السبت/2018/09/22

كوكب زحل Saturn

كوكب زحل Saturn

كوكب زحل Saturn

زحل هو الكوكب السادس من حيث البُعد عن الشمس وهو ثاني أكبر كوكب في النظام الشمسي بعد المشتري، ويُصنف زحل ضمن الكواكب الغازية مثل المشتري وأورانوس ونبتون. وهذه الكواكب الأربعة معاً تُدعى “الكواكب الجوفيانية” بمعنى “أشباه المشتري”.

يعدّ نصف قطر هذا الكوكب أضخم بتسعة مرّات من ذلك الخاص بالأرض، إلا أن كثافته تصل لثمن كثافة الأرض، أما كتلته فتفوق كتلة الأرض بخمسة وتسعين مرة.

 

كوكب زحل Saturn

 

زُحَل اسمه مشتق من الجذر “زَحَل” بمعنى تنحّى وتباعد. ويُقال إنه سمي زُحَل لبعده في السماء، أما الاسم اللاتيني فهو مشتق من “ساتورن”، وهو إله الزراعة والحصاد عند الرومان، ويُمثل رمزه منجل الإله الروماني سالف الذكر.

تعدّ الظروف البيئية على سطح زحل ظروفًا متطرفة بسبب كتلته الكبيرة وقوة جاذبيته، ويقول الخبراء إن درجات الحرارة والضغط الفائق فيه يفوق قدرة العلماء والتقنيات الموجودة على إعداد شيء مشابه لها وإجراء التجارب عليه في المختبرات. يتكون زحل بنسبة عالية من غاز الهيدروجين وجزء قليل من الهيليوم، أما الجزء الداخلي منه فيتكون من صخور وجليد محاطٍ بطبقة عريضة من الهيدروجين المعدني وطبقة خارجية غازية.

 

كوكب زحل Saturn
انبعاثات حرارية لزحل على شكل بقعة ساخنة تظهر أسفل الصورة الملتقطة لجنوب الكوكب.

 

يُعتقد أن التيار الكهربائي الموجود بطبقة الهيدروجين المعدنية يساهم في زيادة قوة وجاذبية الحقل المغناطيسي الخاص بهذا الكوكب، والذي يقل حدة بشكل بسيط عن ذاك الخاص بالأرض وتصل قوته إلى واحد على عشرين من قوة الحقل المغناطيسي الخاص بالمشتري. سرعة الرياح على سطحه تقارب 1800 كم/س، وهي سرعة كبيرة جداً مقارنة مع سرعة الرياح على سطح المشتري.

يتميز زحل بتسع حلقات من الجليد والغبار تدور حوله في مستوى واحد مما يعطيه شكلاً مميزاً.

يوجد واحد وستون قمراً معروفاً يدور حول زحل باستثناء القميرات الصغيرة،وقد تمّ تسمية 53 قمرًا منها بشكل رسمي. من بين هذه الأقمار، يُعدّ “تايتان” القمر الأكبر، وهو كذلك ثاني أكبر قمر في المجموعة الشمسية، بعد “غانيميد” التابع للمشتري، وهو أكبر حجمًا من كوكب عطارد، ويُعتبر القمر الوحيد في المجموعة الشمسية ذي الغلاف الجوي المعتبر.

 

كوكب زحل Saturn

 

الصفات الفيزيائية

يبدو الكوكب لراصده مخططا عرضياً بموازاة الاستواء بخطوط ملونة. ولكنها ليست بمثل تباين خطوط المشتري، فيغلب عليها اللون الأصفر والبني الشاحب. وهذه الطبقة الخارجية عبارة عن بلورات أمونيا متجمدة وهي سبب لونه المصفر. ونتيجة لكثافة زحل المنخفضة ولحالته السائلة ولكونه سريع الدوران حول نفسه فقد أصبح كروياً مفلطحاً، أي أنه مفلطح عند القطبين ومنتفخ عند خط الاستواء. يختلف القطران الاستوائي والقطبي لزحل بنسبة 10% تقريباً، ويبلغان 108,728 كم (القطبي) و120,536 كم (الاستوائي).

ومن الجدير بالذكر أن الكواكب الغازية الأخرى هي مفلطحة أيضاً لكن بدرجة أقل من زحل. زحل هو الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي يملك كثافةً أقل من كثافة الماء، وبالرغم من أن نواة زحل ذات كثافة أعلى بكثير من المياه، إلا أن متوسط كثافة الكوكب هو 0.69 غ/سم3 بسبب غلافه الجوي الغازي. تبلغ كتلة زحل 95 ضعف كتلة الأرض، وللمقارنة، تبلغ كتلة المشتري 318 ضعف كتلة زحل، ولكنه أكبر من زحل بحوالي 20% فقط.

كوكب زحل Saturn

التركيب الداخلي

بالرغم من عدم وجود معلومات مباشرة حول بنية زحل الداخلية، إلا أنه يُعتقد أن باطنه مماثل لباطن كوكب المشتري مع وجود نواة صغيرة صخرية يحاط معظمها بالهيدروجين والهيليوم. تشبه النواة الصلبة في تكوينها تكوين نواة الأرض، ولكنها أكثر كثافة.

