هل حلقات زحل صغيرة أم كبيرة في السن؟

يُنظر إلى زحل عبر مركبة فضائية ، نصفه مضاء بحلقات تلقي بظلالها على الكوكب.

عرض أكبر. | زحل ، عبر المركبة الفضائية كاسيني. الصورة عبر NASA / JPL-Caltech / معهد علوم الفضاء /يوروبلانيت.


قبل أربعة عقود ، عندما كنت أتعلم علم الفلك لأول مرة ، افترضنا جميعًا أن حلقات زحل الأيقونية كانت موجودة دائمًا ، قدم النظام الشمسي نفسه. افترضنا أن زحل تشكل بحلقاته الشاسعة والمجيدة التي تمتد ما يقرب من 200000 ميل (300000 كم) فوق خط الاستواء للكوكب. بدت الحلقات جزءًا لا يتجزأ من زحل نفسه. ولكن بعد ذلك جاءت زيارات فوييجر 1 و 2 إلى زحل في عامي 1980 و 81. اقترحت ملاحظاتهم أن الحلقات قد تكون أصغر من الكوكب - أصغر بكثير - ظاهرة مؤقتة ، تدوم فقط ملايين السنين في عمر نظامنا الشمسي البالغ 4.5 مليار سنة. وفي السنوات الأخيرة ، يبدو أن البيانات المأخوذة من المركبة الفضائية كاسيني (2004-2017) تثبت فكرة أن حلقات زحل تتراوح من 10 ملايين إلى 100 مليون سنة. الآن نسمع أن البصيرة من كاسيني لم تكن الكلمة الأخيرة أيضًا. أعاد فريق من الباحثين إشعال الجدل حول عمر حلقات زحل من خلال دراسة تحدد تاريخ الحلقات على الأرجح في بدايات النظام الشمسي.

يقترح المؤلفون أن العمليات التي تقوم بإخراج المواد العضوية والغبار بشكل تفضيلي من حلقات زحل - 'المطر الحلقي' الذي يسقط جزئيًا على سطوح زحل - يمكن أن تجعل الحلقات تبدو أصغر مما هي عليه في الواقع. في الواقع ، واجهت كاسيني هذا المطر الدائري عندما غاصت بين حلقات زحل وغلافه الجوي العلوي خلال فترة وجودهالنهائي الكبيرفي عام 2017.


تتم مناقشة الفكرة هذا الأسبوع من قبل علماء الفلك في أإجتماع مشتركالمؤتمر الأوروبي لعلوم الكواكب وقسم علوم الكواكب AAS في جنيف ، سويسرا. كاننشرتفي الوقت المناسب تمامًا لهذا الاجتماع ، في 16 سبتمبر 2019 ، فيمراجعة الأقرانمجلةعلم الفلك الطبيعي.

زحل وحلقاته بألوان زائفة مع حلقات وشرائط خضراء على الكوكب باللون الأحمر والأزرق والأرجواني.

التقط فوييجر 2 الصور لتكوين هذا المركب ، مأخوذ من خلال مرشحات الأشعة فوق البنفسجية والبنفسجية والأخضر. كانت الصورة تعتبر مفصلة بشكل مذهل في ذلك الوقت. حدثت مواجهات زحل في فوييجر 1 و 2 بفاصل تسعة أشهر ، في نوفمبر 1980 وأغسطس 1981. كانت تلك البعثات أول ما أثار التكهنات بأن حلقات زحل قد تكون أصغر مما كان يعتقده علماء الفلك دائمًا. صورة عبرناسا / مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتقنية.

إلىبيانقال مؤلفو الدراسة الجديدة:

كاسيني تغوص بين الحلقات خلال المهمةالنهائي الكبيرفي عام 2017 ، قدمت البيانات التي تم تفسيرها على أنها دليل على أن حلقات زحل تشكلت قبل بضع عشرات الملايين من السنين ، في الوقت الذي كانت فيه الديناصورات تسير على الأرض. أعطت قياسات الجاذبية المأخوذة أثناء الغوص تقديرًا أكثر دقة لكتلة الحلقات ، والتي تتكون من أكثر من 95٪ جليد مائي وأقل من 5٪ صخور ومواد عضوية ومعادن. ثم تم استخدام تقدير الكتلة لمعرفة المدة التي يحتاجها الجليد البكر للحلقات للتعرض للغبار والنيازك الدقيقة للوصول إلى مستوى 'الملوثات' الأخرى التي نراها اليوم. بالنسبة للكثيرين ، حل هذا لغز عصر الحلقات.




