الفلك

حجم مادة حلقة زحل

حجم مادة حلقة زحل

ما حجم قطع صخر الجليد الذي يشكل حلقات زحل؟ هل هناك أشياء كثيرة أكبر من حجم الحصاة؟


الغالبية العظمى من الجسيمات في حلقات زحل صغيرة ، بترتيب $ sim10 ^ {- 1} $ m أو أقل. كثافة الرقم العمودي ، وفقًا للبيانات الواردة من فوييجر 1 والملاحظات المستندة إلى الأرض ، يمكن تقريبها كدالة لنصف قطر الجسيم بواسطة قانون القدرة لجميع أنصاف أقطار الجسيمات $ a $ بالأمتار بحيث يكون $ 0


على الرغم من أنه تم التعرف عليه فقط في الورقة الأصلية ، فقد تم إزاحة المحاور الرأسية لمناطق الحلقة الثلاث المختلفة لأعلى بمقادير مختلفة لتناسب الثلاثة على نفس الرسم البياني.

بعد $ a = 1 $ ، هناك انحراف عن القانون ، ثم انخفاض حاد عند $ a = 3 $. من الواضح أن الجسيمات الأكبر من هذا موجودة ، وهي بالتأكيد تلعب دورًا مهمًا في بنية الحلقة ، لكنها نادرة نسبيًا.

من الواضح أن الاتجاهات تُظهر أن الجسيمات الأصغر هي أكثر شيوعًا ، وبالتالي في حين أن هناك بالفعل جسيمات أكبر من الحصى - بعضها كبير مثل الصخور ، ربما ، أو أكبر - فهي بالتأكيد قليلة العدد. معظم الجسيمات صغيرة للغاية وأصغر من الحصى.

تغطي هذه البيانات الملاحظات من محاور الحلقة شبه الرئيسية من $ sim $ 75،000 km إلى $ sim $ 135،000 km - انتشار كبير إلى حد ما ، يغطي معظم الحلقات وينتهي بالقرب من Roche Division. لا تحتوي الورقة على رسم بياني واحد لكثافة عدد الجسيمات بحجم معين في محور شبه رئيسي معين ، ولكنها تحتوي على عدة مخططات مقسمة (الشكل 15.1 و 15.2) للعمق البصري كدالة للمسافة من المركز من زحل ، والتي يجب أن تعطيك بعض البيانات المفيدة حول كثافة العدد الإجمالية ، إذا كنت تريد وضع بعض الافتراضات الأساسية حول متوسط ​​نصف قطر الجسيم. هذه البيانات أحدث قليلاً من كاسيني، لكن ال فوييجر 1 البيانات مفيدة بنفس القدر.


تتكون حلقات زحل من قطع يصل حجمها إلى كيلومتر واحد ، على الرغم من أن الجسيم النموذجي صغير جدًا. تنتشر في منطقة يبلغ متوسط ​​سمكها 10 أمتار. أيضًا ، حلقات زحل عبارة عن جليد نقي تقريبًا ، وليس صخورًا. لا أعرف ما إذا كان لدينا عدد "عدد" الأجسام الأكبر من حجم الحصاة ، بالنظر إلى العدد الهائل من الجسيمات التي تشكل الحلقات أعتقد أننا لدينا فقط عدد الأقمار الأصغر داخل الحلقات.


حجم مادة حلقة زحل - علم الفلك

تحافظ أقمار الراعي هذه على حافة محددة بشكل حاد للحلقة. تم اقتراح السمات الشعاعية في الحلقة B ، والتي تسمى المتحدث ، بواسطة Steve O’Meara (ملاحظات الأرض) وأكدتها المركبة الفضائية. هؤلاء المتحدث ، الموسمية بطبيعتها ، ويبدو أن سببها القوى الكهروستاتيكية. تم اكتشاف حلقة غبار بعيدة جدًا في عام 2009 ، تسمى حلقة Phoebe ، وقمر Saturnian Phoebe غير المرئي في التلسكوبات الأرضية.

حلقات زحل # 8217s عبر تلسكوب هابل الفضائي التابع لناساالمجال العام | الصورة مجاملة من وكالة ناسا.

حلقات Saturn & # 8217s ، حيث يحجب زحل الشمس عبر مركبة كاسيني الفضائية التابعة لناساالمجال العام | الصورة مجاملة من وكالة ناسا.

حلقة زحل F ، يسحب القمر بروميثيوس المواد من الحلقة عبر مركبة كاسيني الفضائية التابعة لناساالمجال العام | الصورة مجاملة من وكالة ناسا.

المتحدث في Saturn & # 8217s B ring عبر NASA Cassini Spacecraftالمجال العام | الصورة مجاملة من وكالة ناسا.


ما هو حجم الصخور المتوسطة في حلقات زحل؟ وإلى أي مدى هم بعيدون عن بعضهم البعض؟

تعذر & # x27t العثور على الإجابة في google ، لذا قد نحاول أيضًا هنا.

معظم الحلقات مجرد غبار. لكن هناك صخور أكبر أيضًا. يمكن أن يكون بعضها بحجم المنزل وقليل جدًا من المنازل الكبيرة. حتى القمر يمكن العثور عليه داخل الحلقات ، مما يسبب موجات في محيطه. صورة.
حقيقة أخرى مثيرة للاهتمام هي سمك الحلقات. الحلقات لا يتجاوز سمكها بضعة أمتار إلى بضع مئات من الأمتار. هذا يجعلها غير مرئية تقريبًا عند النظر إليها من الجانب.

إن صورة القمر هذه تضعها في الاعتبار حقًا مدى ضخامة كوكب زحل.

وجد French & amp Nicholson (2000) أن هناك القليل جدًا من الغبار في حلقات Saturn & # x27s ، متوسط ​​الجسيمات من 2 إلى 12 مترًا ، ومعظمها يتراوح من 1 سم إلى 20 مترًا. تتفق قياساتهم مع مهام Voyager.

الفرنسية ، R.G. and Nicholson، P.D.، 2000. Saturn & # x27s Rings II: أحجام الجسيمات المستخلصة من بيانات الخفاء النجمي. إيكاروس ، 145 (2) ، ص 502-523

هل تشير المسافة المتزايدة بين السطور إلى حجم زحل أو شيء من هذا القبيل؟

هل هذا زحل في خلفية الصورة أم مجرد عدم. أعتذر إذا كان هذا يبدو غائبا.

ماذا عن الدقة عندما أطلق المها سلاحه الخارق في القدر على الملك المختطف. هل سيكون هناك ثقب عملاق في الحلبة؟ أم أنها ستعود إلى طبيعتها؟

هل أنا محق في افتراض أنه بناءً على تلك الصورة ، وبما أن الغبار بعيدًا عن زحل يتحرك بشكل أبطأ ، فإن اتجاه المدار هو نحو الجانب الأيسر (من الصورة)؟

لذلك يتم إزعاج الغبار الأبطأ وتركه خلفه (إلى اليمين) ويتم إزعاج الغبار الأسرع أعلاه أثناء تسريعه للأمام.

يتراوح متوسط ​​حجم الجسيمات (نصف القطر) لحلقات Saturn & # x27s بين 2 إلى 12 مترًا ، مع الحد الأدنى المحتمل لحجم الجسيمات من 1 إلى 10 سم والحد الأقصى لحجم الجسيمات من 10 إلى 20 مترًا. تحتوي حلقات Saturn & # x27s على القليل من الغبار نسبيًا. هم في الغالب من حجم سيارة إلى شاحنة.

على الرغم من عدم وجود نماذج تفصيلية لتوزيع الحجم في حلقات زحل تحت نصف قطر 1 سم ، إلا أن العديد من سطور الأدلة تشير إلى أنه - على الأقل في الحلقات الرئيسية A و B و C - يتم حساب القليل جدًا من مساحة السطح الكلية بواسطة مثل هذه الجسيمات.

هنا مقتطف من استنتاجات الورقة.

باستثناء قسم كاسيني ، حيث تكون نتائجنا أقل تقييدًا ، توافق أنصاف الأقطار الفعالة في حدود -30٪. وجدت كلتا الدراستين أن aeff & # x27 2 متر في الحلقة C و 8 متر في الحلقة B الداخلية و8-12 مترًا في الحلقة A الداخلية.

لست متأكدا بشأن المسافة. على الرغم من أنه يمكن الاستدلال على ذلك من خلال تنبؤات كثافة وتواتر الاصطدامات.


حجم مادة حلقة زحل - علم الفلك

كوكب زحل هو السادس من الشمس وثاني أكبر كوكب في نظامنا الشمسي. يصنف أيضًا على أنه كوكب غازي ، حيث يتكون بشكل أساسي من الهيدروجين.

الميزة الأكثر إثارة للاهتمام على كوكب الأرض هي نظام "الحلقة" الضخم. يحيط بالكوكب تشكيل "حلقات" تحتوي على بلايين من جزيئات الجليد والصخور ، وهناك الآلاف من هذه الحلقات!

يمكن رؤية كوكب زحل بدون التكنولوجيا الحديثة في ظروف مثالية ، لكن الحلقات لن تكون مرئية إلا عند مشاهدتها باستخدام التلسكوب. غالبًا ما يظهر الكوكب "على شكل بيضة" اعتمادًا على وقت النظر إليه!

لديها ما لا يقل عن 61 قمرا ، العديد منها يدور حول الكوكب داخل حلقاته. أكبر أقمار زحل ، تيتان ، هو ثاني أكبر قمر في النظام الشمسي بأكمله ، بجانب جانيميد كوكب المشتري. وهو أيضًا القمر الوحيد في النظام الشمسي الذي له غلاف جوي.

فيما يلي بعض الحقائق الإضافية عن زحل:

* أكبر أقمار زحل ، تيتان ، أكبر من كوكب عطارد!

* الجسيمات المكونة لنظام حلقات زحل تختلف في الحجم ، من حبيبات الرمل إلى حجم المباني!

* قد تترك الجسيمات التي تشكل حلقات زحل على قطع من الأقمار التي تحطمت بفعل اصطدام الكويكبات.

* في غضون 50 مليون سنة من المتوقع أن تختفي كل حلقات زحل. من المحتمل أن يجمع سحب الجاذبية للكوكب كل الجسيمات المحيطة وستختفي الحلقات ببطء.


العمر من مقياس

نحن نعرف عمر الأرض لأنه يمكننا استخدام اضمحلال المواد المشعة في الصخور لمعرفة عمرها. لقد فعل علماء الكواكب الشيء نفسه بالنسبة لصخور القمر والمريخ.

قال ماثيو هيدمان ، عالم الكواكب في جامعة أيداهو ، إن حلقات زحل ، المكونة في الغالب من شظايا الجليد مع كميات ضئيلة من المادة الصخرية ، لا تصلح لهذا النوع من التحليل. وهذا يعني أن تقديرات العمر يجب أن تستند إلى أدلة ظرفية.

هذا الدليل ، جزئيًا ، يأتي من الغبار. فكر في الحلقات الجليدية على أنها تشبه حقل ثلج: بعد بداية نقية ، يلوث السخام من بعيد بالتدريج. من أجل تقدير عمر الثلج ، يتعين على العلماء قياس معدل تساقط السخام ، بالإضافة إلى إجمالي كمية السخام الموجودة بالفعل.

