من الصعب تصور كوكب زحل بدون حلقاته الرائعة، الواسعة، والمعقدة. ومع ذلك، عندما وصل مسبار كاسيني لدراسة الكوكب في عام 2004، قام باكتشاف غريب: فإن كتل الجليد والجسيمات التي تتكون منها الحلقات كانت نظيفة بشكل غريب، خالية من الغبار الذي توقع علماء الفلك وجوده نتيجة للقصف المستمر بالنيازك الدقيقة على مدى مليارات السنين.
اعتقد العلماء أن هذا يعني أن الحلقات لم تكن موجودة دائمًا؛ وأن عمرها في الواقع لا يتجاوز 100 إلى 400 مليون سنة. كان بإمكان الداينصورات أن تدوس على الأرض مع وجود زحل عارٍ، بدون حلقات، في السماء فوقها.
حسنًا، يمكنك طمأنة نفسك من تلك الصورة الذهنية المقلقة. فقد أظهرت دراسة جديدة للباحثين من معهد العلوم في طوكيو والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي أن حلقات زحل قديمة بالفعل – مع تفسير دقيق لكيفية بقاء الجليد بداخلها نظيفًا.
قال عالم الكواكب ريوكي هيودو من معهد العلوم في طوكيو لموقع ScienceAlert: “أشارت بيانات من مركبة كاسيني الفضائية إلى أن الحلقات قد تكون شابة لأنها تبدو نظيفة جدًا، وقد قبل الكثير من الناس هذا الاستنتاج ببساطة. ومع ذلك، يُظهر عملنا النظري الآن أن المظهر النظيف لا يعني بالضرورة أن الحلقات شابة”.
“لذلك، أعتقد أن هذه رؤية مهمة لتوجيه بعثات استكشاف الكواكب في المستقبل؛ من الأفضل ألا تنخدع بالنظر الأولي.”
على الرغم من أن الكواكب العملاقة الأخرى في النظام الشمسي لها حلقات أيضًا، إلا أنها لا تشبه حلقات زحل. المشتري، أورانوس، ونبتون كلها محاطة بحلقات رقيقة، شفافة بالكاد يمكن رؤيتها إلا إذا استخدمت أطوال موجية رصدية مناسبة.
على النقيض من ذلك، يُعرّف زحل عمليًا بحلقاته الواسعة. ويبدو من المحتمل، خارج النظام الشمسي، أن تكون الحلقات شائعة، بالنظر إلى العدد الكبير من الكواكب الغازية العملاقة خارج المجموعة الشمسية التي تم تحديدها – لكننا لا نعرف الكثير عن حلقات مثل حلقات زحل. وإذا كانت قصيرة العمر نسبيًا، تدوم بضع مئات من ملايين السنين قبل أن تنهار، فقد تكون تجربتنا معها مجرد حالة وجودنا في المكان المناسب في الوقت المناسب.
ولكن إذا كانت أطول عمراً، فإن هذا لا يقتصر على النظام الشمسي فقط؛ فقد تكون الحلقات الكوكبية الرائعة شيئًا يمكننا أن نأخذه في الاعتبار عند ملاحظة الألغاز المتعلقة بـ نجوم أخرى.
استند افتراض حداثة حلقات زحل إلى غياب الغبار الناتج عن القصف المستمر للنيازك عالية السرعة التي تصطدم بالجليد المكون للحلقات. أراد هيودو وزملاؤه معرفة ما إذا كان هناك تفسير آخر للمظهر الشاب للحلقات، لذلك قاموا بإجراء نمذجة نظرية لمعرفة ما يحدث عند اصطدام جسيم غبار بسرعة عالية بالجليد في فراغ الفضاء البارد.
تُسابقُ نيازكٌ دقيقةٌ جدّاً، يقلُّ حجمُها عن 100 ميكرون، حولَ زُحل، مُتسارعةً بفعلِ جاذبيّةِ زُحل القويّة. وفي الوقتِ نفسِه، قد تكونُ كُتلُ الجليدِ التي تُشكّلُ الحلقاتِ أكبرَ بكثير، من سنتيمتراتٍ إلى أمتارٍ في الحجم.
