زحل از آن دسته سیارههایی است که اگرچه از دیرباز بشر آن را شناخته بود، اما قرن ها بعد به ماهیت آن پی بردیم، زحل یکی از سیارههایی است زیبایی و پیچیدگی را با هم دارد. البته وقتی گالیله در سال 1610 حلقههای آن را یا آن طور که خودش میگفت، گوشهای آن را مشاهده کرد، تنها زیبایی و تفاوت ظاهری زحل را دید و از پیچیدگی درونی آن بیخبر بود. زیبایی زحل اگرچه مشخص است اما از علل این زیبایی، همین پیچیده بودن ساختار و ترکیبات آن است. در این مقاله به ساختار فیزیکی، ترکیبات شیمیایی لایه به لایه و دینامیک مداری حلقهها و مدار زحل میپردازیم.
نگاه اجمالی به زحل
| فاصله از خورشید(AU) | 9.5 |
| جرم(kg) | 1026×5.68 |
| شتاب گرانش(m/s2) | 10.44 |
| دورهی مداری(سال زمینی) | 29.5 |
| دورهی چرخش داخلی(ساعت) | 10.55 |
| زاویه مداری(درجه) | 26.45 |
| شعاع تا اتمسفر بیرونی(km) | ۶۰,۲۶۸ |
| حجم(km3) | 1014×8.27 |
| مجموع مساحت حلقهها(km2) | 109×47 |
| تعداد اقمار | 285 قمر تا امروز |
| دمای اتمسفر بالایی(°C) | 134- |
| دمای هسته(°C) | 11,700 |
ساختار فیزیکی و ترکیب شیمیایی
ساختار داخلی زحل نیز شبیه مشتری است و از یک هستهی فشرده و داغ آغاز میشود که احتمالاً از سنگهای سیلیکاتی و فلزات سنگین تشکیل شده است. این هسته، که دمای آن بیش از دوبرابر دمای هستهی زمین است، تحت فشار شدید لایههای بالایی قرار دارد و نقش اصلی در تولید میدان مغناطیسی سیاره ایفا میکند. اگرچه اندازهی دقیق هسته هنوز به طور قطعی مشخص نیست، اما مدلهای فعلی نشان میدهند که این بخش حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد از جرم کل سیاره را تشکیل میدهد.
پس از هسته، لایهای عظیم از هیدروژن مایع متراکم قرار دارد که در فشارهای بسیار بالا، هیدروژن به حالتی فلزی تبدیل میشود. چنین وضعیتی در مشتری نیز دیده میشود که به آن ناحیهی دینامو میگویند. در این حالت، اتمهای هیدروژن الکترونهای خود را از دست داده و مانند یک سیال رسانا عمل میکنند. این لایه احتمالاً مسئول تولید میدان مغناطیسی قدرتمند زحل است. ترکیب شیمیایی این بخش عمدتاً از هیدروژن (حدود ۹۶٪) و هلیم (حدود ۳٪) تشکیل شده و مقادیر ناچیزی از سایر عناصر سنگینتر نیز در آن وجود دارد که در فشارهای عمیق به صورت محلول درآمدهاند.
در لایههای بیرونیتر، فشار و دما کاهش یافته و هیدروژن به حالت مایع مولکولی ساده و سپس به گاز تبدیل میشود که در نهایت به اتمسفر قابل مشاهدهی سیاره ختم میشود. اتمسفر زحل عمدتاً از هیدروژن و هلیم تشکیل شده و لایههای ابری آن شامل بلورهای آمونیاک، هیدروسولفید آمونیوم و آب است که به رنگهای کرم و طلایی متمایل به زرد مشاهده میشوند. این لایههای گازی با جریانهای بادی شدید و طوفانهای عظیمی که در عرضهای مختلف سیاره میوزند، پویایی جوی منحصربهفردی را ایجاد میکنند.
فیزیک حلقهها
حلقههای زحل که درخشانترین و پیچیدهترین سیستم حلقهای در منظومه هستند، عمدتاً از ذرات یخ آب با خلوص بالا تشکیل شدهاند که اندازهی آنها از غبار میکروسکوپی تا کوههای چند کیلومتری متغیر است.
نظریههای اصلی درباره منشأ این حلقهها دو سناریوی عمده را مطرح میکنند یا بقایای یک قمر یخی که در گذشته به دلیل نزدیک شدن به شعاع روش یا روچ (Roche radius) توسط نیروهای جزر و مدی زحل خرد شده بود در مدار پخش شد، یا بقایای مواد اولیهای که هرگز نتوانستند به یک قمر تبدیل شوند این حلقهها را تشکیل دادند. این ذرات در مدارهایی نزدیک به استوای سیاره با سرعتی حدود ۲۰ کیلومتر بر ثانیه میچرخند و ساختار آنها به لایههای متعدد و فاصلههای خالی (مانند شکاف کاسینی) تقسیم شده است که توسط ماهوارههای کوچک چوپان (مانند پاندورا و پرومته) در مرزهای خود حفظ میشوند.