قامت كاسيني بالجزء الأول باستخدام محلل الغبار الكوني ، والذي وجد أن حلقات زحل تتلوث بشكل مطرد بمواد داكنة - خليط من الغبار الصخري والمركبات العضوية. يتم تسليم معظم هذه المواد بواسطة النيازك الدقيقة من حزام كويبر ، وهو مصدر بعيد للأجسام الجليدية خارج مدار نبتون. وجدت المركبة الفضائية أيضًا أن المادة السخامية تشكل حاليًا حوالي 1 ٪ من حلقات زحل الجليدية.

للكشف عن الكتلة الكلية للسخام الكوني في الحلقات ، كان على الباحثين بعد ذلك أن يزنوا الحلقات بأنفسهم. لحسن الحظ ، خلقت خاتمة كاسيني الكبرى مثل هذه الفرصة. عندما انقضت المركبة الفضائية عبر الحلقات ، قامت بقياس صافي سحب الجاذبية بدقة في كل نقطة. نظرًا لأن حقول الجاذبية تعتمد على كتلة الجسم ، فقد سمح هذا العمل الفذ للعلماء بوزن نظام الحلقات بالكامل بشكل مباشر.

خلال خاتمة كاسيني الكبرى ، غاصت المركبة الفضائية بين الحلقات والكوكب 22 مرة. بدأت المناورة وانتهت بتحليق قريب من قمر زحل تيتان ، الذي يظهر مداره باللون الأصفر.

مع هذه المعلومات - مقدار السخام ومعدل انخفاضه - قدر العلماء أن الأمر سيستغرق ما بين 10 ملايين و 100 مليون سنة حتى يجد هذا الحقل الثلجي المثلج نفسه ملطخًا. استقبلت النتائج بشكل عام بشكل جيد. قال لوسيانو إيس ، الخبير في هندسة الطيران بجامعة سابينزا في روما ، إن "معظم المجتمع اليوم مقتنع بأن الحلقات تشكلت مؤخرًا". علم المؤلف الرئيسي للدراسة.

ومع ذلك ، فإن حجة التلوث ليست مانعة لتسرب الماء. يشير دونز إلى أن فريق كاسيني الذي قام بتحليل التلوث الوارد لم يستقر على معدل دقيق. ظهرت قيم مختلفة في العديد من عروض المؤتمرات ، ولكن لم يتم نشر الرقم النهائي بعد. في ال علم ورقة ، اختار الباحثون إحدى هذه القيم وتوصلوا إلى عمر عصري شبابي. قال بول إسترادا ، عالم الكواكب في مركز أبحاث أميس التابع لناسا ، والعضو في فريق كاسيني الذي يحلل التلوث ، إن هذا الغموض "يسبب الكثير من الذعر".

قد يكون معدل التلوث قد تغير أيضًا مؤخرًا نسبيًا. قال كريدا: "يمكن أن يكون معدل القصف مرتفعًا بشكل غير عادي في الوقت الحالي" ، حتى لو لم نتمكن من تحديد سبب هذا الارتفاع المفاجئ. قالت تريسي بيكر ، عالمة الكواكب في معهد ساوث ويست للأبحاث في سان أنطونيو ، تكساس ، إن المهمة المستقبلية إلى زحل يمكن أن تستخرج من الناحية النظرية نواة صخرية من قمر قديم ، يحافظ على تدفق التلوث بمرور الوقت. لكن مثل هذه المهمة ستكون عقودًا في المستقبل.

نحن أيضًا لا نفهم تمامًا الفيزياء وراء تعتيم الحلقة. تصطدم النيازك الدقيقة من حزام كايبر بالقطع الجليدية للحلقات بسرعات عالية لدرجة أن التأثيرات تشبه الانفجارات الصغيرة ، مما يشير إلى أنه لا يلتزم الكثير من النيازك الدقيقة. وقد أدى ذلك إلى عامل فدج في الأدبيات - تشير التخمينات إلى أن 10٪ من مادة النيازك الدقيقة تلتصق بالجليد وتلوثه.

قال دونز إن مختبر مسرع الغبار في جامعة كولورادو ، بولدر قد يكون قادرًا على تكرار عملية التأثير هذه ويعطينا فكرة أفضل عن قوة بقاء الملوثات. لكن في الوقت الحالي ، نحن في الظلام.

إنسيلادوس عالم جليدي يخفي محيطًا جوفيًا من المياه المالحة. السخانات الموجودة على سطحه ، والتي تُرى في الجزء السفلي من القمر في الصورة على اليمين ، تطلق المواد على بعد مئات الأميال في الفضاء ، مما قد يغذي حلقات زحل.

اقترح تعليق كريدا أيضًا أن جهاز تنظيف الكواكب المتخفي قد يزيل التلوث لجعل الحلقات تبدو شابة بشكل مخادع. لقد عرفنا منذ أيام Voyager أن المواد من الحلقات تمطر على سطح زحل. لكننا لم نعرف ما هي تلك المواد. قامت كاسيني بقياس المطر باستخدام أداتين منفصلتين. وجد كلاهما أنه يحتوي على القليل من الجليد بشكل مفاجئ - أقل من 24٪. قال جيمس أودونوغو ، عالم الكواكب في وكالة استكشاف الفضاء اليابانية: "هذا محير للغاية ، بالنظر إلى أن الحلقات تقاس بما يزيد عن 95٪ من الماء". يفضل "المطر" إزالة الأوساخ ، لكن لا أحد يعرف السبب.

