يبلغ عمر حلقات زحل 400 مليون سنة فقط – فقط جزء بسيط من الخمسة مليارات سنة التي عاش فيها الكوكب.
يمتلك فريق دولي من الفيزيائيين أكثر الأدلة إقناعًا حتى الآن والتي من شأنها أن تحدد أصل الحلقات على أنها قادمة بعد فترة طويلة من تشكل الكوكب قبل 4.5 مليار سنة ، مجيبًا على سؤال كان يطارد العلماء لعدة قرون.
للوصول إلى اكتشافهم ، نظر فريق العلماء إلى الطوفان المستمر من الغبار الفضائي ، أو النيازك الدقيقة ، التي تتراكم في طبقات صغيرة في جميع أنحاء النظام الشمسي ، بما في ذلك الصخور والجليد التي تشكل حلقات زحل.
بقيادة جامعة كولورادو ، بولدر ، قضى العلماء 13 عامًا في جمع كمية ضئيلة من الغبار أثناء قياس معدل تراكمه على حلقات الكوكب ، وهي العملية التي تعادلوا فيها معرفة عمر المنزل عن طريق تمرير إصبع على أسطحه .
قال الدكتور كيمبف: فكر في الخواتم مثل السجادة في منزلك. إذا كان لديك سجادة نظيفة ، ما عليك سوى الانتظار. سوف يستقر الغبار على سجادتك. وينطبق الشيء نفسه على الحلقات.
التقط تلسكوب هابل صورة زحل
قدمت بعثة كاسيني عام 2004 ، التي أطلقتها ناسا بالتعاون مع وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الإيطالية لدراسة زحل وحلقاته ، فرصة فريدة للدكتور كيمبف وزملائه الفيزيائيين.
تم تجهيز المركبة الفضائية كاسيني ، التي قضت 13 عامًا في الدوران حول زحل ، بأداة تسمى محلل الغبار الكوني – وهي عبارة عن دلو متطور بشكل أساسي.
يمكنه التقاط جزيئات صغيرة مثل الفيروس والتحقيق في شحنتها الكهربائية وحجمها وتركيبها الكيميائي وسرعتها عبر الفضاء.
من عام 2004 إلى عام 2017 ، جمع الفريق 163 حبة غبار فقط نشأت من خارج المنطقة المجاورة لكوكب زحل. كمية لا حصر لها ، لكنها كانت كافية.
بناءً على حساباتهم ، التي نُشرت يوم الجمعة في مجلة Science Advances ، خلص الفريق إلى أن حلقات زحل كانت على الأرجح تتراكم الغبار لعدة مئات من ملايين السنين فقط.
اللغز المحيط بحلقات زحل له وزنه على علماء الفلك لعدة قرون.
تم اكتشاف الحلقات لأول مرة من قبل عالم الفلك الإيطالي جاليليو جاليلي في عام 1610 الذي استخدم تلسكوبًا ولاحظ أن الكوكب السادس من الشمس له “ آذان ” أو انتفاخات طويلة على جانبي الكوكب.
لم يكن تلسكوبه بنفس القوة التي يستخدمها علماء الفلك اليوم ، ولكن في السنوات التي تلت ذلك ، قرر مراقبو النجوم أن تلك النتوءات الشبيهة بمقبض الإبريق كانت في الواقع حلقات. لم تكن المادة التي تشكل حلقات زحل موضع شك حتى القرن التاسع عشر.
شرع عالم الرياضيات الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل في الإجابة على هذا السؤال ، بعد أن خلص إلى أن الحلقات لا يمكن أن تتكون من عنصر صلب واحد ، بل عدد لا يحصى من “الجسيمات غير المتصلة”.
لقد أثبت رياضيًا أن قوة الجاذبية ستكسر جسمًا رقيقًا يدور حول زحل وتنبأ بأن الحلقات تتكون من جسيمات تطفو حول الكوكب.
بالنسبة لمعظم القرن العشرين ، كان يعتقد أن الحلقات تشكلت على الأرجح في نفس الوقت الذي تشكلت فيه زحل.
قال الدكتور كيمبف: “بطريقة ما ، لدينا إغلاق لسؤال بدأ بجيمس كليرك ماكسويل”.
وفي تطور غير متوقع ، يمكن أن تختفي حلقات الكوكب.
على الرغم من أنه من غير المتوقع أن يختفوا تمامًا لمدة 100 مليون عام ، إلا أنهم يفقدون المواد باستمرار.
