هال ليفيسون على قمر زحل الغريب Iapetus

قال هال ليفيسن: ​​"Iapetus هي واحدة من أغرب الأشياء في النظام الشمسي ، وبينما ندرسها أكثر فأكثر ، تصبح أكثر غرابة وغرابة."

يتحدث هال ليفيسون ، عالم الكواكب في معهد ساوثويست للأبحاث في بولدر ، كولورادو ، عن إيبتوس ​​، ثالث أكبر من أكثر من 60 قمرًا من كوكب زحل. واحدة من السمات غير العادية للقمر هي سلسلة من الجبال التي يبلغ ارتفاعها حوالي 15 كم ، أو ارتفاع تسعة أميال ، والتي تطوق بالكامل تقريبا Iapetus عند خط الاستواء. قدم الدكتور ليفيسون ورقة في اجتماع عقد في أبريل 2011 لقسم الجمعية الفلكية الأمريكية حول علم الفلك الديناميكي ، والذي عقد في أوستن ، تكساس ، حيث أظهر أدلة على أن القمر إيبتوس ​​قد يكون لديه حلقة من الصخور الفضائية ، مثل كوكبها الأم زحل ، التي انهارت على سطح القمر وشكلت سلسلة من التلال الجبلية. تحدث الدكتور ليفيسون مع جورج سالازار من EarthSky.

Saturn's moon Iapetus، Image Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

ما يحدث على القمر زحل ، Iapetus؟

Iapetus هي واحدة من أغرب الأشياء في النظام الشمسي. بالطبع ، الأشياء الغريبة رائعة. كان من المعروف أنه كان غريبًا في وقت الاكتشاف ، عندما أدرك كاسيني ، الذي رآه لأول مرة ، أنه شاهده فقط على جانب واحد من زحل. والسبب في ذلك هو وجود فرق كبير البيدو. وهذا هو ، اختلاف سطوع بين كل جانب من Iapetus. جانب واحد هو تقريبا طائرة سوداء تماما. والآخر أبيض. كما ندرسه أكثر وأكثر ، فإنه يحصل أغرب وأغرب.

الشيء الذي أنا مهتم به هما خاصيتان لـ Iapetus. الأول ، إذا رأيت صورة لها من قبل من كاسيني ، فإن أول ما يقوله الناس عندما تبدأ الصور بالنزول هو ، يشبه الجوز. قذف في القطبين مقارنة بنصف قطرها ، ويبدو وكأنه كائن يدور في 16 ساعة. ولكن في الواقع انها الغزل في 79 يوما. إذن فقد حصلت على هذه الحفرية المتحجرة التي يبدو أنها جاءت من وقت كانت فيه الغزل أسرع بكثير مما هي عليه اليوم.

أيضًا ، على طول خط الاستواء توجد سلسلة من التلال يصل ارتفاعها إلى حوالي 15 كيلومتراً وعرضها 50 كم ، ويمكننا رؤيتها ، على الأقل في دوائر ، على الأقل 110 درجة من القمر الصناعي. بسبب التغطية غير المكتملة ، فقد تتحول في الواقع. هذا هو السبب في أن تشبيه الجوز جيد.

نحن نتحدث عن سلسلة من التلال على بعد 6 أميال ، أو 15 كم ، والتي تمتد على خط الاستواء؟

جبال على Iapetus ، صورة الائتمان: NASA / JPL / معهد علوم الفضاء

ليس بالضرورة ، لأنه مستمر تقريبًا في الأماكن. يبدو وكأنه الشفاه. أول شيء فكرت فيه عندما رأيت أنه كان عيبًا في التصنيع. عندما كنت طفلاً ، اعتدت أن ألعب بهذه الكرات المصنوعة من نصفين مطاطيين تم لصقها معًا. وهناك سلسلة من التلال على طول خط الاستواء. هذا ما يبدو عليه هذا الشيء ، إلا أنه نوع من خارج المركز. لذا اعتقدت ، آه ، إنها إحدى هذه الكرات التي أسيء تصنيعها.

تحاول القضية فهم كيف يمكن لهذا الشيء الغريب أن يتحقق. هناك أشخاص كانوا يعملون على فكرة أن كل شيء داخلي ، وأن هناك انكماشًا بسبب التبريد ، ويمكن أن يحدث التدفئة الداخلية بسبب الألومنيوم -26. وهذا قد يعطيك هذا الشكل الغريب.

كنا نعمل على فكرة أخرى. وهذا هو ، في الواقع كان حلقة حول Iapetus التي انهارت على سطحه ، مما يجعل سلسلة من التلال. هناك مشكلة أخرى. كنا نتحدث عن سلسلة التلال ، ولكن تذكر أن أول شيء قلته هو الشكل. يبدو أنه يدور في 16 ساعة ، سريع للغاية ، لكنه يدور ببطء شديد بالفعل. وإحدى المشاكل التي يواجهها الأشخاص الذين يحاولون فهم عملية إزالة الغزل هذه هي ، في الأفكار الكلاسيكية ، أن زحل هو الذي يقوم بجميع عمليات إزالة الغزل. Iapetus تدور بسرعة حقيقية. هناك انتفاخ المد والجزر التي أثيرت على Iapetus بسبب زحل. هذا يعوض قليلاً عن الإشارة مباشرة إلى زحل ، مما يتسبب في دوران Iapetus.

نفس الشيء يحدث على نظام قمر الأرض. عندما تدور الأرض ، هناك انتفاخات المد والجزر ، والتي يتم تعويضها قليلاً عن القمر. نتيجة لذلك ، تتباطأ الأرض قليلاً. والأرض تبتعد عن القمر ، ببطء. يمكن تقديم نفس الحجة من أجل Iapetus.

المشكلة هي أنه إذا نظرت إلى هذا ، على الأقل بسذاجة ، هي أنه من أجل جعل هذا العمل يعمل ، وتبدد الكثير من الطاقة في Iapetus أثناء دورانه ، يجب أن يكون Iapetus لطيفًا وسكويًا وصعبًا. إذا كان جامدًا ، فلن يتراجع بسرعة كبيرة. ولكن من أجل الحفاظ على شكله الأصلي البالغ 16 ساعة ، يجب أن يكون جامدًا. لذلك لديك هذا التناقض. للحصول على فصل القمر الصناعي في عصر النظام الشمسي ، فأنت بحاجة إلى شيء من نوع ما هو اسفنجي. ولكن من أجل الحفاظ على الانتفاخ ، فأنت بحاجة إلى شيء صلب. وكان من الصعب للغاية محاولة حل كل من هذه القيود في نفس الوقت. لقد تمكنا من القيام بذلك ، لكنه يتطلب بعض الأعمال الهائلة عندما يتعلق الأمر بإعداد الطرز.

كيف يمكن للمرء أن يدرس هذا القمر من زحل ، تحت السطح ، دون الذهاب إلى هناك فعلا؟

نحن نفعل ذلك عن طريق إجراء تجارب عددية. هذا هو نوع اللعبة التي ألعبها طوال الوقت. ترى النظام الشمسي كما هو اليوم. وتحاول معرفة كيف يمكن أن تصل إلى هناك. الطريقة التي نقوم بها هي أننا نميل إلى بناء نموذج كمبيوتر يحتوي على جميع الفيزياء التي تعتقد أنها قد تكون مهمة ؛ وضع الشروط الأولية بعدة طرق ؛ التمسك بها في التعليمات البرمجية الخاصة بك. اطلب منهم طحن لفترة من الوقت ؛ وخرج من الملوثات العضوية الثابتة إجابة نعتقد أن النظام الشمسي يجب أن يبدو ؛ نقارنها بما نراه ونقول نعم ، هذا جيد ، هذا سيء ؛ وحاول أن تقرر ما إذا كانت ظروفك الأولية خاطئة أم أن الفيزياء كانت خاطئة. وسوف تستمر في التكرار حتى تحصل على شيء مثل ما نراه.

قد يكون الناس على دراية حلقات كوكب كوكب زحل ، ينظر إليها من خلال التلسكوب. ولكن ما الذي تتحدث عنه هو حلقات حول قمر زحل؟

نعم. نظريتنا ، التي نقترحها لإزالة الغزل من Iapetus ، هي أن Iapetus خضع لتصادم مع قمر صناعي آخر ، كان حوالي 10 في المئة كتلته الخاصة.

هذا مرة أخرى ، تشبيه آخر إلى قمر الأرض. أفكارنا المفضلة فيما يتعلق بتكوين القمر هي أن شيئًا ما بحجم كوكب المريخ قد أصاب الأرض وخلق قرصًا من المادة حول الأرض في هذا التصادم ، الذي تراكم على شكل القمر.