وهناك طبقة سميكة من الهيدروجين المعدني السائل، تليها طبقة من الهيدروجين والهيليوم السائل، إضافة إلى الغلاف الجوي الغازي الذي يمتد لمسافة 1,000 كم فوق هذا. وتوجد أيضاً كميّات ضئيلة من مواد متطايرة مختلفة.

وتقدر كتلة النواة بما بين 9 و22 ضعف كتلة الأرض.نواة زحل حارّة جداً، حيث أن درجة حرارتها تصل إلى 11,700 درجة مئوية، وهي تُشع إلى الفضاء الخارجي طاقة تُعادل 2.5 ضعف الطاقة التي تصلها من الشمس.

وتنشأ معظم هذه الطاقة غير الاعتياديّة في النواة من خلال آلية كلفن هلمهولتز، أو ضغط الجاذبية البطيء، ولكن هذا وحده قد لا يكون كافياً لتفسير توليد زحل العالي للحرارة. وتوجد آليّة إضافيّة مقترحة لكيفيّة توليد زحل لبعض هذه الحرارة، وهي “إمطار” قطيرات هيليوم دقيقة كانت مدفونة عميقاً داخل نواة زحل، وتنتج هذه القطيرات احتكاكاً ومن ثم حرارةً أثناء سقوطها عبر الهيدروجين الأخف منها.

الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي الخارجي لكوكب زحل من الهيدروجين الجزيئي بنسبة 96.3% والهليوم بنسبة 3.25%.كما توجد كميات ضئيلة من غازات الأمونيا والأسيتيلين والإيثان والميثان والفوسفين. تتكوّن سحب زحل العليا من بلورات الأمونيا، في حين يبدو أن السحب منخفضة الارتفاع تتكوّن من بيكبريتيد الأمونيوم (NH4SH) أو الماء. كذلك فهناك نسبة ضئيلة من الهيليوم، مقارنة بتلك الخاصة بالشّمس، في جو هذا الكوكب.

إن كمية العناصر الأثقل من الهيليوم في جوّ زحل غير معروفة على وجه التحديد، ولكن تُفترض نسبها بمقارنة مدى وجودها أثناء تشكّل النظام الشمسي. ويقدر إجمالي كتلة هذه العناصر بما بين 19 و31 ضعف كتلة الأرض، ويوجد جزء كبير منها في نواة زحل.

طبقات الغيوم

يشابه غلاف زحل الجويّ ذاك الخاص بالمشتري، لكنه أكثر خفوتاً (من حيث السطوع) وأوسع عند خط الاستواء.

أقل طبقات الغيوم ارتفاعاً في زحل هي طبقة من جليد الماء، وهي تمتد لارتفاع 10 كم وتبلغ درجة حرارتها -23ْ مئوية. ومن المرجّح أنه يوجد فوق هذه الطبقة طبقة من جليد بيكبريتيد الأمونيوم، والتي تمتد إلى ارتفاع 50 كيلومتراً وتبلغ حرارتها ما يقارب -93ْ مئوية.

تمتد طبقة أخرى إلى ارتفاع ثمانين كيلومتراً فوق هذه الطبقة وهي تتكون من جليد الأمونيا، حيث تصل درجة الحرارة فيها إلى ما يقارب -153ْ مئوية. وبالقرب من قمّة الغلاف الجوي، تمتد مساحات من غازي الهيدروجين والهيليوم إلى ارتفاع يتراوح بين 200 و270 كم فوق سحب الأمونيا المرئيّة.تعدّ رياح زحل الأسرع في النظام الشمسي.

وقد رصد المسبار فوياجر أقصى سرعة للرياح الشرقية والتي بلغت 500 م/ث، أي ما يعادل 1800 كم/س.لم يتم رصد أنواع الغيوم في جوّ زحل أو التعرّف عليها حتى في رحلة فوياجر، ومنذ ذلك الحين، تحسنت المقارب الأرضية بشكل كبير بحيث أصبح العلماء قادرين على مشاهدتها. وتُكمل سُحُب الغلاف الجوي العلوي حول خط الاستواء دورة حول الكوكب كل عشر ساعات وعشر دقائق، وهو زمن قليل. أما السحب في خطوط العرض العليا فقد تستغرق زمناً يزيد بنصف ساعة على ذلك في مرورها عبر الكوكب.

 كوكب زحل Saturn

 

رصد مقراب هابل الفضائي عام 1990 سحابة بيضاء هائلة الحجم في جو زحل قرب خط استوائه، والتي لم تلاحظ أثناء رحلة فوياجر. كما رصد المقراب عاصفة أصغر سنة 1994. وكانت عاصفة عام 1990 مثالاً على البقعة البيضاء العظيمة، وهي ظاهرة نادرة وذات عمر قصير تحدث مرة واحدة في كل سنة زحلية، وهي فترة تعادل تقريباً 29.5 سنة أرضية. رُصدت هذه البقعة في أعوام 1876، 1903، 1933، و1960، وبقعة عام 1933 هي الأكثر شهرة من بينها. وفي حال بقي التواتر مستمراً فإن بقعة أخرى ستظهر سنة 2020.

