رسم توضيحي لكوكب زحل ولبه "الغامض". الائتمان: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / R. هيرت (IPAC)
زحل يصنع الأمواج في حلقاته الخاصة
بنفس الطريقة التي تسبب بها الزلازل قعقعة كوكبنا ، والتذبذبات في الداخل سايتورن جعل عملاق الغاز يهتز قليلا جدا من أي وقت مضى. هذه الحركات ، بدورها ، تسبب تموجات في حلقات زحل.
في دراسة جديدة قبلت في المجلة طبيعة علم الفلك، قام اثنان من علماء الفلك من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا بتحليل تلك الحلقات المتموجة للكشف عن معلومات جديدة حول قلب زحل. لدراستهم ، استخدموا البيانات القديمة التي تم التقاطها بواسطة وكالة ناساالصورة كاسيني، مركبة فضائية تدور حول العملاق ذي الحلقات لمدة 13 عامًا قبل أن تغوص في الغلاف الجوي للكوكب وتتفكك في عام 2017.
تشير النتائج إلى أن نواة الكوكب ليست كرة صلبة من الصخور ، كما اقترحت بعض النظريات السابقة ، ولكنها عبارة عن حساء منتشر من الجليد والصخور والسوائل المعدنية - أو ما يسميه العلماء بالنواة "الضبابية". يكشف التحليل أيضًا أن اللب يمتد عبر 60 في المائة من قطر الكوكب ، مما يجعله أكبر بكثير مما كان مقدرًا سابقًا.
يقول المؤلف المشارك جيم فولر ، الأستاذ المساعد للفيزياء الفلكية النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "استخدمنا حلقات زحل مثل جهاز قياس الزلازل العملاق لقياس التذبذبات داخل الكوكب". "هذه هي المرة الأولى التي تمكنا فيها من التحقيق الزلزالي في بنية كوكب غازي عملاق ، وكانت النتائج مفاجئة جدًا."
تقول جينيفر جاكسون ، أستاذة ويليام إي. دراسة ولكنها تستخدم أنواعًا مختلفة من الملاحظات الزلزالية لفهم تكوين لب الأرض ولاحتمال اكتشاف الأحداث الزلزالية على الزهرة فى المستقبل.
كريستوفر مانكوفيتش.
المؤلف الرئيسي للدراسة هو كريستوفر مانكوفيتش ، باحث ما بعد الدكتوراه باحث مشارك في علوم الكواكب يعمل في مجموعة فولر.
تقدم النتائج أفضل دليل حتى الآن على نواة زحل الغامضة وتتوافق مع الأدلة الحديثة من مهمة جونو التابعة لناسا ، والتي تشير إلى أن عملاق الغاز كوكب المشتري قد يحتوي أيضًا على نواة مخففة بالمثل.
يوضح مانكوفيتش أن "النوى الضبابية تشبه الحمأة". "يختلط غاز الهيدروجين والهيليوم في الكوكب تدريجيًا بالمزيد والمزيد من الجليد والصخور أثناء تحركك نحو مركز الكوكب. إنه يشبه إلى حد ما أجزاء من محيطات الأرض حيث تزداد الملوحة مع وصولك إلى مستويات أعمق وأعمق ، مما يخلق تكوينًا مستقرًا ".
ظهرت فكرة أن اهتزازات زحل يمكن أن تحدث موجات في حلقاته وأنه يمكن استخدام الحلقات كجهاز قياس الزلازل لدراسة باطن زحل لأول مرة في دراسات في أوائل التسعينيات من قبل مارك مارلي (BS '1990) وكارولين بوركو (دكتوراه '84) ) ، الذي أصبح فيما بعد قائد فريق كاسيني للتصوير. تم إجراء الملاحظة الأولى للظاهرة بواسطة Matt Hedman و PD Nicholson (PhD '83) في عام 79 ، حيث قاما بتحليل البيانات التي التقطتها كاسيني. وجد علماء الفلك أن الحلقة C الخاصة بزحل تحتوي على أنماط لولبية متعددة مدفوعة بالتقلبات في مجال جاذبية زحل وأن هذه الأنماط كانت مختلفة عن الموجات الأخرى في الحلقات الناتجة عن تفاعلات الجاذبية مع أقمار الكوكب.
الآن ، قام مانكوفيتش وفولر بتحليل نمط الموجات في الحلقات لبناء نماذج جديدة من باطن زحل المتدهور.
يقول مانكوفيتش: "زحل يهتز دائمًا ، لكنه خفي". "يتحرك سطح الكوكب حوالي متر كل ساعة إلى ساعتين مثل بحيرة متموجة ببطء. مثل جهاز قياس الزلازل ، تلتقط الحلقات اضطرابات الجاذبية ، وتبدأ جسيمات الحلقة في الاهتزاز.
جيم فولر.
يقول الباحثون إن تموجات الجاذبية المرصودة تشير إلى أن الجزء الداخلي العميق من زحل ، بينما يتدحرج بشكل كامل ، يتكون من طبقات مستقرة تشكلت بعد غرق مواد أثقل في منتصف الكوكب وتوقف الاختلاط بمواد أخف فوقها.
يقول فولر: "لكي يتأرجح مجال جاذبية الكوكب مع هذه الترددات المعينة ، يجب أن يكون الجزء الداخلي مستقرًا ، وهذا ممكن فقط إذا زاد جزء الجليد والصخور تدريجياً مع تقدمك باتجاه مركز الكوكب".
تشير نتائجهم أيضًا إلى أن نواة زحل أكبر بـ 55 مرة من كتلة الأرض بأكملها ، مع وجود 17 كتلة أرضية من هذا الجليد والصخور والباقي سائل من الهيدروجين والهيليوم.
يقول هيدمان ، الذي ليس جزءًا من الدراسة الحالية ، "تمكن كريستوفر وجيم من إظهار أن ميزة حلقة معينة قدمت دليلًا قويًا على أن قلب زحل منتشر للغاية. أنا متحمس للتفكير فيما قد تخبرنا به جميع ميزات الحلقة الأخرى التي تم إنشاؤها بواسطة زحل عن هذا الكوكب ".
بالإضافة إلى ذلك ، تشكل النتائج تحديات للنماذج الحالية لتشكيل الغاز العملاق ، والتي تثبت أن النوى الصخرية تتشكل أولاً ثم تجذب مظاريف كبيرة من الغاز. إذا كانت نوى الكواكب ضبابية بالفعل كما تشير الدراسة ، فقد تدمج الكواكب الغاز بدلاً من ذلك في وقت مبكر من العملية.
المرجع: "نواة منتشرة في زحل كشف عنها علم الزلازل الحلقية" بقلم كريستوفر آر.مانكوفيتش وجيم فولر ، 16 أغسطس 2021 ، طبيعة علم الفلك.
DOI: 10.1038/s41550-021-01448-3
• طبيعة علم الفلك تم تمويل دراسة بعنوان "نواة منتشرة في زحل تم الكشف عنها بواسطة علم الزلازل الحلقية" ، من قبل مؤسسة روز هيلز ومؤسسة سلون.
