حلقه های کیوان: متفاوت با چیزی که دیده می شود؟

* حس ما می گوید که یک ماده ی کدر می بایست چگال تر از یک ماده ی گذرا (شفاف) باشد. برای نمونه، آب هرچه گل آلودتر باشد ذرات گِل بیشتری در آن شناور است تا آب شفاف. به همین ترتیب شاید فکر کنیم که در حلقه های سیاره ی کیوان (زحل)، هر چه ناحیه ای کدرتر باشد مواد بیشتری در آن انباشته شده تا حلقه هایی که گذرا به نظر می آیند.

ولی بر پایه ی پژوهش تازه ای که به بهره از داده های فضاپیمای کاسینی ناسا انجام شده، این حس دیداری همیشه هم درست کار نمی کند. در این پژوهش، دانشمندان با شگفتی دریافتند که ارتباط اندکی میان چیزی که از یک حلقه می بینیم (کدری و بازتابندگی) و مقدار مواد درون آن وجود دارد.

حلقه ی B کدرترین حلقه ی اصلی کیوان است و در این عکس کاسینی که از سمت تاریک صفحه ی حلقه ها گرفته شده، تقریبا سیاه دیده می شود.
تصویر کمی بزرگ تر

این یافته های تازه درباره ی حلقه ی B بود، بازتابنده ترین و کدرترین (مات ترین) حلقه ی کیوان، و با پژوهش های پیشین سازگار بود که در آن ها هم به همین نتایج درباره ی دیگر حلقه های اصلی کیوان رسیده بودند.

دانشمندان دریافتند با آن که کدری حلقه ی B در پهنای آن به شدت تغییر می کند، جرم -یا مقدار ماده- چندان از جایی به جای دیگر آن تغییر نمی کند. آن ها برای نخستین بار با بررسی امواج مارپیچی چگالی، مرکزِ تقریبا مات حلقه ی B را "وزن کردند" -از دید فنی، چگالی جرم آن را در چند جا اندازه گرفتند. این امواج چگالی ساختارهایی در اندازه های کوچک هستند که در اثر کشش گرانشی ماه های کیوان، و همچنین گرانش خود کیوان بر ذرات حلقه ها پدید می آیند. ساختار هر موج بستگی مستقیم به مقدار جرم در آن بخش حلقه که موج هم در آنست دارد.

متیو هدمن، نویسنده ی اصلی پژوهش و دانشمند همکار کاسینی در دانشگاه آیداهو می گوید: «ما هنوز نمی دانیم چگونه مناطقی با مقدار یکسانی ماده می توانند چنین تفاوت هایی در کدری داشته باشند. شاید مربوط به اندازه یا چگالی خود ذرات باشد، یا شاید هم به ساختار حلقه ها ربط داشته باشد.» نویسنده ی دیگر پژوهش، یکی از پژوهشگران کاسینی به نام فیل نیکولسون از دانشگاه کرنل ایتاکای نیویورک بود.

نیکولسون می گوید: «ظاهر می تواند ما را فریب دهد. یک نمونه ی خوب، چمنزاری مه آلود است که بسیار کدرتر از یک استخر شنا به نظر می رسد، با این که استخر چگال تر است و آب بسیار بیشتری در خود دارد.»

پژوهش بر روی حلقه های کیوان پیامدهای مهمی برای [شناخت] سن آن ها دارد. یک حلقه ی کم جرم تر سریع تر از حلقه ای که مواد کمتر دارد دگرگون می شود. چنین حلقه ای با سرعت بیشتری توسط غبار شهاب ها و دیگر سرچشمه های کیهان به تیرگی می گراید. بنابراین هر چه حلقه ی B پرجرم تر باشد، احتمالا جوان تر است- شاید در اندازه ی چند صد میلیون سال نه چند میلیارد سال.

بخش هایی از حلقه ی B کیوان تا ۱۰ برابر کدرتر از همسایه ی
آن، حلقه ی A است، ولی حلقه ی B شاید تنها دو تا سه برابر
حلقه ی A وزن داشته باشد.

