لقد كان ما يقرب من أربعين عاما منذ فوييجر 1 و 2 زارت البعثات نظام زحل. مع تحليق المسبار بواسطة عملاق الغاز ، تمكنوا من التقاط بعض الصور المذهلة عالية الدقة لجو الكوكب ، وأقماره العديدة ، ونظام حلقاته الأيقوني. بالإضافة إلى ذلك ، كشفت التحقيقات أيضًا أن زحل كان يفقد حلقاته ببطء ، بمعدل سيشهدها في حوالي 100 مليون سنة.
في الآونة الأخيرة ، فإن كاسيني زار المسبار نظام زحل وقضى أكثر من 12 عامًا في دراسة الكوكب وأقماره ونظام حلقاته. وبحسب بحث جديد قائم على كاسيني البيانات ، يبدو أن زحل يفقد حلقاته بأقصى معدل تنبأ به فوييجر البعثات. ووفقًا للدراسة ، فإن عملاق الغاز يلتهم حلقات زحل بمعدل يعني أنها قد تختفي في أقل من 100 مليون سنة.
الدراسة التي ظهرت مؤخراً في المجلة ايكاروس ، تم قيادة جيمس أودونوغو من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا وتضم أعضاء من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ومركز فيزياء الفضاء وشركة أبحاث الفضاء وجامعة ليستر وكلية لندن الجامعية.
وبحسب البيانات التي حصلت عليها فوييجر في عام 1980 وعام 1981 ، يتم سحب الجسيمات الجليدية من حلقات زحل من جاذبية الكوكب بعد تعرضها للمجال المغناطيسي لكوكب زحل - الأمر الذي يحولها إلى "حلقة دائرية" متربة في الغلاف الجوي العلوي لزحل. ولكن كما أشار جيمس دوناهو في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا ، فقد يكون الوضع أسوأ مما كان يشتبه أصلا:
"نقدر أن هذا" المطر الدائري "يستنزف كمية من منتجات المياه التي يمكن أن تملأ حمام سباحة بحجم أولمبي من حلقات زحل في نصف ساعة. من هذا وحده ، سيختفي نظام الحلقات بالكامل خلال 300 مليون سنة ، ولكن أضف إلى ذلك مادة كاسيني المركبة الفضائية المقاسة التي تم اكتشافها والتي تقع في خط استواء زحل ، ولدي الحلقات أقل من 100 مليون سنة للعيش. هذا قصير نسبيًا ، مقارنةً بعمر زحل الذي يتجاوز 4 مليار سنة ".
كاسيني درس فقدان مادة حلقة زحل كجزء من حلبة جراند فينال ، حيث أنفقت المركبة الفضائية وقودها المتبقي في إجراء 22 مدارًا بين زحل وحلقاته. كان هذا إنجازًا مهمًا ، حيث ذهبت مركبة كاسيني حيث لم يجرؤ أي مركبة فضائية على الإطلاق على الذهاب ولم يتم تصميمها للطيران في هذه البيئة.
ومع ذلك، كاسيني كان قادرا على الحصول على معلومات تؤكد ما فوييجر رصدت تحقيقات منذ عقود ، وكذلك الإجابة على لغز قديم حول حلقات زحل. في الأساس ، تساءل العلماء منذ فترة طويلة عما إذا كان زحل قد تشكل بحلقاته أو حصل عليها في وقت لاحق من الحياة. يشير هذا البحث الجديد إلى أنه من المحتمل أن يكون السيناريو الأخير ، وأن زحل اكتسبهما مؤخرًا نسبيًا في تاريخه.
وفقًا لدراستهم ، قدّر أودوناهو وزملاؤه أن نظام حلقات زحل من غير المرجح أن يكون أكبر من 100 مليون سنة ، حيث سيستغرق الأمر وقتًا طويلًا حتى يتحول الحلقة C من كثافة مثل الحلقة B إلى ما انه اليوم. في هذا الصدد ، يوضح أودونوغو ، أن الإنسانية محظوظة لحضورها في وقت كانت فيه الحلقات لا تزال موجودة:
"نحن محظوظون لوجودنا لرؤية نظام حلقات زحل ، والذي يبدو أنه في منتصف عمره. ومع ذلك ، إذا كانت الحلقات مؤقتة ، فربما فاتنا فقط رؤية أنظمة حلقات عملاقة للمشتري وأورانوس ونبتون ، والتي تحتوي على حلقات صغيرة فقط اليوم! "
كما لوحظ ، جاءت التلميحات الأولى من "المطر الدائري" من فوييجر البعثات ، التي نتجت عن ملاحظات ما يعتقد أنه ثلاث ظواهر غير ذات صلة. وشملت هذه الاختلافات في الغلاف الأيوني المشحون كهربائياً لكوكب زحل ، والاختلافات في الكثافة في حلقات زحل ، والنطاقات الداكنة الضيقة التي تطوق خطوط العرض الوسطى الشمالية للكواكب.
في عام 1986 ، نشر جاك كونيرني - الباحث من مركز جودارد للفضاء التابع لناسا والمؤلف المشارك في الدراسة الأخيرة - ورقة بحثية ربطت هذه العصابات المظلمة بشكل المجال المغناطيسي لزحل. باختصار ، اقترح أن جزيئات الجليد المشحونة كهربائيًا من حلقات زحل تتدفق إلى خطوط المجال المغناطيسي غير المرئية وتترسب كماء في الغلاف الجوي العلوي لزحل.
هذه الجسيمات ، وفقًا لكونيرني ، أصبحت مشحونة كهربائيًا إما عن طريق الأشعة فوق البنفسجية من الشمس أو عن طريق السحب البلازمية التي تسببها قذائف النيازك الدقيقة التي تقصف الحلقات. بمجرد حدوث ذلك ، ستشعر الجسيمات بسحب المجال المغناطيسي لكوكب زحل وستسحبه جاذبية كوكب زحل على طول خطوط المجال التي ترسبها في الغلاف الجوي العلوي.
ثم تتبخر هذه الجسيمات الجليدية وتتفاعل كيميائياً مع الغلاف الجوي المتأين لزحل ، الأمر الذي سيكون له أثر غسل الضباب في طبقة الستراتوسفير. ستظهر هذه المناطق أغمق في الضوء المنعكس ، وبالتالي تخلق مظهر العصابات المظلمة في جو زحل. ستكون النتيجة الأخرى هي زيادة العمر في الجسيمات المشحونة كهربائيًا المعروفة باسم أيونات H3 + (والتي تتكون من ثلاثة بروتونات وانتخابين).
كان وجود هذه الأيونات هو كيف تمكن O’Donoghue وفريقه من تأكيد نظرية كونيرني. باستخدام تلسكوب Keck ، تمكن الفريق من ملاحظة هذه الأيونات في نصف الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي لزحل بفضل الطريقة التي تتوهج في طيف الأشعة تحت الحمراء (والذي يحدث عندما يتفاعل مع ضوء الشمس). وقد لوحظت هذه النطاقات في بقع حيث تدخل خطوط المجال المغناطيسي التي تتقاطع مع مستوى الحلقة إلى الكوكب.
ثم قاموا بتحليل الضوء لتحديد كمية الأمطار التي تتفاعل مع الغلاف الجوي لزحل ، مما يشير إلى مقدار سحب جزيئات الجليد من حلقات زحل. ما وجدوه هو أنه يطابق القيم العالية التي اشتقها كونرني وزملاؤه في دراستهم لعام 1986.
اكتشف الفريق أيضًا شريطًا متوهجًا عند خط عرض أعلى في نصف الكرة الجنوبي ، والذي يصادف أنه المكان الذي يتقاطع فيه المجال المغناطيسي لزحل مع مدار إنسيلادوس. لبعض الوقت ، عرف علماء الفلك أن السخانات التي تنفجر بشكل دوري من المنطقة القطبية الجنوبية لإنسيلادوس (والتي هي نتيجة النشاط الجيولوجي في الداخل) هي المسؤولة عن تجديد الحلقة الإلكترونية لزحل.
تشير هذه النتائج الأخيرة إلى أن بعض الجسيمات الجليدية التي تنبعث منها إنسيلادوس تمطر على زحل أيضًا ، مما يساهم أيضًا في العصابات المظلمة للكوكب. كما أشار كونيرني:
"لم تكن هذه مفاجأة كاملة. حددنا إنسيلادوس والحلقة الإلكترونية كمصدر غزير للمياه أيضًا ، استنادًا إلى فرقة داكنة ضيقة أخرى في صورة فوييجر القديمة تلك.
بالنظر إلى المستقبل ، يود الفريق أن يرى كيف يتغير المطر الدائري نتيجة للتغيير الموسمي في زحل. الفترة المدارية لكوكب زحل ، وهي 29.4 سنة ، تتسبب في تعريض حلقاته بدرجات متفاوتة من أشعة الشمس. نظرًا لأن التعرض للأشعة فوق البنفسجية يشحن حبيبات الثلج في الحلقة ويجعلها تتفاعل مع المجال المغناطيسي لكوكب زحل ، يجب أن يكون لمستويات التعريض المختلفة تأثير مباشر على كمية الأمطار الحلقية في الغلاف الجوي العلوي.
هذه النتائج ، التي تسببت العلماء في إعادة التفكير في افتراضاتهم التي تمسك بها سابقًا حول نظام زحل ، ليست سوى أحدث اكتشاف يأتي من كاسيني مهمة. على الرغم من أن المركبة الفضائية أنهت مهمتها قبل عامين عن طريق الاصطدام بجو زحل ، إلا أن البيانات التي أرسلتها لا تزال تتحدى بعض النظريات القديمة حول زحل مع تأكيد الآخرين.
تأكد من التحقق من هذه الرسوم المتحركة لحلقات زحل المختفية ، بإذن من مركز ناسا جودارد للفضاء:
