حلقه‌های اورانوس و نپتون می‌توانند به ترسیم فضای داخلی آنها کمک کنند!!
اعتبار: NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello
نقشه‌برداری از فضای داخلی غولهای یخی، دست کم دشوار است. نه تنها آنها دور هستند و بنابراین مشاهده آنها دشوارتر است، بلکه پوشش یخی ثابت آنها تشخیص آنچه در زیر آن نهفته است بسیار دشوار می‌کند. بنابراین دانشمندان باید راههای مبتکرانه‌تری برای دیدن آنچه در درون آنهاست ابداع کنند. تیمی از دانشگاه آیداهو، کال تک، کالج رید و دانشگاه آریزونا فکر می‌کنند که ممکن است راهی برای بررسی ساختار حلقه‌های نپتون و اورانوس بیابند.
اگرچه این اولین تکنیکی نیست که دانشمندان از آن استفاده کرده‌اند. تلاش‌های قبلی برای استفاده از تکنیک متداول نورسنجی برای تشخیص نوسانات در سطح سیاره تلاش کرده‌اند. سپس این نوسانات را می‌توان با چگالی بخشهای خاصی از درون سیاره مرتبط کرد. در حالی که این تکنیک برای مشتری به خوبی کار می‌کرد، داده‌های نورسنجی که ما از غولهای یخی تاکنون داریم برای تعیین پروفایلهای چگالی یکسان کافی نبوده است.
یکی از جایگزینها استفاده از نوسانات گرانشی در سطح سیاره است. به طور خاص، یک نوع الگوی نوسان وجود دارد که به عنوان “حالت عادی” شناخته می‌شود. این الگوی نوسان زمانی اتفاق می‌افتد که تمام قسمتهای یک سیستم با فرکانس سینوسی یکسان شروع به نوسان کنند و اثرات گرانشی نوسانات حالت عادی در داخل سیاره را می‌توان در خارج احساس کرد و در خود حلقه‌ها منعکس شد.
همچنین این اولین بار نیست که از الگوهای حلقه‌های یک سیاره برای محاسبه چگالی داخلی آن استفاده می‌شود. زحل نسبت به اورانوس یا نپتون، دو غول یخی با سیستمهای حلقه‌ای شناخته شده، سیستم حلقه ای بهتر درک شده‌ای دارد. دانشمندان سال‌هاست که با استفاده از داده‌های وویجر و کاسینی، تجزیه و تحلیل‌های لرزه‌شناختی روی سیستم حلقه زحل انجام می‌دهند. نتیجه، درک بهتر برخی از حالت‌های عادی درون سیاره و بنابراین تخمینی از ساختار هسته سیاره و سرعت چرخش بخش عمده مواد آن است.
نپتون و اورانوس هر کدام دارای یک سری حلقه‌های مختلف هستند، هرچند که آنها به خوبی زحل مطالعه نشده‌اند. برخی از آن حلقه‌هایی هستند که قمرهای چوپان را در برمی‌گیرند. اما طبق مقاله جدید، بازتاب چگالی مشابه امواج تشدید مشهود در حلقه‌های زحل احتمالاً در سیستمهای حلقه‌ای غول یخی نیز وجود دارد.
قمر چوپان (همچنین قمر گله‌بان یا قمر ناظر) ماهواره طبیعی کوچکی است که شکاف موجود در حلقه‌های سیاره را پاک می‌کند یا ذرات را درون یک حلقه نگه می‌دارد. این نام برگرفته از این واقعیت است که آنها جابه‌جایی «گله» ذرات تشکیل‌دهنده حلقه در مسیر خود را به عنوان یک چوپان محدود می‌کنند.
از نظر فیزیکی، قمرهای چوپان با دیگر قمرها متفاوت نیستند. وجه تمایز آنها تنها در اثری است که در نزدیکی یک حلقه سیاره‌ای ایجاد می‌کنند. آنها با اثر گرانشی خود، ذرات را جذب می‌کنند یا از راه رزنانس مداری آنها را از مدار اصلی خود منحرف می‌سازند. این باعث ایجاد شکاف‌هایی در سیستم حلقه می‌شود، مانند بخش جالب کاسینی و همچنین سبب به‌وجود آمدن دیگر حلقه‌های دارای جلوه‌های ویژه، یا تغییر شکل عجیب «پیچ خورده» حلقه‌ها می‌شود.
علاوه بر این، خود قمرهای چوپان درونی نیز ممکن است تحت تأثیر همان رزونانسها قرار گیرند. برخی از قمرها حتی می‌توانند رزونانس های خود را ایجاد کنند، مانند رزونانس لیندبلاد. تشدیدهای لیندبلاد که معمولاً در مقیاس کهکشانها دیده می‌شوند، به دلیل حرکت امواج چگالی مارپیچی شناخته می‌شوند که باعث ایجاد «بازوهایی» می‌شوند که در بسیاری از کهکشان‌های مارپیچی دیده می‌شوند. اما در مقیاس بسیار کوچک‌تر، همین اثر روی سیستمهای حلقه‌ای سیاره‌ای، از جمله زحل و به احتمال زیاد، نپتون و اورانوس اتفاق می‌افتد.
مشکل استفاده از این رزونانس‌های منعکس‌شده در حلقه‌ها، مشکلی است که اغلب علم با آن مواجه است و داده‌های کافی در مورد آنها وجود ندارد. تا کنون، هیچ کاوشگری به اندازه کافی برای ترسیم جزئیات مورد نیاز برای مشاهده دامنه کامل سیستم حلقه باقی نمانده است. نویسندگان مقاله و بسیاری از محققان دیگر پیشنهاد می‌کنند که زمان ارسال یک کاوشگر به غولهای یخی فرا رسیده است تا سیستمهای حلقه‌ای، قمرها و تعداد بی‌شمار دیگری که اخیراً کشف شده‌اند و رصد آنها از زمین سخت است، به‌طور مؤثری نقشه‌برداری کند. اما در حال حاضر، این ماموریت هنوز در تخته طراحی است، بنابراین باید منتظر بمانیم تا فضای داخلی و سیستم حلقه‌ای این جهان‌های سرد و بی‌ثبات را به‌طور کامل درک کنیم. حداقل زمانی که ما در نهایت یک کاوشگر را به آن طرف بفرستیم، چارچوب ریاضی برای کمک به روشن کردن این مکان‌های تاریک را خواهیم داشت.
The rings of Uranus and Neptune could help map their interiors
by Andy Tomaswick, Universe Today UNE 30, 2022
https://phys.org/news/2022-06-uranus-neptune-interiors.html