: دسته: فیزیک; بازدید: 822

سیاره زحل

زُحَل يا كيوان پس از مشتری، دومین سیاره‌ی بزرگ منظومه شمسی ماست و بر اساس فاصله از خورشيد ششمین سیاره می‌باشد. زحل یک گلوله‌ی گازی غول‌پیکر است و چگالی‌اش بسیار کم می‌باشد، به طوری که اگر در آب بیافتد روی آب می‌ماند. یک روز کامل در زحل برابر ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه در زمین می‌باشد، ولی یک سال آن ۲۹.۵ برابر سال زمینی است. از آنجایی که مدار استوایی زحل تقریبا همانند زمين در ۲۷ درجه می‌باشد، تغییرات زاویه‌ی سیاره نسبت به خورشید شبیه به زمین بوده و همانند زمين دارای چهار فصل است.

جنس اين سیاره همانند مشتری از گاز بوده و بیشترین گازی که در جو آن موجود است هیدروژن می‌باشد (در جو زحل مقداری کمی هم هلیوم و متان وجود دارد). جرم حجمی سیاره زحل از آب کمتر بوده و از این لحاظ در نوع خود در میان دیگر سیارات منظومه شمسی یگانه می‌باشد. سرعت حرکت آن به دور خود بسيار زياد بوده و به همين دليل در قطب‌های آن نوعی حالت تختی مشاهده می‌شود.

در آسمان شب زمین، زحل به دلیل اندازه بزرگش، دارای جوی درخشان است. زیبایی زحل به خاطر نوارهای روشن حلقه های اطراف و نیز به خاطر قمرهای زیادش است.

زحل از جنبه‌های زیادی شبیه مشتری است، جز اینکه در اطراف آن چندین حلقه شگفت‌انگیز وجود دارد. جرم زحل، صد برابر جرم زمین است.

ویژگی‌های فیزیکی

زحل شباهت قابل توجهی به مشتری دارد، ولی کمی کوچکتر بوده و جرمی کمتر از جرم مشتری دارد. اين سياره کمترین چگالی حجمی را نسبت به ديگر سیارات منظومه دارد. ساختار جو آن با کمربندهایی که به موازات استوا امتداد دارند، همانند است. آشفتگی‌های کمربندهای زحل خیلی کمتر از مشتری است (تاکنون از روی زمین فقط ۱۰ لکه مشاهده شده‌اند). جو زحل ترکیب خیلی مشابهی با جو مشتری دارد. تاکنون متان (CH4)، آمونیاک (NH3)، اتان (C2H6)، فسفین (PH3)، استیلن (C2H2)، متیـل استیل (C3H4)، پروپان (C3H8) و هیدروژن مولکولی (H2) در جو زحل آشکار شده است.

ابرهای زحل خیلی کم رنگ‌تر از ابرهای مشتری به نظر می‌رسند، چون دمای زحل کمتر از دمای مشتری است. ابرهای زحل در لایه پایین‌تر جو سياره قرار می‌گیرند. درون زحل احتمالا ترکیب مشتری را دارد. تخمین‌های نظری مقادیر حدود ۷۴% هیدروژن، ۲۴% هلیوم و ۲% عناصر سنگین‌تر را پیشنهاد می‌کند. این ترکیب تقریبا مشابه ترکیبات خورشید است. زحل ممکن است یک هسته‌ی سنگین کوچک به قطر ۲۰ هزار کیلومتر و جرمی معادل ۲۰Mφ را داشته باشد.

دما

انحراف محور عمودی سياره زحل منجر به اختلاف میزان تابش خورشید به قسمت‌های مختلف آن و در نهایت ایجاد فصول شده است. هر فصل در این سیاره ۷.۵ سال طول می‌کشد، چرا كه مدت زمان یک بار گردش زحل به دور خورشید ۲۹.۵ برابر سال زمینی است.
دمای زحل همیشه از دمای زمین سردتر است، زيرا این سیاره از خورشید دورتر است. میانگین دما در بالای ابرها ۱۷۵- درجه سانتیگراد بوده و در اعماق ابرها بیشتر می‌شود. اين سیاره تقریبا ۲.۵ برابر حرارتی را که از خورشید دریافت می‌کند، در فضا متساطع می‌نماید. بسیاری از ستاره‌شناسان معتقدند که این حرارت اضافی كه از سياره ساطع می‌شود، در نتيجه‌ی فرآیند فرو رفتن هلیوم به درون هیدروژن مایع به وجود می‌آید.