ظهر النصف الشمالي لزحل في الصور الحديثة لكاسيني بلون أزرق ساطع بشكل مشابه لأورانوس، ولا يمكن رصد هذا اللون الأزرق من كوكب الأرض بسبب حجب حلقات زحل لنصفه الشمالي بسبب ظاهرة تبعثر ريليه.

كشف فلكيّون حديثاً باستخدام الأشعة تحت الحمراء أن زحل يملك دوامات قطبية دافئة، وهذه الظاهرة ليست معروفة إلا على كوكب زحل حتى الآن. وفي حين أن درجة الحرارة على زحل تصل إلى -185ْ مئوية عادةً، فإنها تصل في هذه الدوامات إلى -122ْ مئوية.

البقعة البيضاء العظيمة

سميت بشكل مُناظر للبقعة الحمراء العظيمة الموجودة على سطح المشتري. وهو اسم يُطلق على العواصف الدورية التي تحدث على سطح زحل ويمكن رؤيتها بواسطة المقرابات الأرضية، وتتميز باللون الأبيض. يُمكن أن تمتد العاصفة على عرض مئات الكيلومترات. تحدث جميع البقع البيضاء العظيمة في النصف الشمالي من زحل، وهي تبدأ بشكل بقع منفصلة لا تلبث أن تمتد بسرعة على خطوط الطول كما حدث سنة 1933 و1990 حيث كانت العاصفة الأخيرة كبيرة كفاية لتطوّق الكوكب. وتفرض بعض النظريات أن سبب نشوء البقع البيضاء هو صعود كميات كبيرة من الغلاف الجوي بفعل عدم الاستقرار الحراري.

 

كوكب زحل Saturn

 

 

نمط سحب القطب الشمالي سداسية الشكل

لوحظ شكل السحب سداسيّة الأضلاع المتواجدة في دوامة الغلاف الجوي في القطب الشمالي عند حوالي 78ْ شمالاً لأوّل مرّة بواسطة صور مسبار فوياجر. وخلافاً للقطب الشمالي، أشارت صور مرصد هابل الفضائي إلى وجود تيّارات نفاثة في المنطقة القطبية الجنوبية من الكوكب، ولكن لا توجد دوامات قطبية قوية ولا أي موجة دائمة سداسية.

 

 

 

على الرغم مما سبق، أفادت وكالة ناسا في تشرين الثاني/نوفمبر من سنة 2006 أن المركبة الفضائية كاسيني رصدت بعض الأعاصير في القطب الجنوبي والتي تملك ما يُعرف “بعين الإعصار”، وهي عبارة عن حلقة كبيرة من عواصف رعدية ضخمة. وهذه المشاهدة جديرة بالملاحظة لأنه لم يتم مشاهدة أي عين إعصار في أي كوكب آخر باستثناء الأرض (وكانت قد تمّت سابقاً محاولة فاشلة لرصد هذه الظاهرة في البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري).

 

كوكب زحل Saturn

 

يبلغ طول الأضلاع الجانبية لسحب القطب الشمالي سداسية الشكل حوالي 13,800 كيلومتر، وتدور كامل المنطقة حول نفسها خلال مدة 10 ساعات و39 دقيقة و24 ثانية. وهي نفس فترة بث أمواج لا سلكية من الكوكب.

كوكب زحل Saturn

 

 

الحقل المغناطيسي

إن الغلاف المغناطيسي لزحل منتظم للغاية، وذلك بسبب وقوع القطبين المغناطيسيين على خط واحد مع قطبي الدوران.

تضغط الرياحُ الشمسية جانِبَ الحقل المواجه للشمس، وتعمل على بسط الجانب المحجوب عن هذه الرياح.

يُسببُ الدوران السريع للكوكب حول محوره تكوين قرص من التيارات في مستوى خط الاستواء، وهذا يؤثّر بدوره في الحقل المغناطيسي وفي أقسام الغلاف المغنطيسي الأكثر بعداً. وبذلك فإن لزحل حقل مغناطيسي بسيط ومتناسق ثنائي القطب. وهو قويّ عند خط الاستواء حيث تبلغ شدته حوالي 0.2 جاوس وتساوي تقريباً واحد إلى عشرين من المجال المغناطيسي حول المشتري، وأقل بقليل من المجال المغناطيسي حول الأرض.

بالنتيجة فإن مجال زحل المغناطيسي أصغر بكثير من ذلك الذي يَملكه المشتري ويمتدّ قليلاً فقط وراء مدار تيتان.

ومن المحتمل أن سبب نشوء المجال المغناطسيي في زحل مشابه لسبب نشوئه في المشتري بسبب طبقة الهيدروجين الجزيئي.

 

كوكب زحل Saturn

 

ويعمل هذا الغلاف المغناطيسي على حرف الرياح الشمسية. وكذلك يتميز المجال المغناطيسي لكوكب زحل بوجود قطبين شماليّ وجنوبيّ له، ولكنه يُعاكس الأرض في موقعيهما فيُلاحظ البوصلة الأرضية تشير نحو جنوب كوكب زحل الجغرافيّ ليَدل على موقع القطب الشمالي المغناطيسي عليه، أي أن الشمال المغناطيسيّ هو الجنوب الجغرافي، فقطباه المغناطيسيّان بعكس قطبيه الفعليّين. وهذا المجال متطابق تماماً مع محور دوران الكوكب، بينما على الأرض يميل بمعدل 10ْ عن محور دوران الأرض.

 

كوكب زحل Saturn

 

يُوجد غلاف مغناطيسي منتظم وطبقة متأينة من ذرّات الهيدروجين حول الكوكب. وقد حدد العلماء أن سبب ضعف هذا المجال مقارنة مع المشتري يعود إلى قلة سمك الطبقة السائلة المعدنية من الهيدروجين فيه بالنّسبة لتلك على المشتري.

 

كوكب زحل Saturn

 

 

مدار ودوران زحل

متوسط المسافة بين زحل والشمس تبلغ أكثر من 1,400,000,000 كم, مع متوسط سرعة مدارية تبلغ 9.69 كم/ثانية، يأخذ زحل من الوقت 10,759 يوماً أرضياً (29 سنة ونصف تقريباً) لإنهاء دورة واحدة حول الشمس. ويَميل مداره البيضاوي الشكل بزاوية 2.48° بالنسبة إلى سهل الأرض المداري. وبسبب وجود شذوذ مداري يبلغ 0.056، فالمسافة بين زحل والشمس تختلف بما يُقارب من 155,000,000 كيلومتراً بين الحضيض والأوج.

بما أن كوكب زحل هو عملاق غازي، فإن الزمن الذي يستغرقه للدوران حول محوره ليس ثابتاً، وإنما يعتمد على خط العرض. فالمعالم المرئيّة على زحل تدور بنسب مختلفة تبعاً لخطوط العرض التي تقع عليها،

كوكب زحل Saturn

 

وقد تم حساب فترات دوران متعددة للمناطق المختلفة على الكوكب (كما في حالة المشترى):

النظام الأول مدته 10 ساعات و14 دقيقة و00 ثانية (844.3°/د)، ويَشمل المنطقة الاستوائية، والتي تمتد من الحافة الشمالية للحزام الاستوائي الجنوبي إلى الطرف الجنوبي من الحزام الاستوائي الشمالي.

النظام الثاني حيث تم تعيين جميع خطوط العرض الأخرى لزحل في فترة دوران 10 ساعات و39 دقيقة و24 ثانية (810.76°/د) .

أما النظام الثالث فهو مبنيّ على انبعاثات الموجات اللاسلكية الصادرة من الكوكب التي رصدتها مركبة فوياجر أثنار اقتراباتها منه، وتبلغ فترة هذا النظام 10 ساعات و39 دقيقة و22.4 ثانية (810.8°/د)،

ولأنه قريب جداً من النظام الثاني فقد حلّ محله إلى حد كبير. ومع ذلك، فإن القيمة الدقيقة للمدة المدارية لباطن الكوكب تبقى محيّرة.

 

في أثناء اقتراب كاسيني من زحل في عام 2004، وجدت المركبة الفضائية أن فترة الدوران اللاسلكية لزحل قد ازدادت بشكل ملحوظ، حيث بلغت 10 ساعات و45 دقيقة و45 ثانية (± 36 ثانية). وسبب التغيير هذا ليس معروفاً، واعتُقد آنذاك أن السبب يَرجع إلى حركة المصدر اللاسلكي إلى خط عرض زحلي مختلف، أي أنه تغيّر في المدة الدورانية وليس في دوران زحل نفسه.

في وقت لاحق من آذار/مارس عام 2007، وُجد أن دوران الابتعاثات اللاسلكية لم يتأثر بدوران الكوكب، لكنه بدلاً من ذلك نتج عن الحمل الحراري لقرص البلازما، والذي يَعتمد أيضاً على عوامل أخرى بجانب دوران الكوكب. وأفيد أنه قد يكون سبب الاختلاف في فترات الدوران ناتجاً عن نشاط السخّانات على قمر زحل إنقليدس.

وبخار الماء المُنبعث إلى مدار زحل من خلال هذا النشاط يُؤثر على غلاف زحل المغناطيسي ويجعله أضعف، وهذا يُبطئ دورانه بشكل طفيف بالنسبة لدوران الكوكب. وحالياً من المُسلّم به أنه لا توجد طريقة معروفة لتحديد معدّل دوران باطن زحل.

