فضاپيماي غول پيكر كاسيني، پس از مسافرتي هفت ساله به كيوان رسيد و پس از ۲ سال گشت و گذار در منظومه سياره اي كيوان، پرده از بسياري از ابهامات اين دنياي پر رمز و راز گشود. اين شواليه مسلح به ابزارهاي قرن بيستم كه به افتخار كاشف شكاف معروف حلقه هاي كيوان، كاسيني نام گرفته است، دو سال ديگر فرصت دارد تا تمام اسرار كيوان را فاش كند. ساختار داخلي سياره، ميدان مغناطيسي عجيب آن، دنياي درون قمرها، حلقه هاي بي نظير و قمر شگفت انگيز تايتان (شبيه ترين جسم آسماني به زمين) مهمترين ماموريت هاي اين فضاپيماي بي سرنشين به شمار مي روند كه دانشمندان ناسا و اسا انتظار دارند تا دو سال ديگر پاسخ آن ها به زمين مخابره شود. اطلاعات انبوهي كه كاسيني فرستاده، ديدگاه ما را در مورد سياره زيباي كيوان متحول كرده است.
|
|
|
حلقه هاي زيباي كيوان به اين دومين غول سياره اي، جلوه اي ديگر بخشيده و آن را در ميان همسايگانش يكتا كرده است. اگر در كنار اين ها مجموعه اي عجيب و غريب از قمرها و يك ميدان مغناطيسي غيرمعمول را هم در نظر بگيريد، شايد بتوانيد درك كنيد چرا دانشمندان سياره شناس، شناخت اين دنياي سياره اي را اين قدر مهم مي دانند. كيوان در ميان سيارات منظومه شمسي كمترين شباهت را به يك كره كامل دارد. اين سياره آنقدر سريع به دور خودش مي گردد كه حتي با چشم هم مي توان تشخيص داد كه قطب هاي شمال و جنوبش پخ شده اند. شبانه روز در اين سياره اندكي كمتر از ده ساعت و ربع طول مي كشد.
ملاقات با كيوان
اولين ملاقات ما با اين سياره در سال ۱۹۷۹ روي داد، زماني كه فضاپيماي پايونير از نزديكي كيوان عبور كرد و ميدان مغناطيسي آن را براي اولين بار تشخيص داد. در سال هاي ۱۹۸۰ و ،۱۹۸۱ كاوشگرهاي ويجر يك و دو، در مسير خروج از منظومه شمسي توقف كوتاهي در مدار اين سياره داشتند. اين دو كاوشگر با استفاده از گرانش قوي اين سياره، به سرعت فرار مناسب براي ورود به محيط ميان ستاره اي دست يافتند و علاوه بر آن توانستند توفان ها، بادهاي ويرانگر سطح سياره، قمرهاي جديد و ساختارهايي در حلقه هاي كيوان را شناسايي كنند.
ويجرها همچنين سرعت گردش وضعي اين سياره را اندازه گيري كردند و از همين جا بود كه داستان شگفت انگيز كيوان آغاز شد. آخرين اطلاعات ارسالي كاسيني نشان مي دهد شبانه روز كيوان شش دقيقه طولاني تر از آني است كه بيست و پنج سال پيش اندازه گيري شده بود. چه اتفاقي افتاده است؟
پاسخ به وضوح مشخص است؛ گردش وضعي كيوان در حال كند شدن است! در اطراف كيوان هم موجود به خصوصي وجود ندارد كه تكانه زاويه اي كيوان را با اين شدت جذب كند. پس چه عاملي گردش كيوان را كند مي كند؟ آيا پاسخ اين پديده بنيادي تر از اين ها است؟
متاسفانه تحليل گردش وضعي كيوان به اين سادگي ها هم نيست. لايه خارجي سياره از هيدروژن تشكيل شده است و از اين رو عوارض سطحي مشخصي (همانند يك كوه يا دريا) روي آن وجود ندارد تا بتوان همانند زمين آن را نشان كرد و زمان يك دور گردش وضعي را اندازه گيري كرد. يك راه حل اين است كه آهنگ گردش لايه هاي ابر را تعيين كنيم، اما اين لايه ها در عرض هاي جغرافيايي مختلف سرعت هاي متفاوتي دارند و نمي توان به پاسخ درستي رسيد. راه حل بهتر اين است كه امواج راديويي تابيده شده از كيوان را بررسي كنيم .
در بالاترين مناطق جو كيوان، الكترون هاي سريع بادهاي خورشيدي در ميدان مغناطيسي اين سياره به دام مي افتند، شتاب مي گيرند و امواج راديويي ساطع مي كنند. در نتيجه مناطقي در جو سياره ايجاد مي شوند كه از خود امواج راديويي ساطع مي كنند. ميدان مغناطيسي هر سياره در هسته آن سياره شكل مي گيرد و در نتيجه آهنگ گردش سياره، معادل آهنگ گردش ميدان مغناطيسي و در نهايت تغييرات امواج راديويي ارسالي از آن است. آنتن هاي فضاپيماهاي ويجر و كاسيني هم با رديابي اين امواج توانستند شبانه روز كيوان را اندازه گيري كنند.
اما اطلاعات ارسالي كاسيني نشان داد گردش ميدان مغناطيسي كيوان و گردش وضعي سياره از هماهنگي دقيقي برخوردار نيست. احتمالاً اين ميدان مغناطيسي خودش هم حركت مي كند. اين اولين باري نيست كه ما با چنين پديده اي برخورد مي كنيم. در همين زمين خودمان، قطب شمال مغناطيسي در طول قرن گذشته بيش از هزار كيلومتر جابه جا شده است و دليل آن، تغييراتي است كه در گردش آهن مذاب هسته زمين ايجاد شده است. قطبين مغناطيسي خورشيد هم هر يازده سال جابه جا مي شوند.
ميدان مغناطيسي كيوان
دانشمندان حدس مي زنند در هسته كيوان، فشار به قدري بالا است كه هيدروژن به شكل مايعي فلزي جريان مي يابد. اما ميدان مغناطيسي كيوان به خورشيد شباهت بيشتري دارد تا به زمين، بنابراين ماجرا خيلي پيچيده تر است.
خوشبختانه كاسيني براي حل اين ماجرا در بهترين شرايط قرار دارد. اين مدارگرد هر چند هفته يك بار از نزديكي كيوان عبور مي كند و تغييرات ميدان مغناطيسي آن را بررسي مي كند. برنامه ريزي پرواز كاسيني به شكلي است كه پس از چهار سال، نقشه كاملي از ميدان مغناطيسي كيوان رسم كند. با استفاده از اين نقشه مي توانيم اسرار ميدان مغناطيسي اين سياره را آشكار كنيم و به درك بهتري از ساختار پوياي درون و برون آن دست يابيم.
آب و هواي عجيب كيوان
تغييرات جوي كيوان بيش از آن كه تابع عملكرد خورشيد باشد، از رويدادهاي لايه هاي داخلي تر تاثير مي پذيرد. در هيچ يك از سيارات منظومه شمسي، اين پديده به شدت كيوان مشاهده نمي شود؛ يكي از مهم ترين دلايل آن، فاصله بسيار دور اين سياره از خورشيد است كه ده برابر فاصله زمين تا خورشيد است كه موجب مي شود گرماي زيادي از خورشيد دريافت نكند. كيوان گرماي مورد نياز خود را از حل شدن هليوم در لايه هاي مركزي خود به دست مي آورد. اين گرمايش داخلي به نحوي عمل مي كند كه دماي استوا و مناطق قطبي تقريباً يكسان است، بنابراين الگوهاي گردش باد در اين سياره و بالطبع تغييرات آب و هوايي آن با ديگر سيارات متفاوت است.