يؤدي القصف المستمر من النيازك الدقيقة وإشعاع الشمس إلى كهرباء الجسيمات التي تتكون منها الحلقات ، وتصطف مع المجال المغناطيسي لزحل وتتبع مساره غير المرئي أثناء دورانه حول الكوكب.
ولكن عندما تقترب الجسيمات كثيرًا من الغلاف الجوي لكوكب زحل ، فإن الجاذبية تمتصها ، مما يخلق ظاهرة يطلق عليها علماء الفلك “المطر الدائري”.
يعتبر الدكتور كيمبف حقيقة أن المركبة الفضائية كاسيني كانت قادرة على التقاط الميزات سريعة الزوال محظوظة بشكل لا يصدق ، على الرغم من أنها لا تجيب على سؤال حول كيفية تشكل هذه الحلقات في المقام الأول.
قال: إذا كانت الحلقات قصيرة العمر وديناميكية فلماذا نراها الآن؟ إنه حظ كبير.
ما الذي اكتشفته كاسيني خلال مهمتها التي استمرت 20 عامًا للإيفاد؟
انطلقت المركبة كاسيني من كيب كانافيرال بولاية فلوريدا عام 1997 ، ثم أمضت سبع سنوات في العبور تليها 13 عامًا تدور حول زحل.
انطباع فنان عن مركبة الفضاء كاسيني التي تدرس زحل
في عام 2000 ، أمضت ستة أشهر في دراسة كوكب المشتري قبل أن تصل إلى زحل في عام 2004.
في ذلك الوقت ، اكتشف ستة أقمار أخرى حول زحل ، وهياكل ثلاثية الأبعاد شاهقة فوق حلقات زحل ، وعاصفة عملاقة اجتاحت الكوكب لمدة عام تقريبًا.
في 13 ديسمبر 2004 ، قامت بأول رحلة طيران لها من أقمار زحل تيتان وديون.
في 24 ديسمبر ، أطلقت مسبار Huygens الذي بنته وكالة الفضاء الأوروبية على قمر زحل تيتان لدراسة غلافه الجوي وتكوين سطحه.
هناك اكتشف بحيرات هيدروكربونية غريبة مصنوعة من الإيثان والميثان.
في عام 2008 ، أكملت كاسيني مهمتها الأساسية لاستكشاف نظام زحل وبدأت في تمديد مهمتها (مهمة كاسيني الاعتدال).
في عام 2010 بدأت مهمتها الثانية (مهمة الانقلاب الشمسي كاسيني) والتي استمرت حتى انفجرت في الغلاف الجوي لكوكب زحل.
في ديسمبر 2011 ، حصلت كاسيني على أعلى الصور دقة لقمر كوكب زحل إنسيلادوس.
في ديسمبر من العام التالي ، تتبعت عبور كوكب الزهرة لاختبار جدوى مراقبة الكواكب خارج نظامنا الشمسي.
في مارس 2013 ، قامت المركبة الفضائية كاسيني بآخر رحلة طيران لقمر زحل ريا وقامت بقياس بنيته الداخلية وقوة الجاذبية.
لم تدرس كاسيني زحل فحسب ، بل التقطت أيضًا مناظر رائعة لأقماره العديدة. في الصورة أعلاه ، يمكن رؤية قمر كوكب زحل إنسيلادوس وهو ينجرف قبل الحلقات والقمر الصغير باندورا. تم التقاطه في 1 نوفمبر 2009 ، مع إضاءة خلفية الشمس للمشهد بأكمله
في يوليو من ذلك العام ، التقطت كاسيني زحلًا مضاءًا باللون الأسود لفحص الحلقات بتفاصيل دقيقة والتقطت أيضًا صورة للأرض.
في أبريل من هذا العام ، أكملت أقرب رحلة طيران لها على تيتان وبدأت مدارها غراند فينالي الذي انتهى في 15 سبتمبر.
قال أندرو كوتس ، رئيس مجموعة علوم الكواكب في مختبر مولارد لعلوم الفضاء في كلية لندن الجامعية: “لقد غيرت المهمة الطريقة التي نفكر بها في المكان الذي ربما تطورت فيه الحياة خارج كوكب الأرض”.
وأضاف: “بالإضافة إلى المريخ ، فإن أقمار الكواكب الخارجية مثل إنسيلادوس ويوروبا وحتى تيتان هي الآن أكبر المنافسين للحياة في أي مكان آخر”. “لقد أعدنا كتابة الكتب المدرسية عن زحل بالكامل.”