خواندنی های شگفت انگیز درباره سیاره زحل

آنچه باید در مورد سیاره زحل بدانید؟

زحل یا کیوان ششمین سیاره از خورشید و دومین سیاره ی بزرگ در منظومه شمسی، پس از مشتری است. این غول گازی است که شعاع متوسط آن تقریباً 9 برابر زمین است. فقط یک هشتم چگالی متوسط زمین را دارد. با این حال، با حجم بیشتر، سیاره زحل بیش از 95 برابر گسترده تر است. زحل به نام خدای ثروت و کشاورزی رومی نامگذاری شده است. نماد نجومی آن (♄) است.

 فضای داخلی سیاره زحل به احتمال زیاد از هسته ای از آهن و نیکل و سنگ (ترکیبات سیلیکون و اکسیژن) تشکیل شده است. این هسته توسط یک لایه عمیق از هیدروژن فلزی، یک لایه میانی از هیدروژن مایع و هلیوم مایع و در آخر یک لایه بیرونی گازی احاطه شده است. سیاره زحل به دلیل کریستال های آمونیاک در فضای بالای خود دارای رنگ زرد کمرنگ است.
 

تصور می شود جریان الکتریکی درون لایه هیدروژن فلزی باعث ایجاد میدان مغناطیسی سیاره ای زحل می شود که ضعیف تر از جریان زمین است اما به دلیل بزرگتر بودن زحل دارای یک لحظه مغناطیسی 580 برابر بیشتر از زمین است. قدرت میدان مغناطیسی زحل حدود یک بیستم از مشتری است.

 سرعت باد در سیاره زحل می تواند به 1800 کیلومتر در ساعت برسد (1100 مایل در ساعت ؛ 500 متر بر ساعت) ، بالاتر از مشتری ، اما به اندازه آنهایی که در نپتون وجود دارد، نیست.
 

مشهورترین ویژگی سیاره زحل حلقه آن است که بیشتر از ذرات یخ تشکیل شده و مقادیر کمتری از زباله های سنگی و گرد و غبار دارد. حداقل 82 قمر در مدار زحل شناخته شده اند که 53 مورد از آنها به طور رسمی نامگذاری شده است. این شامل صدها قمر در حلقه ها نمی شود. تایتان، بزرگترین ماه زحل و دومین در منظومه شمسی ، بزرگتر از سیاره عطارد است، اگرچه انبوه تر باشد، و تنها ماه در منظومه شمسی است که دارای جو قابل توجهی است.

تاریخچه سیاره زحل

سیاره زحل از زمان پیش از تاریخ شناخته شده است و در اوایل تاریخ ثبت شده از شخصیت های مهم در اساطیر مختلف بوده است. منجمان بابل بطور منظم حرکات زحل را مشاهده و ضبط کردند. در یونان باستان، این سیاره با نام Phainon شناخته می شد و در زمان روم به عنوان "ستاره کیوان" شناخته می شد.

در اساطیر رومی باستان، سیاره فاینون برای این خدای کشاورزی مقدس بود، که از آن سیاره نام مدرن خود را می گیرد. رومی ها خدای کیوان را معادل خدای یونانی کرونوس می دانستند. در یونان مدرن، سیاره نام Cronus —Κρόνος: Kronos را نگه می دارد.)

 دانشمند یونانی بطلمیوس محاسبات خود را از مدار کیوان بر اساس مشاهداتی که وی در حالی که مخالف بود انجام داد. در طالع بینی هندو ، نه جسم اخترشناسی وجود دارد که به نام ناگراگاس معروف هستند. کیوان به " شانی " معروف است و بر اساس اعمال خوب و بد انجام شده در زندگی، همه را قضاوت می کند.

فرهنگ چینی و ژاپنی باستان سیاره زحل را به عنوان "ستاره زمین" تعیین کردند. این مبتنی بر پنج عنصر است که به طور سنتی برای طبقه بندی عناصر طبیعی استفاده می شدند.

تاریخ مشاهده و اکتشاف سیاره زحل

مشاهده و اکتشاف کیوان را می توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد. دوره اول مشاهدات باستان (مانند با چشم غیر مسلح)، قبل از اختراع تلسکوپ های مدرن بود. با شروع از قرن 17، مشاهدات تلسکوپی به تدریج پیشرفته تر از زمین ساخته شده اند.

مرحله سوم، بازدید از پروب های فضایی، توسط مدار یا پرواز است. در قرن بیست و یکم، مشاهدات از زمین (از جمله رصدخانه های مدار زمین مانند تلسکوپ فضایی هابل ) و تا زمان بازنشستگی آن در سال 2017 ، از مدار کاسینی در اطراف زحل ادامه دارد.

