حلقه‌های زحل راز پنهان‌شده زیر هزاران کیلومتر گاز را آشکار می‌کنند

حلقه‌های یخی زحل نه‌تنها بسیار زیبا می‌باشند، ایضاً آوای درونی این سیاره را نیز ثبت می‌کنند.

هسته سیاره زیر لایه ضخیمی از گاز هیدروژن پنهان شده می‌باشد. لرزه‌های موجود در هسته، باعث تغییرات محلی در میدان گرانشی شده و تأثیر آن بر حلقه C زحل به شکل امواج مارپیچی قابل مشاهده می‌باشد. هر دسته از ناهنجاری‌ها در ساختار حلقه‌ها، نشان‌دهنده یک پدیده خاص درون زحل می‌باشد.

امواج مارپیچی در حلقه A سیاره زحل (زحل خارج از تصویر در سمت راست)؛ موج مارپیچی خَمشی (میانه تصویر) که طول موج آن به سمت سیاره کاهش می‌یابد (خطوط بیشتر) و چندین موج مارپیچی تراکمی که طول موج آن‌ها به سمت سیاره افزایش می‌یابد.

می‌توان زحل را به یک ارکستر تشبیه کرد. هر موج روی حلقه C، مانند یک نُت روی صفحه نت‌همی‌باشد. دانشمندان می‌توانند این نت‌ها را بخوانند، به موسیقی گوش کنند و ساز‌ها و نوازندگان را تفکیک کنند و تشخیص دهند؛ حتی بدون اینکه خودشان ارکستر را دیده باشند.

دانشمندان سال‌های زیادی با استفاده از اطلاعات مأموریت کاسینی (که در سال ۲۰۱۷ به پایان رسید)، به سمفونی‌ها متفاوتی از حلقه C گوش داده‌اند. دو پژوهشگر از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کَلتِک) به نام‌های کریستوفر منکوویچ، متخصص علوم سیاره‌ای و جیم فولر، اخترفیزیکدان نظری، به اندازه‌ای این موسیقی را رمزگشایی کرده‌اند که می‌توانند صدای رمزآلودترین ساختار زحل را بشنوند: هسته سیاره.

همانند مقاله‌ای که هفته قبل در نشریه نیچر منتشر شد، هسته سیاره غول‌پیکر است؛ شعاعی به اندازه ۶۰ درصد شعاع سیاره دارد و ۵۵ برابر سیاره زمین جرم دارد. برخلاف هسته سایر سیارات که از لایه‌های منظم فلزات سنگین، سنگ و یخ تشکیل شده‌اند، هسته زحل مخلوطی از سنگ‌ و یخ است که سیالی از جنس هیدوژن فلزی فضای میان آن‌ها را پر کرده می‌باشد. این یافته‌ها پژوهشگران را به شناخت چگونگی شکل‌گیری زحل و سایر غول‌های گازی نزدیک‌تر می‌کند.

مدل‌سازی اغتشاشات گرانشی هسته برای انطباق با رفتار امواج مارپیچی حلقه‌ها

خصوصیات زمین‌شناسی لایه‌های درونی زمین، ماه و به‌تازگی مریخ، به‌وسیله لرزه‌سنج‌ها نقشه‌برداری شده می‌باشد. این ابزارها رفتار امواج لرزه‌ای را بعد از عبور از میان لایه‌های درونی سیاره که خصوصیات مکانیکی متفاوتی دارند، ثبت می‌کنند. زحل فاقد سطح جامد است که استفاده از این ابزار را غیرممکن می‌کند.

مدارگرد‌ها هم می‌توانند با تشخیص تغییرات کوچک در گرانش سیاره، از ساختار لایه‌های درونی سیارات گازی نقشه‌برداری کنند؛ ولی تأثیر خصوصیات هسته زحل روی گرانش آن به اندازه‌ای نبوده که بتوان از این روش به اطلاعات دقیقی دست یافت.

خوشبختانه حلقه C زحل، جایی که از روش‌های قدیمی کاری بر نمی‌آمد، به کمکمان آمد. طی سه دهه گذشته، دانشمندان رفتار عجیب امواج مارپیچی در حلقه C را با استفاده از تصاویر فضاپیمای وویجر و مدارگرد کاسینی زیر نظر داشته‌اند. آن‌ها کاملا مطمئن می‌باشند که منشأ این امواج، نوسان‌های عظیم درون زحل می‌باشد.

دکتر منکوویچ می‌گوید: «این لرزه‌ها دائما در همه جای سیاره وجود دارند.»

مطالعه پدیده‌های لرزه‌ای زحل طبق امواج ایجاد شده روی حلقه‌ها را «کرونوسایزمولوژی» می‌نامند. «کرونوس» نام یونانیان باستان برای سیاره زحل بوده است و «سایزمو» اشاره به لرزش دارد.

اکنون ساختار هسته زحل برای ما روشن شده می‌باشد. مدل‌های پیشین این سیاره را به شکل یک آبنبات کروی لایه‌لایه توصیف می‌کردند. اما کرونوسایزمولوژی از واقعیتِ درهم و برهم آن پرده برداشت. هسته افزون بر سنگ و یخ، از هیدروژن فلزی مایع تشکیل شده که پیش از این فکر می‌شد یک لایه مجزا باشد. در مرکز هسته، سنگ و یخ فراوان‌ترند و حاشیه بیرونی، هیدروژن فلزی بیشتری دارد، ولی در کل همه چیز در یک معجون بی‌نظم ترکیب شده می‌باشد. در ادامه هم شاهد تغییر تدریجی از هیدروژن مایع به هیدروژن گازی در لایه‌های اتمسفر هستیم. در مقاله جدید، زحل بیشتر شبیه یک توپ کرکی می‌باشد.

مقاله‌های مرتبط:

با وجود موفقیت روش جدید، دانشمندان فعلا علت این لرزه‌ها را که منجر به شکل‌گیری امواج مارپیچی در حلقه‌ها شده‌اند، نمی‌دانند. در سیاره زمین، زمین‌لرزه‌های بزرگ، سیاره را مانند یک زنگوله می‌لرزانند. ولی سیاره زحل حالت گازی دارد؛ پس چه چیزی این لرزه‌ها را ایجاد می‌کند؟

بعد از مدت‌ها، نوازندگان این ارکستر شناسایی شده‌اند ولی جستجو برای پیدا کردن رهبر ارکستر فعلا ادامه دارد.