آخر التقديرات لفترة دوران زحل كانت في أيلول/سبتمبر 2007، واستندت إلى معلومات مجموعة من مختلف قياسات مسابير كاسيني وفوياجر وبيونير، وهذا التقدير هو 10 ساعات و32 دقيقة و35 ثانية.

 

 

حلقات زحل

ربما يَكون زحل هو أكثر الكواكب شهرة لنظامه المكون من حلقات، الأمر الذي يجعل منه أكثر جسم فضائي ملحوظ في النظام الشمسي.

إن حلقات زحل تجعل منه إحدى أكثر الصور الفلكية إلفة وإبهاراً، وذلك إضافة إلى كثرة وروده في قصص وأفلام الخيال العلمي.

 

كوكب زحل Saturn

وقد كان جاليليو جاليلي أول من رصده عبر المقراب عندما وجّه مرقبه البدائي نحو الكوكب لأول مرة عام 1610،لكن جعلته الرؤية ذات الدقة المنخفضة يَعتقد خطأً بأن زحل هو كوكب ثلاثي النظام، يتكون من جسم مركزي كبير وجسمين أصغر منه على جانبيه.

وتكوّن الحلقات أحدث بكثير من الكوكب نفسه. لذا رأى بعض كبار الرياضياتيين أن هذه الحلقات تستحق الدراسة. ووفقاً لحسابات لاپلاس وجيمس كلارك ماكسويل، فإنه لا بد أن حلقات زحل تتركب من أجسام عديدة أصغر منه.

تمتد الحلقات لمسافة تتراوح بين 6,630 كم إلى 120,700 كيلومتراً فوق خط استواء زحل، ومتوسط سماكتها يُقارب 20 كم، ومع ذلك فإن الكتلة الكلية للحلقات التي يصل سمكها إلى عدة مئات من الأمتار تكافئ فقط كتلة ميماس، وتتكون بنسبة 93% من جليد الماء مع القليل من الشوائب، إضافة إلى الكربون غير المتبلور بنسبة 7%.والجزيئات التي تشكل حلقات تتراوح في حجمها من حجم ذرات الغبار إلى سيارة صغيرة.

 

كوكب زحل Saturn

 

وهناك ثلاث نظريات رئيسية متعلقة في أصل الحلقات:
الأولى تفيد بأنها ناتجة عن المواد حول قرص الكوكب الأولي، والتي كانت دون حد روش للكوكب، ونتيجة لذلك لم تتكتل وتشكل أقماراً.

أما حسب الثانية فقد نتج عن حطام قمر تفتت نتيجية اصطدام.

وحسب الثالثة نتيجة حطام قمر تفتت بسبب تغير الإجهادات الذي نتج عنه مرور القمر داخل حد روش للكوكب، وقد كان يعتقد أن حلقات الكواكب حلقات غير مستقرة.

خارج الحلقات الرئيسية على مسافة 12 مليون كيلومتر من الكوكب توجد حلقة فويب، وهي تميل بزاوية 27 درجة عن الحلقات الأخرى.

 

كوكب زحل Saturn

 

 

قسّم الفلكيون نظام الحلقات إلى سبع حلقات، وهي “أ” و”ب” و”ج” و”د” و”ع” و”ف” و”ي” (A,B,C,D,E,F,G)،كما يوجد ضمن الحلقات حاجز كاسيني وهو بين الحلقتين أ وب، كما توجد فجوات أهمها فجوة ماكسويل وفجوة كيلر وفجوة إنكي.

 

كوكب زحل Saturn

 

وتؤثر حلقات زحل وأقماره على مجاله المغناطيسي، حيث يُعتقد أن هذا التأثير له دور في تكوين الحلقات. فأثناء دوران تيتان ضمن الغلاف المغناطيسي تهرب كميات من الهيدروجين وبعض العناصر الخفيفة الموجودة في غلافه الجوي الكثيف نسبياً، ويقوم الحقل المغناطيسي بتشكيلها على شكل كعكة صغيرة من الجزيئات المشحونة التي انتزعت من الأسطح المثلجة للأقمار الصغيرة الداخلية لتشكل حلقة أخرى خفيفة حول المجمع الزحلي.

 

 

أقمار زحل

يَمتلك زحل 60 قمراً طبيعياً على الأقل، 48 منها ذات أسماء. العديد من هذه الأقمار صغير جداً، إذ يُوجد ما بين 33 إلى 50 قمراً بقطر أقل من 10 كيلومترات، بالإضافة إلى 13 قمراً بقطر أقل من 50 كم.

وتوجد سبع أقمار كبيرة كفاية لتكون قريبة من شكل الكرة تحت تأثير جاذبيتها الخاصة، وهذه الأقمار هي: تايتان، ريا، إيابيتوس، ديون، تيثِس، إنسيلادوس، وميماس.

تيتان هو أكبر الأقمار، فقطره يَتجاوز قطر كوكب عطارد حتى، وهو القمر الوحيد في النظام الشمسي الذي يَملك غلافاً جوياً سميكاً.