مشاهدات مدرن سیاره زحل

فضاپیمای پایونیر ۱۱ برای نخستین بار در سال ۱۹۷۹ از این سیاره دیدن کرد و پس از آن در سال‌های بعد وویجر ۱ و سپس وویجر ۲. از جمله مواردی که فضاپیمای وویجر ۲ در مأموریت خود توانست به آن دست پیدا کند اثبات وجود باد، میدان‌های مغناطیسی، شفق صبحگاهی و همچنین تندر و آذرخش در این سیاره زیبا می‌باشد.

سرعت بادهایی که در قسمت استوایی این سیاره می‌وزد به ۵۰۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد. پایونیر ۱۱ موفق شد تصاویری از زحل و چندین قمر آن تهیه کند ولیکن کیفیت این تصاویر بسیار پایین بود. این فضاپیما همچنین حلقه‌های زحل را مورد بررسی قرار داد.

در نوامبر ۱۹۸۰ وویجر ۱ به زحل رسید. اولین تصاویر با کیفیت بالا از زحل توسط این فضاپیما تهیه شد. ساختار بعضی قمرها برای اولین بار دیده شد. وویجر ۱ از نزدیکی قمر تیتان گذر کرد و تصاویری از اتمسفر آن تهیه نمود. این تصاویر نشان داد که اتمسفر تیتان بسیار ضخیم است و نور مریی از آن گذر نمی‌کند.

در سال ۱۹۸۱ وویجر ۲ به مطالعه زحل ادامه داد. تصاویر نزدیکتری از زحل و حلقه‌های آن تهیه شد؛ ولیکن مشکلات فنی باعث شد که این فضاپیما نتواند به قدر کافی تصویر از زحل تهیه کند.

ویژگی های فیزیکی زحل

زحل سیاره ای بزرگ و گازی است که  بیشتر آن از هیدروژن و هلیوم انباشته شده است و حجم آن به اندازه ی ۷۶۰ برابر زمین بزرگ است و سنگین تر از هر سیاره ای به غیر از مشتری است. همچنین کمترین چگالی را در میان سیارات دارد و تنها مقدار کمی چگالی آن کمتر از آب است. به این معنا که اگر آن را در ظرف بزرگی از آب بیندازیم، روی آب خواهد ماند!

باند زرد و طلایی دیده شده در اتمسفر زحل نتیجه تند باد های شدید در لایه های بالایی جو آن است که سرعت آن می تواند تا ۱۸۰۰ کیلومتر بر ساعت برسد. بلورهای آمونیاک در فضای بالای زحل باعث این رنگ زرد شده است.

بعد از مشتری، زحل سریع تر از هر سیاره ی دیگری دوران می کند و یک دوران کامل آن هر ده ساعت و سی دقیقه انجام می شود. سرعت دورانی زیاد آن در خط استوا باعث تورم و در قطب ها مسطح شده است. مدار استوای این سیاره ۱۳ هزار کیلومتر عریض تر از فاصله ی بین قطب هاست. هر ساله طوفانی سهمگین در اتمسفر زحل پدیدار می شود( هر سال زحل تقریبا ۳۰ سال زمین است) و دما جریان های باد را تغییر می دهد. 

ساختار داخلی سیاره زحل

علیرغم اینکه بیشتر از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، بیشتر جرم کیوان در مرحله گاز نیست زیرا هیدروژن وقتی چگالی بالا است به یک مایع غیر ایده آل تبدیل می شود.

0.01 گرم در 3 سانتی متر، که در شعاع حاوی 99.9 درصد از جرم زحل رسیده است. دما، فشار و تراکم درون زحل همه به طور مداوم به سمت هسته افزایش می یابد و این باعث می شود هیدروژن فلزی در لایه های عمیق تر شود.
 

مدل های استاندارد سیاره ای نشان می دهند که فضای داخلی زحل شبیه به مشتری است، با داشتن یک هسته سنگی کوچک با محاصره هیدروژن و هلیوم با مقدار کمی از فرارهای مختلف احاطه شده است. این هسته از نظر ترکیب با زمین مشابه است، اما متراکم تر است. بررسی لحظه گرانشی زحل، در ترکیب با مدل های فیزیکی فضای داخلی، باعث شده محدودیت هایی بر روی توده هسته کیوان قرار بگیرد.

