كوكب زحل هو ما تتكون منه الحلقات. حلقات زحل: لماذا ومما تتكون؟ "المطبات" العمودية على الحلقات
يعد زحل أحد أكثر الكواكب روعةً لكل من علماء الفلك المحترفين والهواة. نحن مهتمون أكثر بهذا الكوكب بسبب حلقاته المميزة. وعلى الرغم من أنه لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، إلا أنه يمكن لأي شخص رؤية هذه الحلقات المبهرة حتى من خلال أضعف التلسكوب.
وعلى الرغم من أننا نرى نظام التكوينات هذا كحلقة واحدة ضخمة وعريضة تدور في مدار الكوكب، إلا أن نظام حلقات زحل يتكون من العديد من الحلقات المختلفة التي تختلف عن بعضها البعض في الكثافة والسمك والعرض.
تتكون حلقات زحل أساسًا من الجليد والغبار، وتظل ثابتة في المدار بسبب تأثيرات الجاذبية المعقدة للعملاق الغازي وأقماره، والتي يقع بعضها بالفعل داخل الحلقات.
تصبح الحقائق حول حلقات زحل أكثر حيوية وواقعية عندما تكون مصحوبة بصور التقطتها عدد لا يحصى من التلسكوبات والمركبات الفضائية التي تحلق بجوارها. وعلى الرغم من أن البشرية تعلمت الكثير عن الحلقات منذ اكتشافها لأول مرة قبل أربعة قرون، إلا أن العلماء يواصلون دراستها لتوسيع معرفتهم.
كن مصدر إلهام لجمالها وجلالتها من خلال قراءة هذه الحقائق الـ 25 حول حلقات زحل ورؤية العديد من الصور المذهلة!
25. في عام 1610، أصبح عالم الفلك الشهير وعدو الكنيسة جاليليو جاليلي أول شخص يوجه تلسكوبه نحو زحل. لقد رأى أشكالًا غريبة وغامضة بالقرب من الكوكب. وبما أن تلسكوبه لم يكن قويا بما فيه الكفاية، فإنه لم يدرك أن هذه كانت حلقات زحل.
24. تتكون حلقات زحل من مليارات جزيئات الجليد والحطام، وتتراوح أحجامها من سنتيمتر واحد إلى عشرة أمتار.
23. يمكننا رؤية خمسة كواكب بالعين المجردة: عطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل. ولكن لرؤية حلقات زحل، ستحتاج إلى تلسكوب بقوة تكبير 20x على الأقل.
22. يتم تسمية الحلقات حسب الترتيب الأبجدي بناءً على تاريخ اكتشافها. أقرب حلقة إلى الكوكب هي الحلقة D، تليها الحلقات C، B، A، F، Janus/Epimetheus، G، Pallene وE.
21. يُعتقد أن حلقات زحل هي بقايا كواكب عابرة (في الغالب)، أو كويكبات أو أقمار مفككة - ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن 93٪ من كتلتها تتكون من الماء على شكل جليد مع شوائب طفيفة.
20. أول من رأى وتعرف على حلقات زحل كان الفلكي الهولندي كريستيان هويجنز عام 1655. ثم اقترح أن العملاق الغازي لديه حلقة واحدة صلبة ورقيقة ومسطحة.
19. مصدر المادة الحلقة E - الجليد - وفقًا للعلماء، هو القمر الصناعي السادس لزحل إنسيلادوس، الذي تنشط على سطحه السخانات، مما يؤدي إلى نفثات ضخمة من الماء إلى الفضاء. هذا القمر الصناعي مهم جدًا بالنسبة لنا، لأنه يوجد تحت سطحه محيط يمكن أن توجد فيه الحياة.
18. تدور كل حلقة حول زحل بسرعة مختلفة.
17. حلقات زحل هي الأكثر شهرة في النظام الشمسي، لكن عملاق غازي آخر، المشتري، وعملاق الجليد نبتون وأورانوس، لديهم حلقات أيضًا.
16. يمكن أن تكون حلقات الكوكب بمثابة نوع من السجل التاريخي، حيث تظهر أدلة على مرور المذنبات والنيازك من خلالها في مسار تصادمها مع الكوكب. اكتشف العلماء الذين يدرسون الحلقة C تموجات في طبقاتها، والتي يشتبهون في أنها ناجمة عن حطام المذنبات أو الكويكبات.
15. في حين أن المذنب يمكن أن يترك ثقبًا في الحلقات، إلا أن جسمًا ضخمًا - يتراوح وزنه بين 100 مليون و 10 مليارات طن - اصطدم بالحلقات في عام 1983 مما تسبب في تمايلها. وسوف تتقلب لمئات السنين.
14. يمكن أن تتجمع الجسيمات الموجودة داخل حلقات زحل أحيانًا في مجموعات عمودية، لتشكل تكوينات يزيد ارتفاعها عن 3 كيلومترات.
13. زحل هو ثاني أسرع كوكب يدور بعد كوكب المشتري، حيث يقوم بدورة كاملة حول محوره في 10 ساعات و34 دقيقة و13 ثانية. بسبب سرعته، يأخذ الكوكب شكلًا محدبًا عند خط الاستواء (وأكثر تسطيحًا عند القطبين)، مما يزيد من حلقاته.
12. الحلقة F الضيقة (على الرغم من أنها في الواقع ثلاث حلقات ضيقة)، وتقع خارج نظام الحلقات الرئيسية لزحل، يبدو أنها تحتوي على انحناءات ومكامن الخلل والمجموعات. ويتكهن العلماء بأن الأقمار الصناعية الصغيرة قد تصبح محاصرة داخل الهيكل، مما يعطي الحلقة مظهرًا ملتويًا ومضفرًا.