كما يملك ثاني أكبر الأقمار – ريا – نظام حلقات خاصٍ به.

 

كوكب زحل Saturn

 

توجد أيضاً بعض الأجرام الصغيرة التي تسير ضمن حلقات زحل، والتي لا تزال المشاهدات الفلكية بشأنها غير مؤكدة فيما إن كانت أقماراً أم أجمات من الغبار المتوهج حول الكوكب، وهي ما زالت تحمل بعض التعيينات المؤقتة حالياً مثل S/2009 S 1، أما في حال التأكد من كونها أقماراً فسيَعتمد الاتحاد الفلكي الدولي أسماءً لها.

أُخذت أقرب صور لتايتان في كانون الثاني/يناير من عام 2004 وكانون الأول/ديسمبر لعام 2005 بواسطة المسبار كاسيني-هويغنز، وفي نهاية المطاف انفصل جزء من المسبار – وهو الجزء المعروف بهويغنز (التصميم الأوروبي) – ليَهبط على سطح تيتان.

تظهر الأقمار الأصغر لزحل كأقزام بالنسبة إلى تايتان، حيث توضح قياسات الكثافة أن جميع الأقمار غنية بالجليد، وأكثره جليد الماء وربما بعض الأمونيا.

 

 

وكثير من الأقمار لها ظواهر شاذة. هايبريون هو الجرم الوحيد في النظام الشمسي ذي المدار الشواشي. وقد تكون هناك براكين في إنسيلادوس.

كذلك فإن ريا مملوء بالفوهات، ومع ذلك فإن مناطقه الأكثر سطوعًا قد تكون نتيجة تكوينات جليدية حديثة.

وإيابيتوس له معالم جليدية متموجة وجبال أيضاً.

أما تيثِس فتغمره الفوهات، وفيه خندق إثاكا كازما، وهو خندق عرضه مئة كيلومتر وعمقه يَتراوح من أربعة إلى خمسة كيلومترات، ويَمتد من القطب إلى القطب تقريباً.

ويتميّز ميماس بفوهة هرشل التي يَبلغ عمقها عشرة كيلومترات وقطرها 130 كيلومتراً وتشغل ثلث حجم القمر.

 

كوكب زحل Saturn
أقمار زحل حسب بعدها عنه.

 

 

رؤية زحل

زحل هو الكوكب الأبعد عن الشمس من بين الكواكب الخمسة المرئية بسهولة بالعين المجردة من الأرض، والكواكب الأربعة الأخرى هي: عطارد والزهرة والمريخ والمشتري، وأحياناً يمكن رؤية أورانوس بالعين المجردة في سماء داكنة جداً، إضافة إلى الكويكب 4 فيستا.

وكان آخر الكواكب المعروفة لعلماء الفلك في وقت مبكر حتى تم اكتشاف أورانوس في عام 1781.

يظهر زحل للعين المجردة في سماء الليل كنقطة مصفرّة لامعة وعادة ما تملك قدرا ظاهريا يتراوح بين +1 إلى 0، وتصل قيمة هذا القدر في حالات أقصى لمعان إلى -0.24. ويأخذ زحل ما يُقارب 29 سنة ونصف ليُتم دورة كاملة حول الشمس.

معظم الناس يحتاجون إلى مساعدات ضوئية (مناظير كبيرة) تُكبر بمقدار لا يقل عن 20× لرؤية حلقات زحل بوضوح.

تكون أوضح رؤية لزحل وحلقاته عندما تكون الزاوية بينه وبين الشمس 180 درجة وبالتالي يظهر عكس الشمس في السماء.

 

كوكب زحل Saturn
صورة لزحل من احد تلسكوبات الهواة by Rochus Hess

 

 

الرصد التاريخي لكوكب زحل

يقسم تاريخ مراقبة واستكشاف كوكب زحل إلى ثلاث مراحل رئيسية:

الأولى منها هي الأرصاد القديمة، والتي كانت مُقتصرة على أدوات بسيطة (بشكل رئيسي العين المجردة) وكانت قبل اختراع المقرابات.

أما المرحلة الثانية فكانت باستخدام المقرابات عندما اخترعت أوائل القرن السابع عشر وأخذت بالتطوّر والتحسن.

وكانت المرحلة الأخيرة هي زيارة المركبات الفضائية للكوكب، إما عن طريق الدخول في مدار حوله أو التحليق فوقه بواسطة المسابير الفضائية.

كان زحل معروفاً منذ العصور التاريخية القديمة، ويعدّ الفيزيائي الإيطالي جاليليو جاليلي، من الأوائل الذين رصدوه بالمقراب في سنة 1610.

كوكب زحل Saturn

 

كانت الأرصاد الأوليّة لكوكب زحل صعبة بعض الشيء وذلك لأن الأرض تعبر خلال مستوى حلقات زحل في بعض السنين عندما يتحرك في مداره. وبسببها تنتج صورة قليلة الوضوح لكوكب زحل.

