زحل حلقه‌های خود را با حداکثر سرعت تخمینی از دست می‌دهد

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، تحقیقات جدید ناسا تأیید می‌کند که زحل حلقه‌های نمادین خود را با حداکثر سرعتی که از رصد‌های وویجر ۱ و ۲ دهه‌ها پیش تخمین زده شده است، از دست می‌دهد.

حلقه‌ها تحت تأثیر میدان مغناطیسی زحل به‌عنوان بارانی غبارآلود از ذرات یخ تحت تأثیر گرانش به درون زحل کشیده می‌شوند.

جیمز اودوناگو از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرین‌بلت مریلند می‌گوید: ما تخمین می‌زنیم که این «باران حلقه‌ای» مقداری از محصولات آبی را تخلیه می‌کند که می‌تواند یک استخر شنا به اندازه المپیک را از حلقه‌های زحل در نیم ساعت پر کند. از این به بعد، کل سیستم حلقه در ۳۰۰ میلیون سال از بین خواهد رفت، اما به این اضافه کنید که مواد حلقه اندازه‌گیری شده توسط فضاپیمای کاسینی که در استوای زحل سقوط کرده است، و حلقه‌ها کمتر از ۱۰۰ میلیون سال عمر دارند.

این نسبتاً کوتاه است، در مقایسه با سن زحل که بیش از ۴ میلیارد سال است. O'Donoghue نویسنده اصلی مطالعه در مورد باران حلقه‌ای زحل است که در ۱۷ دسامبر در ایکاروس ظاهر می‌شود.

دانشمندان مدت‌هاست به این فکر می‌کردند که آیا زحل با حلقه‌ها شکل گرفته است یا این سیاره بعداً در زندگی آن‌ها را به دست آورده است. تحقیقات جدید به نفع سناریوی دوم است و نشان می‌دهد که بعید به نظر می‌رسد قدمت آن‌ها بیش از ۱۰۰ میلیون سال باشد، زیرا زمان زیادی طول می‌کشد تا حلقه C به آنچه امروز است تبدیل شود با فرض اینکه زمانی به چگالی حلقه B بوده است.

ما خوش شانس هستیم که در اطراف هستیم تا منظومه حلقه‌ای زحل را ببینیم، که به نظر می‌رسد در میانه عمر خود است. با این حال، اگر حلقه‌ها موقتی هستند، شاید ما فقط از دیدن سیستم‌های حلقه‌ای غول‌پیکر مشتری، اورانوس و نپتون غافل شدیم که امروزه فقط حلقه‌های نازکی دارند! O'Donoghue افزود.

نظریه‌های مختلفی برای پیدایش حلقه ارائه شده است. اگر سیاره آن‌ها را در مراحل بعدی زندگی خود به دست آورد، حلقه‌ها می‌توانستند در اثر برخورد قمر‌های کوچک و یخی در مدار زحل شکل گرفته باشند، شاید به این دلیل که مدار آن‌ها توسط یک کشش گرانشی از یک سیارک یا دنباله دار در حال عبور مختل شده است.

این تصویر زمانی که فضاپیمای کاسینی در ۲۵ آوریل ۲۰۱۶ در سراسر زحل و حلقه‌های آن اسکن کرد، تهیه شد و سه مجموعه عکس قرمز، سبز و آبی را برای پوشش کل این صحنه که سیاره و حلقه‌های اصلی را نشان می‌داد، ثبت کرد. این تصاویر با استفاده از دوربین زاویه باز کاسینی در فاصله تقریباً ۱.۹ میلیون مایلی (۳ میلیون کیلومتری) از زحل و در ارتفاع حدود ۳۰ درجه از صفحه حلقه به دست آمده است.

اولین اشاره‌ها به وجود باران حلقه‌ای از مشاهدات وویجر از پدیده‌های به‌ظاهر نامرتبط بود: تغییرات عجیب در جو فوقانی زحل با بار الکتریکی (یونوسفر)، تغییرات چگالی در حلقه‌های زحل، و سه نوار تاریک باریکی که سیاره را در عرض‌های جغرافیایی میانی شمالی احاطه کرده‌اند. این نوار‌های تاریک در تصاویر جو فوقانی مه آلود زحل (استراتوسفر) که توسط ماموریت وویجر ۲ ناسا در سال ۱۹۸۱ ساخته شده بود ظاهر شدند.

در سال ۱۹۸۶، جک کانرنی از ناسا گودارد مقاله‌ای را در Geophysical Research Letters منتشر کرد که آن نوار‌های تاریک باریک را به شکل میدان مغناطیسی عظیم زحل مرتبط می‌کرد و پیشنهاد می‌کرد که ذرات یخ باردار الکتریکی حلقه‌های زحل به سمت خطوط میدان مغناطیسی نامرئی جریان می‌یابند و آب را در آن می‌ریزند. جو فوقانی زحل جایی که این خطوط از سیاره بیرون آمده اند.

هجوم آب از حلقه‌ها که در عرض‌های جغرافیایی خاص ظاهر می‌شوند، مه استراتوسفر را از بین برده و آن را در نور منعکس شده تاریک نشان می‌دهد و نوار‌های تاریک باریکی را ایجاد می‌کند که در تصاویر وویجر ثبت شده‌اند.

حلقه‌های زحل عمدتاً تکه‌هایی از یخ آب هستند که اندازه آن‌ها از دانه‌های غبار میکروسکوپی گرفته تا صخره‌هایی با عرض چند یارد (متر) متغیر است. ذرات حلقه در یک عمل متعادل کننده بین کشش گرانش زحل، که می‌خواهد آن‌ها را به سیاره بازگرداند، و سرعت مداری آنها، که می‌خواهد آن‌ها را به سمت خارج به فضا پرتاب کند، گیر افتاده‌اند. ذرات ریز می‌توانند توسط نور فرابنفش خورشید یا ابر‌های پلاسمایی ناشی از بمباران ریز شهاب سنگ حلقه‌ها بار الکتریکی شوند.

