره میشوند، حلقههای درخشانی را مشاهده کردند. دانشمندان نورها را آنالیز کردند تا مقدار بارش ناشی از حلقهها و همچنین تاثیر آن بر یونوسفر زحل را تعیین کنند. آنها دریافتند که مقدار بارشها با محاسبات دکتر کونرنی در سه دههی پیش، مطابقت دارد.
دکتر دونا میگوید: «ما تخمین میزنیم که بارش حلقهها در هر نیم ساعت به اندازهی یک استخر شنای المپیک از آب حلقههای زحل کم میکند. با این احتساب کل موجودی آب حلقهها طی ۳۰۰ میلیون سال از بین میرود. ولی علاوه بر این، کاوشگر کاسینی نیز میزان سقوط مواد موجود در حلقهها بر روی استوای زحل را اندازهگیری کرده است. نتایج بررسیهای کاسینی نشان میدهد که از عمر حلقهها تنها ۱۰۰ میلیون سال باقی مانده است. این عمر در مقابل عمر سیارهی زحل که بالغ بر ۴ میلیارد سال است، بسیار ناچیز به نظر میرسد.»
دانشمندان همچنین یک حلقهی درخشان دیگر را در عرضهای جغرافیایی بالاتر در همیسفر جنوبی کشف کردند. اینجا جایی است که میدان مغناطیسی زحل با مدار انسلادوس برخورد میکند؛ انسلادوس یک قمر است که سطح فعالی دارد و فوارههایی از یخ به فضا پرتاب میکند و برخی از این ذرات بر روی زحل میبارند.
دکتر کونرنی گفت: «این هنوز همهی ماجرا نیست. ما بر اساس حلقهی تاریک و باریک در عکس قدیمی ویجر، انسلادوس را بهعنوان منبعی غنی از آب شناسایی کردهایم. فوارهها برای اولین بار توسط ابزارهای کاسینی در سال ۲۰۰۵ مشاهده شدند. تصور میشود که این فوارهها از اقیانوسی از آب در زیر سطح یخ زدهی یک قمر کوچک نشات میگیرند. فعالیت سطحی و اقیانوس آب موجود در انسلادوس، باعث میشود بتوان از آن به عنوان یکی از مکانهای ممکن برای زندگیهای فرازمینی یاد کرد.»
نوشته: SciNews
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد