زحل، سيد الخواتم في النظام الشمسي، لا يتوقف عن إبهارنا. على الرغم من أنها كانت موضوعًا للدراسة لعقود من الزمن، إلا أن الأبحاث الحديثة كشفت عن ظاهرة غير متوقعة ومثيرة للاهتمام تمامًا: حلقاتها الشهيرة لا تزين الكوكب فحسب، بل إنها أيضًا تغيير وتسخين الغلاف الجوي العلوي. اكتشاف يعيد كتابة كل ما كنا نعرفه حتى الآن عن ثاني أكبر كوكب في النظام الشمسي.
وقد تم تأكيد هذه الظاهرة، التي ظلت دون أن يلاحظها أحد لعقود من الزمن، بفضل التعاون بين العديد من بعثات الفضاء التابعة لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية. وكان المفتاح في قياسات الأشعة فوق البنفسجية وكيف يكشف عن التغيرات في تكوين ودرجة حرارة الغلاف الجوي لكوكب زحل. تشير كل الدلائل إلى أن الجسيمات الصغيرة من الحلقات تتساقط على الكوكب، مما يؤدي إلى تغيير بنيته الجوية.
زحل: كوكب غازي عملاق ذو شخصية فريدة
بفضل نظام حلقاته المهيب وحجمه الذي يجعله ثاني أكبر كوكب في النظام الشمسي، زحل هو عملاق فضائي حقيقي. يقع على بعد حوالي 1.426 مليار كيلومتر من الشمس ويتجاوز قطره الاستوائي 120.000 ألف كيلومتر. تتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم، يفتقر إلى سطح صلب. ومع ذلك، هناك تكهنات بأنه من الممكن العثور على نواة صلبة مكونة من الحديد والنيكل ومواد ثقيلة أخرى في أعماقها.
تظهر في غلافها الجوي، المضطرب بفعل الرياح القوية التي قد تصل سرعتها إلى 1.800 كم/ساعة، أشرطة مرئية من اللون البيج والأصفر والرمادي، حيث تتشكل العواصف الضخمة وغير المتوقعة. من أكثر الظواهر الغريبة التي تم رصدها هي مسدس عند قطبه الشمالي، وهو عبارة عن بنية مستقرة تتشكل من تيار هوائي نفاث يدور باستمرار.
حلقات زحل: التكوين والبنية والألغاز
الحلقات السبع الرئيسية لزحل، المشار إليها باسم A، B، C، D، E، F وG، لم يتم ترتيبها حسب الترتيب الأبجدي بحسب بعدها عن الكوكب، بل بحسب اكتشافها. وهي تتكون بشكل أساسي من قطع من الجليد والصخور والغباربعضها بأحجام صغيرة، وبعضها الآخر بحجم الجبل. تدور هذه الجسيمات حول كوكب زحل بدقة مذهلة، مما يخلق مشهدًا بصريًا لا مثيل له في الكون.
وفقا لأحدث البيانات ، الحلقات ليست أبدية. وتشير التقديرات إلى أنها تشكلت منذ ما بين 10 إلى 100 مليون سنة، وأنها قد تختفي خلال نحو 300 مليون سنة بسبب ظاهرة ما يسمى بـ"المطر الحلقي"، حيث تتساقط المواد من الحلقة باتجاه الكوكب بسبب قوى الجاذبية والكهرومغناطيسية.
اكتشاف غير متوقع: حلقات تُسخّن الغلاف الجوي لكوكب زحل
لمدة أكثر من 40 عامًا، تجاهل علماء الفلك والفيزياء الفلكية تفصيلًا أساسيًا. وكان تدخل الفلكي ضروريا لطفي بن جافل وسنوات من جمع البيانات لتأكيد ذلك تولد الحلقات حرارة في الغلاف الجوي العلوي للكوكب. ظاهرة جديدة كلياً في النظام الشمسي.
بدأ كل شيء عندما كان هناك فائض من الأشعة فوق البنفسجية والتي ظهرت على شكل خط طيفي من الهيدروجين الساخن. تم التقاط هذه الشذوذ بواسطة الأجهزة الموجودة على متن البعثات الشهيرة مثل فوييجر 1 و2، كاسيني، مستكشف الأشعة فوق البنفسجية الدولي، وتلسكوب هابل الفضائي.
وبعد مقارنة البيانات ومعايرتها على مدى ثلاثة عقود، تبين أن انبعاث الأشعة فوق البنفسجية ظل ثابتا، مما استبعد التباين الشمسي وأشار مباشرة إلى الظواهر الداخلية على زحل. التفسير الأكثر تماسكا هو أن يؤدي الغبار والجليد الناتج عن الحلقات، بسبب سقوطهما على خطوط عرض محددة، إلى تغيير تركيب الغلاف الجوي ودرجة حرارته..
كيف تم إجراء البحث وما هي المهام المشاركة
تطلبت الدراسة التي قادها بن جافل دمج البيانات من بعثات فضائية متعددة. لقد ساهم كل واحد منهم بجزء حيوي في حل اللغز:
- فوييجر 1 و 2: لقد اكتشفوا لأول مرة زيادة في الأشعة فوق البنفسجية أثناء مرورهم بجانب زحل في ثمانينيات القرن العشرين.
- المستكشف الدولي للأشعة فوق البنفسجية: وقد قدمت ملاحظات الأشعة فوق البنفسجية منذ عام 1978 فصاعدا.
- تلسكوب هابل: وكان لجهاز التصوير الطيفي (STIS) دور فعال في معايرة البيانات القديمة والجديدة.
- كاسيني: المهمة الأكثر اكتمالا، والتي استمرت من عام 2004 إلى عام 2017، حيث غاصت حرفيًا في الغلاف الجوي للكوكب في نهاية عمرها الافتراضي.
بمجرد مقارنة أطياف الضوء فوق البنفسجي بين المهمات، الاتساق الكامل بين البيانات. كان هذا الاتساق دليلاً قاطعًا على أن الإشعاع الزائد لم يكن من صنع الإنسان أو خطأ في القياس، بل ظاهرة حقيقية داخل زحل.
ما هو السبب الدقيق لهذا الاحترار؟
يشير التحليل إلى أن مزيج من عدة عوامل ما هو السبب وراء هذا الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي؟
- اصطدامات النيازك الدقيقة التي تهز الجسيمات من الحلقات.
- الرياح الشمسية الذي يدفع الغبار الجليدي نحو زحل.
- الأشعة فوق البنفسجية من الشمس الذي يثير جسيمات الحلقة، مما يؤدي إلى توليد تفاعلات كيميائية.
- القوى الكهرومغناطيسية التي تسحب الجسيمات المشحونة نحو الكوكب.
تدخل كل هذه الجسيمات الغلاف الجوي لكوكب زحل في شكل شلال مستمر، والتي تؤثر بشكل رئيسي على الهيدروجين الذري. يؤدي هذا التفاعل إلى تغيير التركيبة وتوليد زيادة ملحوظة في درجة الحرارة على ارتفاعات محددة.
التطبيقات المستقبلية: هل يمكننا اكتشاف الكواكب الخارجية ذات الحلقات؟
أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في هذا الاكتشاف هو تطبيقه المحتمل في البحث عن الكواكب الخارجية. وبحسب بن جافيل، إذا تمكنا من اكتشاف فائض مماثل من الأشعة فوق البنفسجية على كواكب أخرى في أنظمة نجمية بعيدة، فقد نستنتج وجود حلقات مثل تلك الموجودة في زحل.
يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام شكل جديد من الدراسة يُعرف باسم البحث عن 'exorings'، وهو ما قد يكون حاسماً لفهم تطور الكواكب في أماكن أخرى من الكون والتفاعل بين الغلاف الجوي للكواكب والمواد المحيطة بها.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحقيقات الموازية التي أجرتها بعثة كاسيني أن قد تحتوي هذه الجسيمات على مواد عضوية، مما يثير العديد من الأسئلة حول أصله واحتمال وجود مواد معقدة في بنية الحلقات أو على الأقمار مثل إنسيلادوس أو تيتان.
رغم أن زحل هو أحد الكواكب الأكثر دراسة، إلا أنه لا يزال يقدم مفاجآت ضخمة على المستوى الكوني. إن تأثير حلقات الكوكب على غلافه الجوي لا يشكل تحديًا للنماذج السابقة لسلوك الكواكب فحسب، بل قد يصبح أيضًا مفتاحًا لاكتشاف أنظمة مماثلة في زوايا أخرى من الفضاء. ما كان يبدو في السابق مجرد زخرفة فلكية بسيطة، تبين الآن أنه ظاهرة فيزيائية معقدة، مليئة بالتداعيات على الفيزياء الفلكية الحديثة.
