مطالعه جدید سن قطعی حلقه‌های زحل را مشخص می‌کند: آنها واقعاً جوان هستند

اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

یک مطالعه جدید به رهبری فیزیکدان ساشا کمپ در دانشگاه کلرادو بولدر قوی‌ترین شواهدی را ارائه کرده است که نشان می‌دهد حلقه‌های زحل به‌طور قابل‌توجهی جوان هستند که به طور بالقوه به سؤالی پاسخ می‌دهد که بیش از یک قرن دانشمندان را درگیر خود کرده است.

این تحقیق، سن حلقه‌های زحل را بیش از 400 میلیون سال نمی‌داند. این امر باعث می‌شود که حلقه‌ها بسیار جوانتر از خود زحل باشد که حدود 4.5 بیلیون سال سن دارد.

کمپف، دانشیار آزمایشگاه فیزیک جوی و فضایی (LASP) در CU Boulder، توضیح داد که دانه‌های ریز مواد سنگی از منظومه شمسی و زمین عبور می‌کنند. در برخی موارد، این شار می‌تواند لایه نازکی از غبار را بر روی اجرام سیاره‌ای، از جمله روی یخی به جای بگذارد که حلقه‌های زحل را تشکیل می‌دهد.

در مطالعه جدید، او و همکارانش تصمیم گرفتند تا با مطالعه سرعت ایجاد این لایه گرد و غبار، تاریخ حلقه‌های زحل را تعیین کنند: چیزی شبیه تعیین قدمت یک خانه با کشیدن انگشت روی سطوح آن.

کمپف گفت: «به حلقه‌ها مثل فرش خانه‌تان فکر کنید. “اگر فرش تمیزی دارید، فقط باید صبر کنید. گرد و غبار روی فرش شما مینشیند. همین امر در مورد حلقه‌ها نیز صادق است.”

این یک فرآیند دشوار بود: از سال 2004 تا 2017، این تیم از ابزاری به نام Cosmic Dust Analyzer در فضاپیمای کاسینی ناسا برای تجزیه و تحلیل ذرات غباری استفاده کردند که در اطراف زحل پرواز می‌کردند. در طول این 13 سال، محققان تنها 163 دانه را جمع‌آوری کردند که از خارج از همسایگی نزدیک سیاره سرچشمه گرفته بودند. اما همین کافی بود. بر اساس محاسبات آنها، حلقه‌های زحل تنها چند صد میلیون سال است که گرد و غبار را جمع‌آوری می‌کنند.

به عبارت دیگر، حلقه‌های این سیاره پدیده‌های جدیدی هستند که از نظر کیهانی به اندازه یک چشم بر هم زدن به وجود می‌آیند (و احتمالاً ناپدید می‌شوند).

کمپف گفت: “ما تقریباً می‌دانیم که حلقه‌ها چقدر قدیمی هستند، اما هیچ یک از مشکلات دیگر ما را حل نمی‌کند.” ما هنوز نمی‌دانیم که این حلقه‌ها در وهله اول چگونه شکل گرفتند.

از گالیله تا کاسینی

محققان بیش از 400 سال است که مجذوب این حلقه‌های به ظاهر شفاف هستند. در سال 1610، ستاره‌شناس ایتالیایی، گالیلئو گالیله، برای اولین بار این ویژگی‌ها را از تلسکوپ مشاهده کرد، اگرچه او نمی‌دانست آنها چیست. (نقشه‌های اصلی گالیله حلقه‌ها را کمی شبیه دسته‌های یک کوزه آب می‌کند). در دهه 1800، ماکسول، دانشمندی از اسکاتلند، به این نتیجه رسید که حلقه‌های زحل نمی‌توانند جامد باشند، بلکه از تکه‌های متعددی تشکیل شده‌اند.

امروزه دانشمندان می‌دانند که زحل میزبان هفت حلقه است که از تکه‌های بی‌شماری یخ تشکیل شده‌اند که بزرگ‌تر از یک تخته سنگ روی زمین نیستند. در مجموع، وزن این یخ تقریباً نصف قمر زحل میماس است و نزدیک به 175000 مایل از سطح سیاره امتداد دارد.

کمپف اضافه کرد که در بیشتر قرن بیستم، دانشمندان تصور می کردند که حلقه‌ها احتمالاً همزمان با زحل تشکیل شده‌اند.

اما این ایده چند مسئله را ایجاد کرد – یعنی حلقه‌های زحل تمیز و درخشان هستند. مشاهدات نشان می‌دهد که این ویژگی‌ها از نظر حجمی تقریباً 98 درصد از یخ آب خالص تشکیل شده‌اند که فقط مقدار کمی ماده سنگی دارد.

کمپف گفت: «تقریبا غیرممکن است که به چیزی به این تمیزی دست پیدا کنید.

کاسینی فرصتی را برای تعیین سن قطعی در حلقه‌های زحل ارائه داد. این فضاپیما برای اولین بار در سال 2004 به زحل رسید و داده ها را جمع آوری کرد تا اینکه در سال 2017 به طور عمدی به جو سیاره برخورد کرد. تحلیلگر غبار کیهانی که کمی شبیه به یک سطل بود، ذرات کوچک را در حین حرکت به سمت خود جمع آوری کرد.

مهندسان و دانشمندان در LASP یک تحلیلگر غبار بسیار پیچیده‌تر را برای مأموریت آینده ناسا اروپا Clipper طراحی و ساخته‌اند که قرار است در سال 2024 پرتاب شود.

این تیم تخمین زد که این کثیفی بین سیاره‌ای هر سال کمتر از یک گرم گرد و غبار به هر فوت مربع از حلقه‌های زحل وارد می‌کند – خیلی خفیف، اما به اندازه‌ای است که در طول زمان جمع شود. مطالعات قبلی همچنین نشان داده بود که حلقه‌ها می‌توانند جوان باشند، اما معیارهای قطعی تجمع گرد و غبار را شامل نمی‌شدند.

حلقه‌ها ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. در مطالعه قبلی، دانشمندان ناسا گزارش دادند که یخ به آرامی بر روی سیاره می بارد و می تواند تا 100 میلیون سال دیگر به طور کامل ناپدید شود.

کمپف گفت که این ویژگی‌های زودگذر در زمانی وجود داشتند که گالیله و فضاپیمای کاسینی می‌توانستند آن‌ها را رصد کنند، به نظر می‌رسد که برای درست بودن خیلی خوب به نظر می‌رسد – و توضیحی برای چگونگی تشکیل حلقه‌ها در وهله اول می‌طلبد. برای مثال، برخی از دانشمندان احتمال داده‌اند که حلقه‌های زحل زمانی تشکیل شده باشند که گرانش این سیاره یکی از قمرهایش را نابود کرده است.

“اگر حلقه‌ها کوتاه مدت و پویا هستند، چرا اکنون آنها را می‌بینیم؟” او گفت. “این خیلی شانسی است.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

New study puts a definitive age on Saturn’s rings: They’re really young

by University of Colorado at Boulder MAY 12, 2023

https://phys.org/news/2023-05-definitive-age-saturn-theyre-young.html