شش ضلعی زحلی

تصاویر فروسرخ جدید فضاپیمای کسینی از زحل، یکی از عجیب‌ترین عوارض سطح این سیاره را نمایان کرد. اين پديده ساختار ابر مانند یک شش ضلعی می‌باشد که به دور نقطهٔ قطب شمال سياره در گردش است. این ساختار بیست سال پیش درگذر فضاپیمای ویجر از کنار زحل کشف شده است.

شناسه‌های زحل

مقايسه قطر زحل با قطر زمين

فاصله متوسط از خورشید : ۱.۴۳ میلیارد کیلومتر
قطر استوا : ۱۲۰۵۳۶ کیلومتر
مدت زمان لازم برای حرکت وضعی : ۱۰.۲۳ ساعت
مدت زمان لازم برای حرکت انتقالی : ۲۹.۴۴ سال زمینی
سرعت مداری : ۹.۴۴ کیلومتر بر ثانیه
دمای فوقانی ابرها : ۱۷۵- درجه سانتیگراد
جرم (بر حسب جرم زمين) : ۹۵.۱۸ (جرم زمین = ۱)
چگالی متوسط (بر حسب چگالی آب) : ۰.۶۹ (چگالی متوسط آب = ۱)
جاذبه (بر حسب جاذبه زمين) : ۰.۹۳ (زمین = ۱)
تعداد قمر : ۴۸

حرکت زحل

زحل با طول ۹.۵۳۹AV و دوره تناوب گردش نجومی ۲۹.۴۵۸ سال، در مداری که با دایرة‌البروج زاویه ۴۹.۲ درجه می‌سازد، با خروج از مرکز ۵۵۷٪ در حال گردش است.

از روی زمین قطر زاویه‌ای زحل در نقطه مقابله حدود ۲۰ دقیقه است. اين سياره همانند مشتری، دارای جو پر از ابری است که به صورت جزئی می‌چرخد. از مشاهدات انتقالات دوپلری در عرض سیاره و با زمان‌بندی دقیق علامت‌های جوی، دوره تناوب چرخش نجومی آن، در نزدیک استوایش ۱۰ ساعت و ۱۴ دقیقه و در عرض‌های جفرافیایی بالا ۱۰ ساعت و ۳۸ دقیقه محاسبه شده است. در اینجا هم مجددا چرخش جزئی مشابه مشتری داریم. استوای زحل به اندازه ۲۶ درجه و ۴۵ دقیقه با صفحه‌ی مداری آن زاویه می‌سازد، به طوری که قطب‌های سیاره در فاصله‌های زمانی حدود ۱۵ سال یک بار به سمت زمین متمایل می‌شوند.

قمرها

تعدادی از قمرهای زحلبه دلیل محدودیت‌های فناورانه تا سال ۲۰۰۰ میلادی، دانشمندان معتقد بودند که زحل تنها چهار ماهک (قمر) دارد، اما بعدها آشکار شد که تعداد قمرهای زحل می‌تواند از ۲۰ و حتی ۳۰ هم بیشتر باشد. قمرهای زحل که به مانند خانواده‌ی آن می‌باشند هر ساله رو به افزایش است. در سال ۲۰۰۰ ميلادی ستاره‌شناسان دوازده قمر کوچک زحل را کشف کردند، که این به طور موقت زحل را از نظر شمار قمرها در جایگاه نخست قرار داد. اما یافته‌های تازه از سوی شپرد و همکارانش باعث شد تا مشتری در این مورد در رده‌ای جلوتر از زحل باشد. البته ممکن است قمرهای بیشتری در اطراف زحل در گردش باشند، اما فاصله زیاد سياره از ما تشخیص آنها را برای دانشمندان مشکل می‌سازد.

