خواندنی های شگفت انگیز درباره سیاره زحل

آنچه باید در مورد سیاره زحل بدانید؟

زحل یا کیوان ششمین سیاره نزدیک به خورشید و دومین سیاره بزرگ در منظومه شمسی است و بعد از مشتری قرار دارد. این سیاره بزرگ، تقریباً 9 برابر اندازه زمین است و چگالی آن فقط یک هشتم زمین است. با این حال، به خاطر اندازه بزرگش، زحل بیش از 95 برابر بیشتر از زمین فضا دارد. نام زحل به خدای رومی ثروت و کشاورزی مرتبط است و نماد نجومی آن (♄) است.

درون سیاره زحل احتمالاً از یک هسته آهن و نیکل و سنگ تشکیل شده. این هسته توسط یک لایه عمیق هیدروژن فلزی، یک لایه میانی از هیدروژن و هلیوم مایع و در نهایت یک لایه گاز پوشیده شده است. رنگ زرد کمرنگ زحل به خاطر وجود کریستال‌های آمونیاک در جو آن است.

به نظر می‌رسد که جریان الکتریکی در لایه هیدروژن فلزی باعث ایجاد میدان مغناطیسی زحل می‌شود. این میدان مغناطیسی ضعیف‌تر از میدان مغناطیسی زمین است، اما به خاطر اینکه زحل بزرگتر است، قدرت آن حدود 580 برابر بیشتر از زمین است. قدرت میدان مغناطیسی زحل تقریباً یک بیستم از میدان مغناطیسی مشتری است.

سرعت باد در زحل می‌تواند به 1800 کیلومتر در ساعت برسد (1100 مایل در ساعت و 500 متر در ساعت)، که این بیشتر از مشتری است، اما به اندازه بادهایی که در نپتون وجود دارد، نیست.

زحل به خاطر حلقه‌هایش معروف است که بیشتر از ذرات یخ تشکیل شده و مقدار کمتری از زباله‌های سنگی و گرد و غبار دارد. حداقل 82 قمر در اطراف زحل شناخته شده‌اند و از این میان 53 مورد به طور رسمی نامگذاری شده‌اند. این شامل صدها قمر در حلقه‌های زحل نمی‌شود. تایتان، بزرگ‌ترین قمر زحل و دومین قمر بزرگ در منظومه شمسی، بزرگ‌تر از سیاره عطارد است و تنها قمر در منظومه شمسی است که جو قابل توجهی دارد.

تاریخچه سیاره زحل

زحل از زمان‌های قدیم شناخته شده است و در اساطیر مختلف جایگاه مهمی داشته. منجمان بابل حرکات زحل را به دقت مشاهده و ثبت کرده‌اند. در یونان باستان، این سیاره را “فاینون” می‌نامیدند و در دوره روم به عنوان “ستاره کیوان” شناخته می‌شد.

در اساطیر روم باستان، سیاره فاینون مقدس به خدای کشاورزی بود و نام مدرن آن از همینجا گرفته شده است. رومی‌ها خدای کیوان را معادل خداوند یونانی کرونوس می‌دانستند. در یونان مدرن نیز نام زحل به “کرونوس” تعلق دارد.

دانشمند یونانی بطلمیوس مدار زحل را بر اساس مشاهدات خود حساب کرده است. در طالع بینی هندو، این سیاره به نام “شانی” معروف است و بر اساس اعمال خوب و بد افراد، آنها را قضاوت می‌کند.

در فرهنگ‌های باستانی چینی و ژاپنی، زحل به عنوان “ستاره زمین” شناخته می‌شود که بر پایه پنج عنصر طبیعی دسته‌بندی شده است.

تاریخ مشاهده و اکتشاف سیاره زحل

مشاهدات و اکتشاف زحل را می‌توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد. مرحله اول مشاهدات قدیمی است که با چشم غیر مسلح انجام می‌شد و قبل از اختراع تلسکوپ‌ بود. از قرن 17 به بعد، مشاهدات با تلسکوپ‌ها به تدریج پیشرفته‌تر شدند.

مرحله سوم شامل بازدید از ماهواره‌ها و پروب‌های فضایی است. در قرن بیست و یکم، مشاهدات از زمین (شامل تلسکوپ فضایی هابل) ادامه پیدا کرد و تا زمان بازنشستگی کاوشگر کاسینی در سال 2017، مشاهدات از زحل برقرار بود.

مشاهدات مدرن سیاره زحل

فضاپیمای پایونیر ۱۱ برای نخستین بار در سال ۱۹۷۹ به زحل نزدیک شد و پس از آن وویجر ۱ و وویجر ۲ نیز به این سیاره سفر کردند.

“““html

مواردی که فضاپیمای وویجر ۲ در مأموریت خود توانست به آن دست پیدا کند شامل مشاهده باد، میدان‌های مغناطیسی، شفق صبحگاهی و همچنین تندر و آذرخش در این سیاره زیبا می‌باشد.

سرعت بادهایی که در قسمت استوایی این سیاره می‌وزد به ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد. فضاپیمای پایونیر ۱۱ موفق شد تصاویری از زحل و چندین قمر آن بگیرد، اما کیفیت این تصاویر بسیار پایین بود. این فضاپیما همچنین حلقه‌های زحل را بررسی کرد.

در ماه نوامبر ۱۹۸۰، وویجر ۱ به زحل رسید و اولین تصاویر با کیفیت بالا را از زحل تهیه کرد. برخی از ساختارهای قمرها نیز برای اولین بار دیده شدند. وویجر ۱ از نزدیکی قمر تیتان عبور کرد و تصاویری از اتمسفر آن گرفت که نشان می‌دهد اتمسفر تیتان خیلی ضخیم است و نور قابل تصور از آن عبور نمی‌کند.

در سال ۱۹۸۱، وویجر ۲ به مطالعه زحل ادامه داد. تصاویر نزدیک‌تری از زحل و حلقه‌های آن تهیه شدند، اما مشکلات فنی مانع از گرفتن تصاویر کافی از زحل شد.

ویژگی های فیزیکی زحل

زحل یک سیاره بزرگ و گازی است که بیشتر آن از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است و حجم آن ۷۶۰ برابر زمین است و سنگین‌تر از هر سیاره‌ای به جز مشتری می‌باشد. همچنین زحل کمترین چگالی را در میان سیارات دارد و مقدار چگالی آن کم‌تر از آب است، به این معنی که اگر آن را در یک ظرف بزرگ از آب بیندازیم، روی آب شناور می‌ماند!

رنگ باند زرد و طلایی در اتمسفر زحل ناشی از بادهای تند در لایه‌های بالایی جو آن است که سرعت آنها می‌تواند تا ۱۸۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد. بلورهای آمونیاک در فضای بالای زحل عامل اصلی این رنگ زرد هستند.

زحل بعد از مشتری سریع‌تر از هر سیاره دیگری دوران می‌کند و یک دور کامل آن تنها ۱۰ ساعت و ۳۰ دقیقه طول می‌کشد. سرعت بالای دورانی‌اش در خط استوا باعث می‌شود که این قسمت متورم و در قطب‌ها مسطح شود. مدار استوایی این سیاره ۱۳ هزار کیلومتر عریض‌تر از فاصله‌ای است که بین قطب‌ها وجود دارد. هر ساله طوفان‌های بزرگ در اتمسفر زحل به وقوع می‌پیوندد (چرا که یک سال در زحل تقریباً برابر با ۳۰ سال در زمین است) و دما باعث تغییرات در جریان‌های باد می‌شود.

ساختار داخلی سیاره زحل

اگرچه بیشتر زحل از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، اما بیشتر جرم آن در حالت گازی نیست زیرا هیدروژن در فشار بالا به مایع غیر ایده‌آل تبدیل می‌شود.

مقدار 0.01 گرم در 3 سانتی‌متر که در شعاعی که 99.9 درصد از جرم زحل را در بر می‌گیرد، وجود دارد. دما، فشار و تراکم درون زحل به سمت هسته به طور مداوم افزایش می‌یابد و این باعث می‌شود که هیدروژن در لایه‌های عمیق‌تر به صورت فلزی شود.

مدل‌های استاندارد سیاره‌ای نشان می‌دهند که فضای داخلی زحل شبیه به مشتری است. زحل هسته‌ای سنگی کوچک دارد که با هیدروژن و هلیوم احاطه شده است و شامل مقداری مواد دیگر است. این هسته از نظر ترکیب با زمین مشابه است، اما متراکم‌تر است. بررسی‌های گرانشی زحل به همراه مدل‌های فیزیکی فضای داخلی، محدودیت‌هایی بر مقدار هسته کیوان تعیین کرده است.

در سال 2004، دانشمندان تخمین زدند که هسته زحل باید 9 تا 22 برابر جرم زمین باشد و به قطر حدود 25000 کیلومتر می‌رسد. این هسته با لایه‌ای ضخیم از هیدروژن فلزی مایع احاطه شده است و به دنبال آن لایه‌ای از هیدروژن مولکولی و هلیوم وجود دارد که با افزایش ارتفاع به گاز تبدیل می‌شود. بیرونی‌ترین لایه حدود 1000 کیلومتر طول دارد و از گاز تشکیل شده است.