قام العالم كريستيان هويغنز في عام 1659 باكتشاف حلقة وصفها بأنها “حلقة غير ملاصقة بالكوكب ومائلة عن مستوى مداره”، ومنذئذ اشتهر كوكب زحل بكونه الكوكب الوحيد المحاط بحلقات حتى عام 1977م عندما اكتشفت حلقات رقيقة حول كوكب أورانوس وبعد ذلك بفترة بسيطة حول المشتري ونبتون.

وفي عام 1675 اكتشف الفلكي الفرنسي جيوفاني كاسيني أن الحلقة التي رآها هويغنز مقسّمة إلى قسمين متساوين بخطين متساويين بخط معتم، يُسمّى هذا الخط حالياً بحاجز كاسيني.

وفي عام 1850م تم اكتشاف حلقة جديدة أقرب إلى الكوكب من سابقتيها وأكثر إعتاماً.

كما اكتشف كاسيني أربع أقمار لزحل في الفترة الممتدة بين عاميّ 1671 و1684 هي:ريا وتثيس وديون وإيابيتوس.

وفي عام 1979 اكتشف فلكيون فرنسيون حلقة جديدة أخرى أبعد من سابقاتها عن زحل.

استخدمت مركبة “بيونير 11” في أول زيارة لكوكب زحل في عام 1979، وبعد ذلك تمّ اللجوء إلى مركبات فوياجر 1 وفوياجر 2 ثمّ كاسيني-هويغنز في عام 2004.

 

 

الرحلات الفضائية إلى زحل

بيونير11

كوكب زحل Saturn

 

أول زيارة لكوكب زحل كانت بواسطة المسبار بيونير 11 في شهر أيلول/سبتمبر من سنة 1979، وقد حلّق على ارتفاع 20000 كيلومتر من السحب العليا للكوكب.

وقد تم التقاط صور قليلة الدقة للكوكب ولبعض أقماره. ولم تكن دقة الصور عالية بالقدر الكافي لتحديد معالم السطح بشكل جيد.

قام المسبار أيضاً بدراسة الحلقات، وقد أدّى هذا إلى بضعة اكتشافات منها وجود حلقة رقيقة سُميّت “حلقة-ف”، إضافة إلى وجود فجوات مظلمة بين الحلقات تضيء عندما تظهر باتجاه الشمس، أي أن هذه الفجوات ليس فارغة تماماً بل تحتوي بعض المواد. كما قام هذا المسبار بقياس درجة حراراة أكبر أقمار زحل الذي يحمل اسم “تيتان”.
كوكب زحل Saturn

 

 

فوياجر1

كوكب زحل Saturn

زار المسبار فوياجر 1 كوكب زحل في تشرين الثاني/نوفمبر من سنة 1980م، ونجح في إرسال أول صور عالية الدقة للكوكب والحلقات وبعض الأقمار، وقد استطاع أن يلتقط صوراً لتضاريس أسطح العديد من الأقمار لأول مرة.

كما قام بتحليق قريب من تيتان أدّى إلى زيادة معرفة الفلكيّين بشكل كبير حول الغلاف الجوي لهذا القمر.

وأثبت أيضاً أن أمواج الطيف المرئي لا يُمكنها النّفاذ عبر الغلاف الجويّ لتيتان، ومن ثم لم يستطيعوا آنذاك رؤية أية تضاريس على سطح ذلك القمر أو التعرّف عليها.

 

وفي شهر آب/أغسطس من سنة 1981، واصل فوياجر 2 دراسة نظام زحل.

تم الحصول على المزيد من الصور عن قرب لأقمار زحل، كما عُثر على دلائل تدلّ على وجود تغيرات في غلافه الجوي وحلقاته.

 

كوكب زحل Saturn

 

ولسوء الحظ، تعطّل محول الكاميرا في المسبار خلال التحليق وتوقف لبضعة أيام، وبالتالي فُقدت بعض الصور التي خطط العلماء للحصول عليها.

وقد تم لاحقاً استخدام جاذبية زحل لتوجيه مسار المركبة الفضائية نحو أورانوس.

استطاع هذا المسبار اكتشاف وتأكيد وجود العديد من الأقمار الجديدة بجانب أو داخل الحلقات. كما اكتشف فجوة ماكسويل وفجوة كيلر.

 

المركبة الفضائية كاسيني -هويغنز

 

كوكب زحل Saturn

ساهم نجاح مهمة فوياجر في التشجيع على إطلاق المسبار كاسيني-هويغنز.حيث شكلت السفينة الفضائية كاسيني-هويغنز أكبر مركبة فضائية صُنعت حتى ذلك التاريخ، وحمل مسبار كاسيني على متنه 12 جهاز علمي، كما حمل مسبار هويغنز على ستة أجهزة علمية. وصل وزن هذه المركبة عندما وهي ممتلئة بالوقود إلى 5500 كغ وارتفاعها إلى 6.8 متر.

في شهر تشرين الأول/أكتوبر من عام 1997 غادرت سفينةُ الفضاء كاسِيني كوكب الأرض في رحلة إلى النظام الشمسي الخارجي، وقد نجحت في المناورة والدخول في مدار حول زحل في تموز/يوليو من سنة 2004 بعد أن استخدمت المركبة محركها الرئيسي لمدة 95 دقيقة من أجل الوقاية من خطر الانجذاب إلى سطح الكوكب.

درست المركبة الفضائية كاسيني-هويغنز نظام زحل بشكل موسع، كما حلّقت على مسافة قريبة من قمره فويب وأرسلت صوراً وبياناتٍ عالية الدقة عنه.

كما كشف العلماء المسؤولون عن الرحلة عن خريطة مبدئية للمجال المغناطيسي لكوكب زحل عن طريق القياسات والأرصاد التي قامت بها آلة تصوير المجال المغناطيسي لمركبة كاسيني والتي التقطتها خلال رحلة اقترابها من الكوكب.

وتُشير الخريطة إلى أن المجال المغناطيسي لكوكب زحل يمتد بعيداً عن الكوكب لمسافة تتراوح بين سبعمئة ألف ومليون ميل.

كما حلقت فوق أكبر أقمار زحل تيتان ورصده بالرادار وحصلت على صور رادارية لشواطئ وجزر وجبال وحتى بحيرات عليه.

وفي 25 كانون الأول/ديسمبر 2004 تم فصل المسبار هويغنز وهبط على سطح تيتان في 14 كانون الثاني/ يناير 2005، وأرسل كمية بيانات هائلة أثناء هبوطه عن الغلاف الجوي لتيتان وعن سطحه.

وخلال سنة 2005 قامت كاسيني بعدة تحليقات فوق تيتان وبعض الأقمار الثلجية الأخرى لزحل، وآخر رحلة فوق تيتان كانت في 23 أذار/ مارس 2008.

أظهرت الصور بوضوح وجود قنوات متعرجة للممرات لسوائل متجه إلى وديان ومن المرجح أن يكون هذاالسائل هو الميثان، كما تظهر الصور أيضا بعض الصخور المصقولة، تشبه إلى حد بعيد الصخور في مياه الأنهار، كما تظهر في بعض الصور وجود ضباب من غاز الميثان أو الإيثان.
كوكب زحل Saturn
منذ أوائل عام 2005، تتبع العلماء برقاً على كوكب زحل رُصد بواسطة كاسيني. ويقال أن قوة البرق كانت تفوق قوى البروق المتواجدة على كوكب الأرض بحوالي 1000 مرة.

ويعتقد العلماء أن العاصفة المرتبطة به هي الأقوى من نوعها على الإطلاق.

 

ذكرت وكالة ناسا في 10 أذار/ مارس 2006 أنه من خلال الصور المُلتقطة بواسطة كاسيني وجدت دليلاً على وجود كميّات من الماء السائل تَنفثها سخّانات على القمر إنقليدس. وقد أظهرت الصور أيضاً جزيئات ماء تُطلقها نفاثات جليدية تُشكّل أعمدة شاهقة الارتفاع.

 

كوكب زحل Saturn

 

ووفقاً لآندرو أنجرسول، وهو دكتور في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، فهناك أقمار أخرى في النظام الشمسي تغطيها محيطات من مياه سائلة مغطّاة بقشرة جليدية يبلغ سمكها كليومترات، لكن الفرق هنا هو أن جيوباً من الماء السائل يُمكن أن تكون تحت السطح ببضعة عشرات من الأمتار فقط.

 

كوكب زحل Saturn

 

في يوم 20 أيلول/سبتمبر من سنة 2006، كشفت صور كاسيني عن وجود حلقة غير مكتشفة من قَبل للكوكب، وتقع خارج الحلقات الرئيسية الأكثر لمعاناً، وداخل الحلقتين “ي” و”ج”. ويبدو أن هذه الحلقة وجدت كنتيجة لتحطم اثنين من أقمار زحل بسبب ارتطام النيازك بها على نحو مستمر.

في تموز/يوليو عام 2006، أرسلت كاسيني أول صور تفيد بوجود بحيرات هايدروكربونية بالقرب من القطب الشمالي لتيتان، الأمر الذي أكد العلماء صحته في كانون الثاني/يناير 2007. وفي آذار/ مارس من نفس السنة، تم التقاط صور إضافيّة لمناطق واقعة بالقرب من القطب الشمالي لتيتان أدّت إلى اكتشاف بحار هيدروكربونية، وأكبر هذه البحار هو تقريباً بحجم بحر قزوين.

كوكب زحل Saturn

 

 

اكتشف المسبار وأكد وجود 8 أقمار طبيعية لزحل، خلال الفترة الممتدة من عام 2004 إلى 2 تشرين الثاني/نوفمبر 2009. وقد انتهت مهمة كاسيني الأساسية في عام 2008 عندما أكمل 74 دورة حول الكوكب. والمسبار الآن في تمديد مهمته الأولى.

 

كوكب زحل Saturn