۲۰ قمر تاکنون برای زحل شناسایی شده‌اند، که ۱۳ قمر از زمین و ۷ قمر دیگر به وسیله‌ی کاوشگرهای فضایی کشف شده‌اند. قمرهای کوچک زحل به شکل سیب‌زمینی بوده و شکل‌های نامنظمی دارند. احتمال می‌رود که قمرهای کوچکتر دیگری نیز کشف شوند. سطح بسیاری از قمرها پوشیده از گودال‌های شهاب‌سنگی است. در سطح میماس (یکی از قمرهای کوچک زحل) گودال بزرگی به نام هرشل وجود دارد که ۱۳۰ کیلومتر (۸۱ مایل) وسعت داشته و یک سوم این قمر را پوشانده است.

کریستین هوینگس، دانشمند هلندی، در سال ۱۶۵۵ اولین قمر زحل را کشف کرد. تیتان از لحاظ بزرگی دومین قمر بوده و یکی از سه قمری می‌باشد که در منظو مه شمسی دارای جو هستند. احتمال می‌رود که قسمت اعظم آن از سنگ و بقیه از یخ تشکیل شده باشد. جوی که دائما سطح تیتان را پوشانده است، حاوی نیتروژن و سایر مواد شیمیایی است. تیتان به مانند ستاره‌ای کوچک از قدر ۸.۳، هر ۱۶ روز يک بار دور زحل می‌گردد. اين قمر را می‌توان به آسانی با یک اختربین (تلسکوپ) کوچک ۴ اینچی رصد کرد؛ برای ديدن آن کافی است تلسکوپ را به سمت زحل نشانه رفته و در فاصله ۲ دقیقه قوسی این سیاره به دنبال ستاره‌مانندی از قدر ۸.۳ باشید.
ستاره‌شناسان به تازگی قمر جدیدی از سیاره زحل را شناسایی کرده‌اند که بسیار کوچک است (حدودا ۲ کیلومتر). با اين حساب تعداد قمرهای اين سياره به ۲۱ قمر تغییر می‌کند.

حلقه ها

حلقه ها یا کمربندهای زحل در فاصله ۱۱۲۰۰ کیلومتری آن جای گرفته‌اند. اين حلقه ها از تکه‌های یخ و همچنین تکه‌های سنگ و غبار تشکیل شده‌اند، كه برخی به اندازه یک غبار ریز و برخی به اندازه یک خانه هستند. حلقه های زحل پهن هستند ولی بسیار تخت و نازک. پهنای آن‌ها ۲۸۲ هزار کیلومتر می‌باشد، در حالی كه کلفتی آنها تنها یک کیلومتر است. بنابراین هنگامی که از پهلو به کیوان بنگریم حلقه ها مانند تیغه‌ی باریکی شده و دیده نمی‌شوند. مشتری، اورانوس و نپتون هم حلقه دارند، اما حلقه‌ی زحل از همه بهتر دیده می‌شود. به باور دانشمندان دلیل درخشان‌تر بودن حلقه های زحل تازه‌تر بودن و جوان‌تر بودن آنهاست. دانشمندان گمان می‌كنند که این حلقه ها در پی نزدیک شدن یک قمر به زحل و فروپاشی قمر در اثر گرانش سياره پدید آمده‌اند.
حلقه های زحل به ترتیبی که کشف شده‌اند با حروف الفبا نامگذاری شده‌اند :

« اِی (A)، بی (B)، سی (C)، دی (D)، ای (E)، اف (F) و جی (G) »

در میان حلقه ها سه شکاف وجود دارد، كه آنها را چنين نامگذاری كرده‌اند : اِنکه (Encke)، کیلر (Keeler) و مکسول (Maxwell)، و یک بازه‌ی بزرگ به نام شکاف کاسینی (شکاف کاسینی ۴۷۰۰ کیلومتر پهنا دارد).