قالت كريدا: "هناك شيء ينظف الخواتم". "نحن لا نعرف ما هي ، لكنها الآن حقيقة ملحوظة ، إنها ليست مجرد تخمين."

قال كريدا إنه ربما يميل الجليد الناتج عن اصطدام النيازك الدقيقة إلى إعادة ربط نفسه بالحلقات ، بينما تتساقط الملوثات المقذوفة. يخمن بيكر أن التلوث يتم طرده بشكل تفضيلي من خلال التأثيرات ، بغض النظر عما إذا كان الجليد يعيد ربط نفسه بهذه الطريقة. ويتساءل هيودو عما إذا كانت السخانات الموجودة على القطب الجنوبي لإنسيلادوس تضيف المزيد من المياه ، مما يخفف من تلوث الحلقات. ولكن لا أحد يعرف على وجه اليقين.

لكن لا يعتقد الجميع أن هناك الكثير من التنظيف يجري. قال ميليتزر: "الحصول على الأشياء المتسخة أمر سهل". "التنظيف صعب."


قد تكون حلقات زحل بقايا قمر ممزق

توصلت دراسة جديدة إلى أن حلقات زحل الشهيرة هي آخر القطع المتبقية لقمر ضخم مزقه الكوكب منذ فترة طويلة.

يعتقد العلماء أن قمرًا بحجم تيتان - أكبر قمر صناعي لزحل - قد تصاعد على الأرجح إلى الكوكب العملاق منذ حوالي 4.5 مليار سنة. وأثناء شق طريقه ، جردت جاذبية زحل القوية الطبقات الخارجية الجليدية للقمر المنكوبة ، مما أدى إلى ظهور حلقات الكوكب الرائعة ، وفقًا للبحث. [المعرض: حلقات وأقمار زحل]

وتشير الدراسة إلى أن هذا القمر المفقود ربما يكون قد أعطى الحياة للأقمار الصناعية الأخرى أثناء الموت. على مر العصور ، تكتلت معظم المواد الحلقية معًا ، مكونة الأقمار الداخلية الجليدية لكوكب زحل.

قال مؤلف الدراسة روبن كانوب من معهد ساوث ويست للأبحاث في بولدر ، كولو: "يشير هذا النموذج إلى أن الحلقات بدائية ، وأنها تشكلت من نفس العمليات التي تركت تيتان كالقمر الصناعي الكبير الوحيد لكوكب زحل". تفسير الأقمار الصناعية الداخلية الغنية بالجليد ".

حلقات زحل الجليدية بشكل غامض

تتكون معظم المواد الموجودة في النظام الشمسي الخارجي من أجزاء متساوية تقريبًا من الصخور والجليد. لكن حلقات زحل مختلفة - فهي 90 إلى 95 في المائة من الجليد المائي. نظرًا لأن النيازك قد لوثتها بالغبار والحطام على مر العصور ، كانت الحلقات عبارة عن جليد مائي نقي تقريبًا عندما تشكلت ، كما قال كانوب.

هذا يجعل من الصعب شرح أصلهم. تفترض بعض النظريات الرائدة أن الحلقات تشكلت عندما اصطدم مذنب بأحد أقمار زحل ، أو عندما فجرت جاذبية الكوكب مذنبًا ضل مسافة قريبة جدًا.

لكن مثل هذه الأحداث من المحتمل أن تخلق حلقات بها الكثير من الصخور والجليد ، وفقًا لما ذكره كانوب.

قال كانوب لموقع ProfoundSpace.org: "كافحت نظريات أخرى لشرح حلقة أولية كانت أساسًا جليدًا نقيًا". "هذا تكوين غير عادي للغاية."

وأضافت أن تدمير قمر بحجم تيتان منذ فترة طويلة يفسر الأمور بشكل جيد.

بينما يمتلك زحل قمرًا واحدًا عملاقًا واحدًا فقط اليوم - تيتان - قال كانوب ربما كان لديه أكثر من مرة. كوكب المشتري ، بعد كل شيء ، لديه أربعة. يعتقد الباحثون أن العديد من الأقمار الصناعية بحجم تيتان تشكلت حول زحل خلال الأيام الأولى للنظام الشمسي ولكن سرعان ما تصاعدت إلى الكوكب ومات.

في الدراسة الجديدة ، استخدم كانوب النمذجة العددية لإظهار أن آخر هذه الأقمار العملاقة المنكوبة قد أدت على الأرجح إلى ظهور حلقات زحل.

مع اقتراب القمر بحجم تيتان من زحل ، اندفعت جاذبية الكوكب إليه بشدة ، مما أدى إلى تجريد الطبقات الخارجية الجليدية للقمر. شكلت هذه القطع حلقات زحل. من ناحية أخرى ، بقي قلب القمر الصخري سليمًا في النهاية تحطيم الكوكب.

قال كانوب: "يبدو أن هذه العملية تختار بشكل طبيعي لحلقة جليدية نقية".

من المحتمل أن تكون هذه العملية العنيفة قد حدثت عدة مرات ، حيث تصاعدت عدة أقمار شبيهة بتيتان إلى الداخل حتى وفاتها. قال كانوب إن كل حدث لاحق كان سيعطل ويدمر أي نظام حلقات سابق ، لذا فإن ما نراه اليوم هو على الأرجح شظايا آخر قمر كبير التهمها زحل.

سيطلق قمر صناعي بحجم تيتان ما يكفي من البتات الجليدية لجعل نظام الحلقة أكبر من 10 إلى 100 مرة من النظام الذي نراه اليوم. لكن هذه الحلقات ستتقلص بمرور الوقت ، وفقًا للنظرية. سوف تصطدم جزيئات الجليد وتتحرك ، مع انتشار بعضها للداخل ليبتلعها زحل.