جالب است بدانید که حلقههای زحل با وجود گستردگی عظیمشان، بسیار نازک هستند. ضخامت آنها در برخی نقاط به کمتر از ۱۰ متر میرسد
از نظر پویایی، حلقههای زحل دارای محیطی بسیار فعال هستند که تحت تأثیر مستقیم میدان گرانشی زحل و اقمار نزدیک قرار دارند. این حلقهها تنها چند صد متر ضخامت دارند اما عرضی بیش از ۲۸۰,۰۰۰ کیلومتر دارند و گاهی نوسانات گرانشی قمرها باعث ایجاد ساختارهای عجیب در آنها میشود. برای اطلاعات بیشتر میتوانید به مقالهی حلقههای زحل مراجعه کنید
اتمسفر و مهم ترین پدیدههای اتمسفری
جو زحل، فراتر از ابرهای آمونیاکی، دارای ویژگیها و پدیدههای منحصر به فردی است که بررسی میکنیم:
توفان شش ضلعی قطب شمال زحل(Hexagon Jetstream)
بارزترین شگفتی جوی زحل، الگوی عجیب یک توفان(طوفان) پایدار به شکل شش ضلعی منتظم در قطب شمال سیاره است. این ساختار که توسط کاوشگر وویجر در دههی ۱۹۸۰ کشف و بعداً توسط کاسینی با جزئیات خیرهکننده تصویربرداری شد، هر ضلع آن نیز حدود ۱۳,۸۰۰ کیلومتر طول دارد.
این توفان عظیم که با سرعتی نزدیک به ۳۲۰ کیلومتر بر ساعت میچرخد، نه تنها در طول بیش از ۳۰ سال مشاهده، شکل خود را حفظ کرده، بلکه از نظر عمقی نیز بسیار گسترده است و تا اعماق ابرهای زحل امتداد مییابد. جالبتر اینکه در سال ۲۰۰۷، کاسینی یک توفان گردابی شبیه به چشم طوفان را دقیقاً در مرکز این شش ضلعی کشف کرد. مکانیسم شکلگیری چنین الگوی منظمی هنوز به طور کامل درک نشده، اما مدلهای رایانهای نشان میدهند تفاوت سرعت باد در عرضهای جغرافیایی مجاور میتواند امواج خاصی ایجاد کند که خود را به صورت چندضلعی نشان میدهند.
توفان گل سرخ زحل(The Rose)
چیزی که به لکهی سرخ رنگ زحل معروف شده، یکی از تماشاییترین تصاویری است که کاوشگر کاسینی از زحل گرفته است. محققان نام این پدیده را گل سرخ (The Rose) گذاشتهاند.
اما نکتهی مهم این است که این دقیقاً همان توفان شش ضلعی قطبی است، فقط با رنگپردازی متفاوت!
بیاید دقیق تر بررسی کنیم:
گل سرخ زحل چیست؟
پس از عکسبرداری دقیق کاسینی، متخصصان برای آشکار شدن جزئیات ابرها از طیفهای فروسرخ استفاده کردند و سپس این تصاویر تکرنگ را با رنگهای جعلی (False color) ترکیب کردند.
نکته: رنگ آمیزی جعلی یا False coloring به معنی دستکاری تصویر اصلی نیست، بلکه یک تکنیک رنگی کردن تصاویری است که در طول موج مرئی گرفته نمیشوند. به این صورت که به هر طیف رنگی که دیده نمیشود یک طیف مرئی به صورت قراردادی نسبت میدهند. بنابراین این روش کاملاً علمی است و با دستکاری تصویر تفاوت اساسی دارد.
نتیجه تصویری خیرهکننده بود:
قرمز: ابرهای پایینتر و گرمتر
سبز: ابرهای مرتفعتر و سردتر
این ترکیب رنگی باعث شد توفان عظیم قطبی شبیه یک گل سرخ با برگهای سبز در اطرافش دیده شود.
قطر این توفان سرخ رنگ حدود 2,000 کیلومتر است و همچنین سرعت باد در لبههای آن نیز تا 530 کیلومتر بر ساعت میرسد.
تحقیقات بعدی کاسینی نشان داد که رنگ این توفان با تغییر فصلها تغییر میکند! در سال ۲۰۱۳ بیشتر فضای داخلی شش ضلعی آبی به نظر میرسید، اما تا سال ۲۰۱۷ با نزدیک شدن به انقلاب تابستانی زحل، مه زردرنگی بیشتر مناطق را پوشاند و فقط خود توفان مرکزی آبی ماند. محققان حدس میزنند این آبی ماندن مرکز به دلیل گردش نزولی هوا (مشابه چشم توفانهای زمینی) است که جو را از ذرات مه پاک میکند.
