تموجات في حلقات زحل تحل الغموض عن سرعة دورانه

عندما زارت المركبة الفضائية كاسيني Cassini Spacecraft الكوكب زحل Saturn، بيّنت قياساتها لحقل العملاق الغازي المغناطيسي أننا ربما كُنَّا مخطئين بشأن سرعة دوران الكوكب، فقد كانت سرعة دوران الحقل المغناطيسي أبطأ بسبعة دقائق من آخر قياس قامت به مسابير فوياجر Voyager.

ولكن كاسيني أعطانا أيضا فيضا من صور حلقات زحل، وضمن تلك الصور كانت الأدلّة على معدل الدوران الحقيقي للكوكب العملاق مدفونة بينها.

ويقول ديفيد ستيفنسون David Stevenson من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا California Institute of Technology في باسادينا بولاية كاليفورنيا: “اتضح أنّ الحلقات هي طريقة حساسة للغاية للكشف عن الاضطرابات في باطن الكوكب.”

استقراء الحلقات Reading the rings

في أوائل الثمانينات من القرن الماضي، حلّق مسبارا فوياجر التوأم فوق زحل، مما أعطى علماء الفلك أول صور عن قرب لنظام حلقة الكوكب العملاق وبعض السمات غير المتوقعة التي تشبه الأخاديد في الإسطوانات الموسيقية.

وسرعان ما أدرك الباحثون أنّ أقمار زحل المتعددة كانت تجذب جزيئات الحجر والجليد التي في الحلقات. وعندما تدور الأقمار والجزيئات الموجودة في الحلقة بِنِسَب بسيطة لبعضها البعض، تدفع الأقمارُ الجزيئاتِ دفعات دورية – وهو التأثير المعروف بالرنين المداري Orbital Resonance.

ويقول كريستوفر مانكوفيتش Christopher Mankovich من جامعة كاليفورنيا University of California في سانتا كروز: “ومع الرنين، يمكنك إطلاق موجات تنتشر عبر الحلقات، مثل إسقاط صخرة في بركة.”

وفي حين تنتقل التموجات الناتجة من القمر إلى الخارج من الحلقات، بعيدا عن الكوكب، كانت هناك حفنة منها شاذة تنطلق في اتجاه زحل ذاته. وسرعان ما أشار الباحثون إلى أنّ الأحداث الشبيهة بالزلازل داخل العملاق الغازي يمكن أن تُحرّك كميات هائلة من الكتلة حولها، إذ تقوم بجذب الحطام القادم من الحلقة نحو الكوكب وإنتاج الموجات “العكسية” Backwards. وبذلك، يمكن أن تكشف التموجات ما يحدث في أعماق الأرض.

 الدوامة الداخلية Inner Swirl

سجلت بعثات فوياجر أيضًا بيانات عن حقل زحل المغناطيسي، واكتشفت أنه كان يدور حول محوره كل 10 ساعات و40 دقيقة تقريبًا، وهو رقم اتُخِذ كمعدل دوران للكوكب بأكمله. ولكن عندما وصلت المركبة الفضائية كاسيني إلى زحل في منتصف العقد الأول

من القرن الحادي والعشرين، قاست معدل دوران الحقل المغناطيسي بأكثر من 10 ساعات و47 دقيقة. وكان من المستحيل أنّ زحل الضخم قد تباطأ إلى هذا الحد في غضون بضعة عقود قصيرة.

وصنّفت كاسيني العديد من الموجات المتحركة إلى الداخل، وكانت أكثر مما رصدته فوياجر Voyager. وباستخدام بيانات من الحلقة الداخلية الثانية C ring لزحل، أنشأ مانكوفيتش وزملاؤه نمذجات حاسوبية تحاكي البُنية الباطنية لكوكب زحل كما يمكنها تفسير أنماط ومواقع الاضطرابات الممتدّة للداخل.

وتقترح النمذجات أن زحل يدور كل 10 ساعات و35 دقيقة، وهي نتيجة تتوافق بشكل وثيق مع التقديرات الحديثة الأخرى التي تستخدم قياسات حقل جاذبية الكوكب من كاسيني. ويقول مانكوفيتش إنّ وجود تقنيتين جديدتين لمعالجة هذه المسألة يساعد الفلكيين على بناء فهم أكثر اكتمالاً لباطن زحل الغامض والدوّار. وعلى سبيل المثال، تُشير نمذجات الحاسوب أيضًا إلى أنّ الأعماق المختلفة لباطن زحل قد تدور بمعدلات مختلفة.

المرجع: arxiv.org/abs/1805.10286

اقرأ المزيد: قد تكون حلقات زحل من دوامة صخرة جليدية عابرة

Reference: arxiv.org/abs/1805.10286