لیندا اسپیلکر، دانشمند پروژه ی کاسینی در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در پاسادنای کالیفرنیا می گوید" «در این پژوهش با "وزن کردن" هسته ی حلقه ی B برای نخستین بار، یک گام پرمعنا در شناخت و جور کردن سن و ریشه ی حلقه های کیوان برداشته شد. این حلقه ها به اندازه ای پُرهیبت و باشکوهند که تاب آوردن در برابر رمز و راز شیوه ی پیدایش آن ها ناممکن است.»

با این که همه ی سیاره های غول پیکر سامانه ی خورشیدی (مشتری، کیوان، اورانوس و نپتون) دارای سامانه های حلقه ای به گرد خود هستند، ولی حلقه های کیوان آشکارا چیز دیگریست. توضیح این که چرا حلقه های کیوان تا این اندازه درخشان و گسترده اند یک چالش مهم در شناخت روند پیدایش و تاریخ آن ها است. برای دانشمندان، چگالی مواد درون هر بخش از حلقه ها یک عامل کلیدی در نسبت دادن پیدایش آن ها به یک فرآیند فیزیکی است.

یک پژوهش پیشین از سوی اعضای گروه طیف سنج فروسرخ آمیخته ی کاسینی (CIRS) این احتمال را نشان داده بود که مواد درون حلقه ی B کمتر از چیزیست که تا آن زمان پژوهشگران فکر می کردند. این پژوهش تازه نخستین موردیست که به طور مستقیم چگالی جرم حلقه ی B را اندازه می گیرد و درست بودن آن یافته را نشان می دهد.

هدمن و نیکولسون از روشی تازه برای بررسی داده هایی که از یک رشته تصاویر کاسینی به دست آمده بود بهره جستند. این عکس ها توسط طیف سنج نقشه بردار فروسرخ و نور دیدنی کاسینی (VIMS)، و زمانی گرفته شدند که کاسینی حلقه ها را در راستای یک ستاره ی پرنور می دید (ستاره از پشت حلقه ها دیده می شد). آن ها با ترکیب چندین نما توانستند امواج چگالی مارپیچی را در حلقه ها شناسایی کنند که در سنجش های تکی مشخص نبود.

این بررسی همچنین نشان داد که جرم کلی حلقه ی B به گونه ی نامنتظره ای کم است. به گفته ی هدمن، این غافلگیرکننده بود زیرا بخش هایی از حلقه ی B تا ۱۰ برابر کدرتر از همسایه اش، حلقه ی A است، ولی حلقه ی B شاید تنها دو تا سه برابر بیش از حلقه ی A جرم داشته باشد.

با وجود جرم کمی که هدمن و نیکولسون برای حلقه ی B یافتند، هنوز هم پنداشته می شود این حلقه عمده ی مواد سامانه ی حلقه های کیوان را در خود جای داده باشد. و گرچه این پژوهش ابهام هایی را درباره ی جرم این حلقه به جا می گذارد، ولی یک اندازه گیری دقیق تر از جرم کلی حلقه های کیوان در راهست. پیش از این کاسینی میدان گرانشی کیوان را اندازه گرفته بود که جرم کل کیوان و حلقه هایش را نشان می داد. در سال ۲۰۱۷، کاسینی در واپسین گام ماموریتش با پروازی درست از درون حلقه ها، جرم کیوان تنها را اندازه خواهد گرفت. انتظار می رود تفاوت میان این دو اندازه سرانجام جرم واقعی حلقه ها را روشن کند.

جزییات این پژوهش در نگارش برخط نشریه ی ایکاروس منتشر شده.

این تصویر بخشی از یک سراسرنما (پانوراما) از سامانه ی اصلی حلقه های کیوان است که نام ویژگی های مهم حلقه ها هم در آن نوشته شده. تصویر بسیار بزرگ تر (۳.۸ مگ)

حلقه ی B اگر در نور خورشید دیده شود روشن ترین حلقه ی کیوان است. تصویر بسیار بزرگ تر (۵.۴ مگ)

-------------------------------------------------

تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

https://telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

rings - Saturn - NASA - Cassini mission - opacity - reflectiveness - B ring - main rings - density wave - Matthew Hedman - University of Idaho - Phil Nicholson - Cornell University - meteorite - Linda Spilker - Jet Propulsion Laboratory - planet - solar system - Jupiter - Uranus - Neptune - composite infrared spectrometer - visible and infrared mapping spectrometer - star - A ring - Icarus - ringplane

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان