تاريخ موجز للحلقات زحل مذهلة

كان الكوكب زحل بين الشمس ومركبة كاسيني الفضائية - التي كانت تحمي المركبة من وهج الشمس المشرق - عندما اكتسبت كاسيني هذه الصورة. يدور كاسيني حول زحل من 2004 إلى 2017.

تأليف Vahe Peroomian ، جامعة جنوب كاليفورنيا - كلية الآداب والعلوم في دورنسيف

يحلم الكثيرون بما سيفعلون لو كان لديهم آلة زمنية. كان البعض يسافر 100 مليون سنة في الزمن ، عندما جابت الديناصورات الأرض. ومع ذلك ، لم يفكر الكثيرون في أخذ تلسكوب معهم ، وإذا لاحظوا ذلك ، لاحظوا زحل وحلقاته.

ما إذا كان لدينا عالم الفلك السفر عبر الزمن سيكون قادرا على مراقبة حلقات زحل أمر قابل للنقاش. هل توجد الحلقات ، بشكل أو شكل ما ، منذ بدايات النظام الشمسي ، قبل 4.6 مليار سنة ، أم أنها إضافة أحدث؟ هل كانت الحلقات قد تشكلت حتى عندما قام كويكب شيكسبول بمسح الديناصورات؟

أنا عالم في الفضاء ولدي شغف بتدريس الفيزياء وعلم الفلك ، وكانت حلقات زحل تبهرني دائمًا لأنها تحكي قصة كيف تم فتح أعين البشرية لعجائب نظامنا الشمسي والكون.

نظرتنا لزحل تتطور

عندما راقب غاليليو زحل من خلال تلسكوبه عام 1610 ، كان لا يزال يستمتع بشهرة اكتشاف أقمار كوكب المشتري الأربعة. لكن زحل حير له. نظرًا إلى الكوكب من خلال تلسكوبه ، نظر إليه أولاً ككوكب له أقماران كبيرتان للغاية ، ثم ككوكب وحيد ، ثم مرة أخرى من خلال تلسكوبه الأحدث ، في عام 1616 ، ككوكب به أذرع أو مقابض.

بعد أربعة عقود ، اقترح جيوفاني كاسيني لأول مرة أن كوكب زحل كان كوكبًا محاطًا ، وكان ما شاهده غاليليو وجهات نظر مختلفة لحلقات زحل. بسبب الدرجات البالغة 27 درجة في إمالة محور دوران زحل بالنسبة إلى مستوى مدارها ، يبدو أن الحلقات تميل نحو الأرض بعيدًا عن الأرض مع دورة ثورة زحل التي استمرت 29 عامًا حول الشمس ، مما يمنح البشرية رؤية دائمة التغير من الخواتم.

ولكن ماذا كانت الخواتم المصنوعة من؟ هل كانت أقراص صلبة كما اقترح البعض؟ أم أنها تتكون من جزيئات أصغر؟ عندما أصبح الهيكل أكثر وضوحًا في الحلقات ، حيث تم العثور على مزيد من الثغرات ، ولوحظ حركة الحلقات حول زحل ، أدرك علماء الفلك أن الحلقات لم تكن صلبة ، وربما تكونت من عدد كبير من الأرصدة الصغيرة ، أو أقمار. في الوقت نفسه ، ذهبت تقديرات سمك الحلقات من السير وليام هيرشل على بعد 300 ميل في عام 1789 ، إلى تقدير أودوين دولفوس الأكثر دقة لأقل من ميلين في عام 1966.

تغير فهم علماء الفلك للحلقات بشكل كبير مع بعثتي بايونير 11 وفوينجر فوياجر إلى زحل. أظهرت صورة فوياجر الشهيرة الآن للحلقات ، الخلفية من الشمس ، لأول مرة أن ما ظهر كحلقات A و B و C الشاسعة في الواقع تضم ملايين الرنات الأصغر.

فوياجر 2 صورة زائفة اللون من حلقات زحل B و C تظهر العديد من الخواتم. الصورة عبر ناسا.

أعطت مهمة كاسيني إلى زحل ، التي أمضت أكثر من عقد من الزمان تدور حول العملاق الحلقي ، علماء الكواكب وجهات نظر أكثر إثارة وإثارة للدهشة. يتراوح سمك نظام زحل الرائع بين 10 أمتار (33 قدمًا) وسُمك كيلومتر (0.6 ميل). تبلغ الكتلة المركبة من جزيئاتها ، التي تبلغ جليتها 99.8 في المائة ومعظمها أقل من متر واحد (حوالي ياردة واحدة) ، حوالي 16 كوادريليون طن ، أي أقل من 0.02 في المائة من كتلة قمر الأرض ، و أقل من نصف كتلة زحل القمر ميماس. وقد دفع هذا بعض العلماء إلى التكهن بما إذا كانت الحلقات نتيجة تفكك أحد أقمار زحل أو التقاط مذنب طائش وتفككه.

الحلقات الديناميكية

في القرون الأربعة التي تلت اختراع التلسكوب ، تم اكتشاف حلقات حول كوكب المشتري وأورانوس ونبتون ، وهما الكواكب العملاقة لنظامنا الشمسي. السبب في أن الكواكب العملاقة مزينة بالعصابات والأرض والكواكب الصخرية الأخرى لم يتم اقتراحها أولاً من قبل إدوارد روش ، عالم الفلك الفرنسي في عام 1849.

القمر وكوكبه دائمًا في رقصة الجاذبية. قمر الأرض ، عن طريق الشد على جانبي الأرض ، يؤدي إلى حدوث المد والجزر في المحيط. تؤثر قوى المد والجزر أيضًا على أقمار الكواكب. إذا غامر قمر قريب جدًا من كوكب الأرض ، فيمكن لهذه القوى أن تتغلب على "الجاذبية" التي تثبّت القمر معًا وتمزقه. يؤدي هذا إلى تفكك القمر وانتشاره على مداره الأصلي ، مكونًا حلقة.

يبلغ الحد الأقصى لروش ، وهو الحد الأدنى للمسافة الآمنة لمدار القمر ، حوالي 2.5 ضعف نصف قطر الكوكب من مركز الكوكب. بالنسبة إلى كوكب زحل الهائل ، فهذه مسافة تبلغ 54000 ميلًا (87000 كم) فوق قممها السحابية وتطابق موقع الحلقة الخارجية لساتورن. بالنسبة للأرض ، هذه المسافة أقل من 6200 ميل (10،000 كيلومتر) فوق سطحها. سيتعين على الكويكب أو المذنب المغامرة على مقربة من الأرض لتتمزقها قوى المد والجزر وتشكل حلقة حول الأرض. إن قمرنا آمن على بعد 236000 ميل (380،000 كم).

مفهوم الفنان لمركبة كاسيني الفضائية في ناسا على وشك أن يصنع واحدة من غطساته بين زحل وحلقاته الأعمق كجزء من خاتمة المهمة الكبرى. الصورة عبر وكالة ناسا / JPL-Caltech.

تنجم حلقات الكواكب عن طبيعتها المتغيرة باستمرار. جسيم الحلقة الذي يميل مداره فيما يتعلق بباقي الحلقة سوف يصطدم في النهاية بجزيئات حلقة أخرى. في القيام بذلك ، فإنه سيفقد الطاقة ويستقر في طائرة الحلبة. على مدى ملايين السنين ، كل هذه الجسيمات الفاسدة إما تسقط أو تتماشى ، تاركة فقط نظام الحلقة الرقيق للغاية الذي يلاحظه الناس اليوم.

خلال السنة الأخيرة من مهمتها ، غطت المركبة الفضائية كاسيني مرارًا وتكرارًا من خلال الفجوة التي تبلغ مساحتها 4350 ميلًا (7000 كيلومتر) بين غيوم زحل وحلقاتها الداخلية. هذه الملاحظات غير المسبوقة أوضحت حقيقة واحدة واضحة: الخواتم تتغير باستمرار. تتنازع باستمرار الجزيئات الفردية في الحلقات من قبل بعضها البعض. جزيئات الحلقة تمطر باستمرار على زحل.

أقمار الراعي "بان" و "دافنيس" و "أطلس" و "باندورا" و "بروميثيوس" ، تتراوح مساحتها بين 5 و 80 ميلاً (8 و 130 كم) عبرها ، ترعى حرفيًا جزيئات الحلقة ، وتحتفظ بها في مداراتها الحالية. موجات الكثافة ، الناتجة عن حركة أقمار الراعي داخل الحلقات ، تزاحم وتعيد تشكيل الحلقات. تتشكل الأقمار الصغيرة من جزيئات حلقة تتجمع معًا. كل هذا يشير إلى أن الحلقات سريعة الزوال. كل ثانية تصل إلى 40 طنا من الجليد من الحلقات تمطر في جو زحل. هذا يعني أن الحلقات قد تستمر فقط لعشرات مئات إلى مئات الملايين من السنين.

هل كان بإمكان عالم الفلك الذي يسافر عبر الزمن رؤية الحلقات قبل 100 مليون عام؟ مؤشر واحد لعصر الحلقات هو غبارهم. الكائنات التي تتعرض للغبار تتخلل نظامنا الشمسي لفترات طويلة من الزمن تصبح أكثر غمقًا وأكثر قتامة.

حلقات زحل مشرقة للغاية وخالية من الغبار ، ويبدو أنها تشير إلى أنها تشكلت في أي مكان من 10 إلى 100 مليون سنة مضت ، إذا كان فهم علماء الفلك لكيفية تجمع الجزيئات الجليدية للغبار صحيحًا. شيء واحد مؤكد. كانت الحلقات التي كان سيشاهدها رائد فضاء السفر عبر الزمن تبدو مختلفة تمامًا عن طريقة عملها اليوم.

واهي بيروميان ، أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة جنوب كاليفورنيا - كلية الآداب والعلوم في دورنسيف

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المقال الأصلي.

خلاصة القول: كيف ومتى صنعت حلقات زحل ، وماذا ، وما إذا كانت ستستمر.