11. للوصول إلى مدار زحل، طار المسبار الآلي كاسيني بعناية بين الحلقتين F وG قبل أن يصبح قمرًا صناعيًا للكوكب.
10. الفجوات الموجودة في الحلقة A - فجوة كيلر وفجوة إنكي - لها أقمار صناعية صغيرة خاصة بها: دافنيس داخل فجوة كيلر وبان داخل فجوة إنكي.
9. على الرغم من أن حلقات زحل تلقي بظلالها على مسافة 280 ألف كيلومتر في الفضاء، إلا أن سمكها لا يزيد عادة عن 9 أمتار.
8. تم اكتشاف تشكيلات في حلقات زحل تجري عبر الحلقات وتشبه الأشباح، وهو ما أطلق عليه العلماء اسم “الناطق”. الإجماع العلمي السائد هو أن هذه الطبقات عبارة عن طبقات مشحونة كهربائيًا من جزيئات الغبار الصغيرة التي يمكن أن تتشكل وتتبدد خلال ساعات قليلة فقط.
على الرغم من أن العلماء لا يفهمون سبب تشكلها، إلا أن النظريات تشمل اصطدام النيازك بالحلقات، أو قذف حزم الإلكترونات من البرق في الغلاف الجوي لزحل إلى الحلقات.
7. قد يكون لثاني أكبر أقمار زحل، ريا، نظام حلقات خاص به. لم يتم اكتشاف حلقات حول القمر من قبل، وهناك حاليا أدلة ضعيفة على ذلك، لكن علامات تباطؤ الإلكترون بالقرب من ريا ووجود الجليد على سطح القمر (من تكوينات الجليد الحلقي التي تخرج عن المدار) تترك هذا السؤال دون حل .
6. على الرغم من حجمها الظاهري، إلا أن هذه الحلقات خفيفة جدًا في الواقع. تيتان هو أكبر أقمار زحل البالغ عددها 62 قمرًا، ويشكل أكثر من 90% من إجمالي كتلة الأقمار الصناعية التي تدور حول هذا الكوكب.
5. تقسيم كاسيني عبارة عن فجوة حلقية تتشكل بين الحلقتين الرئيسيتين B و A، تبلغ الفجوة في الفضاء 4700 كيلومتر.
4. بعض أقمار زحل - وخاصة باندورا وبروميثيوس - تمسك بالجزيئات الخارجية للحلقات، مما يمنعها من الابتعاد عنها، أي التشتت في الفضاء. تسمى هذه الأقمار الصناعية بالأقمار الصناعية "الراعية"، لأنها تبدو وكأنها "ترعى" هذه الجسيمات.
3. اكتشف علماء الفلك مؤخرًا حلقة عملاقة جديدة حول زحل. تقع هذه الحلقة على بعد ما بين 3.7 و11.1 مليون كيلومتر من سطح الكوكب، وتميل بمقدار 27 درجة بالنسبة لمستوى الحلقات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، يحدث دورانه في الاتجاه المعاكس.
2. الحلقة الجديدة متناثرة للغاية بحيث يصعب ملاحظتها بمجرد دخولها، على الرغم من أنها يمكن أن تستوعب مليار كوكب مماثل في الحجم للأرض. تم اكتشاف الحلقة مؤخرًا فقط لأن جزيئاتها الباردة (حوالي -193 درجة مئوية) لا يمكن رؤيتها إلا باستخدام تلسكوب الأشعة تحت الحمراء.
1. وفقا للاكتشافات التي تمت في عام 2014، يعتقد العلماء أن بعض أقمار زحل على الأقل ربما تكونت عند حدود حلقاته.
تُظهر صور حدود الحلقة A ما يمكن أن يكون تشكيل قمر صناعي صغير تحت تأثير الجاذبية. وبما أن العديد من أقمار زحل جليدية، وجزيئات الجليد هي المكونات الرئيسية للحلقات، فمن المفترض أن الأقمار تشكلت من حلقات بعيدة كانت موجودة في الماضي البعيد.
حلقات زحل هي الظاهرة الأكثر روعة في النظام الشمسي.
من هو أول من رأى حلقات زحل؟
تم رؤية حلقات زحل لأول مرة من قبل العالم الإيطالي جاليليو جاليلي في عام 1610، عندما وجه تلسكوبًا صنعه نحو زحل. وأعرب عن انطباعه على النحو التالي: "لزحل أذنان". وباستخدام تلسكوب أقوى، رأى الهولندي كريستيان هويجنز في عام 1655 ما لم يراه جاليليو. ولاحظ حلقات رائعة حول زحل، معلقة في الفضاء.
كما لو كانت معلقة من كوكب أصفر اللون بني شاحب، تتألق الحلقات وتتألق في أشعة الشمس البعيدة. مثل كوكب المشتري، زحل هو عالم غازي عملاق مغطى بغلاف جوي هيدروجيني وسحب جليدية من الأمونيا والجليد المائي. سطح الكوكب عبارة عن معدن سائل يشبه الهيدروجين. تتكون حلقات زحل اللامعة من الماء المتجمد - الجليد.
مواد ذات صلة:
النجوم والأبراج
مما تتكون حلقات زحل؟
وهي تتكون من قطع من الجليد بأحجام مختلفة - من المكعبات التي يمكن وضعها في كوب من المشروبات الغازية إلى الجبال الجليدية متوسطة الحجم. عند النظر إليها من بعيد، تبدو قطع الجليد وكأنها تشكل عدة حلقات واسعة تدور حول زحل بسرعة 72000 كيلومتر في الساعة. قبل فوييجر 1 وفوييجر 2، اللتين فحصتا زحل من خلال الطيران بالقرب منه من مسافة قريبة، اعتقد العديد من العلماء أن هناك ثلاث أو أربع حلقات جليدية تدور حول زحل.
تبين أن الصور الأولى التي أرسلتها المركبة الفضائية كانت بمثابة الوحي. بدلا من مجرد عدد قليل من الحلقات، كان هناك عدة آلاف منهم. كانت هناك فجوات عميقة بين الحلقات مرئية هنا وهناك، ولكن في معظم الأحيان كانت الحلقات قريبة جدًا من بعضها البعض، مثل الأخاديد الموجودة في القرص المضغوط.
كانت كاميرات المركبة الفضائية Voyager بعيدة جدًا عن الحلقات بحيث لم تتمكن من الحصول على صور عالية الجودة لطوافات الجليد الفردية. لكن يتضح من الصور أن الحلقات رفيعة جدًا: وتظهر النجوم من خلالها. مفاجأة أخرى. والوصلات الشفافة بين الحلقات عبارة عن قطع من الجليد يتراوح قطرها من واحد إلى تسعين كيلومترا، وتسمى بالثقوب. لا ينبغي الخلط بينه وبين أقمار زحل الحقيقية. ويعتقد أن القوة الجذابة للثقوب، إلى جانب جاذبية الأقمار الصناعية الحقيقية لزحل، تحدد الاتجاه المكاني للحلقات.
زحل، الكوكب السادس من الشمس. حلقات زحل عبارة عن نظام من التكوينات المسطحة متحدة المركز من الجليد والغبار الموجودة في المستوى الاستوائي للكوكب. يتكون الكوكب من سبع حلقات رئيسية (A، B، C، D، E، F، G) والعديد من الحلقات الصغيرة.
اكتشاف حلقات زحل
1610 - كان جاليليو جاليلي أول من رأى حلقات زحل باستخدام تلسكوبه بتكبير 20x، لكنه لم يتعرف عليها كحلقات.
1655 - كان العالم الهولندي كريستيان هويجنز أول من تعرف على وجود حلقة في النتوءات الغريبة التي تصاحب زحل. لكن بعد 4 سنوات فقط، وبعد أن اقتنع بأنه كان على حق، قال من صفحات كتاب “نظام زحل” إن زحل “محاط بحلقة رفيعة مسطحة، لا تمس أي مكان، مائلة نحو مسير الشمس”.
1675 - اكتشف مدير مرصد باريس جيوفاني دومينيكو كاسيني شريطًا أسود داخل الحلقة (أُطلق عليه لاحقًا "قسم كاسيني"). لقد قطعتها إلى جزأين - بدأ يطلق عليهما الحلقات A و B. وكان أول من اقترح أن الحلقات تتكون من جزيئات فردية.
أصل الخواتم
والآن بدأت الفرضيات تظهر الواحدة تلو الأخرى. لعدة قرون، جذبت حلقات زحل الغامضة دائمًا انتباه علماء الفلك. كلما أصبحت التلسكوبات أكثر تقدما، كلما بدا هيكل الحلقات أكثر تعقيدا. في الوقت الحاضر، بمساعدة المجسات بين الكواكب التي زارت زحل، نعرف الكثير عنها. بالإضافة إلى الحلقات الرئيسية، أحصى علماء الفلك بالفعل أكثر من 100 ألف حلقة فردية تحيط بالكوكب. وهي تختلف في تركيبها الكيميائي ولونها. لا يزال أصل الحلقات يثير العديد من الأسئلة. لا يتوقف الباحثون أبدًا عن طرح فرضيات جديدة تشرح طبيعة الحلقات.
فرضيات
في القرن التاسع عشر، افترض عالم الفلك الفرنسي إدوارد ألبرت روش أن أحد أقمار زحل اقترب بشدة من الكوكب لدرجة أنه تمزقه قوى المد والجزر، وشكل حطامه الحلقات التي تحيط الآن بزحل. لا يمكن لأي قمر صناعي يتجاوز ما يسمى بـ "حد روش" البقاء على قيد الحياة؛ عاجلاً أم آجلاً سوف تتفكك لتشكل حلقة أخرى تستقر لاحقًا على الكوكب. ومهما كان الأمر، فإن الحلقات، بحسب مؤيدي هذه الفرضية، هي ظاهرة مؤقتة. نحن محظوظون لأننا نعيش في وقت تحيط به العديد من الكواكب الكبيرة.
ووفقا لفرضية أخرى، من الممكن أن تكون الحلقات قد تشكلت بعد اصطدام أحد أقمار زحل بنيزك كبير. أصبحت العديد من الشظايا التي تناثرت في محيط الكوكب بعد الاصطدام هي المادة التي تشكلت منها الحلقات. أظهرت الحسابات أن عمرهم لا يزيد عن 100 مليون سنة.
ما هي الحلقات المصنوعة من؟
نحن نعلم الآن أن حلقات زحل تتكون من 90-95% من الجليد المائي. لكن الأجرام السماوية التي يمكن أن تكون بمثابة مادة لهم تتكون نصفها على الأقل من سيليكات ومعادن مختلفة. لذلك، يجب أن تحتوي حلقات زحل أيضًا على عدة عشرات بالمائة على الأقل من هذه المواد. فقط الفرضيات الجديدة يمكنها حل هذا التناقض.
ماذا لو أن حلقات زحل، مثل أقرب أقماره، تشكلت بسبب نفس الكارثة؟ تم طرح هذا الإصدار في عام 2010 من قبل عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي روبن كانوب. واقترح أنه في الماضي البعيد كان هناك قمر صناعي آخر بحجم تيتان يدور حول زحل. يتكون قلبها من السيليكات والحديد، وكانت مغطاة بقشرة جليدية قوية. عند الاقتراب من الكوكب على مسافة تساوي حد روش، تحت تأثير قوى المد والجزر، ألقى هذه القشرة الجليدية، وبدأت في التفتت تدريجيًا إلى أجزاء أصغر وأصغر، وبدأت في الدوران بالقرب من زحل، وتشكل حلقات عديدة. أما النواة الحجرية الحديدية للقمر فقد انهار على زحل.
وفقًا للحسابات، كان وزن حلقات زحل ذات يوم أكبر بآلاف المرات مما هي عليه الآن. ومع ذلك، فإن الكويكبات والمذنبات التي تصطدم بها من حين لآخر تتسبب في تدمير بعض المواد. يمكن أن تتشكل منه الأقمار الصناعية الداخلية لزحل - على سبيل المثال، تيثيس. وفي الوقت نفسه، قامت السيليكات والمعادن الموجودة في الكويكبات بتجديد مادة الحلقات - وهكذا ظهرت 5-10٪ من الشوائب التي تم العثور عليها هناك.
متى تشكلت الحلقات؟
ومع ذلك، فإن هذه الفرضية، مثل الفرضيات الأخرى المذكورة، لها نفس العيوب. على سبيل المثال، بعد تدمير القمر الصناعي، تظهر حطام بأحجام مختلفة - من مكعبات الجليد إلى الجبال الجليدية الممتدة لعشرات الكيلومترات. في الواقع، لا يزيد طول أي من الجليد الطافي الذي شكل الحلقات عن 10 أمتار. إنها مسألة أخرى إذا ظهرت حلقات زحل مع الكوكب! وبعد ذلك، وبسبب المقاومة القوية للجاذبية، لن تتمكن قطع الجليد الصغيرة من التجمع حتى في كتل بحجم منزل. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال تدمير القمر الصناعي مجرد حادث، وجميع الكواكب العملاقة محاطة بحلقات، لذلك ليس من الصعب جدًا تصديق وقوع حادث. يعتقد العديد من علماء الفلك أن الحلقات حول الكواكب تشكلت في نفس الوقت الذي تشكلت فيه.
إذن هذه الحلقات مصنوعة من مادة محفوظة منذ نشأة النظام الشمسي؟ وفي ذلك الوقت، كان يدور حول الشمس قرص ضخم من الغاز والغبار، ومن المادة التي ولدت منها الكواكب الواحدة تلو الأخرى. وكانت بقايا الاستعدادات الفضائية - كل هذه القطع من الجليد وبقع الغبار - تدور الآن بين الكواكب حديثة التكوين، وتتدحرج في النهاية إلى مجموعات من الأقمار الصناعية. لكن لا يمكن أن تنشأ إلا على مسافة معينة من الكوكب، وإلا فسوف تنهار بسرعة. لذلك، ظلت شظايا قرص الغاز والغبار لبعض الوقت بالقرب من الكواكب العملاقة، والتي شكلت فيما بعد حلقات منفصلة.
بسبب الاصطدامات المتكررة مع بعضها البعض، فضلا عن تأثير قوى المد والجزر القوية، لم تشكل كل هذه الحبوب والكتل قمرا صناعيا واحدا. إذا كان هذا الإصدار صحيحا، فإن مادة الحلقات يتم تجديدها باستمرار بالمادة من سطح أقمار زحل - وإلا فإن الحلقات قد تتبخر في عدة مئات من ملايين السنين.
الكشف عن حلقات جديدة
وفي الوقت نفسه، يكتشف علماء الفلك المزيد والمزيد من حلقات زحل. لذلك، منذ بعض الوقت، تم ملاحظة حلقة ضخمة لم تكن معروفة من قبل. من حيث المبدأ، تعتبر الأنظمة الحلقية للكواكب العملاقة صغيرة جدًا مقارنة بالكواكب نفسها. وفقا لعلماء الفلك، فإن نصف قطرها لا يتجاوز 5-10 نصف قطر الكوكب. وهكذا فإن نصف قطر أكبر حلقة معروفة حتى وقت قريب لزحل - الحلقة E - لم يتجاوز 10 أنصاف أقطار زحل (نصف قطرها الاستوائي 60 ألف كيلومتر).
وكما أظهرت الملاحظات، فإن الحلقات الخارجية لزحل تتغذى باستمرار من الغبار المتطاير من سطح أقماره الصناعية بعد اصطدامها بالنيازك الدقيقة. هذا هو ما تتكون منه الحلقة، والتي تم اكتشافها فقط في عام 2009. ويتراوح نصف قطرها من 100 إلى 200 نصف قطر زحل، وتتكون من الغبار المقذوف من سطح فيبي، القمر الصناعي الأكثر بعدًا وظلامًا على الكوكب. وتمكنوا من اكتشاف الحلقة الجديدة بفضل الأشعة تحت الحمراء المنبعثة منها. وعلى عكس حلقات زحل الأخرى، فهي لا تقع في المستوى الاستوائي للكوكب، ولكن في مستوى المدار الذي يدور فيه حول الشمس. الزاوية بين المستويين حوالي 27 درجة.
تبلغ كثافة هذه الحلقة 20 جسيمًا فقط لكل كيلومتر مكعب (!). ووفقا لعالمة الفلك آن فيربيسكر من جامعة فيرجينيا، التي قادت البحث، فإن "جسيمات الحلقة تقع متباعدة للغاية لدرجة أنك إذا كنت بداخلها، فلن تلاحظها على الفور". علاوة على ذلك، فإن حجم الجسيمات في كثير من الأحيان لا يتجاوز عدة ميكرومترات.
ويبدو أن جزيئات الغبار المتطايرة من هذه الحلقة تستقر على سطح قمر آخر لكوكب زحل، وهو إيابيتوس، في مواجهته. وهذا ما يفسر المظهر الغريب لهذا القمر. من الواضح أنها مقسمة إلى نصفين، فاتح ومظلم. وبحسب الخبراء فإن ارتفاع طبقة الغبار التي تغطي أحد جوانبه يتراوح بين 20 سنتيمترا إلى عدة أمتار.
واحدة من أكثر الظواهر المدهشة في النظام الشمسي هي بلا شك حلقات زحل. وفور اكتشافها، طرح علماء الفلك السؤال الأول: لماذا هي مسطحة ورقيقة؟ لقد بحثوا عن الإجابة لما يقرب من مائتين وخمسين عامًا ووجدوها أخيرًا، ولكن بحلول ذلك الوقت كانت عشرات الأسئلة الجديدة قد تراكمت، والتي استمرت في التكاثر فقط مع دراسة الكوكب والفضاء المحيط بالشمس... الحلقات التي يمكن رؤيتها من خلال التلسكوب مذهلة. ومن الواضح أن هذا يطرح السؤال: من أين أتت هذه الحلقات؟ ولماذا زحل فقط؟
في الأساطير الرومانية، زحل هو إله الزراعة. يرتبط بالإله اليوناني كرونوس وهو ابن أورانوس وجايا وأب زيوس (جوبيتر). جذر الكلمة الإنجليزية "saturday" هو Saturn.
زحل هو ثاني أكبر كوكب في النظام الشمسي بعد كوكب المشتري. تمامًا مثل كوكب المشتري، فهو عملاق غازي. ويبلغ قطر زحل 120 ألف كيلومتر، وهو أكبر بعشر مرات من قطر الأرض. وبهذه الأبعاد تكون كثافة زحل أقل بـ 8 مرات من كثافة الأرض. وهذا يؤدي إلى الخصائص المذهلة لهذا العملاق، والتي، مع ذلك، متأصلة في جميع عمالقة الغاز. كتلته أكبر من كتلة الأرض بـ 95 مرة، وحجمه أكبر بـ 760 مرة! يتكون الغلاف الجوي لزحل من سحب مكونة من الأمونيا. تندلع أعاصير قوية على سطح الكوكب (إذا كان بإمكانك قول ذلك عن عملاق غازي). تصل قوة الرياح عند خط الاستواء إلى 1800 كيلومتر في الساعة وفقًا لمعاييرنا!
لقد عرف زحل منذ عصور ما قبل التاريخ. وكان جاليليو أول من رصدها من خلال التلسكوب في عام 1610؛ وكتب في مذكراته أنه فوجئ جدًا بمظهره الغريب. كان تفسير الملاحظات المبكرة للكوكب معقدًا بسبب حقيقة أن الأرض تمر عبر مستوى حلقات زحل كل بضع سنوات، مما يغير مظهر صور زحل منخفضة الدقة بشكل كبير. كان هذا هو الحال حتى عام 1659، عندما قام كريستيان هويجنز بحساب هندسة الحلقات بشكل صحيح. كانت حلقات زحل هي الوحيدة في النظام الشمسي حتى عام 1977، عندما تم اكتشاف حلقات باهتة جدًا حول أورانوس (وبعد ذلك بقليل حول كوكب المشتري ونبتون).
تم اكتشاف حلقات الكوكب لأول مرة من قبل عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي. كان من المفترض في البداية أن الكوكب كان محاطًا بسحب من الغاز. وبعد عدة عقود، قرر هيغنز، بمساعدة أدوات أكثر تقدمًا، أنها كانت حلقة. بالطبع، لم يسمح لنا مستوى تطور علم الفلك في ذلك الوقت بفحص بنية الحلقة بمزيد من التفصيل. في الواقع، في ذلك الوقت بدا الخاتم موحدًا. وبعد قرنين فقط أصبح من الواضح أن الحلقة تتكون في الواقع من ملايين الجزيئات الصغيرة. بعد ذلك، اتضح أنه لا توجد حلقات واحدة، ولكن عدة حلقات حول الكوكب.
وأخيرا، في القرن الماضي، قامت المسابير الفضائية بايونير 2 (1979)، وفوياجر 1 (1980)، وفوياجر 2 (1981) بزيارة مدار زحل، مما ساعد على فحص الحلقات الغامضة عن قرب.
هناك ثلاث حلقات رئيسية، تسمى A وB وC. ويمكن رؤيتها بسهولة من الأرض. هناك أيضًا حلقات أضعف - D، E، F. عند الفحص الدقيق، هناك عدد كبير من الحلقات. توجد فجوات بين الحلقات حيث لا توجد جزيئات. إحدى الفجوات التي يمكن رؤيتها باستخدام تلسكوب متوسط من الأرض (بين الحلقتين A وB) تسمى فجوة كاسيني. وفي الليالي الصافية، يمكنك رؤية شقوق أقل وضوحًا. الأجزاء الداخلية من الحلقات تدور بشكل أسرع من الأجزاء الخارجية.
إن حلقة زحل واسعة جدًا لدرجة أنه إذا كان مثل هذا الشيء ممكنًا، فيمكن أن يتدحرج نبتون أو أورانوس على طولها. أو كلاهما في وقت واحد. ويبلغ عرض الحلقة 137.000 كم. وفي الوقت نفسه، يبلغ سمك الحلقة بضع عشرات من الأمتار فقط.
تتكون جميع الحلقات من قطع فردية من الجليد بأحجام مختلفة: من بقع الغبار إلى عدة أمتار قطرها. تتحرك هذه الجسيمات بسرعات متطابقة تقريبًا (حوالي 10 كم/ثانية، وسرعاتها متوازنة جدًا بحيث تبدو الجسيمات المجاورة بلا حراك بالنسبة لبعضها البعض)، وتتصادم أحيانًا مع بعضها البعض. تحت تأثير الأقمار الصناعية، تنحني الحلقة قليلاً، وتتوقف عن أن تكون مسطحة: تظهر ظلال الشمس. ومع ذلك، تتحرك الجزيئات ببطء في اتجاهات مختلفة - بسرعة 1-2 ملم/ ثانية.
يختلف مظهر الحلقات من سنة إلى أخرى. ويرجع ذلك إلى ميل مستوى الحلقات إلى مستوى مدار الكوكب. يميل مستوى الحلقات إلى المستوى المداري بمقدار 26 درجة. لذلك، نراها خلال العام واسعة قدر الإمكان، وبعد ذلك يقل عرضها الظاهري، وبعد حوالي 15 عامًا، تتحول إلى سمة يمكن تمييزها بشكل خافت.
سمحت لنا فوييجر 1 بإلقاء نظرة فاحصة على بنية الحلقات. الشقوق العديدة، بالإضافة إلى فجوة كاسيني المعروفة منذ زمن طويل، دفعت العلماء إلى افتراض وجود أقمار صناعية صغيرة تقع مداراتها داخل هذه الشقوق، وكان يعتقد أن مثل هذه الأقمار تبدو وكأنها تجمع كل الجسيمات في طريقها. ومع ذلك، فإن فوييجر 2، الذي أجرى بحثًا منهجيًا عن مثل هذه الأقمار الصناعية، لم يعثر على شيء. على الرغم من أن بعض علماء الفلك ما زالوا يتوقعون العثور على مثل هذا التعايش بين القمر الصناعي والفجوة، فقد أدت العديد من الدراسات إلى استنتاج مفاده أن المسببين لتكوين العديد من الفجوات هم في الواقع أقمار صناعية، ولكن فقط تلك التي تقع مداراتها خارج الحلقات. وآلية تكوين الشقوق مختلفة تمامًا.
تدور كل من الجسيمات والأقمار الصناعية حول زحل، وتطيع قوانين كبلر، والتي يترتب عليها، على وجه الخصوص، أنه كلما كان الجسم بعيدًا عن المركز الذي يدور حوله، كلما طالت فترة دورانه. وهذا يعني أن فترة دوران الجسيمات حول زحل داخل الحلقات تعتمد فقط على المسافة إلى الكوكب. بالنسبة لأي قمر صناعي، توجد حلقة تكون فترة دوران القمر الصناعي الأكبر فيها مضاعفًا لفترة دوران الجسيمات الموجودة في هذه الحلقة. لنفترض أن الفترة المدارية للقمر الصناعي أطول بثلاث مرات تقريبًا من الفترة المدارية للجسيمات. يغير هذا القمر الصناعي حركة جميع هذه الجسيمات على فترات منتظمة، وتترك مدارها في النهاية، وتشكل فجوة رقيقة، خالية تقريبًا من الجسيمات. وهكذا، وراء كل فجوة تأثير تابع معين، يمكن تحديد "شخصيته" بسهولة. ويقول علماء الفلك أن القمر الصناعي يرعى هذه الفجوة. وهنا تُستخدم كلمة "الراعي" كمصطلح، وتسمى الأقمار التي تراقب الفجوات في حلقة زحل بـ "الرعاة".
بالفعل، أظهرت الصور الأولى للحلقات التي أرسلتها فوييجر 1 اختلافات طفيفة في اللون في الحلقات، وفجوة في الحلقة C، ووجود المادة في انشطار كاسيني، وتغيرات في توزيع وسطوع المادة في الحلقتين C وB. التفاصيل الأكثر إثارة للاهتمام في الصور الأولى كانت "الأضلاع" وهي عبارة عن سمات داكنة نصف قطرية تتقاطع مع أجزاء من الحلقة B المضيئة. وفي بعض الأحيان تمت ملاحظة "الأضلاع" لعدة ساعات، على الرغم من أن الحافة الداخلية للحلقة عند قاعدة "الأضلاع" "يدور حول الكوكب بسرعة أكبر من الحافة الخارجية في الجزء العلوي من "التكلم"، ويجب أن تنهار هذه التشكيلات.
وفي وقت لاحق، تم التقاط صور لـ "الشعاع" بينما كان ضوء الشمس ينتشر إلى الأمام. في هذه الصور تكون المناطق المتحدثة فاتحة وليست داكنة كما في الصور الأولى مع تناثر الضوء إلى الخلف. يشير هذا إلى أن المناطق "المتكلمة" تحتوي على جزيئات غبار دقيقة جدًا. تتداخل المنطقة التي يتم ملاحظة "الأطراف" فيها مع المنطقة الحلقية التي تدور حول زحل بنفس سرعة مجاله المغناطيسي. وهذا، بحسب بعض العلماء، قد يفسر ثبات المتحدث، على الرغم من اختلاف سرعات حركة الجسيمات. وافترض العلماء أنه نتيجة للتفاعل بين هذه الجسيمات المغولية والقوى الكهروستاتيكية، يمكن أن تتركز الجسيمات في مناطق معينة أو ترتفع فوق مستوى الحلقات.
إذا كانت الحلقة مشحونة، فيجب أن تتنافر الجزيئات الموجودة فيها، لكن قوى الجاذبية تبقيها في الحلقة. بالنسبة للجسيمات الكبيرة، تكون قوة الجاذبية أكبر من قوة التنافر، وتبقى في الحلقة، وبالنسبة للجسيمات الصغيرة، تكون قوة التنافر أكبر، وترتفع فوق مستوى الحلقة. تم الافتراض بأن المجال المغناطيسي للكوكب يؤثر على الجزيئات الصغيرة المشحونة فوق الحلقة B، حيث "يرتبها مثل برادة الحديد" أو يتسبب في التصاقها ببعضها البعض. وهناك فرضية أخرى تفسر وجود المتحدث من خلال ظاهرة موجية حول الحلقة، والتي تؤثر على الجزيئات الصغيرة في مسار الموجة. الآلية المسؤولة عن شحن الخاتم غير واضحة. تم اقتراح فرضيات مفادها أن هذا يحدث تحت تأثير الغلاف الجوي لكوكب زحل أو الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة القادمة من الشمس.
وأظهرت الصور أن كل حلقة من حلقات زحل الست التي تم رصدها سابقًا (D، C، B، A، F، E - حسب المسافة المتزايدة من الكوكب) تتكون من عدد كبير من الحلقات الضيقة. كان يعتقد أنه بعد المعالجة الكاملة للصور، يمكنهم حساب 500 - 1000 حلقة ضيقة. تم العثور أيضًا على عدة حلقات ضيقة في قسم كاسيني، والذي كان يُعتقد سابقًا أنه مساحة خالية نسبيًا من المادة.
من وقت لآخر، يمكنك رؤية مشهد فعال - اصطدام جزيئين كبيرين. هنا، يبدأ كتلتان بحجم منزل حديقة في التلامس ببطء مع بعضهما البعض، مما يؤدي إلى إزاحة انجرافات كاملة من الثلج السائب من السطح. لم يكونوا محظوظين: لم يتمكنوا من تحمل الضغط المتبادل عند الاصطدام وانهاروا ببطء. "كارثة" نموذجية للخواتم بسرعة ملليمتر في الثانية! تستمر بقايا الجسمين الأصليين في التحرك، وتنتشر الانجرافات الثلجية والكتل والغبار الثلجي منها ببطء في اتجاهات مختلفة، وتتلألأ في أشعة الشمس البعيدة. وبعد بضعة أيام، ستنمو الجزيئات "التالفة" مرة أخرى، مما يؤدي إلى احتجاز وامتصاص كميات هائلة من كرات الثلج الأصغر الموجودة في الحلقات.
الحلقة C هي الأقل سطوعًا بين الحلقات "الكلاسيكية" الثلاثة (A وB وC). على ما يبدو، فإن المادة أكثر تفريقا هناك. ألمعها هي الحلقة B، حيث يجب أن تكون كثافة المادة هي الأعلى. في الحلقة B، توجد الجسيمات بكثافة شديدة، لدرجة أنه بعد طيراننا في منتصف الطريق، سنفقد رؤية النجوم.
وبالإضافة إلى الحلقات الكلاسيكية، تُظهر الصور التي أرسلتها فوييجر 1 الحلقة D الأقرب إلى الكوكب، ويُعتقد أنها تشكلت من مادة اخترقت الحاجز الذي يشكل الحافة الداخلية للحلقة C.
قد يكون للحلقة F، وفقًا للصور، شكل بيضاوي إلى حد ما: تقع بعض أجزاء هذه الحلقة الرفيعة بالقرب من الكوكب أكثر من الأجزاء الأخرى. يبدو أن هذه الحلقة تتكون من "خيطين"، أو ربما ثلاثة، متشابكين بشكل غير محكم. يجد العلماء صعوبة في تفسير هذه الظاهرة. إحدى الفرضيات هي أنه نظرًا لأن الحلقة F تتكون من جزيئات الغبار، فيمكنها الحصول على شحنة كهربائية من ضوء الشمس أو الجسيمات المشتقة من الشمس وتصبح مغناطيسات كهربائية مصغرة. وفي هذه الحالة، فإن تفاعلها مع المجال المغناطيسي لزحل يمكن أن يؤدي إلى تشابك الحلقات. تم العثور على كتل من المادة حول الحلقة F. كان أحدها كثيفًا جدًا لدرجة أنه تم الخلط في البداية بينه وبين قمر صناعي. أظهر التحليل اللاحق أن هذه منطقة تركيز للمادة بحجم مميز يتراوح بين 100 و 200 كم.
أصل الخواتم
لفترة طويلة كان يُعتقد أن قمرًا صناعيًا مهملاً يقترب من زحل ويمزقه إلى أشلاء بفعل قوى المد والجزر. لكن بيانات فوييجر دحضت هذا الاعتقاد الشائع. لقد ثبت الآن أن حلقات زحل (والكواكب الأخرى أيضًا) هي بقايا سحابة كوكبية ضخمة يبلغ طولها ملايين الكيلومترات.
تشكلت الأقمار الصناعية من المناطق الخارجية لهذه السحابة، وفي المناطق الداخلية “اكتمل” تكوين الأقمار الصناعية. نظرًا لأن سرعة الاصطدامات المتبادلة تزداد عند الاقتراب من كوكب ما، توجد بالقرب من كل كوكب منطقة تبدأ فيها الجزيئات، بعد أن وصلت إلى حجم معين، في الانهيار من الاصطدامات المتبادلة. مليارات السنين من الاصطدامات - ووصلت الجسيمات التي يبلغ قطرها 10 أمتار إلى حالة فضفاضة لدرجة أنها تنهار من أدنى صدمة بسرعة ملم/ثانية. يمر أي جسيم كبير بدورة كاملة من التدمير إلى الترميم في غضون أيام أو أسابيع قليلة.
وهذا التنافس المتبادل، الذي يمنع تكوين أقمار صناعية كبيرة، يضعف مع البعد عن الكوكب، وعند مسافة ما يتحول بعض المادة إلى أقمار، وبعضها لا يزال في حالة مجزأة - على شكل حلقات. بالمناسبة، لقد قامت الحلقات بالفعل بتريليون دورة خلال وجودها، وهو أكثر بكثير من الأقمار الصناعية أو الكواكب الموجودة في مداراتها. الكتلة الإجمالية للحلقات الجليدية لزحل يمكن مقارنتها بكتلة قمره الصناعي ميماس، الذي يبلغ نصف قطره 200 كيلومتر.
لماذا الحلقات مسطحة؟ إن تسطيحها هو نتيجة المواجهة بين قوتين رئيسيتين: الجاذبية والطرد المركزي. تميل الجاذبية إلى ضغط النظام من جميع الجوانب، ويمنع الدوران الضغط عبر محور الدوران، لكنه لا يستطيع منعه من التسطيح على طول المحور. وهذا هو أصل الأقراص الكونية المختلفة، بما في ذلك حلقات الكواكب.
لكن يمكن القول فقط مع زحل أنهم أصبحوا نوعًا من "بطاقة الاتصال" لهذا الكوكب. نظرًا لسطوعه وجماله، فإن زحل هو الكوكب الوحيد الذي تم تصويره بحلقات، على الرغم من أنه في الواقع يحتوي أيضًا على حلقات، على الرغم من أنها ليست مشرقة وملحوظة مثل زحل.
من هو مكتشف حلقات زحل؟
شوهدت حلقات زحل لأول مرة في عام 1610 من قبل عالم الفلك العظيم، الذي اخترع التلسكوب، الذي أصبح إحساسًا علميًا حقيقيًا في تلك الأوقات. لكن غاليليو غاليلي لم يتمكن من تفسير طبيعة وأصل الحلقات، فمنذ لحظة اكتشافها ظلت لغزا للبشرية لعدة قرون. نعم، لكنها باقية حتى يومنا هذا، حيث أن الدراسة التفصيلية لحلقات زحل التي أجرتها وكالة ناسا في ثمانينيات القرن الماضي بمساعدة المركبتين الفضائيتين فوييجر 1 وفوييجر 2 أضافت المزيد من الألغاز.
مما تتكون حلقات زحل؟
وفقا للعلماء، تتكون الحلقات حول زحل من العديد من الكويكبات والأقمار الصناعية المدمرة، والتي تم تدميرها قبل الوصول إلى سطح الكوكب، وهي تجدد عدد لا يحصى من جزيئات هذه الحلقات نفسها.
يمكن أن تختلف أحجام جزيئات الحلقة من الحصى الصغيرة إلى الكتل الضخمة بحجم الجبل. كما أن كل حلقة تدور حول الكوكب بسرعتها الخاصة. لا توجد إجابة محددة حتى الآن حول ما تعتمد عليه سرعة حلقات زحل.
حلقات زحل الصورة
نلفت انتباهكم إلى صور جميلة لحلقات زحل.
من أين يحصل زحل على حلقاته؟
يوجد الآن في العلم نظريتان تشرحان أصل حلقات زحل. وفقا للأول، فقد تشكلت نتيجة لتحطم إما نيزك كبير أو قمر صناعي مهمل. من الممكن أن يكون سبب الدمار هو تأثيرات الجاذبية القوية لزحل، والتي مزقت حرفيًا جسمًا سماويًا معينًا إلى قطع صغيرة.
لكن هناك نظرية أخرى في هذا الشأن، تقول إن الحلقات هي بقايا سحابة محيطية كبيرة. وتشكلت أقمار زحل (62 منها) من الجزء الخارجي لهذه السحابة، بينما بقي الجزء الداخلي على شكل غبار كوني، والذي تتكون منه الآن الحلقات الشهيرة.
نظام حلقات زحل
تمت تسمية الحلقات أبجديًا حسب الترتيب الذي تم اكتشافها به. وتقع الحلقات نفسها بالقرب من بعضها البعض، مع الاستثناء الوحيد وهو ما يسمى بقسم كاسيني، الذي لديه فجوة في الفضاء تبلغ 4700 كيلومتر. هذه هي أكبر فجوة تفصل بين الحلقة A والحلقة B.
حقيقة مثيرة للاهتمام: تقع الحلقة F بين قمرين تابعين لكوكب زحل: بروميثيوس وباندورا، ويعتقد العلماء أن هذين القمرين يمكنهما تغيير شكل الحلقات بتأثيرات جاذبيتهما.
كم عدد حلقات كوكب زحل؟
بعد ذلك، دعونا نحاول الإجابة على السؤال المتعلق بعدد حلقات زحل. اكتشف علماء الفلك الآن الحلقات D، C، B، A، F، G، E، على الرغم من أن الحلقة الخارجية E غير مرئية للأنظمة البصرية؛ فقد تم تسجيلها باستخدام أجهزة تستجيب للجسيمات المشحونة والمجالات الكهربائية.
يمكن تسمية الحلقات A وB وC بالحلقات الرئيسية للكوكب، ويمكن رؤيتها بوضوح من خلال التلسكوب. الحلقة A هي الحلقة الخارجية، الحلقة B هي الحلقة الوسطى، والحلقة C هي الحلقة الداخلية. الحلقات D وE وF خافتة وليس من السهل رؤيتها من خلال التلسكوب، في حين أن الحلقة E مستحيلة تمامًا.
ولكن هذا ليس كل شيء، لأن الحلقات التي تسمى بالزان اللاتينية هي حلقات عشوائية للغاية، لأنه مع نهج أكثر تفصيلا سنرى أن كل حلقة من حلقات زحل تنقسم إلى حلقات أصغر، وتلك إلى أجزاء أصغر. ونتيجة لذلك، فإن عدد حلقات زحل قد يقترب من اللانهاية.
لون حلقات زحل
تُظهر صور المركبات الفضائية لحلقات زحل أن الحلقات لها ألوان مختلفة.
يمكنك رؤيتها بنفسك في الصورة. وبما أن الحلقات تتوهج بسبب انعكاس ضوء الشمس، فيجب أن يكون لإشعاعها طيف شمسي. ولكن بشرط أن تكون الحلقات ذات انعكاسية مطلقة. وفي الواقع، فإن الجزيئات التي تشكل الحلقات تتكون في معظمها من جليد الماء، مع بعض الشوائب ذات اللون الداكن.
حلقات فيديو زحل
وفي الختام فيلم علمي شعبي شيق عن ظهور حلقات زحل.
