حلقه‌های زحل، همچنان شگفتی‌آفرین

اگر بخواهیم حلقه‌های زحل را به صورت شهودی تحلیل کنیم، به همان برداشت اشتباه رایج می‌رسیم که تصور می‌کند این نمادهای بزرگ، دایره‌هایی یکپارچه هستند که به دور زحل می‌چرخند. تصورهای اشتباه درباره‌ی حلقه‌های زحل برای صدها سال در جریان بوده و اخیراً با اطلاعاتی که از کاوش‌گر کاسینی رسیده به اشتباهات تازه‌ای هم در آن‌ها پی می‌بریم. حالا می‌فهمیم که مات‌تر بودن بخش‌هایی از حلقه‌ها لزوماً به معنای چگال‌تر بودن آن قسمت‌ها نیست.

زحل، ارباب حلقه‌ها

انگار زحل همچنان در کار فریب ماست و دست‌بردار هم نیست.

تصویر مرکبی که کاسینی در سال ۲۰۱۳ از زحل فرستاده است
تصویر مرکبی که کاسینی در سال ۲۰۱۳ از زحل فرستاده است

در حالی که تمام غول‌های گازی منظومه‌ی شمسی از این حلقه‌ها دارند، از نظر بزرگی و عظمت، پیچیدگی، و همچنین زیبایی، زحل را می‌توان ارباب حلقه‌ها نامید. گالیله اولین کسی بود که این حلقه‌های درخشان را در سال ۱۶۱۰ میلادی با تلسکوپ خود رصد کرد و آن‌ها را ستاره‌هایی اضافه پنداشت، یا شاید هم برآمدگی‌هایی که همچون دسته‌های فنجان در دو سوی زحل قرار داشتند. این تصور تا حدود نیم قرن ادامه یافت و سرانجام ستاره‌شناس هلندی، کریستیان هوینگس در سال ۱۶۵۹ به این نتیجه رسید که آنچه در کنار زحل می‌بینند، به سیاره وصل نیست و دورتادور سیاره، با فاصله‌ای یکنواخت حضور دارد (منبع). تنها شانزده سال بعد، جووانی کاسینی شکافی را در میان حلقه‌های زحل مشاهده کند که بعدها به همین  و به‌درستی نتیجه گرفت که این حلقه یکپارچه نیست و به بخش‌هایی تقسیم می‌شود.

در حالی که گالیله، هوینگس و کاسینی، سهم به‌سزایی در شناخت زحل ایفا کردند، همه‌ی آن‌ها این حلقه‌ها را اجسامی یکپارچه تصور کردند. ستاره‌شناس فرانسوی، ژان شافلین، نخستین کسی بود که در سال ۱۶۶۰ این فرض را مطرح کرد که شاید حلقه‌های زحل از اجزای ریزی تشکیل شده باشند که به دور این سیاره می‌چرخند. این فرضیه تا نزدیک دویست سال دست‌نخورده باقی ماند تا این که فیزیک‌دان مشهور، جیمز کلرک ماکسول با محاسباتی که بر اساس نیروهای بسیار قوی گرانشی و تعادل دینامیکی چنان جسم فرضی یکپارچه و بزرگی نشان داد که: «حلقه‌ها قطعاً از اجزای جداگانه تشکیل شده‌اند. ممکن است جامد یا مایع باشند، ولی در هر حال مستقل از هم هستند.»

تصویری که پایونیر ۱۱ در سال ۱۹۷۹ (۱۳۵۸) از زحل گرفت
تصویری که پایونیر ۱۱ در سال ۱۹۷۹ (۱۳۵۸) از زحل گرفت

نتیجه‌ی محاسبات ماکسول صد سال پیش از آن منتشر شد که پایونیر ۱۱ نخستین تصاویر نزدیک از زحل را برای ما ارسال کرد. تاریخچه‌ای از رصد حلقه‌های زحل را اینجا ببینید.

به امروز بازگردیم

در کنار رصدهایی که از تلسکوپ‌های زمینی و مشاهده‌گرهای فضایی همچون تلسکوپ فضایی هابل انجام گرفت، فضاپیماهای بسیاری نیز همچون پایونیر ۱۱، وویجرهای ۱ و ۲، از کنار زحل گذشتند و در حال حاضر نیز کاسینی، فضاپیمای ناسا، به دوازدهمین سال حضورش در مدار زحل نزدیک می‌شود. در دهه‌ی اخیر، به کمک کاسینی آن قدر درباره‌ی زحل و حلقه‌هایش و ماه‌هایی که در مدارش می‌گردند آموختیم که از مجموع آنچه در ۳۹۴ سال گذشته، از زمانی که گالیله آن‌ها را با تلسکوپ دست‌سازش رصد کرد، بیشتر است و اگر فقط حلقه‌ها را در نظر بگیریم، محققین درمی‌یابند که تاکنون چیز زیادی نمی‌دانسته‌اند.