ستنتشر قطع الجليد الأخرى إلى الخارج ، حيث ستبدأ في الالتصاق ببعضها البعض. في النهاية ، سيتجمع ما يكفي لتشكيل أقمار جليدية مثل تيثيس وإنسيلادوس وميماس - التي تتوافق كتلتها مع ما يتوقعه النموذج.

بالإضافة إلى شرح الجليد الغريب لحلقات زحل والأقمار الصناعية الداخلية ، قال كانوب ، يتميز النموذج أيضًا بميزة وصف الأحداث التي تعد جزءًا طبيعيًا من تكوين كوكب عملاق وشبابه.

قال كانوب: "النظريات الأخرى لها حلقات تتشكل من نوع من الأحداث العشوائية". "هذا النموذج يقلل من عدد الأشياء التي يجب أن تحدث ، وهو ما أعتقد أنه يجعله أكثر احتمالا."

نشرت كانوب النتائج التي توصلت إليها على الإنترنت في 12 ديسمبر في مجلة نيتشر.

اختبار النظرية

في غضون بضع سنوات ، يجب أن يحصل العلماء على فرصة لاختبار نموذج حلقة كانوب ببعض البيانات الصعبة. في نهاية مهمتها - المقررة الآن في عام 2017 - وكالة ناسا المركبة الفضائية كاسيني، حاليًا في مدار حول الكوكب ذي الحلقات ، ومن المقرر أن تطير مباشرة فوق حلقات زحل.

قال كانوب إن كاسيني ستضع ملاحظات مفصلة من شأنها أن تسمح للعلماء بالحصول على فكرة أفضل عن كتلة الحلقات وعمرها ، بالإضافة إلى معدل تلويث النيازك لها بالحطام.

يجب أن تساعد مثل هذه المعلومات الباحثين على تحديد ما إذا كانت الحلقات بدائية بالفعل ، ويعود تاريخها إلى 4.5 مليار سنة كما يقترح نموذج كانوب.

إذا كان النموذج على المال ، يمكن أن يكتسب مراقبو النجوم تقديرًا للتضحية التي قدمها قمر عملاق منذ فترة طويلة.

قال كانوب: "أعتقد أنه من الرائع أن ندرك أن نظام الحلقات ، المشهور جدًا ، ربما يكون آخر بقايا باقية من قمر صناعي مفقود".


زحل يفقد حلقاته بمعدل "السيناريو الأسوأ"

يؤكد بحث جديد لوكالة ناسا أن زحل يفقد حلقاته المميزة بأقصى معدل مقدّر من ملاحظات فوييجر 1 و 2 التي تمت منذ عقود. يتم سحب الحلقات إلى زحل عن طريق الجاذبية كمطر مغبر من جزيئات الجليد تحت تأثير المجال المغناطيسي لزحل.

قال جيمس أودونوغو من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند: "نقدر أن هذا" المطر الدائري "يستنزف كمية من منتجات المياه التي يمكن أن تملأ حوض سباحة بحجم أوليمبي من حلقات زحل في نصف ساعة". "من هذا وحده ، سيختفي نظام الحلقات بأكمله خلال 300 مليون سنة ، ولكن أضف إلى ذلك المواد الحلقية المقاسة للمركبة الفضائية كاسيني التي تم اكتشاف سقوطها في خط استواء زحل ، والحلقات لديها أقل من 100 مليون سنة لتعيشها. باختصار ، مقارنة بعمر زحل الذي يزيد عن 4 مليارات سنة ". O'Donoghue هو المؤلف الرئيسي لدراسة عن المطر الدائري لزحل الذي يظهر في إيكاروس 17 ديسمبر.

لطالما تساءل العلماء عما إذا كان زحل قد تشكل مع الحلقات أم أن الكوكب قد اكتسبها في وقت لاحق من الحياة. يفضل البحث الجديد السيناريو الأخير ، مشيرًا إلى أنه من غير المرجح أن يتجاوز عمرها 100 مليون سنة ، حيث سيستغرق الأمر كل هذا الوقت حتى تصبح الحلقة C على ما هي عليه اليوم بافتراض أنها كانت ذات مرة كثيفة مثل الحلقة B. "نحن محظوظون لأننا موجودون لرؤية نظام حلقات زحل ، والذي يبدو أنه في منتصف عمره. ومع ذلك ، إذا كانت الحلقات مؤقتة ، فربما فاتنا رؤية أنظمة حلقات عملاقة لكوكب المشتري وأورانوس ونبتون ، والتي لديها فقط النغمات الرقيقة اليوم! " تمت إضافة O'Donoghue.

تم اقتراح نظريات مختلفة عن أصل الخاتم. إذا حصل عليها الكوكب في وقت لاحق من الحياة ، فقد تكونت الحلقات عندما اصطدمت أقمار صغيرة جليدية في مدار حول زحل ، ربما لأن مداراتها كانت مضطربة بسبب سحب الجاذبية من كويكب أو مذنب عابر.

جاءت الإشارات الأولى إلى وجود مطر حلقي من ملاحظات فوييجر لظواهر تبدو غير ذات صلة: اختلافات غريبة في الغلاف الجوي العلوي المشحون كهربائيًا لزحل (الغلاف المتأين) ، وتغيرات الكثافة في حلقات زحل ، وثلاثة من النطاقات الداكنة الضيقة التي تحيط بالكوكب في خطوط العرض الوسطى الشمالية. ظهرت هذه العصابات المظلمة في صور الغلاف الجوي العلوي الضبابي (الستراتوسفير) لكوكب زحل بواسطة مهمة فوييجر 2 التابعة لناسا في عام 1981.