توفانهای سفید بزرگ(Great white spots)
زحل علاوه بر پدیدههای قطبی، میزبان طوفانهای غولپیکر فصلی است که به لکههای سفید بزرگ معروفاند. این توفانها تقریباً هر ۲۰ تا ۳۰ سال زحلی یکبار در نیمکرهی شمالی ظاهر میشوند و چنان عظیماند که با تلسکوپهای زمینی نیز قابل مشاهده هستند.
بزرگترین نمونهی ثبتشده در سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۱ رخ داد. این طوفان که بیش از ۱۰,۰۰۰ کیلومتر عرض داشت، طی چند ماه تمامی سطح سیاره را درنوردید و اختلالات جوی حاصل از آن تا چندین سال بعد باقی ماندند. منجمان بر این باوراند که این طوفانها از اعماق اتمسفر، جایی که ابرهای حاوی آب قرار دارند، سرچشمه میگیرند و انرژی خود را از گرمای درونی سیاره تأمین میکنند.
به آن توفان بزرگ که به صورت مقطعی از لکهی سرخ مشتری هم بزرگتر شده بود، توفان بزرگ بهاری(Great Springtime Storm) گفته میشود که آثارش تا چند سال پیش همچنان بر اتمسفر زحل مشاهده میشد.
اما تصاویر جدید تلسکوپ جیمز وب در سال ۲۰۲۴ هنوز یک لکهی کوچک را نشان میدهند که بازماندهی همان توفان بزرگ بهاری است. همچنین کاوشگر کاسینی یک گرداب داغ غولپیکر در استراتوسفر زحل کشف کرد که حاصل این توفان بود و دمایی ۸۰ درجه گرمتر از محیط اطراف داشت.
برخلاف توفان پایدار ششضلعی، لکههای سفید بزرگ موقتی هستند و پس از مدتی محو میشوند.
میدان مغناطیسی
میدان مغناطیسی زحل برخلاف سایر سیارات، تقریباً با دقت ۰.۰۶ درجه با محور چرخش همراستاست! پدیدهای که هنوز توضیح کامل ندارد. قدرت میدان در سطح مشابه زمین است (حدود ۰.۷ الی ۰.۸ گوس در قطبها)، اما گشتاور مغناطیسی آن ۶۰۰ برابر زمین است. دادههای کاسینی نشان میدهد که شار مغناطیسی درون زحل به شدت در قطبها متمرکز شده. همچنین میدان زحل امواج رادیویی قدرتمندی به نام SKR تولید میکند که اطلاعات مهمی درباره شفقهای قطبی آن ارائه میدهد. برخی قمرها مانند انسلادوس و تایتان نیز میدان مغناطیسی القایی دارند که وجود اقیانوسهای شور زیرسطحی را تأیید میکند.
بررسی مهمترین اقمار زحل
همانطور که اشاره شد، قمر حداقل تا امروز 146 قمر تایید شده در ابعاد اندازههای مختلف دارد که در این بخش برخی از آنها را پوشش میدهیم
| قمر | سال کشف منجم=م کاوشگر=ک | قطر(km) | ویژگی خاص |
| تایتان(Titan) | 1655(م.هویگنس) | 5150 | تنها قمر منظومه با جو غلیظ |
| رئا(Rhea) | 1672(م.کاسینی) | 1527 | دومین قمر بزرگ زحل با احتمال حلقه داشتن |
| یاپتوس(Iapetus) | 1671(م.کاسینی) | 1489 | یک طرف تیره، یک طرف روشن! |
| دیون(Dione) | 1684(م.کاسینی) | 1123 | احتمال وجود اقیانوس زیرسطحی بر آن |
| تتیس(Tethys) | 1684(م.کاسینی) | 1066 | دارای یک دهانهی عظیم |
| انسلادوس(Enceladus) | 1789(م.هرشل) | 504 | بلندترین آبفشانهای یخی منظومه را داراست |
| میماس(Mimas) | 1789(م.هرشل) | 396 | شبیه Death star در جنگ ستارگان |
| هایپریون(Hyperion) | 1848(م.باند) | 270(متوسط) | شکل اسفنجی و چرخش نامنظم به دور زحل |
| فوبه(Phoebe) | 1899(م.پیکرینگ) | 213 | مدار واپسگرا (خلاف جهت دیگر قمرها) |
| جانوس(Janus) | 1966(م.دولفوس) | 178(متوسط) | دارای تنها مدار نعل اسبی منظومه با اپیمتئوس |
| اپیمتئوس(Epimetheus) | 1966(م.واکر) | 113(متوسط) | مدار نعل اسبی مشترک با جانوس |
| پرومتئوس(Prometheus) | 1980(ک.وویجر) | 86(متوسط) | یکی از اقمار چوپان و حافظ مرز بین حلقهها |
| پاندورا(Pandora) | 1980(ک.وویجر) | 81(متوسط) | همکار پرومتئوس |
| پان(Pan) | 1990(م.شوالتر) | 28 | سبب ایجاد یکی از شکافهای بزرگ میان حلقهای |
| اطلس(Atlas) | 1980(ک.وویجر) | 30 | قمر چوپان و شکل بشقاب مانند |
نگاهی دقیقتر به 5 قمر بزرگتر زحل
1.تایتان؛ جهانی شبیه زمین
تایتان با قطری نزدیک به ۵,۱۵۰ کیلومتر (بزرگتر از عطارد)، دومین قمر بزرگ منظومه پس از گانیمد مشتری است. منحصربهفردترین ویژگی تایتان اتمسفر غلیظ نیتروژنی آن با فشاری ۱.۵ برابر فشا جو زمین است که آن را به تنها قمر با اتمسفر قابل توجه تبدیل کرده است.
