ما هي أهمية حلقات وأقمار كوكب زحل
نظام الحلقة في كوكب زحل
تحديد موقع حلقات كوكب زحل
ما هي أهمية حلقات وأقمار كوكب زحل؟

 

على الرغم من أن حلقات وأقمار زحل قد تبدو وكأنها تشكل مجموعتين من كيانات مختلفة تماماً، إلا أنها تشكل نظاماً معقداً واحداً من الأشياء التي ترتبط بنياتها وديناميتها وتطورها ارتباطاً وثيقاً، تقع مدارات الأقمار الأعمق المعروفة داخل أو بين الحلقات الخارجية ولا تزال الأقمار الجديدة موجودة في بنية الحلقة.

 

في الواقع يمكن اعتبار أن نظام الحلقات نفسه يتكون من عدد لا يحصى من الأقمار الصغيرة (تتراوح من مجرد بقع غبار إلى قطع بحجم السيارة والمنزل) في مداراتها الفردية حول زحل، بسبب صعوبة التمييز بين أكبر جسيمات الحلقة وأصغر الأقمار قد لا يكون من الممكن تحديد عدد دقيق من أقمار زحل.

 

نظام الحلقة في كوكب زحل:

 

في عام 1610 دفعته ملاحظات جاليليو الأولى لكوكب زحل باستخدام تلسكوب بدائي إلى الإبلاغ، بعد ذلك بعامين شعر بالحيرة عندما اكتشف أن الصورة في تلسكوبه قد أصبحت شيئاً واحداً، عبرت الأرض المستوى الدائري لكوكب زحل، وعند النظر إلى الحافة اختفت الحلقات بشكل أساسي، أظهرت الملاحظات اللاحقة جاليليو أن الزوائد الجانبية الغريبة قد عادت، يبدو أنه لم يستنتج أبداً أن الزوائد كانت في الواقع قرصاً يحيط بالكوكب.

 

العالم الهولندي كريستيان هيغنز الذي بدأ دراسة زحل باستخدام تلسكوب محسّن في عام 1655 استنتج في النهاية الشكل الحقيقي للحلقات، وحقيقة أن المستوى الحلقي كان يميل بشكل كبير إلى مدار زحل، ومع ذلك كان يعتقد أن الحلقات عبارة عن قرص صلب واحد بسماكة كبيرة.

 

في عام 1675 ألقى اكتشاف عالم الفلك الإيطالي المولد جيان دومينيكو كاسيني فجوة كبيرة، (تُعرف الآن باسم قسم كاسيني) داخل القرص بظلال من الشك على إمكانية وجود حلقة صلبة، ونشر عالم الرياضيات والعالم الفرنسي بيير سيمون لابلاس نظرية في عام 1789 كانت الحلقات مكونة من العديد من المكونات الأصغر.

 

في عام 1857 أوضح الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل رياضياً أن الحلقات يمكن أن تكون مستقرة فقط إذا كانت تتكون من عدد كبير جداً من الجسيمات الصغيرة، وهو استنتاج أكده بعد حوالي 40 عام عالم الفلك الأمريكي جيمس كيلر.

 

من المعروف اليوم أنه في حين أن حلقات زحل هائلة إلا أنها رقيقة للغاية أيضاً، يبلغ قطر الحلقات الرئيسية 270.000 كم (170.000 ميل)، ومع ذلك لا يتجاوز سمكها 100 متر (330 قدم)، وتبلغ كتلتها الإجمالية حوالي 1.5 × 1019 كغم أي حوالي 0.41 ضعف كتلة قمر زحل ميماس، يمتد نظام الحلقات بأكمله على ما يقرب من 26.000.000 كم (16.000.000 ميل) عند تضمين الحلقات الخارجية الباهتة.

 

تحديد موقع حلقات كوكب زحل:

 

مثل حلقات الكواكب العملاقة الأخرى تقع حلقات زحل الرئيسية ضمن حدود روش الكلاسيكية، هذه المسافة التي تكون في الحالة المثالية هي 2.44 نصف قطر زحل (147000 كم أي 91300 ميل)، تمثل أقرب مسافة يمكن أن يقترب منها قمر كبير نسبياً من مركز كوكبه الأكبر حجماً قبل أن تمزقه قوى المد، وعلى العكس من ذلك فإن الأجسام الصغيرة داخل حدود روش تمنعها قوى المد والجزر من التجمع في أجسام أكبر.

 

ينطبق الحد فقط على الأشياء التي تم تجميعها معاً بواسطة الجاذبية، لا يقيد استقرار جسم صغير نسبياً يكون التماسك الجزيئي فيه أكثر أهمية من قوى المد التي تميل إلى تفكيكه، وهكذا فإن الأقمار الصغيرة (والأقمار الصناعية) ذات الأحجام في حدود عشرات الكيلومترات أو أقل يمكن أن تستمر إلى أجل غير مسمى ضمن حدود روش، على الرغم من أن الجسيمات الفردية التي تشكل حلقات زحل، لا يمكن رؤيتها مباشرة يمكن استنتاج توزيع حجمها من تأثيرها على تشتت الضوء وإشارات الراديو المنتشرة عبر الحلقات من النجوم والمركبات الفضائية.

 

يكشف هذا التحليل عن طيف واسع ومستمر من أحجام الجسيمات تتراوح من سنتيمترات إلى عدة أمتار مع وجود أجسام أكبر عدداً أقل بكثير من الأجسام الأصغر، يتوافق هذا التوزيع مع النتيجة المتوقعة من الاصطدام المتكرر وتحطيم الأجسام الأكبر في البداية، في بعض أجزاء الحلقات، حيث تكون الاصطدامات أكثر تواتراً على ما يبدو توجد حبات أصغر (بحجم الغبار)، ولكن لها عمر قصير بسبب مجموعة متنوعة من آليات الفقد، يبدو أن سحب الحبيبات الأصغر تكتسب شحنات كهربائية وتتفاعل مع المجال المغناطيسي لزحل، وتتجلى في شكل قضبان إسفينية متحركة تمتد شعاعياً فوق مستوى الحلقات.

 

على الرغم من ملاحظة المتحدثين بشكل متكرر خلال لقاءات فوييجر، إلا أنهم لم يُشاهدوا أثناء مهمة كاسيني حتى سبتمبر 2005، وربما كان ذلك مؤشراً على تأثير زاوية الشمس المختلفة على إنتاج الحبوب المشحونة، قد يكون المتحدث موسمياً ولا يظهر إلا في فترات الاعتدال، قد توجد أجسام أكبر يُطلق عليها اسم الأقمار الحلقية، والتي يبلغ قطرها عدة كيلومترات داخل الحلقات الرئيسية، ولكن تم اكتشاف القليل منها فقط.

 

تعكس الحلقات ضوء الشمس بقوة ويظهر التحليل الطيفي للضوء المنعكس وجود جليد مائي بالإضافة إلى ملوثات أكثر قتامة، نظراً لأن الحلقات ذات كتلة منخفضة فمن المحتمل أن تكون صغيرة جداً بين 10 و100 مليون سنة، وبالتالي من الممكن تصور أن الحلقات الرئيسية نتجت عن تحطم مذنب، الاحتمال الآخر هو أن أقمار بحجم وتكوين تيثيس أو ديون تحطمت، كان من الممكن أن يكون نظام الحلقات الجديد أكبر بكثير من الحلقات اليوم، وقد يتقلص ربما من خلال تشكيل أقمار داخلية جليدية مثل (Tethys).