در درازمدت، گرمايش داخلي موجب تعديل تفاوت دمايي بين قطبين كيوان و استواي آن مي شود، اما در كوتاه مدت اين سايه حلقه هاي كيوان است كه نقش اصلي را در آب و هواي كيوان ايفا مي كند. سايه حلقه ها روي نيم كره زمستاني كيوان مي افتد، بنابراين اين نيم كره از تابش كمتر خورشيد برخوردار است و فصل هاي طولاني كيوان طولاني تر مي شود. يك سال كيوان ۳۰ سال زمين طول مي كشد و در نيم كره زمستاني، زمستان طولاني تر از هر فصل ديگري است. از سوي ديگر سايه حلقه ها پيوسته نيست. شكاف هايي كه بين حلقه هاي مختلف قرار دارند، نوارهاي گرم و سردي را مجاور يكديگر ايجاد مي كنند و تغييرات دمايي شديد در لبه اين نوارها موجب مي شود جريان هاي پرقدرتي پديد آيند.
ويجر با تعقيب ابرهاي كيوان نتيجه گرفت كه اين سياره، بادخيز ترين سياره منظومه شمسي است؛ به طوري كه سرعت بادهاي استوايي آن به ۱۸۰۰ كيلومتر بر ساعت مي رسد (توفان هاي ويرانگر اقيانوس هاي زمين معمولاً بيش از ۲۰۰ كيلومتر بر ساعت سرعت ندارند)، اما مشاهداتي كه تلسكوپ فضايي هابل در سال هاي ۱۹۹۶ تا ۲۰۰۴ انجام داد، نشان مي دهد كه سرعت بادهاي اين سياره كاهش يافته است. هنوز نمي دانيم اين تغييرات سرعت به دليل تغيير فصل هاي كيوان است يا تغيير ارتفاع ابرها.
دوربين هاي كاسيني در چندين طيف مختلف عكسبرداري مي كنند و در نتيجه مي توانند درون جو كيوان و ابرها را در ارتفاع هاي مختلف بررسي كنند. كاسيني در هر گردش به دور كيوان، مدارش را تغيير مي دهد و در همين زمان هم كيوان آرام آرام به دور خورشيد گردش مي كند. دانشمندان اميدوارند كاسيني با استفاده از اين تغييرات بتواند شواهد كاملي را در مورد تغييرات جوي اين سياره فراهم كند.
حلقه هاي اسرارآميز
حلقه هاي كيوان به شكل شگفت انگيزي پيچيده اند. سه حلقه بزرگ و درخشان A ،B و C خود از صدها يا هزاران حلقه نازك تر تشكيل شده اند كه برخي از آن ها كمتر از يك كيلومتر پهنا دارند. قمرهاي كوچكي در آنها گردش مي كنند كه امواج مارپيچي بزرگي درون حجم عظيم يخ هاي داخل حلقه ارسال مي كنند.
اين قمرها همچنين شكاف هاي بين حلقه ها را نيز تميز مي كنند و جالب اين كه گرانش اين قمرها اثري دوگانه دارد: از يك سو تكه هاي يخ خارج مدارش را جذب مي كند؛ آن ها را سرعت مي بخشد و به مداري بالاتر و حلقه اي دورتر منتقل مي كند. از سوي ديگر، ذرات درون حلقه هاي دروني تر را به وسيله گرانش خود مي كشد و از سرعت شان مي كاهد. در نتيجه اين ذرات به مدارهاي پايين تر و حلقه هاي دروني تر منتقل مي شوند و آنچه باقي مي ماند، شكافي تميز در مسير حركت قمر است. درون اين حلقه هاي عظيم، شكاف هاي كوچكي وجود دارند كه پهنايشان بيش از صد متر نيست! دانشمندان حدس مي زنند گرانش ضعيف بين ذرات درون حلقه، آن قدر هست كه بتواند آن ها را در گروه هايي دور هم جمع كند و نوارهايي خالي بر جاي بگذارند.
حلقه هاي كيوان تنها صد متر ضخامت دارند، با اين حال از ميلياردها كيلومتر دورتر هم ديده مي شوند! آن ها منشأهاي مختلفي دارند؛ قمرهاي خرد شده، دنباله دارهاي متلاشي شده، گدازه هاي آتشفشاني و جالب اين كه جنس همه آن ها هم يخ است.
در دو سال گذشته، دوربين هاي كاسيني تصاويري را از تغييرات ديناميكي اين حلقه ها ارسال كرده اند و نشان داده اند چگونه قمرهاي كوچك و بزرگ كيوان در عبور از كنار اين حلقه ها، اختلالاتي را در شكل منظم آن ها پديد مي آورند. اما آيا كاسيني مي تواند بزرگ ترين راز آن ها را نيز آشكار كند و بگويد منشأ آن ها چيست؟
حلقه ها پاسخ اين پرسش را به خوبي پنهان كرده اند، زيرا عامل پديد آورنده آن ها هرچه بوده، ميليون ها سال قبل پودر شده و در اطراف كيوان پخش شده است. كاسيني تاييد كرده است كه حلقه ها از تكه هاي كوچك و بزرگ يخ تشكيل شده است كه بزرگي شان از چند سانتي متر تا ده ها متر متغير است. ماده موجود در اين حلقه ها آن قدر هست كه بتواند يك قمر كوچك را با قطر چند صد كيلومتر تشكيل دهد.
تا ۳۰ سال پيش، دانشمندان تصور مي كردند اين حلقه ها چيزي نيستند جز مواد به جا مانده از تولد منظومه شمسي كه در طول ميلياردها سال نتوانسته اند به قمر تبديل شوند، اما طولي نكشيد كه سياره شناسان فهميدند در اين صورت، حلقه ها بايد در طول اين مدت طولاني، انبوهي از غبار سياره اي را جذب كرده باشند و ساختارشان از يخ هاي كثيف و كدر تشكيل شده باشد، در حالي كه به وضوح مي بينيم اين يخ ها تميز و درخشان هستند. اندازه گيري ها نشان مي دهد بيش از ۹۹ درصد مواد حلقه را يخ خالص تشكيل داده است، يعني حلقه ها تنها چند صد ميليون سال است، غبار جذب كرده اند. به عبارت ديگر پديده اي كه منجر به تشكيل اين حلقه هاي يخي شده است، در همين اواخر اتفاق افتاده است.
برخي احتمال مي دهند يكي از قمرهاي قديمي كيوان در برخوردي عظيم و ويرانگر تكه تكه شده و ذرات آن به تدريج اين حلقه ها را ايجاد كرده است. آن ها شاهدي هم براي چنين برخورد ويرانگري پيدا كرده اند: ميماس، يكي از قمرهاي نزديك به كيوان بر سطح خود، گودالي بزرگ به نام هرشل دارد كه نشان از برخوردي بسيار شديد دارد، آن قدر شديد كه مي توانست تمام اين قمر را متلاشي كند. محققان حدس مي زنند قمر ديگري كه در اين برخورد شركت داشته، شانس بقاي كمتري دارد و هماني است كه بخشي از حلقه هاي امروزي را تشكيل داده است.
برخي ديگر هم ايده خرد شدن يك دنباله دار را در ميدان گرانشي قوي كيوان مطرح مي كنند. كاسيني براي اين گروه هم شاهدي پيدا كرده است؛ فوئب، قمر ديگري در منظومه سياره اي كيوان. دانشمندان تقريباً مطمئن شده اند كه فوئب يكي از اجرام كمربند كوئيپر بوده كه در مسير حركت به دور خورشيد از نزديكي كيوان عبور كرده و در دام گرانش آن افتاده است. اگر فوئب خيلي به كيوان نزديك شود، تفاوت گرانش در اطراف آن به قدري شديد خواهد بود كه آن را خرد مي كند و حلقه هايي را از آن تشكيل مي دهد.
اما ممكن است فرآيند تشكيل حلقه ها بسيار پيچيده تر باشد و از آن جالب تر اين كه هنوز ادامه داشته باشد. حلقه ها ممكن است بارها و بارها از نو تشكيل شوند و دنباله دارها و خرده قمرها، مواد تازه اي را به آن تزريق كنند. كاسيني، ابزارهايي دارد كه مي تواند اين نظريه را با تحليل خطوط طيفي حلقه ها بيازمايد. اين ابزارها تاكنون نشان داده اند بخش هايي از حلقه ها كدرتر و كثيف تر از بقيه هستند، بنابراين اگر منطقه اي باريك، روشن و تميز را ببينيم، نشان آن است كه اين منطقه در اثر پديده اي تشكيل شده كه به تازگي روي داده است، مانند خرد شدن ذرات درشت تر تشكيل دهنده حلقه يا يك خرده قمر.
هنگامي كه اين مواد در حلقه پخش شدند، ممكن است دوباره به هم بپيوندند و يك خرده قمر جديد را تشكيل دهند؛ صخره اي كه ممكن است در برخوردهاي آينده دوباره حلقه اي جديد را تشكيل دهد. يوجين شوميكر فقيد (سياره شناس و كاشف دنباله دار معروف شوميكر-لوي ۹) عقيده داشت بسياري از قمرهاي كيوان چنين وضعيتي دارند و بارها شكسته شده اند و حلقه ها و قمرهايي جديد تشكيل داده اند. چگالي پايين برخي از قمرهاي داخلي كيوان نشان مي دهد آنها ساختاري كلوخ مانند دارند و از ذرات به هم پيوسته اي تشكيل يافته اند. شايد بتوان اين را شاهدي بر اين نظر دانست.
اين فرآيند جوش خوردن و خرد شدن، چيزي است كه كاسيني به زودي آن را آزمايش خواهد كرد. اين فضاپيما در تصاويري كه به تازگي فرستاده، حلقه جديدي را كشف كرده است؛ نواري باريك از يخ كه در مدار قمر ۴۰ كيلومتري اطلس به دنبال اين قمر حركت مي كند. هنوز مشخص نيست اين نوار يخي است كه از اطلس خارج شده يا اين كه بقاياي موادي است كه اطلس را به وجود آورده است. قرار است كاسيني در دو سال آينده اين قمر را تحت نظر بگيرد تا منشأ حلقه و قمر را مشخص كند.
تماس با تايتان
تايتان براي قمر بودن زيادي خوب است. اگر خورشيد اين قمر را از كيوان مي ربود، تايتان به يكي از جذاب ترين سيارات منظومه شمسي تبديل مي شد. اين سياره فرضي به قدري به زمين شباهت داشت كه ديگر كسي اين قدر به مريخ قرمز زشت و غبارآلود توجه نمي كرد.
تا دو سال پيش در مورد اين قمر چيز زيادي نمي دانستيم. اطلاعات ما نشان مي داد تايتان بزرگترين قمر سياره كيوان و دومين قمر منظومه شمسي پس از گانيميد (قمر مشتري) است و هر شانزده روز يك بار به دور كيوان گردش مي كند؛ تنها قمري است كه ابر و جو ضخيم دارد و لايه اي انباشته از مه دود هيدروكربني، سطح اين قمر را پنهان كرده است. در طول اين همه سال تلسكوپ هاي زميني تنها توانسته بودند مناطقي روشن و تاريك را روي اين قمر نشان دهند كه كسي نتوانست آنها را توضيح دهد. تلسكوپ هاي فضايي هم به زحمت چيزي فراتر از يك كره نارنجي بزرگ نشان مي دادند.
اما امروز همه چيز فرق كرده است. سياره شناسان فهميده اند تايتان خيلي به زمين شبيه است و در سطح آن بستر رودخانه، لايه هاي غبار، تپه و زمين هاي گل آلود وجود دارد. اما آنها متوجه يك تفاوت اساسي نيز شده اند؛ در زمين، رودخانه هاي پر از آب مايع در زمين هايي سنگلاخ جريان دارند، در حالي كه در تايتان اين متان مايع (همان گاز شهري!) است كه روي تپه ها و دشت هايي از يخ آب جاري است.
منابع:
Wikipedia.org
Nasa.gov
NewScientist.com
Physicsweb.org