کاوشگر هویگنس که در سال ۲۰۰۵ توسط فضاپیمای کاسینی حمل شد و بر سطح تایتان فرود آمد، چشماندازی از درههای خشک، بستر رودخانهها و سنگهای یخی گردشده را نشان داد که شبیه مناطق خشک زمین بود. اما در سطح تایتان، به جای آب، هیدروکربنهای مایع (عمدتاً متان و اتان) جریان دارند! دریاچهها و دریای لایگئا که با رادار کاسینی تصویربرداری شده، بزرگترین دریاچهی هیدروکربنی شناختهشده در تمام منظومه است.
زیر پوستهی یخی تایتان نیز احتمالاً یک اقیانوس آب مایع و آمونیاک قرار دارد که آن را به یکی از مهمترین کاندیداهای جستجوی حیات در منظومه تبدیل کرده است.
2.انسلادوس؛ آبفشان اگر قمر بود…
انسلادوس با قطر تنها ۵۰۴ کیلومتر، یکی از درخشانترین اجرام منظومه است. زیرا پوستهی آن از یخ آب تقریباً خالص تشکیل شده و نور خورشید را به شدت بازتاب میکند. اما شهرت اصلی انسلادوس به دلیل آبفشانهای غولپیکر در قطب جنوب آن است!
کاوشگر کاسینی در سال ۲۰۰۵ ستونهایی از بخار آب، یخ و مواد آلی را مشاهده کرد که از شکافهای سطحی به ارتفاع صدها کیلومتر به فضا پرتاب میشوند. منشأ این آبفشانها، یک اقیانوس جهانی آب مایع در زیر پوستهی یخی انسلادوس است. ذرات یخی فورانشده در مدار زحل پخش میشوند و بین حلقهها پخش میشوند.
کشف فسفر در سال ۲۰۲۳ و وجود سایر عناصر کلیدی حیات در این آبفشانها، انسلادوس را به یکی از اصلیترین کاندیداها برای وجود حیات فرازمینی در منظومه تبدیل کرده است.
3.میماس؛ قمر محبوب جنگ ستارگان!
میماس با قطر ۳۹۶ کیلومتر، کوچکترین قمر در میان اقمار بزرگ زحل است اما شاخصترین چهره را دارد. دهانهی برخوردی هرشل (Herschel) با قطر ۱۳۰ کیلومتر (حدود یکسوم قطر خود قمر) و دیوارهای به ارتفاع ۵ کیلومتر، آن را به طور حیرتانگیزی شبیه ستارهی مرده (Death Star) از فیلم جنگ ستارگان کرده است.
این برخورد چنان شدید بود که تقریباً میماس را متلاشی کرد. وجود یک اقیانوس زیرسطحی در میماس هنوز قطعی نیست، اما نوسانات مداری آن نشانههایی از یک اقیانوس جوان (احتمالاً کمتر از ۲۵ میلیون سال) را نشان میدهد. از نظر توزیع دما نیز میماس وضعیتی عجیب دارد، بخشهایی از میماس در روز قمر سردتر از اطراف و در شب همان بخشها گرمتر از اطراف هستند. تنها توضیح علمی این وضعیت تفاوت در ظرفیت گرمایی است، یعنی احتمالاً در آن نواحی تخلخل سطح زیرین به شدت کم شده و سنگها بیشتر به هم چسبیدهاند.
همچنین میماس دارای لیبراسیون(نوسانات چرخش قمر به دور خود) غیر عادی است و برای جسمی به جرم و اندازهی آن بسیار زیاد است. دو سناریوی محتمل برای علت ایجاد این وضعیت مطرح شدهاست:
اول اینکه ممکن است هستهی داخلی میماس به صورت غیرعادی دراز باشد و حالت هیدرواستاتیک نداشته باشد. به طور خلاصه، هستهی دراز مانند یک وزنه در بعضی مواقع مستقیماً بر لیبراسیون تاثیر میگذارد و آن را کنترل میکند.
سناریوی دوم اینکه ممکن است میماس دارای اقیانوس زیرسطحی مانند انسلادوس باشد. اما این اقیانوس در صورت وجود قطعاً بسیار جوان است و تازه شکل گرفته، زیرا عملاً هیچ نشانهای از وجود آب در سطح زیرین، بر سطح بالایی آن دیده نمیشود.
۴.دیون؛ قمری قدیمی و نسبتاً فعال
دیون از نظر ترکیب شبیه رئا و تتیس است اما شواهدی از فعالیتهای زمینشناسی گذشته و احتمالاً حال حاضر را نشان میدهد. کاوشگر کاسینی رشتهکوههای یخی عظیمی به ارتفاع ۱.۵ کیلومتر را بر روی دیون کشف کرد که شبیه به خطالرأسهای زمینی هستند.
علاوه بر این، دیون دارای جوی بسیار رقیق عمدتاً از یونهای اکسیژن است. و نشانههایی از وجود اقیانوس زیرسطحی نیز دارد.
5.رئا؛ شاید قمری حلقهدار
رئا دومین قمر بزرگ زحل است. در سال ۲۰۰۸، اخترشناسان بر اساس دادههای کاسینی احتمال وجود یک سیستم حلقهی نازک در مدار رئا را مطرح کردند. اگر این فرضیه تأیید شود، رئا اولین و تنها قمر دارای حلقه خواهد بود.
هرچند مشاهدات بعدی موفق به تأیید قطعی این حلقهها نشدند، اما رئا همچنان از نظر زمینشناسی جذاب است. سطح آن پر از دهانههای برخوردی قدیمی و نوارهای روشن یخی است که نشان از تاریخچهی پیچیده از نظر زمینشناختی دارد.
این قمر همچنین اتمسفر رقیقی متشکل از اکسیژن و کربن دی اکسید دارد
۶. یاپتوس؛ قمر دوچهره
اگرچه یاپتوس از نظر اندازه در ردهی اقمار بزرگ قرار دارد، اما به دلیل جرمش اغلب جداگانه بررسی میشود. اختلاف رنگ شدید آن به قدری عجیب است که کاسینی، کاشف آن، نوشت: «چگونه ممکن است یک نیمه چنان تاریک و دیگری چنان روشن باشد؟»
خوب است بدانید علت این تفاوت رنگ امروزه مشخص شده، جذب مواد تاریک منتشر شده از قمر فوبه که روی نیمی از یاپتوس (در جهت حرکت مداری) نشسته است!
همچنین یک برجستگی استوایی به ارتفاع ۱۳ کیلومتر، یاپتوس را شبیه به یک گردو کرده است.
اقمار کوچکتر ولی مهم زحل
1.تتیس:
سطح تتیس مانند بسیاری از اقمار زحل دارای دهانههای برخوردی بسیاری است اما شاخصترین آنها دهانهای پهنپیکر به نام ادیسه(Odysseus) است.
ادیسه با قطر 400 کیلومتر نزدیک به 40 درصد مساحت قمر را پوشش میدهد.
تتیس همچنین درهی بزرگی بر سطح خود به نام درهی ایتاکا(Ithaca Chasma) دارد که با طول 2,000 کیلومتر، عرض 100 کیلومتر و عمق 3 الی 5 کیلومتر، در حدود سه چهارم سطح قمر حضور دارد.
هر دو پدیده احتمالاً ناشی از انجماد سریع اقیانوسی باستانی در اعماق تتیس در گذشتههای دور هستند.
2.هایپریون:
قمری بسیار متخلل با لیبراسیون نامنظم، هایپریون تنها قمر منظومه است که تا این حد دارای چرخش آشفته است.
چگالی هایپریون به دلیل تخلخل بالا تقریباً نصف یخ است!
3.فوبه:
از فوبه به عنوان قمر بیگانهی زحل یاد میشود چرا که مدار آن واپسگرا است و در خلاف جهت دیگر اقمار به دور زحل حرکت میکند. احتمال میرود فوبه درواقع سیارکی اسیر شده در مدار زحل باشد.
تلسکوپ اسپیتزر موفق به کشف حلقهای نازک و بسیار کمنور در نزدیکی مدار فوبه شد. این حلقه بزرگترین ساختار از نوع خود در تمام منظومه است و از این جهت مهم است که ذرات موجود در این حلقه هرگاه با فوبه برخورد میکنند، متلاشی شده و حرکتی مارپیچی تحت تاثیر فشار تابشی خورشید(نیروی وارده از سمت فوتونهای برخوردی به ذرات بسیار ریز متلاشی شده) را به سمت مدارهای داخلی زحل آغاز میکنند و در نهایت به نیمکرهی پیشروی(سمت جلوی قمر در حرکت دور زحل) یاپتوس برخورد میکنند. طی میلیونها سال بمباران مداوم، این ذرات نیمی از یاپتوس را سیاه کردند.
4.جانوس و اپیمتئوس:
این دو قمر از اقمار چوپان هستندو قمررهای چوپان با نیروی گرانش خود، مدار حلقهها و شکافهای بین آنها را تنظیم میکنند و نمیگذارند ذرات آنها پراکنده شوند. مهمترین نکته در مورد این دو قمر این است که آنها تنها ساختار مدار نعل اسبی در تمام منظومه را تشکیل دادهاند. مدار نعل اسبی حالتی است که دو جسم هم اندازه و با فاصلهی بسیار اندک از یکدیگر ایجاد میکنند.
تصویر زیر نشان میدهد که مدار نعل اسبی دقیقاً چطور کار میکند:
۵. پرومته و پاندورا:
این دو قمر نیز از اقمار چوپان هستند. شواهدی نشان میدهد پرومتئوس به صورت دورهای از یکی از حلقههای زحل ذرات را میرباید و دنبالههایی از مواد ایجاد میکند که در نزدیکی مدارش شناور میشوند.
۶. اطلس و پان:
این دو هم از اقمار چوپان هستند. هردو شکل بشقابی دارند. علت بشقابی بودن این دو قمر، جذب ذرات از حلقههای زحل در طی سالیان است.
مأموریتهای کاوش زحل؛ از پایونیر تا کاسینی
درک ما از زحل تا پیش از عصر فضا، محدود به تصاویر تار تلسکوپهای زمینی بود. تنها با فرستادن فضاپیماها به مدار این غول گازی بود که ماهیت واقعی حلقهها، پیچیدگی جو و تنوع شگفتانگیز قمرهای آن آشکار شد. در این بخش، مهمترین مأموریتهای کاوش زحل را مرور میکنیم.
نخستین دیدار؛ پایونیر 11 (Pioneer 11)
پایونیر 11 در سال 1979 از فاصلهی 20,000 کیلومتری زحل گذر کرد و با کشف یکی از حلقهها و قمر اطلس و همچنین اندازه گیری دمای جو بالایی و شدت میدان مغناطیسی زحل به مأموریت خود پایان داد و همچنان در فضا شناور است. پایونیر 11 درواقع راه را برای کاوشهای بعدی هموار کرد.
انقلاب اول؛ وویجر 1و2 (Voyager)
وویجرها با فاصلهی کوتاهی از یکدیگر به زحل رسیدند و دانستههای ما از زحل و دیگر سیارات گازی را افزایش دادند.
وویجر ۱ در سال 1980 از فاصلهی ۱۲۴,۰۰۰ کیلومتری از ابرها گذر کرد. تصاویر آن برای اولین بار ساختار لایهلایه و پیچیدهی حلقهها را با جزئیات خیرهکننده نشان دادند. همچنین سه قمر جدید پرومته، پاندورا و اطلس و جزئیات سطح قمرهایی مانند تایتان، میماس و انسلادوس را ثبت کرد.
وویجر 2 در سال 1981 از فاصلهی دورتر، حدود ۱۶۰,۰۰۰ کیلومتر گذر کرد اما دادههای ارزشمندی درباره جو و میدان مغناطیسی جمعآوری کرد. وویجرها نخستین نقشههای دمایی جو زحل، اندازهگیری سرعت باد تا ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه و شواهد اولیه از وجود اقیانوس زیرسطحی در تایتان را فراهم کردند.
هر دو کاوشگر هماکنون در فضا شناوراند. پیش از پرتاب دو نسخه از یک صفحهی مسی با روکش طلا بر دو وویجر نصب شد که حاوی اطلاعاتی از موقعیت زمین در منظومه شمسی، 115 تصویر آنالوگ از زندگی روزمرهی بشر و طبیعت بود.
همچنین یک صفحهی گرامافون و سوزن آن نیز قرار داده شده بود که صداهای زیادی نظیر صدای باد، رعد و برق، آواز پرندگان و نیز صدای افراد مختلف از کشورها و تمدنهای مختلف بر روی آن ضبط شده است.
پیامهای خوشامدگویی صوتی هم به 55 زبان مختلف از جمله فارسی و آکَدی که از زبانهای مرتبط ایران باستان است بر روی آن ضبط و ارسال شد. علاوهبر این در بین 115 تصویر آنالوگ، یک تصویر از یک زن برنجکار ایرانی نیز وجود دارد.
همچنین یک پیام صوتی 7 ثانیهای توسط آقای اسحاق سامیه ضبط شده است که در آن گفته است:
«درود بر ساکنین ماورای آسمانها»
سپس یک بیت از شعر بنیآدم سعدی را خوانده است:
بنیآدم اعضای یک پیکراند، که در آفرینش ز یک گوهراند
چو عضوی به درد آورد روزگار، دگر عضوها را نماند قرار
در تمام پیامهای این صفحه تنها دو قطعه شعر وجود دارد که یکی از آنها شعر سعدی است.
پیامی از جیمی کارتر، رئیس جمهور وقت آمریکا نیز به صورت مکتوب در این صفحه گنجانده شده است.
کارل ساگان، سرپرست و مسئول انتخاب محتوای دیسک طلایی نیز دربارهی آن گفته بود:
پرتاب این بطری به اقیانوس کیهانی، چیز بسیار امیدوارکنندهای دربارهی زندگی در این سیاره میگوید.
عصر طلایی؛ کاسینی – هویگنس
مأموریت کاسینی(Cassini)، قطعاً نقطهی عطف و شکوفایی شناخت ما از سیاهی ششم است. این کاوشگر 13 سال در مدار زحل باقیماند و انقلابی در دانش ما ایجاد کرد. کاسینی از سال 2004 تا 2017 در مدار زحل خدمت کرد. در این مدت تقریباً حلقههای زحل را از همه جهت بررسی کرد و تپهها و امواج داخل حلقهها را کشف کرد. همچنین برای اولینبار ضخامت حلقهها را اندازه گیری نمود.
همچنین کاسینی بیشترین کاوشها را بر جو زحل از جمله توفانهای سفید رنگ و توفان شش ضلعی انجام داد. کاسینی شفق های قطبی زحل و میدان مغناطیسی زحل را بررسی کرد و نیز محور اصلی کشف قمرهای جدید و کاوش ویژگیهایی از جمله اقیانوسهای زیرسطحی، دریاچههای هیدروکربنی و آبفشانهای قمرهای زحل بود.
طوفان شش ضلعی نیز مشخص است
سطح نشین هویگنس
سال 2004 کاسینی کاوشگر هویگنس(Huygens) را به سمت تایتان پرتاب کرد. این کاوشگر در سال ۲۰۰۵ بر سطح تایتان فرود آمد و نخستین و البته تاکنون تنها فرود نرم را روی یک قمر در منظومهی سیارات بیرونی انجام داد. هویگنس در طول فرود ۲.۵ ساعته و سپس ۷۲ دقیقه فعالیت روی سطح، تصاویری از بستر رودخانههای خشک و دشتهای یخی مخروطی شکل تایتان ارسال کرد که نشاندهندهی وجود جریانهای مایع هیدروکربنی در گذشته و شاید در حال حاضر است.
البته مأموریت هویگنس بدون مشکل نبود.
هویگنس توانایی حمل یک فرستندهی بزرگ که از آنجا مستقیماً با زمین ارتباط بگیرد را نداشت،
بنابراین تصمیم گرفتهشد تا دو گیرنده بر کاسینی نصب شود که با هویگنس مرتبط باشد
و برای تسریع در ارسال دادهها، دو گیرنده عکسها و دادهها را یک در میان دریافت کنند
و سپس از طریق کاسینی به زمین ارسال شوند اما یک خطای انسانی باعث شد
که فرمان روشن شدن یکی از دو گیرندهی مدارگرد کاسینی هرگز ارسال نشود.
در نتیجه، نیمی از تصاویر مورد انتظار (حدود ۳۵۰ تصویر از ۷۰۰ تصویر) و همچنین دادههای اصلی آزمایش سرعت باد تایتان از دست رفت.
که فقط نیمی از آن ارسال شد
تیم تصویربرداری آگاهانه ریسک کرده بود. برای دریافت حداکثر تعداد تصاویر، آنها دادهها را به صورت یک در میان روی دو کانال فرستادند. دیوید ساوتوود، مدیر علوم ESA، در این باره گفت: «آنها تصمیم گرفتند بدون چتر نجات پرواز کنند. اما به عنوان یک دانشمند، من هم دقیقاً همین کار را میکردم».
خوشبختانه، تلسکوپهای رادیویی زمینی سیگنال وابسته به فرستندهی خاموش را مستقیماً از هویگنس دریافت کردند و متخصصان توانستند مسیر پرواز و سرعت باد تایتان را از روی آن بازسازی کنند. اگرچه این کار نیازمند پردازش سنگین داده بود، اما تمام اهداف علمی آزمایش سرعت باد محقق شد.
پایان شکوهمند(Grand Finale)
وقتی سوخت کاسینی به پایان رسید، دانشمندان ناسا تصمیم گرفتند آن را به طور عمدی در جو زحل غرق کنند. دلیل این کار محافظت از قمرهای انسلادوس و تایتان بود؛ زیرا احتمال میرفت کاسینی با این قمرها برخورد کرده و آنها را با میکروبهای زمینی آلوده کند.
در سال ۲۰۱۷، کاسینی وارد آخرین فاز مأموریت خود شد، یعنی ۲۲ بار عبور از شکاف باریک بین زحل و حلقههای درونی آن. در این عبورها، برای اولین بار فاصلهی دقیق حلقهها از سیاره و جرم آنها اندازهگیری شد. سرانجام در ۱۵ سپتامبر ۲۰۱۷، کاسینی وارد جو زحل شد و در کمتر از یک دقیقه با ارسال آخرین دادههای خود تا لحظهی نابودی به کار خود پایان داد.
عملیات انهدام کاوشگری که اکثر دانش خود از زحل را مدیون آن هستیم، بیشک یکی از حماسیترین عملیاتهای فضایی بودهاست.
مأموریتهای آینده؛ سنجاقک!
ناسا در حال آمادهسازی مأموریت سنجاقک (Dragonfly) است. یک پهپاد هشتملخه که مقرر شده در سال ۲۰۳۴ به تایتان برسد و به جستجوی حیات و مطالعهی شیمی آلی پیچیده در سطح و جو آن بپردازد. برخلاف هویگنس که در یک نقطه فرود آمد، دراگونفلای میتواند در مناطق مختلف تایتان پرواز کند و نمونهبرداری کند. این مأموریت میتواند درک ما را از احتمال وجود حیات در منظومه شمسی متحول کند. از آنجا که این قمر دارای اتمسفری بسیار غلیظ است، پرواز کردن در آن احتمالاً راحت از راه رفتن بر آن است!
رصد زحل از زمین
زحل در آسمان شب از جمله اجرام پرنور است. بنابراین با چشم غیرمسلح نیز قابل دیدن است. زحل تقریباً به رنگ سفید تا کمی زرد(نه خیلی) دیده میشود.
اگر با تلسکوپ به آن نگاه کنید، بسته به قطر دهانه و فاصله کانونی تلسکوپ اشکال متفاوتی از آن را خواهید دید اما کوچکترین تلسکوپها هم میتوانند وجود حلقهی آن را تشخیص دهند یا حداقل آن را کاملاً گرد نشان نمیدهند.
بهترین زمان رصد زحل زمانی است که در شرایط مقابله یا به طور خلاصه دقیقاً شرایطی که زمین بین زحل و خورشید قرار میگیرد است. در آن زمان زحل از همیشه پرنور تر خواهد بود. گاهی نیز ممکن است زحل را بدون حلقه ببینید. این اتفاق هر 15 سال یکبار به دلیل قرارگیری زمین و زحل در زاویهمداری صفر نسبت به یکدسگر رخ میدهد.
نتیجه
در تمام منظومه، شاید زحل شگفانگیزترین سیاره از نظر تعداد عجایب علمی باشد. از توفان ششضلعی قطب شمال گرفته تا آبفشانهای انسلادوس که صدها کیلومتر به فضا میجهند و شاید حیات را فریاد میزنند. بارانهای هیدروکربنی، خرده سنگهای چرخان، دهانههای عظیم، غلیظترین اتمسفرها و پایههای حیات، همگی به دور زحل میچرخند جهانهایی آنقدر شبیه زمین اطراف این سیاه هستند که هرگز فکرش را هم نمیکردیم.
زحل تنها یک توپ زرد و یک مشت سنگ ریزهی چرخان نیست، زحل معماری ست که حلقههایش را نه از طلا و الماس، که از تکههای یخ ساخته، آنقدر نازک که انگار فقط برای نشاندن حسرت در دل ما آفریده شدهاند. زحل، یادآوری است از انسانهایی که قرنها به آسمان خیره شدند تا امروز ما بدانیم در گوشهای از این منظومه، سیارهای میچرخد که هیچکس از شگفتیهایش سیر نمیشود.
شاید روزی، فضاپیمایی دیگر به سوی زحل برود. شاید روزی، در اقیانوسهای انسلادوس موجودی ذرهبینی شنا کند و نداند که ما اینجا، روی یک نقطهی آبی دور، تمام مدت منتظر نشانهای از او بودیم. تا آن روز، زحل همچنان در آسمان میدرخشد. نه فقط به عنوان یک سیاره، بلکه به عنوان وعدهای از آنچه هنوز کشف نکردهایم.
یک پاسخ