نحن نقترح السيناريو نفسه تقريبًا على Iapetus ، وهو أن يضرب شيئًا ما حوالي عُشر كتلته ، وهو مرة أخرى ، ما نعتقد أنه حدث للأرض في تكوين القمر. التي خلقت حلقة من المواد حول Iapetus. في الجزء الخارجي من تلك الحلقة ، تراكمت المواد لتشكيل قمر صناعي. وداخل تلك الحلقة ، أمطرت الأشياء إلى قرص ، فقط عند خط الاستواء Iapetus ، مكونة السلسلة.

في وقت سابق ، قلت إنه من الصعب التوصل إلى نموذج يتضمن مجرد إبطال Iapetus وإبقاء انتفاخه. إضافة هذا القمر الصناعي ، الذي نظرًا لأنه أقرب بكثير من Iapetus ، يقوم بإزالة دورانه بشكل تدريجي بشكل أكثر فاعلية ويسمح لنا بالتخلص منه بسرعة كبيرة مع الحفاظ عليه جامدًا بدرجة كافية بحيث يمكنه الحفاظ على شكله.

إلى أي مدى تصمدت هذه النظرية ، حيث اصطدم قمر زحل Iapetus بصخر كبير في الفضاء لإعطائه الميزات التي نتحدث عنها اليوم؟

هذه الفكرة في مهدها. هناك طريقة للتوصل إلى فكرة واسعة ، وكتابة ورقة ، وقول لزملائك ، وهذا ما أقوم به في هذا الاجتماع ، "هذه هي الفكرة الغريبة. ويبدو ، من الدرجة الأولى ، أن تعمل ". يمكنك كتابة معادلات بسيطة تحدد ما نعتقد أن هذا السلوك سيكون عليه وتبين أنه يمكنك نوعًا ما من الحصول على الإجابة الصحيحة.

وبعد ذلك ، على مدار العام أو العامين المقبلين ، أو حتى لفترة أطول ، سنقوم ببناء نماذج أكثر تطوراً ، بعضها يتضمن كيفية نمو التلال ، ومعرفة ما إذا كان التلال الذي يمكننا بناءه على Iapetus من هذه الحلقة يشبه التلال نحن نرى. لدينا بعض النتائج الأولية التي تشير إلى أن ذلك قد يكون صحيحًا. نماذج أكثر تعقيدًا على التطور ، تطور تطور المد والجزر في Iapetus باستخدام نماذج أكثر وأكثر تطوراً للداخلية من القمر الصناعي. نحن الآن نقوم بشيء بسيط للغاية. وفي كل مرحلة ، نأخذ ما تقوله نماذج الكمبيوتر ونقارنه بما نراه ، بأفضل ما نستطيع ، ونرى ما إذا كان بإمكاننا استبعاد فكرة أم لا.

لماذا يدرس العلماء شيئًا ما مثل سلسلة من التلال على قمر زحل ، لماذا الاهتمام العلمي؟
اهتمامي بالكامل هو محاولة معرفة كيف تشكلت الأرض - لماذا هي في مكانها ، ولماذا لديها الكتلة التي تقوم بها ولديها التركيب الكيميائي الذي تفعله ، ولماذا لديها قمر نراه. هذا هو اهتمامي الرئيسي. لذلك عندما أنظر حولي إلى بقية النظام الشمسي ، فإن ما أبحث عنه هو طرق لدراسة العملية - الفيزياء التي تدخل في بناء الكواكب. وعندما نرى شيئًا لا نفهمه ، مثل هذا القمر الصناعي الغريب جدًا لزحل. عندما نرى شيئًا لا نفهمه ، فهو مختبر ممتاز لاختبار العمليات التي نعتقد أنها مهمة هنا. إن النظر إلى Iapetus ، على سبيل المثال ، وفي هذه السلسلة ، يعطينا قيودًا على كيفية تطور داخليها ، والذي يخبرنا شيئًا عن التركيب الكيميائي. أو ، إذا كان نموذجنا صحيحًا ، فكيف تولد التأثيرات حلقات وأقراص ، والتي قد تكون مهمة على سبيل المثال ، على تأثير تكوين القمر. لذلك هذه هي القياس. كل هذه العوالم تشابه إلى الأرض وما نراه هنا. والطريقة الوحيدة التي يمكننا بها التأكد من أن نماذجنا لتشكيل الأرض صحيحة هي النظر إلى هذه الأجسام الأخرى من النظام الشمسي.