وقتی این اتفاق می‌افتد، ذرات می‌توانند کشش میدان مغناطیسی زحل را که در حلقه‌های زحل به سمت داخل به سمت سیاره منحنی می‌شود، احساس کنند. در برخی از بخش‌های حلقه‌ها، پس از شارژ شدن، توازن نیرو‌ها بر روی این ذرات ریز به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند و گرانش زحل آن‌ها را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به اتمسفر فوقانی می‌کشد.

هنگامی که وجود دارد، ذرات حلقه یخی تبخیر می‌شوند و آب می‌تواند با یونوسفر زحل واکنش شیمیایی نشان دهد. یکی از نتایج این واکنش‌ها افزایش طول عمر ذرات باردار الکتریکی به نام یون H۳+ است که از سه پروتون و دو الکترون تشکیل شده اند. زمانی که یون‌های H۳+ با نور خورشید انرژی می‌گیرند، در نور مادون قرمز می‌درخشند که توسط تیم O'Donoghue با استفاده از ابزار‌های ویژه متصل به تلسکوپ Keck در Mauna Kea، هاوایی مشاهده شد.

مشاهدات آن‌ها نوار‌های درخشانی را در نیمکره شمالی و جنوبی زحل نشان داد که در آن خطوط میدان مغناطیسی که صفحه حلقه را قطع می‌کنند وارد سیاره می‌شوند. آن‌ها نور را برای تعیین میزان باران از حلقه و تأثیرات آن بر یونوسفر زحل تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها دریافتند که مقدار باران به طور قابل توجهی با مقادیر بسیار بالای آن مطابقت دارد که بیش از سه دهه قبل توسط Connerney و همکارانش به دست آمده بود، به طوری که یک منطقه در جنوب بیشتر آن را دریافت می‌کرد.

این تیم همچنین یک نوار درخشان را در عرض جغرافیایی بالاتر در نیمکره جنوبی کشف کردند. اینجاست که میدان مغناطیسی زحل مدار انسلادوس را قطع می‌کند، قمر فعال زمین‌شناسی که آب‌فشان‌های یخ آب را به فضا پرتاب می‌کند، و نشان می‌دهد که برخی از آن ذرات بر روی زحل نیز می‌بارند. کانرنی گفت: این کاملاً غافلگیرکننده نبود.

ما انسلادوس و حلقه E را به عنوان منبع فراوان آب نیز شناسایی کردیم، بر اساس یک نوار تاریک دیگر در تصویر قدیمی ویجر. این آبفشان‌ها که برای اولین بار توسط ابزار کاسینی در سال ۲۰۰۵ مشاهده شد، تصور می‌شود که از اقیانوسی از آب مایع در زیر سطح یخ زده ماه کوچک می‌آیند. فعالیت‌های زمین شناسی و اقیانوس آبی آن، انسلادوس را به یکی از امیدوارکننده‌ترین مکان‌ها برای جستجوی حیات فرازمینی تبدیل کرده است.

در این منظره که فضاپیمای کاسینی ناسا در ۱ نوامبر ۲۰۰۹ ثبت کرد، قمر زحل، انسلادوس، جلوی حلقه‌ها و قمر کوچک پاندورا رانده می‌شود. کل صحنه با نور پس‌زمینه خورشید، روشنایی قابل‌توجهی برای ذرات یخی فراهم می‌کند که هم حلقه‌ها و هم حلقه‌ها را تشکیل می‌دهند. جت‌هایی که از قطب جنوب انسلادوس سرچشمه می‌گیرند، که حدود ۳۱۴ مایل (۵۰۵ کیلومتر) عرض دارد. پاندورا، که حدود (۵۲ مایل، ۸۴ کیلومتر) عرض دارد، هنگام گرفتن تصویر در طرف مقابل حلقه‌های کاسینی و انسلادوس قرار داشت. این منظره به سمت شب در پاندورا نیز می‌نگرد، که با نور طلایی کم رنگ منعکس شده از زحل روشن می‌شود.

تیم مایل است ببیند که چگونه باران حلقه‌ای با فصول در زحل تغییر می‌کند. همانطور که این سیاره در مدار ۲۹.۴ ساله خود پیش می‌رود، حلقه‌ها به درجات مختلفی در معرض خورشید قرار می‌گیرند. از آنجایی که نور فرابنفش خورشید، دانه‌های یخ را شارژ می‌کند و آن‌ها را به میدان مغناطیسی زحل پاسخ می‌دهد، قرار گرفتن در معرض نور خورشید باید کمیت باران حلقه‌ای را تغییر دهد.

این تحقیق توسط ناسا و برنامه فوق دکتری ناسا در ناسا گودارد که توسط انجمن تحقیقات فضایی دانشگاه‌ها اداره می‌شود، تامین مالی شد. W.M. رصدخانه Keck به عنوان یک مشارکت علمی بین مؤسسه فناوری کالیفرنیا، دانشگاه کالیفرنیا و ناسا اداره می‌شود و داده‌ها در قالب پرونده‌های آن از آرشیو Keck در دسترس هستند. نویسندگان مایلند نقش فرهنگی مهم و احترام قله ماونا کیا را در جامعه بومی هاوایی به رسمیت بشناسند. آن‌ها خوش شانس هستند که این فرصت را دارند تا از این کوه رصد کنند.