لكن لم يقتنع كل العلماء. في مقال عن حلقات زحل فيScientific Americanفي أغسطسخبير عصابةلوك دونزمن معهد ساوث ويست للأبحاث قوله:

ليس لدي أي اعتراض على الخواتم الشابة. أعتقد فقط أنه لم يجد أحد طريقة معقولة جدًا لصنعها. يتطلب حدثًا غير مرجح.

بعبارة أخرى ، في النظام الشمسي المبكر ، عندما كان هناك الكثير من الحطام المتطاير حوله ، من السهل تخيل العمليات الديناميكية القادرة على تكوين الحلقات: التقاط الحطام بواسطة جاذبية زحل و / أو تفكك المذنبات والكويكبات ، أو حتى أقمار صغيرة. بمجرد أن تبدأ الحلقات في التكون ، من السهل أيضًا تخيل جسيمات الحلقة المنفصلة التي تصطدم ببعضها البعض وتتفكك بشكل أصغر ، وتنتشر حول زحل لتشكل حلقاتها. لكن الScientific Americanمقالة - سلعةقالت:

... يقول بعض النقاد إنه من الصعب للغاية صياغة مثل هذه الحلقات الشاسعة في النظام الشمسي الهادئ نسبيًا في الوقت الحاضر وشبه العام الماضي.


شاب ، ذو شعر أحمر مجعد ، ملتحي ، رجل مبتسم يرتدي نظارات.

عالم الفلك Aurélien Crida ، عبربجعة. وهو المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة التي تشير إلى أن حلقات زحل قديمة جدًا.

Aurélien Cridaمن Observatoire de la Côte d’Azur ، وهو المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. إليكم سبب اعتقاده أن الجدل لم يحسم بعد. هو قال:

لا يمكننا قياس عمر حلقات زحل بشكل مباشر مثل الحلقات الموجودة على جذع شجرة ، لذلك علينا أن نستنتج عمرها من خصائص أخرى مثل الكتلة والتركيب الكيميائي. توصلت الدراسات الحديثة إلى افتراضات أن تدفق الغبار ثابت ، وأن كتلة الحلقات ثابتة ، وأن الحلقات تحتفظ بكل المواد الملوثة التي تتلقاها.

ومع ذلك ، لا يزال هناك الكثير من عدم اليقين بشأن كل هذه النقاط ، وعندما تؤخذ مع نتائج أخرى من مهمة كاسيني ، نعتقد أن هناك حجة قوية على أن الحلقات أقدم بكثير.


يجادل كريدا وزملاؤه في دراستهم بأن الكتلة التي تم قياسها خلال ختام مهمة كاسيني تتوافق بشكل جيد للغاية مع نماذج التطور الديناميكي للحلقات الضخمة التي يعود تاريخها إلىالنظام الشمسي البدائي.

ثلاثة عشر رسمًا متحركًا لزحل مع حلقاته باللون الأبيض على الأسود ، من القرن السابع عشر.

اكتشف جاليليو حلقات زحل في عام 1610. ومن خلال تلسكوبه المبكر ، اعتقد أنها تبدو مثل 'مقابض' أو ربما أقمار كبيرة على جانبي زحل. تولى كريستيان هيغنز بعد ذلك ملاحظات زحل ونشر هذه الصورة المجمعة ، موضحًا كيف تغير مظهر زحل من 1610 إلى 1646 ، في كتابهSystema Saturnium. كان Huygens هو الذي كشف لغز حلقات زحل ، قائلاً: 'إنه [زحل] محاط بحلقة رقيقة ، مسطحة ، لا تلمس أي مكان ، تميل إلى مسير الشمس.'اقرأ المزيد تاريخ معرفتنا بحلقات زحل.

نادية دريك، مؤلفScientific American'sوصفت مقالة زحل في أغسطس حلقات زحل بأنها 'جسيمات جليدية تتراوح في الحجم من ميكروسكوبية إلى منزل متنقل'. وصف كريدا وزملاؤه المكونات الفردية في حلقات زحل بطريقة أكثر واقعية على النحو التالي:

... الجسيمات والكتل يتراوح حجمها من أمتار إلى ميكرومتر. تؤدي التفاعلات اللزجة بين الكتل إلى انتشار الحلقات وحمل المواد بعيدًا مثل الحزام الناقل. يؤدي هذا إلى فقدان الكتلة من الحافة الداخلية ، حيث تسقط الجسيمات في الكوكب ، ومن الحافة الخارجية ، حيث تعبر المواد الحدود الخارجية إلى منطقة تبدأ فيها الأقمار الصناعية والأقمار الصناعية في التكون.

الحلقات الأكثر ضخامة تنتشر بسرعة أكبر وتفقد الكتلة بشكل أسرع. تُظهر النماذج أنه بغض النظر عن الكتلة الأولية للحلقات ، فهناك ميل للحلقات للتلاقي على كتلة تقاسها كاسيني بعد حوالي 4 مليارات سنة ، مطابقة النطاق الزمني لتشكيل النظام الشمسي.

لخص كريدا موقف فريقه قائلاً:

من فهمنا الحالي لزوجة الحلقات ، فإن الكتلة التي تم قياسها خلال كاسيني غراند فينالي ستكون نتاجًا طبيعيًا لعدة مليارات من السنين من التطور ، وهو أمر جذاب. باعتراف الجميع ، لا شيء يمنع تشكيل الحلقات مؤخرًا بهذه الكتلة الدقيقة وبالكاد تطورت منذ ذلك الحين. ومع ذلك ، سيكون ذلك مجرد مصادفة.

شاب يرتدي سترة زرقاء في منطقة جبلية.

أفاد Hsiang-Wen (Sean) Hsu من LASP وزملاؤه في عام 2018 أنهم نجحوا في جمع المواد المجهرية المتدفقة من حلقات زحل.اقرأ أكثر.

هسيانج ون هسومن مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء (LASP) في بولدر ، كولورادو ، كان جزءًا من الفريق الذي أعلنالنتائج في تشرين الأول (أكتوبر) 2018 المتعلقة بـ 'المطر الدائري'.أظهرت النتائج ، عبر كاسيني ، أن 600 كيلوغرام (1300 رطل) من حبيبات السيليكات تسقط على زحل من الحلقات كل ثانية. أظهرت دراسات أخرى وجود جزيئات عضوية في الغلاف الجوي العلوي لزحل يعتقد أنها مشتقة من الحلقات. علق هسو:

تشير هذه النتائج إلى أن الحلقات 'تنظف' نفسها من الملوثات. لا تزال طبيعة عملية تنظيف الحلقة المحتملة غامضة.

ومع ذلك ، تظهر دراستنا أن عمر التعرض ليس بالضرورة مرتبطًا بعمر التكوين ، وبالتالي قد تظهر الحلقات صغيرة السن بشكل مصطنع.

قوس عريض من حلقات زحل ، يُظهر الفجوة المعروفة باسم قسم كاسيني والفجوات والظلال الأخرى.

عرض أكبر. | صورة أخرى لكاسيني لحلقات زحل ، عبر NASA / JPL-Caltech / معهد علوم الفضاء /يوروبلانيت.

خلاصة القول: يبدو أن بيانات كاسيني تشير إلى حلقات استمرت فقط من 10 إلى 100 مليون سنة. تشير دراسة جديدة إلى أن المواد العضوية والغبار المنبعثة من حلقات زحل - 'المطر الدائري' - يمكن أن تجعل الحلقات تبدو أصغر مما هي عليه في الواقع. في الوقت الحالي ، لا نعرف ما إذا كانت حلقات زحل صغيرة أم كبيرة. نحن نعلم فقط أن علماء الفلك مستمرون في التعرف عليها.

المصدر: هل حلقات زحل صغيرة في الواقع؟

عبر Europlanet