حلقه‌های زحل که به شکلی باورنکردنی پیچیده هستند، به نواحی جداگانه‌ای تقسیم شده‌اند که از خود سیاره به سمت بیرون، با حروف D و C و B و A و F و G و E نام‌گزاری شده‌اند. (حلقه‌ی بزرگ و واگرایی نیز هست که با نور مادون قرمز دیده می‌شود ولی اینجا به آن اشاره‌ای نمی‌کنیم.) هر کدام از این حلقه‌ها از ذراتی تشکیل شده‌اند که اندازه‌شان از حدود اندازه‌ی یک خانه تا نازک‌تر از دود شمع متغیر است. مجموع این حلقه‌ها در فضایی به گستره‌ی ۴۶۴ هزار کیلومتر از بالای جو زحل، با قطری در حدود فقط ده متر قرار دارند.

یکی از این حلقه‌های بزرگ زحل (B)، از دیگر حلقه‌ها بهتر دیده می‌شود که هم به خاطر انعکاس بهتر نور است و هم مانعی که در مقابل عبور نور ستاره‌های پشتش قرار دارند. ممکن است نتیجه بگیریم که این حلقه به ظاهر چگال‌تر از بقیه است و بنابراین جرم بیشتری دارد. این حرف منطقی هست، ولی درست نیست.

عکس کاسینی از حلقه‌های زحل
عکس کاسینی از حلقه‌های زحل

اندازه‌گیری‌های کاسینی از نقاط مختلف حلقه‌ی B که با توجه به گرانش ماه‌های نزدیک به آن صورت گرفت، برآورد نسبتاً دقیقی از جرم هسته‌ی حلقه به دست داد و محققان را به این نتیجه رساند که جرم حلقه، صرف نظر از میزان شفافیت آن در بخش‌های مختلف، تقریباً یکنواخت است.

متیو هدمن، نویسنده‌ی اصلی پژوهش و دانشمند مشارکت‌کننده در دانشگاه آیداهو در مسکو، می‌گوید:

در حال حاضر نمی‌دانیم که چگونه ناحیه‌هایی با درون‌مایه‌ی یکسان می‌توانند شفافیت‌هایی چنین متفاوت داشته باشند. ممکن است به اندازه یا چگالی هر قطعه مربوط باشد یا به ساختار حلقه‌ها.

با این که حلقه‌ی B با پهنای ۲۵,۵۰۰ کیلومتری خود ده برابر کدرتر از حلقه‌ی همسایه‌اش (A) است، با این حال جرمی تنها دو یا سه برابر آن دارد.

فیل نیکلسون، دستیار محقق دانشگاه کورنل ایتاکا در نیویورک می‌گوید:

ظواهر می‌توانند گول‌زننده باشند. برای مقایسه می‌توان به علفزاری مه‌آلود اشاره کرد که بسیار مات‌تر از یک استخر شناست، اما آب آن استخر طبعاً بیشتر و متراکم‌تر از بخار آب حاضر در فضای علفزار است.

منطقی است. (و باز هم به یاد داشته باشید که این منطق شهودی در ستاره‌شناسی می‌تواند فریبمان دهد.)

مقایسه‌ی نور مرئی حلقه‌ی B زحل (چپ) و حلقه‌ی A (راست)، که توسط شکاف کاسینی از هم جدا شده‌اند.
مقایسه‌ی نور مرئی حلقه‌ی B زحل (چپ) و حلقه‌ی A (راست)، که توسط شکاف کاسینی از هم جدا شده‌اند.

جرم واقعی حلقه‌های زحل از آن جهت اهمیت دارند که می‌توانند در تخمین سن و نحوه‌ی تکامل آن‌ها راه‌گشا باشند. بر اساس این مشاهدات تازه، حلقه‌ی B، جرمی کمتر از آنچه تصور می‌شده را داراست و این بدان معنی است که جوان‌تر از آن است که تاکنون می‌پنداشتیم. چرا که این حلقه‌ها به مرور و با برخورد شهاب‌سنگ‌ها تیره‌تر می‌شوند.

لیندا اسپیلکر، دانشمند پروژه‌ی کاسینی، بر این باور است که:

این پژوهش و اطلاع از وزن دقیق حلقه‌ی B گامی بزرگ در راه کشف مبدأ تشکیل حلقه‌های زحل به شمار می‌رود.

کاسینی در آخرین فاز مأموریتش (تا یک سال دیگر در ۲۰۱۷) از درون حلقه‌های زحل عبور خواهد کرد و با اطلاعاتی که گسیل می‌دارد به دانشمندان در محاسبه‌ی دقیق‌تر و درست‌تر سن حلقه‌های زحل، این شگفت‌انگیزترین و مرموزترین پدیده‌های منظومه‌ی شمسی یاری خواهد رساند.

کهکشان آنلاین، این نوشته را از یونیورس تودی ترجمه کرده است.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *