راز حلقه ها

حلقه های زحل احتمالاً مسطح ترین ساختار شناخته شده در جهان دانش هستند فاصله یک انتها تا انتهای دیگر آنها به اندازه فاصله زمین تا ماه است, در حالیکه ارتفاع آنها خیلی بلندتر از یک گروه آکروبات که روی شانه های یکدیگر ایستاده اند نمی باشد

حلقه های زحل احتمالاً مسطح ترین ساختار شناخته شده در جهان دانش هستند. فاصله یک انتها تا انتهای دیگر آنها به اندازه فاصله زمین تا ماه است، در حالیکه ارتفاع آنها خیلی بلندتر از یک گروه آکروبات که روی شانه های یکدیگر ایستاده اند نمی باشد. برای مقایسه می توان گفت اگر حلقه ها به ضخامت یک برگه کاغذ بودند کشیدگی آنها ۳ کیلومتر می شد. هر چهار سیاره غول منظومه شمسی ما دارای حلقه هستند، اما فقط زحل یک سیستم از حلقه های درخشان و عظیم دارد. آیا این بی همتایی تصادفی است یا چیزی بیش از یک اتفاق می باشد؟ حلقه های زحل چه چیز بیشتری درباره مبدأ منظومه شمسی و موارد مشابه در دیگر نقاط کهکشان میتوانند به ما بگویند؟ این پرسش و پرسشهای دیگر منجر به ساخت فضاپیمای کاسینی (Cassini) متعلق به ناسا شد که در سال ۱۹۹۷ پرتاب و در جولای ۲۰۰۴ وارد مدار زحل گردید. کاسینی علاوه بر نقشه برداری دریاچه های متان در قمر تایتان، شناسایی آبفشانهای یخی (icy geyser) بیرون زده در قمر انسلادوس (Enceladus) و ردیابی توفانها در جو زحل، مطالعات فراوان و گسترده ای بر روی سیستم حلقه ها و محیط آنها انجام داده است. این بررسیها و مشاهدات به ماهیت ذرات حلقه ها، چگونگی برهم کنش آنها با یکدیگر و با قمرهای سیاره و نقش غبار ریز در سیستم حلقه ها نور تازه ای بخشیده است. و همچون همیشه با اکتشافات جدید، سؤالات بیشتری مطرح می شود.

حلقه های اصلی زحل عبارتند از: خارجی ترین حلقه A، حلقه متراکم و درخشان B و حلقه داخلی C که ظریفتر و نازکتر است. بخش کاسینی بین حلقه های A و B خالی نیست بلکه مواد رقیقی مشابه حلقه C دارد. حلقه F نواری باریک و مغشوش بلافاصله بیرون حلقه A است و سه حلقه غبارآلود عبارتند از حلقه D (داخل حلقه C)، حلقه G (بیرون F) و حلقه E (بیرون G ).

● قمرهاودیسکها

حلقه های زحل تنها راه ما برای نزدیک شدن به یک دیسک آستروفیزیک است. منجمان ستاره های نزدیک زیادی را کشف کرده اند که توسط دیسکهای جوان گازی یا دیسکهای پیرتری از غبار احاطه شده اند. منظومه شمسی ما احتمالاً روزگاری شبیه این ستاره ها بوده است. ما می توانیم با مشاهده و رصد از راه دور و مدلهای نظری بیشتر درباره آنها یاد بگیریم، اما فقط در زحل می توانیم روند تغییرات دیسکها را به صورت مستقیم و با جزئبات بررسی کنیم. یکی از علایق خاص دانشمندان بررسی برهم کنش بین دیسک و یک جرم سنگین – یک قمر یا ماهک (moonlet) در مورد زحل، و یا یک سیارک یا سیاره حول یک ستاره می باشد. کاسینی به روشهای مختلف چنین پروسه هایی را روشنتر نموده است. دو قمر هر یک به عرض چندین کیلومتر در شکافهای بیرونی حلقه A گردش می کنند. پن (Pan) در شکاف انکه (Encke) به عرض ۳۲۰ کیلومتر و دفنیس (Daphnis) در شکاف کیلر (Keeler) به عرض ۳۵ کیلومتر. پن و دفنیس چرخش ذرات کوچک حلقه را که با آنها عبور می کنند به وسیله گرانش مغشوش می کنند، همان گونه که یک سیارک در دیسک دور یک ستاره جوان ایم کار را انجام می دهد و بدین ترتیب نقشهای دالبر شکل در لبه های شکاف ایجاد نموده و دنباله هایی تولید می کنند که در حلقه پراکنده می شود. لبه های شکاف بیش از آنچه نظریه پردازان پیش بینی کرده اند پیچیده است. کاسینی لبه های موج دار شکاف انکه را رصد کرده است که هم در فرکانس و هم در دامنه تغییر و نوسان دارند. آنها هرگز به طور کامل از بین نمی روند. بسیاری از لبه های حلقه های دیگر از جمله حلقه A، B و شکاف کیلر شکلهای پیچیده تری از آنچه انتظار می رفت دارند. علت این پیچیدگی واضح و روشن نیست. ردیابی آنها ممکن است به کشف ماهک کوچکی در نزدیکی آنها منتهی شود یا درک ما را از فرایندهای خالی شدن شکافها اصلاح کند. قمرهای بزرگتر خارج از حلقه های اصلی در موقعیتهایی از حلقه که با مدار قمر در تشدید (Resonance) هستند موجهای مارپیچ متراکمی به وجود می آورند. تشدید را میتوان با مثال هل دادن تاب در زمین بازی درک کرد. اگر تاب را به طور نامنظم هل دهید، گاهی هنگام حرکت آن به جلو و گاهی در زمان برگشت به عقب، در اینصورت تاب خیلی بالا نمی رود و هیچ چیز جالبی رخ نمی دهد. اما اگر با فرکانس طبیعی تاب آنرا هل دهید به طور فزاینده ای بالا و بالاتر می رود و کودک را شاد می کند. قمرها می توانند اثر مشابهی روی ذرات حلقه ها داشته باشند، به عنوان مثال هنگامیکه یک تکه صخره یا یخ در مدت زمانی که یک قمر پنج بار می چرخد، شش بار گردش کند، هر بار گذر قمر نیروی مشابهی به آن وارد می کند. وقتی نیروها روی هم جمع می شوند، چرخش ذرات طولانی تر می گردد و از دید سایر اشیاء به داخل و خارج حرکت می کنند. هنگامیکه میلیونها ذرات حلقه در یک منطقه بدین صورت مغشوش می شوند، یک موج متراکم مارپیچی تولید می کنند که به سمت دور از ناآرامی منتشر می شود. امواج متراکم از همان فیزیکی پیروی می کنند که بازوهای مارپیچی را در کهکشانها بالا می برد، هرچند مبدا آنها متفاوت هستند. اندازه گیری ارتفاع، شکل و طول موج این امواج می تواند به روشن شدن اطلاعاتی درباره چگالی سطحی حلقه (جرم در واحد سطح) و جرم قمر ایجاد کننده اغتشاش منجر شود و بعلاوه ضخامت عمودی حلقه را معین می کند. نتایج فضاپیمای کاسینی نشان می دهد که چگالی سطحی حلقه A در نزدیکی شکاف انکه بیشترین مقدار را دارد و به سمت داخل و خارج آن کاهش می سابد. اندازه گیریهای موج متراکم، ضخامت عمودی بخش کاسینی را حداکثرچند متر تعیین می کند و حلقه A باید ضخامتی کمتر از ۱۰ تا ۱۵ متر (۳۰ تا ۵۰ فوت) داشته باشد.