 در سال 2004، دانشمندان تخمین زدند که هسته باید 9 تا 22 برابر جرم زمین باشد، که به قطر حدود 25000 کیلومتر مربوط می شود. این توسط یک لایه هیدروژن فلزی مایع ضخیم تر احاطه شده است، به دنبال آن یک لایه مایع هیدروژن مولکولی اشباع شده با هلیوم است که به تدریج با افزایش ارتفاع به یک گاز منتقل می شود. بیرونی ترین لایه 1000 کیلومتر طول دارد و از گاز تشکیل شده است.

سیاره زحل دارای فضای داخلی گرم است و در هسته خود به 11700 درجه سانتیگراد می رسد و نسبت به دریافت خورشید 2.5 برابر انرژی بیشتری در فضا تابش می کند. انرژی حرارتی مشتری توسط مکانیسم Kelvin-Helmholtz از فشرده سازی گرانشی آهسته تولید می شود، اما چنین فرآیندی به تنهایی ممکن است برای توضیح تولید گرما برای زحل کافی نباشد، زیرا انبوه تر است.
 

یک مکانیسم جایگزین یا اضافی ممکن است تولید گرما از طریق "باریدن قطرات" هلیوم در اعماق داخلی زحل باشد. با فرو رفتن قطرات از هیدروژن با چگالی کمتر، این فرایند گرما را با اصطکاک آزاد می کند و لایه های بیرونی زحل را هلیوم تخلیه می کند. این قطرات نزولی ممکن است در یک پوسته هلیوم اطراف هسته جمع شده باشد. باران الماس پیشنهاد شده است که در زحل، و همچنین در مشتری و غول های یخی Uranus و Neptun رخ دهد.

قمرهای سیاره زحل

زحل دارای 82 قمر شناخته شده است، 53 قمر از آنها اسامی رسمی دارند. علاوه بر این، شواهدی از ده ها تا صدها قمر با قطر 40-500 متر در حلقه های زحل وجود دارد، که ماه های واقعی محسوب نمی شوند. و تیتان با قطر ۵۱۵۰ کیلومتر بزرگترین آنهاست. چهار قمر رئا، دیونه، تتیس و یاپتوس نیز قطرهایی بین ۱۰۵۰ کیلومتر و ۱۵۳۰ کیلومتر را دارا می‌باشند.

قمر رئا دارای یک سیستم حلقه مجزا و اتمسفر خاص است. بیشتر قمرهای دیگر بسیار کوچک هستند و ۳۴ عدد از آن‌ها دارای قطر کمتر از ۱۰ کیلومتر می‌باشند. ۱۴ قمر دیگر دارای قطر بین ۱۰ تا ۵۰ کیلومتر هستند.

بیشتر نام‌های قمرهای زحل از نام‌های تیتان‌ها در اسطوره‌های یونان باستان اقتباس شده‌است. تیتان تنها قمر در تمامی منظومه شمسی است که دارای اتمسفر کافی برای وجود واکنش‌های شیمیایی می‌باشد. همچنین تیتان تنها قمر دارای دریاچه هیدروکربن است.

 در ۶ ژوئن ۲۰۱۳ دانشمندان موفق به کشف هیدروکربنهایی در قسمت بالای اتمسفر تیتان شدند که پیش زمینه حیات هستند. در ماه آوریل سال ۲۰۱۴ محققان ناسا اعلام کردند که یک قمر جدید در حال شکل‌گیری در حلقه آ زحل است.

 یکی از پدیده‌های خاص در قمرهای زحل، میان دو قمر جانوس و اپیمتئوس اتفاق می‌افتد این دو قمر در مداری تقریباً یکسان دور سیارهٔ زحل چرخش می‌کنند و هر چهار سال یکبار به یکدیگر بسیار نزدیک می‌شوند. در زمان نزدیک شدن، نیروی جاذبهٔ متقابل آن‌ها باعث می‌شود که مدار چرخش آن‌ها با یکدیگر جابه‌جا شود.
 

میماس جزء کوچکترین اقمار زحل است که در سال ۱۷۸۹ میلادی توسط ویلیام هرشل کشف شد. این قمر کوچک و آبله گون که به ستاره مرگ معروف است، یکی از بزرگ‌ترین دهانه‌های برخوردی را با پهنایی حدود ۱۳۰ کیلومتر بر روی خود دارد، دلایل شکل‌گیری چنین عوارض سطحی به این دلیل است که جرم میماس آنقدر قوی است که با ایجاد کردن گرانش سطحی، ظاهر آن را کروی نگه می‌دارد و آنقدر ضعیف است که اجازهٔ شکل گرفتن چنین دهانه‌های بزرگی را می‌دهد.

