نگاه نزدیک به ارباب حلقه ها: حلقه های زحل از کجا آمده اند؟ - وبلاگ مجله پریها

دانشمندان روی زمان یا حتی چگونگی پدید آمدن حلقه های زحل توافق ندارند؛ اما نظریه ها یک اشتراک دارند: خشونت.

زحل بدون حلقه هایش واقعاً خسته نماینده است. تصویر پایین از جیسون کوتکه (Jason Kottke) بلاگر را ببینید؛ زحل ساده ترین ظاهر را در منظومه شمسی دارد. البته یک طوفان شش ضلعی و چند سیکلون مجذوب نماینده در قطب ها دیده می گردد، اما ظاهر رنگ پریده سیاره نه رنگ آمیزی مشتری را دارد، نه آبی مجذوب نماینده نپتون، نه تیرگی خفه نماینده زهره.

وقتی فضاپیمای کاسینی در سال 2013 از بالای قطب زحل عکس برداری کرد، حلقه های آن با سیاره برخورد نداشتند. اگر حلقه ها را از عکس حذف کنیم، مجذوب نمایندهیت ظاهری سیاره به طرز قابل توجهی کم می گردد.

حتی مریخ زنگ زده از این جالب تر است. خوشبختانه جایی در 4.5 میلیارد سال گذشته کیهان این همسایه ما را به روزرسانی کرد؛ با یک منظومه حلقه ای یخی بزرگ و روشن دور آن. اما دانشمندان روی زمان شکل گیری این حلقه ها توافق ندارند؛ بعلاوه چگونگی پیدایش آن ها. دهه هاست که این مشکل وجود دارد؛ گویا ریشه های یکی از خاص ترین پدیده های منظومه شمسی یک راز حل نشده است.

مریم المعتمد (Maryame El Moutamid)، اخترفیزیکدان دانشگاه کرنل، می گوید این سیاره در نقطه ای هنگام شکل گیری منظومه شمسی شکل گرفت و ما نمی دانیم حلقه ها همان موقع پیدا شدند یا بعداً. علت مجذوب نمایندهیت موضوع تنها دانستن این پاسخ نیست، بلکه فهم منظومه زحل است ـ ما یک سیاره، یک منظومه حلقه و یک منظومه قمری داریم و فکر می کنیم که ارتباطی بین حلقه ها و ماه ها وجود دارد.

این معما مجذوب نمایندهیت منحصربه فردی دارد. در بیشتر موارد دانشمندان دانش خوبی درباره منشأ پدیده های دیدنی منظومه شمسی دارند: بریدگی روی مریخ که گرند کنیون در برابر آن هیچ است، دایره قرمز بزرگ روی مشتری و حوضه آبی بزرگ جنوب ماه. اما حلقه های زحل رازی حل نشده به جای مانده است.

جف کازی (Jeff Cuzzi)، از مرکز تحقیقاتی ایمز ناسا، می گوید حلقه های زحل منحصربه فرد هستند. آن ها تنها حلقه های بزرگ و خیلی خیلی درخشان هستند که بسیار نامعمولند. این معمایی است که با آن روبه روییم.

تصاویر زحل راه درازی را از زمان اولین نقاشی های خود پیموده اند: چیزی که گالیله در سال 1610 دید (سمت چپ) و چیزی که در 1616 با یک تلسکوپ بهتر رصد کرد (راست).

تصویری که جووانی کاسینی اخترشناس کشیده و در سال 1676 منتشر شده بود.

دانشمندانی که با این معما سروکار دارند معمولاً در دو گروه قرار می گیرند. گروه اول می گویند حلقه های زحل ازلی بوده اند؛ یعنی بیش از چهار میلیارد قبل همراه با خود سیاره شکل گرفته اند و زحل هیچ گاه یک سیاره کسل نماینده نبوده است.

گروه دوم گمان می نمایند که حلقه ها بسیار جوان تر هستند و در چند صد میلیون سال گذشته شکل گرفته اند. طبق این نظریه، حلقه ها چنان جوان هستند که اگر دایناسور ها یک برنامه فضایی داشتند، با تلسکوپ های خود یک زحل بدون حلقه می دیدند (و شاید می توانستند جلوی برخورد آن سیارک نابودگر را نیز بگیرند).

المعتمد می گوید هر دو سناریو دلایل محکم، اما ضعف هایی نیز دارند.