أحد الأشياء التي أذهلتني حول Iapetus هو كم هو غير عادي - ألوانها "yin yang" حيث يكون أحد الجانبين أبيض لامع والآخر غامق مثل الفحم ؛ هذا التلال الضخم من الجبال يمر عبر "التماس" ؛ و 79 يوم دوران الأرض.

Iapetus غريب على العديد من المستويات. ومرة أخرى ، هذا استثناء للقواعد التي تساعدنا على التعلم. وبالنظر إلى Iapetus ، عليك أن تأخذ خطوة إلى الوراء. ليس من الطبيعي أن أدرس أقمار الكواكب العملاقة. أهم شيء لدي هو محاولة تكوين الكوكب بطريقة ما. لكن عندما ترى شيئًا من هذا القبيل ، فأنت مضطر لفهم ذلك ، مرة أخرى ، لأنه يضعه في السياق. هناك دائما استثناءات. ولكن من الصعب العثور على استثناءات ، في العلوم لا تخبرك بشيء عن ما تعتقد أنه حقيقي. ولذا عليك أن تبحث عن هذه الأشياء الغريبة لفهمها.

أتذكر مقابلة أجرتها EarthSky معك منذ عدة سنوات ، عندما وصفت النظام الشمسي المبكر بأنه "دربي الهدم" ، وهو الوقت الذي لا يزال علماء الفلك لا يفهمونه جيدًا.

أعتقد أنك سترى ثورة - هذه مستقلة عن إيبتوس ​​- أعتقد أننا سنشهد ثورة في فهمنا لكيفية تشكيل الكواكب في السنوات الثلاث أو الأربع القادمة. أعتقد أن النماذج الموجودة سابقًا لم تكن معقدة بما يكفي لالتقاط بعض العمليات الفيزيائية التي أدت إلى حدوث الأشياء. وهناك الكثير يحدث ، عندما ننظر إلى النظام الشمسي ، لا نفهمه.

بالنسبة لي ، أهم هذه الأمور هو المريخ. أعرف أن هناك الكثير من الاهتمام لمريخ هذه الأيام. لكن ما أتحدث عنه هو حقًا مسألة أساسية تتعلق بمريخ ، وهذا هو حجمها. تتنبأ نظرياتنا حول تكوين الكوكب بأن الكواكب أصبحت أكبر كلما ابتعدت عن الشمس. والمريخ هو استثناء لذلك. من المحتمل أن تكون الكتلة أصغر بعشر مرات ، بناءً على أيٍّ من طرازاتنا. وكان هناك جهد متضافر من المجتمع لمحاولة فهم ذلك. ولدينا نموذج جديد يخرج ، فيما يتعلق بذلك ، وأعتقد أنه سوف يحل المشكلة. إذا كان هذا صحيحًا ، فهو يوضح أننا قد استبعدنا عملية مهمة في فهم كواكب الأرض التي أعتقد أنها على المدى البعيد قد تغير الكثير مما نعتقد. نحن بصدد كتابة الورقة الآن. تعال وتحدث إلينا عندما ننشرها.

ما هو الشيء الأكثر أهمية الذي تريد أن يعرفه الناس اليوم عن قمر زحل Iapetus؟

أعتقد أن ما أريد للناس أن يأخذوه إلى المنزل من هذا هو أن استكشاف النظام الشمسي الذي نقوم به يعطينا باستمرار مفاجآت ، وتلك المفاجآت تساعدنا على فهم الصورة العامة بشكل أفضل. وبالتالي أعتقد أنه كلما زاد التنقيب الذي نقوم به ، زاد احتمال أننا سنكون قادرين على معرفة عملية تشكيل الكواكب. وهذا لا ينطبق على Iapetus فحسب ، بل بالنسبة إلى Kepler وأنظمة الكواكب التي تقع خارج المجموعة الشمسية ، كل هذه الأشياء مرتبطة ، في رأيي ، في محاولة لفهم ما يحدث.

تحدث هال ليفيسون من معهد ساوثويست للأبحاث في بولدر ، كولورادو ، عن قمر زحل Iapetus ، ثالث أكبر قمر من بين أكثر من 60 قمرًا يدور حول الكوكب الدائري.