في عام 1986 ، نشر جاك كونيرني من وكالة ناسا جودارد ورقة في رسائل الأبحاث الجيوفيزيائية التي ربطت تلك العصابات المظلمة الضيقة بشكل المجال المغناطيسي الهائل لزحل ، مقترحًا أن جزيئات الجليد المشحونة كهربائيًا من حلقات زحل كانت تتدفق إلى أسفل خطوط المجال المغناطيسي غير المرئية ، مما أدى إلى إغراق المياه فيها. الغلاف الجوي العلوي لزحل حيث ظهرت هذه الخطوط من الكوكب. أدى تدفق المياه من الحلقات ، الذي يظهر عند خطوط عرض محددة ، إلى إزالة ضباب الستراتوسفير ، مما جعله يبدو مظلمًا في الضوء المنعكس ، مما أدى إلى إنتاج النطاقات الداكنة الضيقة التي تم التقاطها في صور فوييجر.

حلقات زحل هي في الغالب عبارة عن قطع من جليد الماء يتراوح حجمها من حبيبات الغبار المجهرية إلى الصخور التي يبلغ عرضها عدة ياردات (أمتار). يتم اكتشاف جسيمات الحلقة في عملية موازنة بين جاذبية زحل ، التي تريد سحبها مرة أخرى إلى الكوكب ، وسرعتها المدارية ، التي تريد دفعها إلى الخارج في الفضاء. يمكن أن يتم شحن الجسيمات الصغيرة كهربائيًا عن طريق الأشعة فوق البنفسجية من الشمس أو بواسطة سحب البلازما المنبثقة من قصف النيازك الدقيقة للحلقات. عندما يحدث هذا ، يمكن للجسيمات أن تشعر بسحب المجال المغناطيسي لزحل ، والذي ينحني للداخل باتجاه الكوكب عند حلقات زحل. في بعض أجزاء الحلقات ، بمجرد شحنها ، يتغير توازن القوى على هذه الجسيمات الصغيرة بشكل كبير ، وتجذبها جاذبية زحل على طول خطوط المجال المغناطيسي إلى الغلاف الجوي العلوي.

بمجرد الوصول إلى هناك ، تتبخر جزيئات الحلقة الجليدية ويمكن للماء أن يتفاعل كيميائيًا مع الغلاف الأيوني لزحل. تتمثل إحدى نتائج هذه التفاعلات في زيادة عمر الجسيمات المشحونة كهربائيًا المسماة H3 + أيونات ، والتي تتكون من ثلاثة بروتونات وإلكترونين. عندما يتم تنشيطها بواسطة ضوء الشمس ، تتوهج أيونات H3 + في ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والذي لاحظه فريق O'Donoghue باستخدام أدوات خاصة متصلة بتلسكوب Keck في Mauna Kea ، هاواي.

كشفت ملاحظاتهم عن نطاقات متوهجة في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي لزحل حيث تدخل خطوط المجال المغناطيسي التي تتقاطع مع المستوى الدائري إلى الكوكب. قاموا بتحليل الضوء لتحديد كمية المطر من الحلقة وتأثيراتها على الغلاف الأيوني لزحل. ووجدوا أن كمية المطر تتطابق بشكل ملحوظ مع القيم العالية المذهلة التي اشتقها كونيرني وزملاؤه قبل أكثر من ثلاثة عقود ، مع وجود منطقة واحدة في الجنوب تتلقى معظمها.

اكتشف الفريق أيضًا شريطًا متوهجًا على خط عرض أعلى في نصف الكرة الجنوبي. هذا هو المكان الذي يتقاطع فيه المجال المغناطيسي لزحل مع مدار إنسيلادوس ، وهو قمر نشط جيولوجيًا يطلق السخانات من جليد الماء في الفضاء ، مما يشير إلى أن بعض هذه الجسيمات تمطر على زحل أيضًا. قال كونيرني: "لم تكن تلك مفاجأة كاملة". "حددنا إنسيلادوس والحلقة الإلكترونية كمصدر غزير للمياه أيضًا ، استنادًا إلى شريط مظلم آخر ضيق في صورة فوياجر القديمة تلك." يُعتقد أن الينابيع الحارة ، التي رصدتها أجهزة كاسيني لأول مرة في عام 2005 ، تأتي من محيط من الماء السائل تحت السطح المتجمد للقمر الصغير. يجعل نشاطه الجيولوجي ومحيطه المائي إنسيلادوس أحد أكثر الأماكن الواعدة للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض.

يود الفريق أن يرى كيف يتغير المطر الدائري مع مواسم زحل. مع تقدم الكوكب في مداره البالغ 29.4 سنة ، تتعرض الحلقات للشمس بدرجات متفاوتة. نظرًا لأن الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس تشحن حبيبات الجليد وتجعلها تستجيب للمجال المغناطيسي لزحل ، فإن التعرض المتغير لأشعة الشمس يجب أن يغير كمية المطر الدائري.


مم تتكون حلقات Saturn & # 8217s؟

إنه سؤال جيد وطويل الأمد.