زحل دارای فضای داخلی گرمی است و دما در هسته این سیاره به 11700 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. همچنین زحل نسبت به دریافتی که از خورشید دارد، 2.5 برابر بیشتر انرژی در فضا تابش می‌کند. انرژی حرارتی زحل از طریق یک مکانیزم به نام Kelvin-Helmholtz ناشی از فشرده‌سازی گرانشی تدریجی تولید می‌شود، اما این فرآیند به تنهایی ممکن است برای توضیح گرمای زحل کافی نباشد، زیرا این سیاره سنگین‌تر از مشتری است.

یک مکانیسم جایگزین یا اضافی می‌تواند تولید گرما از طریق…

“““html

به نظر می‌رسد “باریدن قطرات” هلیوم در عمق زحل اتفاق می‌افتد. این قطرات هیدروژن را که چگالی کمتری دارد، به سمت پایین می‌فرستند و در این روند گرما تولید می‌شود. این اتفاق باعث می‌شود که هلیوم از لایه‌های سطحی زحل خارج شود. این قطرات ممکن است در یک لایه‌ی هلیوم که دور هسته زحل قرار دارد، جمع شده باشند. همچنین، تصور می‌شود که باران الماس در زحل و همچنین در مشتری و دو غول یخی دیگر یعنی اورانوس و نپتون اتفاق بیفتد.

قمرهای سیاره زحل

زحل دارای 82 قمر شناخته شده است که از این تعداد، 53 قمر نام‌های رسمی دارند. همچنین، شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد ده‌ها تا صدها قمر کوچک‌تر با قطر 40 تا 500 متر در حلقه‌های زحل وجود دارند که به عنوان ماه‌های واقعی در نظر گرفته نمی‌شوند. بزرگترین قمر زحل، تیتان، با قطر 5150 کیلومتر است. چهار قمر دیگر به نام‌های رئا، دیونه، تتیس و یاپتوس، قطرهایی بین 1050 تا 1530 کیلومتر دارند.

قمر رئا دارای حلقه‌های خاص و اتمسفری منحصر به فرد است. بیشتر قمرهای زحل بسیار کوچک هستند و 34 عدد از آن‌ها قطر کمتری از 10 کیلومتر دارند. همچنین، 14 قمر دیگر دارای قطر بین 10 تا 50 کیلومتر هستند.

نام بیشتر قمرهای زحل از نام‌های تیتان‌های اسطوره‌های یونان باستان گرفته شده است. تیتان، تنها قمر در کل منظومه شمسی است که اتمسفری کافی برای انجام واکنش‌های شیمیایی دارد. همچنین، تیتان تنها قمر دارای دریاچه‌های هیدروکربنی محسوب می‌شود.

در 6 ژوئن 2013، دانشمندان موفق شدند هیدروکربن‌هایی را در قسمت بالای اتمسفر تیتان کشف کنند که می‌تواند نشانه‌ای از وجود حیات باشد. همچنین، در آوریل 2014، محققان ناسا اعلام کردند که یک قمر جدید در حال شکل‌گیری در حلقه A زحل است.

یکی از پدیده‌های جالب درباره قمرهای زحل، تعامل میان دو قمر جانوس و اپیمتئوس است. این دو قمر در مداری تقریباً مشابه دور زحل می‌چرخند و هر چهار سال یکبار به هم نزدیک می‌شوند. در این زمان، جاذبه‌ای که میان آن‌ها وجود دارد، باعث تغییر مدار چرخش هر کدام می‌شود.

میماس یکی از کوچکترین قمرهای زحل است که در سال 1789 توسط ویلیام هرشل کشف شد. این قمر کوچک و گود، معروف به “ستاره مرگ” است و یکی از بزرگ‌ترین دهانه‌های برخوردی را با عرض حدود 130 کیلومتر در خود دارد. دلیل شکل‌گیری این عوارض سطحی این است که جرم میماس به قدری کم است که اجازه می‌دهد چنین دهانه‌های بزرگی بر روی آن ایجاد شوند، در حالی که با ایجاد گرانش سطحی، شکل آن را به صورت کروی نگه می‌دارد.