عندما تصطدمُ جسيمٌ يتحرّكُ بسرعةٍ تزيدُ عن 25 كيلومتراً (حوالي 15 ميلاً) في الثانية بكتلةِ جليد، بدلاً من تلويثِ الجليد، تتسبّبُ حرارةُ الاصطدامِ في تبخّرِ كلٍّ من النيزكِ الدقيقِ ومنطقةٍ صغيرةٍ على سطحِ الجليد؛ يتكاثفُ بعضُها في جسيماتٍ نانوية، بينما يبقى الباقي ذرّاتٍ وجزيئات.
من هناك، “تُشحَنُ الجسيماتُ النانويةُ والذرّاتُ والجزيئاتُ في بيئةِ البلازما حولَ زُحل؛ وبمجردِ شحنِها، يؤثّرُ المجالُ المغناطيسيّ لزُحل على مداراتِ الجسيماتِ النانويةِ المشحونةِ والأيونات”، كما أوضحَ هيودو.
في النهاية، فإن مادة الشهب الدقيقة (المادة المُظلِمة للحلقات)، والتي أصبحت الآن على شكل جسيمات نانوية وأيونات، إما تصطدم بالكوكب أو تهرب إلى غلاف زحل الجوي أو إلى الفضاء الخارجي. وفي الختام، فإن الحلقات بالكاد تُظلِم نتيجة اصطدام الشهب الدقيقة.
إذا كان هذا هو الحال، فإن حلقات زحل قد تكون عمرها مليارات السنين. بالإضافة إلى ذلك، قد تعني هذه الظاهرة أن حلقات زحل ستبقى موجودة لفترة أطول في المستقبل مما كنا نعتقد. وقد اكتشف كاسيني كميات هائلة من المياه تسقط من حلقات زحل إلى الكوكب – بما يكفي لملء حوض سباحة أولمبي كل نصف ساعة.
فُسِّرت المادة المتساقطة المُشاهدة على أنها المعدل الذي تتآكل به الحلقات؛ مع ما لا يقل عن 100 مليون سنة قبل أن تختفي إلى درجة يصعب معها التعرف عليها. لكن، كما وجد هايدو وزملاؤه، فإن مطر الحلقات قد يكون عبارة عن بخار الماء الناتج عن قصف الشهب الدقيقة.
إذا كانت حلقات زحل أقدم، فمن الأسهل أيضًا تفسيرها. كان النظام الشمسي أكثر فوضوية بكثير قبل مليارات السنين، مما زاد من احتمالات حدوث حدث مثل اصطدام بين الكويكبات أو الكواكب الأولية التي خلقت سُحُباً من الحطام التي تدور حول زحل وأصبحت حلقاته.
في الوقت الحالي، إنها مجرد فرضية – ولكنها ستُنظّم بالتأكيد العديد من الأسئلة الجارية حول زحل وحلقاته. ويعمل هيودو وزملاؤه على استكشاف نتائجهم بشكل أكبر.
قال لـScienceAlert: “بعد دراستنا، يقوم زميلي الآن بإجراء تجارب مخبرية لتحاكي اصطدامات الكُرياتِ الصُغريةِ بالنّيازك بالجُسيمات الجليدية. يمكن أن تساعد هذه التجارب على التحقق أكثر من نتائجنا”.
“بالإضافة إلى ذلك، أُدير فرقًا علمية في العديد من بعثات استكشاف الكواكب اليابانية، بما في ذلك مهمة مستقبلية محتملة مخصصة لدراسة حلقات زحل عن كثب. ستتيح لنا هذه المهمة الاقتراب من الحلقات على مسافة أقرب بكثير مما فعلت كاسيني، مما يُمكّننا من مُشاهدة أحداث الاصطدام مباشرة أو جمع أدلة غير مباشرة يمكن أن تُلقي مزيدًا من الضوء على عمر الحلقات”.
نُشر البحث في Nature Geoscience.