حلقه های سیاره زحل

سیاره زحل بیشتر برای حلقه های سیاره ای شناخته شده است که آن را از نظر بصری منحصر به فرد می کند. این حلقه ها از 63030 تا 120700 کیلومتر (4،120 تا 75،000 مایل) از پیرامون کیوان و به طور متوسط تقریباً 20 متر (66 فوت) ضخامت دارد. ذراتی که حلقه ها را تشکیل می دهند از اندازه ذرات گرد و غبار تا 10 متر متغیر هستند. در حالی که سایر غول های گازی سیستم حلقه ای نیز دارند ، کیوان بزرگترین و مشهورترین است.

حلقه های زحل از تکه‌های یخ و همچنین تکه‌های سنگ و غبار تشکیل شده‌اند برخی به اندازه یک غبار ریز و برخی به اندازه یک خانه. حلقه‌های زحل پهن هستند ولی بسیار تخت و نازک. پهنای آن‌ها ۲۸۰ هزار کیلومتر است اما کلفتی آن‌ها تنها یک کیلومتر است؛ بنابراین هنگامیکه از پهلو به زحل بنگریم حلقه‌ها تیغه باریکی می‌شوند و دیده نمی‌شوند.

پهنای برخی از حلقه‌های زحل به اندازه فاصله زمین تا ماه می‌باشد. مشتری و نپتون و اورانوس هم حلقه دارند اما حلقه زحل از همه بهتر دیده می‌شود. به باور دانشمندان دلیل درخشانتر بودن حلقه‌های زحل تازه‌تر بودن و جوان‌تر بودن آن هاست. آن‌ها می‌انگارند که این حلقه‌ها در پی نزدیک شدن یک ماهک (قمر) به زحل و فروپاشی آن ماهک در اثر گرانش زحل پدید آمده‌اند.

 برخی از قمرهای زحل، از جمله پاندورا و پرومتئوس ، به عنوان قمرهای چوپان برای محصور کردن حلقه ها و جلوگیری از گسترش آنها عمل می کنند. پان و اطلس باعث ایجاد امواج ضعیف و چگالی خطی در حلقه های زحل می شوند که محاسبات قابل اطمینان تری از توده هایشان به دست آورده اند.

 گالیله برای اولین بار حلقه های زحل را در سال 1610 مشاهده کرد و در آغاز بر این باور بود که این حلقه از جنس جامد می‌باشد. اما امروزه ثابت شده است که این حلقه از قطعات سنگ و آب یخ زده تشکیل شده‌است که برخی از آن‌ها در اندازه‌های یک خودروی معمولی می‌باشند.

مجموع گرانش (جاذبه) زحل و گرانش ماهک‌های آن حالتی را پدیدمی‌آورند که این قطعات همواره به صورت حلقه‌های نازک به دور این سیاره به نظر ثابت ایستاده‌اند.

میدان مغناطیسی سیاره زحل

میدان مغناطیسی دارای یک گشتاور کلی برابر ۳۵/۱ گشتاور مشتری است. اما این مقدار به حد کافی قوی است که یک میدان مغناطیسی سپهر مشتری گون با کمربندهای تابشی مشابه زمین ایجاد کند.

گشتاور دوقطبی مغناطیسی با میل یک درجه نسبت به محور چرخش زحل قرار می‌گیرد که این مقدار با انحراف مشخص محورهای مغناطیسی مشتری و زمین تفاوت آشکار دارد. مغناط کرهٔ زحل ذرات بسیار کمتری از ذرات مغناط‌کرهٔ مشتری را در خود جای می‌دهد.

دو دلیل عمده این تفاوت شامل کمبود یک منبع محلی ذرات باردار که در مورد مشتری توسط فوران‌های آیو تولید می‌شوند و حلقه‌های قابل رویت زحل که به‌طور مؤثری ذرات باردار را جذب کرده و مغناطیس‌سپهر داخلی را از ذرات باردار خالی می‌کنند، است. در خارج لبه حلقه‌ها چگالی ذرات باردار به سرعت افزایش می‌یابد و در حدود ۵Rs تا ۱۰Rs به یک قله می‌رسد.

در اینجا، ذرات باردار به‌طور محکم به میدان مغناطیسی در حال دوران سریع جفت می‌شوند. این برهمکنش، لایه‌ای از پلاسما به ضخامت تقریباً ۲Rs ایجاد می‌کند که تا حدود ۱۵Rs ادامه می‌یابد. در ورای این مقدار، مغناط‌کره شکل خود را از دست می‌دهد. اندازه آن با دمای خورشید تغییر می‌یابد.

بیشتر بخوانید:

۱۰ حقیقت جالب درباره جواهر منظومه شمسی

هرآنچه دوست دارید در مورد منظومه شمسی بدانید!

سیاره های خطرناک منظومه شمشی