گرچه این دو داستان میلیارد ها سال فاصله از هم دور هستند، یک چیز مشترک دارند: خشونت. شکل گیری حلقه ها احتیاجمند ویرانی یک جرم یخی بود؛ شاید یک دنباله دار یا یک ماه. این جرم به طور ناشناس به زحل نزدیک شد و گرانش سیاره آن را به تکه های کوچک یخ تبدیل کرد.

اندکی از این تکه ها کمی بزرگ تر از یک خانه هستند، اما بقیه بسیار ریزند. بیشتراً از جنس آب های تمیز منجمد و درخشان هستند، اما یک نوار در حلقه ها اندکی تیره تر است. در طول زمان، این خرده ها خود را در یک منظومه حلقه ای که امروز شاهدش هستیم، سامان دادند که حدود 275٬000 کیلومتر عرض و تنها حدود 10 متر ضخامت دارد.

دیسک حلقه ها

حلقه های مختلف با حرف الفبا به ترتیب زمان کشفشان نامگذاری شده اند، درحالی که برای شکاف ها و مرز های بین آن ها نام اخترشناسان انتخاب شده است. قمر های چوپان ریز، مانند پان، اطلس، پرونتئوس و پاندورا که درون حلقه های درخشان می گردند، مرز ها را نگه می دارند.

گروه حلقه های قدیمی می گویند این نابودی در روز های آغازین زحل رخ داد (از لحاظ علمی محتمل تر است که یک شیء سرگردان در دوران جوانی منظومه شمسی وارد حفره گرانشی یک سیاره گردد).

یک نسخه از این داستان این طور است که سیاره های غول پیکر در جایی که امروز می بینیم، متولد نشده اند؛ بلکه به موقعیت کنونی خود مهاجرت و موجی از ناپایداری را در اجرام کوچک تر ایجاد نموده اند که باعث شده است مانند توپ های پینگ پونگ آسمانی همه جا پراکنده شوند.

در طول نوزادی منظومه شمسی، برای یک جرم یخی سخت نبود که تبدیل به حلقه هایی اطراف زحل گردد. نظریه حلقه های قدیمی بعلاوه پیش بینی می نماید که قمر های زحل از تکه های جداشده حلقه تشکیل شده اند که به مقدار کافی از سیاره دور بوده اند تا خودشان یک توده مجزا تشکیل دهند؛ بنابراین تعدادی از ماه هایی که امروز نزدیک حاشیه های حلقه ها می گردند، از همان مواد ساخته شده اند.

المعتمد می گوید حقیقتاً و بدون کوشش برای بی طرف بودن، نظریه حلقه های قدیمی بیشتر از نظریه حلقه های نو برای من منطقی است. این باور من تا به الان بوده، اما شادمان می شوم اگر کسی نظرم را تغییر دهد.

مشکل این است که حلقه های یخی بسیار سفیدتر از آن هستند که میلیارد ها سال سن داشته باشند؛ حداقل این یکی از استدلال هایی است که گروه حلقه های جوان روی آن تمرکز دارد.

این مسئله که استدلال آلودگی نام دارد، به نرخی متکی است که با آن غبار تیره منظومه شمسی بیرونی با حلقه ها برخورد و آن ها را کم فروغ می نماید. به زبان ساده، نزدیک به چهار میلیارد سال بارش خاکستری کیهانی باید حلقه های زحل را مانند حلقه های مشتری کثیف و بی اهمیت می کرد؛ مگر اینکه حلقه ها سنگین یا جوان باشند.

در سال 2017 دانشمندان با استفاده از فضاپیمای کاسینی جرم حلقه های زحل را مقدار گیری کردند و دریافتند که ماده کافی برای جذب کردن غباری به قدمت منظومه شمسی و تمیز ماندن وجود ندارد. کاسینی بعلاوه داده هایی درباره اندازه غباری که وارد منظومه زحل می گردد، جمع آوری کرد و آن ها نیز ایده جوان بودن حلقه ها را پشتیبانی می نمایند.

بااین حال، بسیار بعید است جرمی به آن بزرگی که می توانسته حلقه ها را ایجاد کند به محدوده زحل نزدیک شده باشد (مگر در آشوب ابتدای منظومه شمسی).

اولین عکس زحل را وویجر 1 در سال 1980 گرفت.

اگر زحل به جای تکه تکه کردن یک جرم بیرونی، یکی از قمر های خود را نابود نموده باشد چه؟ دو نظریه نو نشان می دهند که درست مانند شاهکار خونین نقاش اسپانیایی، فرانسیسکو د گویا (Francisco de Goya)، زحل درواقع یکی از بچه ها خود را بلعیده است.

نظریه شماره یک که در سال 2016 ارائه شد، می گوید تقریباً صد میلیون سال قبل، منظومه زحل وارد موقعیتی شد که گرانش خورشید قمر های درونی سیاره را وارد مداری برخوردی کرد که درنهایت حلقه آوار را ایجاد کردند. این ایده ظاهر جوان سطح تعدادی از قمر های زحل را نیز شرح می دهد، زیرا واقعه حلقه ساز می توانسته است که تعدادی از قمر ها را نابود و تعدادی را از نو ایجاد کند.

نظریه شماره دو متعلق به اواخر 2022، تقصیر حلقه ها را بر گردن ابرماه زحل، تایتان، می اندازد که به آرامی از سیاره خود دور می گردد. حدود دویست میلیون سال قبل، هجرت آهسته ماه آن را در یک رزونانس (اعمال یک اثر گرانشی) با یک قمر فرضی قرار داد که دانشمندان آن را کریسالیس (Chrysalis) می نامند. درنتیجه کریسالیس به سمت زحل پرتاب و به حلقه تبدیل شد. (این نظریه زاویه دوران جالب زحل را نیز شرح می دهد: اثر یک تعامل گرانشی با مدار نپتون.)

احتیاج نیست بگوییم که هیچ کدام از این دو سناریو را به این سادگی نمی پذیریم، اما به نظر کازی مجادله برای علم خوب است؛ اینکه همه قانع نشده اند بد نیست.

حلقه های زحلی جوان ایده ساده انگارانه ما درباره تداوم کیهانی (حتی با وجود انفجار ستاره ها و برخورد شهاب سنگ ها به آسمان ما) را به چالش می کشند. اینکه شاید یکی از آشناترین منظره ها منظومه شمسی، یعنی حلقه های شگفت انگیز زحل همواره این طور نبوده اند، هیجان انگیز است؛ درست مثل زمانی که ستاره ابط الجوزا به شدت کم نور شد و طرح صورت فلکی شکارچی را تغییر داد؛ همان طور که کازی می گوید: اشیایی که در آسمان شب می شناسیم و دوست داریم، قرار نیست این گونه تغییر نمایند.

بااین حال، حلقه های زحلی جوان این را نیز نشان می دهند که حیات روی زمین بسیار خوش شانس بوده است. به طور تصادفی، تکامل ما را (گونه ای که می تواند تلسکوپ بسازد) هم زمان با منظره کیهانی شگفت انگیز زحل به وجود آورد.

در طول عمر انسان، آسمان شب شاید تغییر زیادی نکند

سیاره ها در مدار هایی قابل پیش بینی حرکت می نمایند، صورت های فلکی طبق برنامه طلوع و غروب می نمایند، گذر زمان را می توان با تغییر چهره ماه تعیین کرد؛ این اطمینان بخش است، زیرا نشان می دهد موجوداتی کوچک مانند ما، سرگردان در دریای بی انت های فضا روی یک جزیره سرسبز، به درجه ای از دانش آسمانی رسیده اند.

ما نظم حرکات سیاره ای را رمزگشایی نموده ایم؛ می توانیم با دقت وقوع پدیده ای جادویی مانند تاریک شدن خورشید در میانه روز را محاسبه کنیم و تا حدی می دانیم که چیز ها (به جز خودمان) چطور به وجود آمده اند. در یک دنیا بی سرانجام، به چیزی که می دانیم چسبیده ایم.

جف کازی می گوید: فکر شما فقط می خواهد همه چیز پایدار و همیشگی باشند. اشیای آسمانی قرار نیست در مقابل چشمان ما تغییر نمایند. اما این همان چیزی است که فضاپیمای کاسینی هنگام رسیدن به زحل به ما نشان داد… ما می دانیم چه چیز هایی در تمام مقیاس های زمانی آن جا ظاهر می شوند. این برای ما یک تغییر منظره مفید است.

منبع:دیجیاتو