نخستین کسی که به حلقه رازآمیز پیرامون زحل علاقه‌مند شد و آن را کشف کرد، گالیله بود. او در سال ۱۶۱۰ به این موضوع پی برد و در آغاز بر این باور بود که این حلقه از جنس جامد می‌باشد. اما امروزه ثابت شده است که این حلقه از قطعات آب یخ زده تشکیل شده است، که برخی از آنها در اندازه‌های یک خودروی معمولی می‌باشند. مجموع گرانش (يا جاذبه) زحل و گرانش قمرهای آن حالتی را پدید می‌آورند که این قطعات همواره به صورت حلقه های نازک به دور سیاره - به نظر ثابت - ایستاده‌اند.

شناسایی زحل

فضاپیمای پایونیر ۱۱ (Pioneer 11) برای نخستین بار در سال ۱۹۷۹ از این سیاره دیدن کرد و پس از آن در سالهای بعد وُیجر ۱ (1 Voyager) و سپس وُیجر ۲ (2 Voyager). از جمله مواردی که فضاپیمای ویجر ۲ در ماموریت خود توانست به آن دست پیدا کند : اثبات وجود باد، میدان‌های مغناطیسی، شفق صبحگاهی و همچنین تندر و آذرخش در این سیاره‌ی زیبا بود. سرعت بادهایی که در قسمت استوایی این سیاره می‌وزد به ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه نیز می‌رسد.

شكاف كاسينی

در سال ۱۶۷۵ میلادی (۱۰۵۴ خورشیدی) جووانی دومنیکو کاسینی، اخترشناس ایتالیایی، کشف کرد که حلقه‌ی زحل از دو حلقه تشکیل یافته است و میان آن دو جدایی وجود دارد. این جدایی شکاف کاسینی نامیده می‌شود و در اثر کشش گرانشی قمر غول‌پیکر تیتان به وجود آمده است. بررسی‌های واپسین نشان داده است که در اطراف اين سياره، بر روی هم چهار حلقه وجود دارد. درونی‌ترین آنها بسیار کم نور بوده و تقریبا با بالای ابرها در تماس است. قطر حلقه نورانی بیرونی به ۱۴۰۰۰۰ کیلومتر می‌رسد.

میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی دارای یک گشتاور کلی برابر ۱.۳۵ گشتاور مشتری است. اما این مقدار به حد کافی قوی است که یک میدان مغناطیسی مشتری‌گون، با کمربندهای تابشی مشابه زمین، ایجاد کند. گشتاور دو قطبی مغناطیسی با میل یک درجه نسبت به محور چرخش زحل قرار می‌گیرد، که این مقدار با انحراف مشخص محورهای مغناطیسی مشتری و زمین تفاوت آشکار دارد. مغناطیس‌سپهر يا مغناطيس‌كره‌ی زحل (Saturn Magnetosphere) ذرات بسیار کمتری از ذرات مغناطیس‌كره‌ی مشتری را در خود جای می‌دهد.

دو دلیل عمده این تفاوت عبارتند از : کمبود یک منبع محلی ذرات باردار (که در مورد مشتری توسط فوران‌های آیو تولید می‌شوند) و حلقه های قابل رؤیت زحل که به طور مؤثری ذرات باردار را جذب کرده و مغناطیس‌كره‌ی داخلی را از ذرات باردار خالی می‌کنند. در خارج لبه‌ی حلقه ها چگالی ذرات باردار به سرعت افزایش يافته و به حدود ۵Rs تا ۱۰Rs در یک قله می‌رسد. در اینجا، ذرات باردار به طور محکم با میدان مغناطیسی در حال دَوَران سریع جفت می‌شوند؛ این بر هم کنش، لایه‌ای از پلاسما به ضخامت تقریبا ۲Rs ایجاد می‌کند که تا حدود ۱۵Rs ادامه می‌یابد. در ورای این مقدار، مغناطیس‌كره شکل خود را از دست داده و اندازه‌ی آن با دمای خورشید تغییر می‌یابد.

گردآورنده: دنیاها، دانشنامۀ فارسی | www.donyaha.ir