طول شبانه‌روز در زحل چقدر است؟
مجله علمی ایلیاد - محققین با استفاده از داده‌های تازه تحلیل شده‌ی فضاپیمای کاسینی ناسا، باور دارند که پاسخ دقیق یکی از پرسش‌هایی که برای مدت‌ها در منظومه‌ی شمسی به صورت راز باقی مانده بود را دریافته‌اند؛ اینکه طول یک شبانه‌روز بر روی سیاره‌ی زحل چقدر است؟ ۱۰ ساعت و ۳۳ دقیقه و ۳۸ ثانیه است.
این موضوع برای دهه‌های متمادی دانشمندان علم نجوم را گیج کرده بود، زیرا این سیاره‌ی عظیم گازی دارای سطح جامد نیست که بتوان دوران آن‌را ردگیری کرد و همچنین یک میدان مغناطیسی غیرمعمولی دارد که سرعت دوران سیاره را مخفی می‌کند.
دانشمندان فهمیدند که پاسخ سوال خود را می‌توانند درون حلقه‌های زحل جستجو کنند. ابزارآلات فضاپیمای کاسینی که در حین دوران در مدار زحل است، در مورد جزئیات حلقه‌های یخی و سنگی زحل داده‌های زیادی به‌دست آوردند. «کریستوفر مانکوویچ» به‌عنوان دانشجوی نجوم دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا، از این داده‌ها به منظور مطالعه‌ی الگوهای موج در حلقه‌ها استفاده کرد.
کار وی مشخص کرد که حلقه‌های زحل به لرزش‌های سیاره، واکنش نشان می‌دهند و در واقع می‌توان آن‌را به عنوان لرزه‌نگار برای اندازه‌گیری حرکت‌های ناشی از زمین‌لرزه‌های زحل در نظر گرفت. فرکانس لرزش‌های درون زحل به نحوی است که باعث بروز لرزه‌هایی در میدان گرانشی سیاره نیز می‌شود. در ادامه، حلقه‌ها نیز این لرزش‌های رخ داده در میدان گرانشی را تشخیص می‌دهند.
مانکوویچ می‌گوید: «ذرات موجود در حلقه‌ها نمی‌توانند کمک‌کننده باشند، ولی این نوسانات رخ داده در میدان گرانشی را حس می‌کنند. در مکان‌های خاصی از حلقه‌ها این نوسانات در زمان مناسب، ذرات را در مدار خود گیر انداخته و به مرور برای آن‌ها تولید انرژی می‌شود و سپس این انرژی به شکل موج‌های مرئی دیده می‌شوند.»
تحقیقات انجام شده توسط مانکوویچ، در مجله‌ی Astrophysical Journal به چاپ رسیده است. وی در این مقاله شرح داده که چگونه مدلی برای ساختار درونی زحل طراحی کرده است که می‌تواند با موج‌های موجود در حلقه‌ها سازگار باشد. این کار به وی اجازه داده است تا حرکت‌های درونی سیاره را ردگیری کرده و دوران آن‌را محاسبه کند.
سرعت دوران به‌دست آمده که هر دوران برابر با ۱۰ ساعت و ۳۳ دقیقه و ۳۸ ثانیه است، چندین ثانیه سریع‌تر از تخمین‌های قبلی در سال ۱۹۸۱ میلادی است. تخمین قبلی بر اساس سیگنال‌های رادیویی رسیده از فضاپیمای ویجر ناسا به‌دست آمده بود. آنالیز داده‌های ویجر طول روز زحل را ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه و ۲۳ ثانیه پیش‌بینی می‌کرد و بر اساس اطلاعات میدان مغناطیسی آن بود. فضاپیمای کاسینی از داده‌های میدان مغناطیسی استفاده کرد و طول روز را از ۱۰ ساعت و ۳۶ دقیقه تا ۱۰ ساعت و ۴۸ دقیقه پیش‌بینی کرد.
دانشمندان معمولاً با تکیه بر میدان‌های مغناطیسی، نرخ دوران سیاره‌ها را به‌دست می‌آورند. محور مغناطیسی سیاره‌ی مشتری نیز مانند زمین همراستا با محور چرخش آن نیست. دانشمندان با اطلاع از این موضوع و اندازه‌گیری سیگنال‌های متناوب امواج رادیویی منتشر شده از طرف آن، نرخ دوران مشتری را محاسبه می‌کنند. به هر حال باید گفت که زحل چنین وضعیتی ندارد. میدان مغناطیسی منحصربه‌فرد آن کاملاً با محور دوران آن همراستا است.
همین موضوع دلیلی است بر این که یافته‌های حاصل از حلقه‌های زحل برای به‌دست آوردن طول روز در سیاره بسیار مهم هستند. دانشمندان سربلند از این موضوع هستند که بهترین پاسخ را به چنین سوال بنیادی در مورد سیاره‌ی زحل پیدا کرده‌اند. «لیندا اسپیلکر» به‌عنوان متخصص پروژه‌ی کاسینی می‌گوید: «محققین از موج‌های موجود در حلقه‌ها برای پی بردن به درون سیاره استفاده کردند و به مشخصات پایه‌ای سیاره پی بردند. این نتایج کاملاً قابل اتکا هستند. پاسخ‌ها همگی در حلقه‌های سیاره نهفته هستند.»
این ایده که می‌توان از حلقه‌های زحل برای مطالعه‌ی سیاره‌شناسی زحل استفاده کرد، برای اولین بار در سال ۱۹۸۲ و قبل از زمانی که رصدهای دقیق امکان‌پذیر بود، پیشنهاد شد. «مارک مارلی» دیگر نویسنده‌ی مقاله و متخصص مرکز تحقیقات ایمز ناسا در کالیفرنیا، این ایده را در سال ۱۹۹۰ به عنوان تز دکترای خود بسط داد. وی در کنار نشان دادن نحوه‌ی انجام محاسبات، مکان‌های منحصربه‌فرد در حلقه‌های زحل را نیز پیش‌بینی کرد. وی همان سال‌ها ادعا می‌کرد که ماموریت کاسینی که آن موقع در حال برنامه‌ریزی بود، می‌تواند رصدهای لازم برای اثبات ایده‌ی مطرح شده را انجام دهد.
«جاناتان فورتنی» پروفسور ستاره‌شناسی در دانشگاه سانتاکروز و عضو گروه کاسینی، می‌گوید: «دو دهه بعد در سال‌های پایانی ماموریت کاسینی، دانشمندان داده‌های ماموریت را آنالیز کرده و مشخصه‌های حلقه‌های زحل در نقاط پیش‌بینی شده، توسط مارک را پیدا کردند. مطالعه‌ی حاضر با هدف افزایش این نوع رصدها انجام شده است.»
ماموریت کاسینی در سپتامبر سال ۲۰۱۷ وقتی که سوخت آن کاهش پیدا کرد، به پایان رسید و فضاپیمای کاسینی برای اجتناب از برخورد با قمر‌های زحل توسط گروه مدیریت ماموریت در جو زحل سقوط کرد. ماموریت کاسینی یک پروژه‌ی همکاری بین ناسا، آژانس فضایی اروپا و آژانس فضایی ایتالیا بوده است. آزمایشگاه پیشرانه‌ی جت متعلق به ناسا، وظیفه‌ی مدیریت این ماموریت را بر عهده داشته است. ابزار نصب شده بر روی مدارگرد توسط آزمایشگاه پیشرانه‌ی جت، آژانس فضایی ایتالیا و با همکاری گروهی از متخصصین آمریکایی و کشورهای اروپایی ساخته شده بود.
نوشته: گریچن مک‌کارتی
ترجمه: امید محمدی – مجله علمی ایلیاد