ربما تكون قد شاهدت أنت وزملاؤك العرض المذهل الذي يقدمه المريخ ، والذي هو الآن أقرب إلى أرضنا مما سيكون عليه لبعض الوقت في المستقبل. المريخ هو الرابع من الشمس (الأرض هي الثالثة) ، ثم المشتري ، والسادس من الشمس ، زحل. إنه & # 8217s كوكب جميل حقًا تم إنشاؤه بشكل خاص من خلال نظامه الدائري. شاهد جاليليو هذا لأول مرة في عام 1610 ، على الرغم من أن تلسكوبه المبكر لم يكن على مستوى المهمة (كان يعتقد أن الحلقات كانت في الواقع زوجين من الأقمار الكبيرة على جانبي الكوكب) لم يتم التقاط أول صورة جيدة حقًا لكوكب زحل ، والتي تُظهر بوضوح تفاصيل الحلقات ، حتى عام 1883 (تلك & # 8217s أكثر من قرنين ونصف القرن بعد أول ملاحظة لـ Galileo & # 8217).

في الواقع ، حتى قبل ذلك ، أشارت الملاحظات الدقيقة إلى أنه يمكنك أحيانًا رؤية مخطط للكوكب نفسه من خلال بعض حلقاته. لذلك سيكون من الصعب جدًا القول إن الحلقات كانت جسمًا صلبًا واحدًا ، إذا استطعنا الرؤية من خلالها! لذا ، يبدو أنهم ليسوا مثل الدائرة السميكة التي قد تحصل عليها عن طريق قطع مقطع صلب يشبه الحلقة من قرص فريسبي ، وجعله يدور حول كرة في المركز تمثل الكوكب نفسه. البديل ، وجهة نظر & # 8220 غير الصلبة & # 8221 ، تم تثبيته حقًا في عام 1895 عندما لاحظ علماء الفلك أن الأجزاء الداخلية من الحلقات تدور حول الكوكب بشكل أسرع من الأجزاء الخارجية التي سيكون من الصعب التوفيق بينها وبين مادة صلبة واحدة الكائن ، أليس & # 8217t ذلك؟

في وقت مبكر من أربعين عامًا قبل هذه الملاحظات لسرعة الحلقة ، تم اقتراح أن الحلقات ببساطة لا يمكن أن تكون & # 8217t جسمًا صلبًا واحدًا ، ولكن يجب أن تتكون من عدد كبير من الأجسام الصغيرة ذات الأحجام المختلفة. تخيل لو أخذنا القمر ، وقمنا بتقسيمه إلى عدد كبير من القطع الصغيرة ، ثم نشرناها في نظام حلقات. جميع القطع & # 8220connect & # 8221 مع بعضها البعض ، بشكل ضعيف نوعًا ما ، مما يجعل قرصًا متحركًا يشبه السوائل (في الواقع ، يحتوي Saturn على العديد من أنظمة الحلقة القابلة للتحديد). ربما يمكنك أن ترى أن سؤالك يقودنا إلى أسئلة مهمة أخرى ، مثل ، ما هي القطع المصنوعة بالفعل ، وما مدى سمك الحلقات بشكل عام ، ولماذا تكون الحلقات مسطحة على أي حال؟

سبب ذكر موقع Saturn & # 8217s في نظامنا الكوكبي هو أنه جنبًا إلى جنب مع كوكب المشتري لدينا زوج من الكواكب يمثلان حوالي 90 ٪ من كل ما لدينا في جميع كواكبنا العشرة. غالبًا ما يُطلق على كوكب المشتري وزحل اسم & # 8220Gas Giants & # 8221 لمجرد أنهما مصنوعان إلى حد كبير من أكثر العناصر وفرة في الكون. هذا هو الهيدروجين ، لكنه في شكل مضغوط للغاية في هذه الكواكب. (ربما لاحظت أنه & # 8217s كثيرًا في الأخبار هذه الأيام كمصدر محتمل للطاقة.) حسنًا ، هذا لا يعني بالضرورة أن الحلقات مصنوعة من أجزاء من الهيدروجين المتصلب البارد ، ولكن من المثير للاهتمام أننا تعرف الآن أن تركيبها يتكون أساسًا من الجليد ، أي الماء الصلب وكما تعلم الآن ، الماء (أو H2O) هو ثلثي الهيدروجين.

لذا فإن جزيئات الجليد (بعضها كبير الحجم ، يبلغ حجمها حوالي بضعة أمتار) هي التي تشكل في الغالب الحلقات التي توجد فيها أيضًا كميات صغيرة من المواد الأخرى. بالمقارنة مع حجم الكوكب ، نعلم أن الحلقات يجب أن تكون رفيعة جدًا جدًا لأن زحل (وحلقاته) تدور وأحيانًا يتم تقديم الحلقات إلينا & # 8216 حافة على & # 8217 ومن الصعب جدًا رؤيتها (تخيل كيف هذا يجب أن يكون قد حير جاليليو عندما نظر إلى الوراء لاحقًا ولم يستطع رؤية الميزات المدهشة التي جعلت زحل بارزًا جدًا بالنسبة له في المقام الأول). تشير التقديرات إلى أن نظام الحلقات يمكن أن يكون رقيقًا مثل بضعة أمتار في بعض الأماكن.

لماذا نحيف جدا؟ لماذا لا تنتشر جزيئات الجليد في جميع أنحاء الكوكب؟ هذه قصة أطول ولها علاقة كبيرة بحقيقة أن نظام الحلقات يدور ، كما قلنا. لكن ربما يمكنك أن ترى أنه إذا بدأ القرص في التكون ، مع وجود العديد من الجسيمات فيه ، لكن البعض الآخر كان في مدارات مائلة قليلاً منه ، فعندئذٍ على مر العصور ، كانت جسيمات المدار المائلة هذه ستمر باستمرار عبر القرص ، مرة واحدة في الطريق لأعلى ومرة ​​في الطريق ، إذا جاز التعبير. لكن هذا الممر هو عملية خطيرة بالنسبة لجسيمات المدار المائلة ، فلديها فرصة جيدة للتصادم مع جسيمات القرص ، وحتى الجسيمات في المدارات تميل في الاتجاه الآخر. تميل هذه التصادمات إلى تقليل الإمالة تدريجيًا وتكون النتيجة & # 8220 الاستقرار في القرص & # 8221 ، وما نراه اليوم. يحتوي زحل أيضًا على 22 قمراً ومن المعروف أيضًا أنها تساعد في الحفاظ على استقرار نظام الحلقات. بالمناسبة ، على الرغم من صعوبة رؤيتها ، فإن لأورانوس ونبتون والمشتري حلقات أيضًا كان لعلماء الفلك كورنيل و # 8217s دور كبير في اكتشاف نظام حلقات كوكب المشتري.


توضح الرسوم المتحركة كيفية تحرك حلقات Saturn & # 8217s بسرعات مختلفة

تعتبر حلقات Saturn & # 8217s واحدة من أكثر الأجرام السماوية شهرة وتقديرًا للجنس البشري. من مسافة بعيدة ، تبدو وكأنها قرص من الكريستال متعدد الطبقات أو أقراص متعددة الألوان داخل أقراص تلتف حول وجه زحل & # 8217s الضبابي المظلل. عند النظر إليها عن قرب ، نرى أن هذه الحلقات هي في الواقع جزيئات من جليد الماء (من ميكرون إلى الجبال الجليدية) ، بالإضافة إلى السيليكات وثاني أكسيد الكربون والأمونيا.

لاحظنا أيضًا أن الحلقات لها بعض ميكانيكا المدارات المثيرة للاهتمام. في الواقع ، لكل حلقة مدار مختلف ناتج عن قربها من زحل (أي كلما اقتربوا منها ، زادت سرعة دورانها). لتوضيح شكل هذا النظام المعقد ، ابتكر زميل ناسا الدكتور جيمس O & # 8217 دونوغو رسمًا متحركًا مذهلاً يوضح كيف يدور كل جزء من حلقات زحل الرئيسية (الحلقة A إلى الحلقة F) معًا حول الكوكب.

ولد في المملكة المتحدة ، والدكتور O & # 8217 Donoghue هو باحث وعالم كوكبي يعمل حاليًا مع وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) التي تعيش خارج طوكيو. عمل سابقًا كزميل في وكالة ناسا في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا حيث تخصص في البحث عن زحل (ونظام الحلقة الخاص به) والمشتري وظواهرهما الجوية (الشفق القطبي ، البقعة الحمراء العملاقة ، إلخ.)

روى Dr. O & # 8217Donoghue ما ألهم هذه الرسوم المتحركة مع Universe Today عبر البريد الإلكتروني:

& # 8220 على مر السنين تلقيت الكثير من الأسئلة حول مكونات الحلقات وكيفية تحركها. غالبًا ما يفاجأ الناس بأن الحلقات مصنوعة من شظايا جليد الماء المتجمد تتراوح أحجامها من الغبار إلى الجبال الجليدية وأنهم يدورون حول الكوكب بسرعات مختلفة اعتمادًا على ماهية & # 8220 مسار & # 8221 هم فيها! بالمناسبة ، الحلقات مصنوعة من الماء النقي تقريبًا. إذا كانت جليد مائي نقي ، فإنها & # 8217d تبدو بيضاء!

كما ترون من الرسوم المتحركة ، تم تحديد حلقات Saturn & # 8217s الرئيسية بناءً على ترتيب اكتشافها وتدور حول كوكبها الأصلي بترتيب D و C و B و A و F (من الأعمق إلى الأبعد). بين الحلقتين A و F هناك الحلقة الإلكترونية الغامضة ، والتي تدور بين ميماس وتيتان وهي واسعة للغاية. تتكون هذه الحلقة من جزيئات جليدية مجهرية ، مما يجعل من الصعب تمييزها عن غيرها.

يحاكي التسجيل ما يحدث حول زحل خلال 30 ساعة. & # 8220 تم التقاط صورة زحل من خلال الصور التي تم جمعها بواسطة المركبة الفضائية كاسيني والتي تم تجميعها معًا ، & # 8221 أوضح O & # 8217Donoghue. “Rendering can take a lot of time, so I thought the minimum useful animation would be to show the slowest ring lapping the planet twice.”

Saturn’s rings and moons have been the subject of scientific debate. A 2019 study showed that the migration of Saturn’s moons has widened the Cassini Division in Saturn’s rings. Credit: Cassini, Dante, Baillié and Noyelles

The orbital velocity and period of each ring is timed to illustrate the resonance the system of the rings. “The Cassini Division, the widest gap within Saturn’s rings, is caused by the resonance between a small moon called Mimas and ring particles,” said O’Donoghue. “Funnily enough, I was looking for some images on that and found something cool at UT.” (shown above).

Saturn’s own spin is indicated in white, which illustrates its rotational velocity relative to its ring system. Also visible is the persistent and rotating hexagonal vortex located around Saturn’s north pole. The animation not only presents a beautiful view of the orbital dynamics of Saturn’s rings. It also honors the Cassini mission, which ended its mission Sep. 15 th , 2017, after thirteen years around Saturn.

The data collected by the probe is still being analyzed and leading to exciting new discoveries about Saturn, its rings, and its system of moons. Before plunging into Saturn’s atmosphere, Cassini conducted its “Grande Finale,” where the probe plunged into the unexplored region that lies between Saturn’s atmosphere and its rings.

The footage of Cassini’s final months, and its final descent into Saturn’s atmosphere, earned NASA an Emmy nomination.


شاهد الفيديو: حقائق مذهلة عن كوكب زحل (شهر اكتوبر 2021).