نگاهی دقیق تر به ارباب حلقه ها: حلقه های زحل از کجا آمده اند؟

زحل بدون حلقه هایش واقعا کسل کننده است. به عکس زیر از وبلاگ نویس “جیسون کوتکه” (Jason Kottke) نگاه کنید. زحل ساده ترین ظاهر را در منظومه شمسی دارد. البته یک طوفان شش ضلعی و چند طوفان جذاب در قطب ها وجود دارد، اما ظاهر رنگ پریده این سیاره نه رنگ مشتری، نه آبی جذاب نپتون و نه تاریکی خفه کننده زهره را در خود دارد.

حتی Rusty Mars هم جالب تر از این است. خوشبختانه، در جایی در 4.5 میلیارد سال گذشته، جهان این همسایه ما را به روز کرد. با یک حلقه یخی بزرگ و درخشان دور آن. اما دانشمندان در مورد زمان تشکیل این حلقه ها توافق ندارند. همچنین چگونه به وجود آمدند. این مشکل چندین دهه است که وجود دارد. به نظر می رسد منشأ یکی از عجیب ترین پدیده های منظومه شمسی یک معمای حل نشده باشد.

مریم الموصل، اخترفیزیکدان دانشگاه کرنل، می گوید: «این سیاره در نقطه ای از شکل گیری منظومه شمسی شکل گرفت و ما نمی دانیم که حلقه ها در آن زمان یا بعد از آن پیدا شده اند یا خیر. دلیل جالب فقط دانستن پاسخ نیست، بلکه درک منظومه زحل است – ما یک سیاره، یک منظومه حلقه‌ای، یک منظومه قمری داریم و فکر می‌کنیم که ارتباطی بین حلقه‌ها و قمرها وجود دارد.

این پازل جذابیت بی نظیری دارد. در بیشتر موارد، دانشمندان به خوبی با منشأ پدیده‌های شگفت‌انگیز منظومه شمسی آشنا هستند: شکاف روی مریخ که گراند کانیون را کوتوله می‌کند، دایره قرمز بزرگ در مشتری، و حوضه آبی بزرگ در جنوب ماه. اما حلقه های زحل به عنوان یک معمای حل نشده باقی می مانند.

جف کاسی از مرکز تحقیقات ایمز ناسا می گوید: حلقه های زحل منحصر به فرد هستند. آنها فقط حلقه های بزرگ بسیار روشن هستند که بسیار غیر معمول هستند. این معمایی است که ما با آن روبرو هستیم.”

دانشمندانی که با این معما سروکار دارند معمولاً به دو گروه تقسیم می شوند. گروه اول می گویند که حلقه های زحل ابدی هستند. این بدان معناست که بیش از چهار میلیارد سال همراه با خود سیاره شکل گرفته است و زحل هرگز سیاره خسته کننده ای نبوده است.

گروه دوم معتقدند که حلقه ها بسیار جوانتر هستند و در صدها میلیون سال گذشته شکل گرفته اند. بر اساس این نظریه، حلقه ها به قدری کوچک هستند که اگر دایناسورها برنامه فضایی داشتند، با تلسکوپ های خود زحل را بدون حلقه می دیدند (و شاید می توانستند از برخورد این سیارک جلوگیری کنند).

المعتمد می گوید: «هر دو سناریو دلایل قوی دارند، اما نقاط ضعفی نیز دارند.

اگرچه این دو داستان میلیاردها سال از هم فاصله دارند، اما یک چیز مشترک دارند: خشونت. تشکیل حلقه ها مستلزم تخریب یک بلوک یخی است. شاید یک دنباله دار یا یک ماه. این شی به صورت ناشناس به زحل نزدیک شد و گرانش سیاره آن را به قطعات کوچک یخ تبدیل کرد. تعداد کمی از این زمین ها کمی بزرگتر از خانه هستند، اما بقیه بسیار کوچک هستند. بیشتر آن از آب یخ زده شفاف روشن است، اما نوار حلقه ها کمی تیره تر است. با گذشت زمان، این قطعات خود را در سیستم حلقه‌ای که امروزه می‌بینیم، قرار گرفتند که حدود 275000 کیلومتر عرض و تنها حدود 10 متر ضخامت دارد.

حلقه‌های قدیمی می‌گویند که این تخریب در روزهای اولیه زحل رخ داده است (از نظر علمی احتمال دارد که یک شی سرگردان در دوران جوانی منظومه شمسی وارد حفره گرانشی سیاره شده باشد). یک نسخه از این داستان این است که سیارات غول پیکر در جایی که ما امروز می بینیم متولد نشده اند. در عوض، آنها به مکان فعلی خود مهاجرت کردند و موجی از بی ثباتی را در بدن های کوچکتر ایجاد کردند که باعث شد آنها مانند توپ های تنیس روی میز بهشتی در سراسر مکان پراکنده شوند.

در دوران طفولیت منظومه شمسی، تشکیل حلقه‌هایی در اطراف زحل برای یک جسم یخی دشوار نبود. تئوری حلقه باستانی همچنین پیش‌بینی می‌کند که قمرهای زحل از تکه‌های حلقه جداگانه‌ای تشکیل شده‌اند که به اندازه کافی از سیاره دور بوده‌اند تا به خودی خود یک خوشه جداگانه تشکیل دهند. بنابراین برخی از قمرهایی که امروزه به دور لبه های حلقه ها می چرخند از همان ماده ساخته شده اند.

المعتمد می گوید: «راستش، بدون تلاش برای جانبداری، تئوری حلقه قدیمی برای من منطقی تر از نظریه حلقه جدید است. این اعتقاد من تاکنون بوده است، اما اگر کسی نظر من را تغییر دهد خوشحال خواهم شد.

مشکل این است که حلقه‌های یخی سفیدتر از آن هستند که میلیاردها سال عمر کنند. حداقل این یکی از بحث هایی است که گروه حلقه های کوچک روی آن تمرکز می کند. این مشکل که بحث آلودگی نامیده می شود، به سرعت برخورد غبار تاریک منظومه شمسی بیرونی با حلقه ها و شل شدن آنها بستگی دارد. به بیان ساده، نزدیک به چهار میلیارد سال باران خاکستری کیهانی باید حلقه‌های زحل را به اندازه حلقه‌های مشتری بی‌اهمیت و درهم می‌کرد. مگر اینکه حلقه ها سنگین یا کوچک باشند.

در سال 2017، دانشمندان با استفاده از فضاپیمای کاسینی جرم حلقه‌های زحل را اندازه‌گیری کردند و دریافتند که ماده کافی برای جذب غبار به قدمت منظومه شمسی و تمیز نگه داشتن آن وجود ندارد. کاسینی همچنین داده‌هایی را در مورد میزان گرد و غبار وارد شده به منظومه زحل جمع‌آوری کرد که از این ایده نیز پشتیبانی می‌کند که حلقه‌ها جوان هستند.

با این حال، بعید است که جسمی به اندازه کافی بزرگ برای تشکیل حلقه ها به زحل نزدیک شود (مگر اینکه در وضعیت آشفته منظومه شمسی اولیه قرار داشته باشد).

چه می شود اگر زحل به جای پاره کردن یک سیاره فراخورشیدی یکی از قمرهای خود را نابود کند؟ دو نظریه جدید نشان می دهد که درست مانند شاهکار خونین فرانسیسکو دی گویا، نقاش اسپانیایی، یکی از فرزندان او توسط زحل بلعیده شد.

اولین نظریه که در سال 2016 ارائه شد، می‌گوید که نزدیک به صد میلیون سال پیش، منظومه زحل وارد موقعیتی شد که گرانش خورشید، قمرهای درونی سیاره را به مدارهای برخورد فرستاد و در نهایت منجر به تشکیل حلقه زباله شد. این ایده همچنین ظاهر جوان سطح برخی از قمرهای زحل را توضیح می دهد، زیرا یک رویداد تشکیل حلقه می تواند برخی از قمرها را نابود کند و برخی دیگر را ایجاد کند.

نظریه دوم، از اواخر سال 2022، حلقه ها را مقصر قمر غول پیکر زحل، تیتان می داند که به آرامی از سیاره دور می شود. حدود دویست میلیون سال پیش، مهاجرت آهسته ماه باعث ایجاد پژواک (اثر گرانشی) با ماه فرضی شد که دانشمندان آن را Chrysalis می نامند. در نتیجه پیله به سمت زحل پرتاب شد و به حلقه تبدیل شد. (این نظریه همچنین زاویه مداری جالب زحل را توضیح می دهد: تأثیر برهمکنش گرانشی با مدار نپتون.)

ناگفته نماند که ما هیچ کدام از این دو سناریو را به این راحتی نمی پذیریم، اما به نظر کیسی، «استدلال برای علم خوب است؛ اگر همه قانع نباشند، بد نیست».

حلقه‌های کوچک زحل ایده ساده‌ای ما از تداوم کیهانی را به چالش می‌کشند (حتی وقتی ستاره‌ها و شهاب‌ها در آسمان ما منفجر می‌شوند). جالب اینجاست که یکی از آشناترین مناظر منظومه شمسی، حلقه های خیره کننده زحل، همیشه اینگونه نبوده است. درست مانند زمانی که جمینی بسیار ضعیف شد و الگوی صورت فلکی شکارچی را تغییر داد. همانطور که کازی می گوید، “چیزهایی که ما در مورد آسمان شب می دانیم و دوست داریم به این شکل تغییر نمی کنند.”

با این حال، حلقه های کوچک زحل نیز نشان می دهد که زندگی روی زمین بسیار خوش شانس بوده است. به طور تصادفی، تکامل ما (گونه هایی که می توانند تلسکوپ بسازند) با منظره کیهانی شگفت انگیز زحل همزمان شد.

در طول زندگی یک فرد، ممکن است آسمان شب تغییر چندانی نداشته باشد

سیارات در مدارهای قابل پیش‌بینی حرکت می‌کنند، صورت‌های فلکی بر اساس برنامه طلوع و غروب می‌کنند، و گذر زمان را می‌توان با تغییر چهره ماه مشخص کرد. این اطمینان‌بخش است زیرا نشان می‌دهد موجودات کوچکی مانند ما که در دریای بی‌پایان فضایی در جزیره‌ای سرسبز شناورند، درجاتی از دانش آسمانی را به دست آورده‌اند.

ما سیستم حرکات سیاره ای را تجزیه و تحلیل کرده ایم. ما می توانیم وقوع چنین پدیده جادویی مانند تاریک شدن خورشید در ظهر را به طور دقیق محاسبه کنیم و تا حدودی می دانیم که چیزها چگونه ظاهر شدند (به جز خودمان). در یک جهان نامتناهی، ما به آنچه می دانیم می چسبیم.

جف کاسی می گوید: «مغز شما فقط می خواهد همه چیز دائمی باشد. قرار نیست چیزهای بهشتی جلوی چشم ما تغییر کند. اما این چیزی است که فضاپیمای کاسینی هنگام رسیدن به زحل به ما نشان داد… ما می دانیم چه چیزی در آنجا در تمام مقیاس های زمانی ظاهر می شود. این یک تغییر مفید در دیدگاه ما است.”