حلقه های سیاره زحل

زحل بیشتر به خاطر حلقه‌های زیبایش معروف است که آن را به طرز بصری خاصی جذاب می‌کند. این حلقه‌ها بین 63,030 تا 120,700 کیلومتر از دور زحل فاصله دارند و به طور میانگین حدود 20 متر ضخامت دارند. ذرات تشکیل‌دهنده حلقه‌ها از اندازه‌ی گرد و غبار تا 10 متر متغیر هستند. اگرچه سایر سیارات بزرگ گازدار نیز حلقه دارند، اما حلقه‌های زحل بزرگترین و معروفترین هستند.

حلقه‌های زحل ترکیبی از تکه‌های یخ و سنگ و غبار هستند که برخی از آن‌ها به اندازه یک دانه گرد و غبار و برخی دیگر به اندازه یک خانه هستند. حلقه‌ها پهن‌اند، اما بسیار نازک و تخت هستند؛ به طوری که عرض آن‌ها 280,000 کیلومتر است و ضخامتشان فقط یک کیلومتر می‌باشد. بنابراین، اگر از کنار به زحل نگاه کنیم، این حلقه‌ها به شکل باریک دیده می‌شوند و گاهی اوقات اصلاً دیده نمی‌شوند.

عرض برخی از حلقه‌های زحل به اندازه فاصله زمین تا ماه است. مشتری، نپتون و اورانوس نیز حلقه دارند، اما حلقه‌های زحل از همه بهتر دیده می‌شوند. دانشمندان معتقدند که دلیل درخشان‌تر بودن حلقه‌های زحل، جدیدتر و جوان‌تر بودن آن‌ها است. آن‌ها باور دارند که این حلقه‌ها به دلیل نزدیک شدن یک قمر کوچک به زحل و فروپاشی آن به خاطر گرانش زحل ایجاد شده‌اند.

برخی از قمرهای زحل، مانند پاندورا و پرومتئوس، به عنوان “قمرهای چوپان” عمل می‌کنند و به نگه‌داشتن حلقه‌ها کمک می‌کنند تا از گسترش آن‌ها جلوگیری کنند. همچنین پان و اطلس باعث ایجاد امواج ضعیف در حلقه‌های زحل می‌شوند که محاسبات دقیق‌تری از توده‌های حلقه‌ها فراهم می‌کند.

“`

گالیله برای اولین بار در سال 1610 حلقه‌های زحل را دید و در آن زمان فکر می‌کرد که این حلقه‌ها از مواد جامد تشکیل شده‌اند. اما اکنون می‌دانیم که این حلقه‌ها از تکه‌های سنگ و یخ آب تشکیل شده‌اند که بعضی از آن‌ها به اندازه یک ماشین معمولی هستند.

ترکیب گرانش (جاذبه) زحل و گرانش ماهک‌های آن باعث می‌شود که این تکه‌ها به طور همیشگی به شکل حلقه‌های نازک در اطراف سیاره قرار بگیرند.

میدان مغناطیسی سیاره زحل

میدان مغناطیسی زحل دارای نیروی کلی برابر با ۱/۳۵ نیروی میدان مغناطیسی مشتری است. اما این مقدار برای ایجاد یک میدان مغناطیسی مشابه به میدان مغناطیسی زمین کافی است.

محور میدان مغناطیسی زحل با زاویه یک درجه نسبت به محور چرخش زحل قرار دارد، که این موضوع تفاوت چشمگیری با محورهای مغناطیسی مشتری و زمین ایجاد می‌کند. مغناطیس‌سپهر زحل دارای ذرات کمتری نسبت به مغناطیس‌سپهر مشتری است.

دو دلیل اصلی که باعث این تفاوت می‌شود، یکی نبود منبع محلی برای ایجاد ذرات باردار در زحل است که در مشتری به‌وسیله فوران‌های آیو تولید می‌شود، و دیگری وجود حلقه‌های زحل است که به‌طور مؤثری ذرات باردار را جذب می‌کنند و مغناطیس‌سپهر زحل را از این ذرات خالی می‌سازند. در بیرون از لبه حلقه‌ها، چگالی ذرات باردار به سرعت افزایش می‌یابد و در فاصله‌ای بین ۵ تا ۱۰ برابر شعاع زحل به اوج خود می‌رسد.

در این نقطه، ذرات باردار به شدت با میدان مغناطیسی در حال چرخش ارتباط برقرار می‌کنند. این تعامل باعث تشکیل لایه‌ای از پلاسما به ضخامت تقریباً ۲ برابر شعاع زحل می‌شود که تا حدود ۱۵ برابر شعاع زحل ادامه دارد. اما در فراتر از این نقطه، شکل مغناطیس‌سپهر تغییر می‌کند. اندازه آن همچنین به دمای خورشید بستگی دارد.

بیشتر بخوانید: