الكشف عن سر حلقات زحل

**MUHAMED SAMY** · 09-03-2010, 04:35 PM

الكشف عن سر حلقات زحل

هل ولدت الحلقات مع الكوكب أم نتجت عن تفتت جسم سماوي؟ تميط الصور دقيقةُ التفاصيل الأخيرة، التي التقطها المسبار " كاسيني "، اللثامَ أخيراً عن لغزٍ عمره خمسة قرون.
قوامها مليارات ملياراتِ كتلِ جليدِ الماءِ شبه النقية، التي تشكل حزاماً دقيقاً بثخانة عشرين متراً وعرض عشرات آلاف الكيلومترات: حلقات زحل هي دون أي شك إحدى عجائب المنظومة الشمسية. ولكن، إن كان يحلو لزحل عرضَها أمام الجميع، فإن الكوكب ظل يحتفظ بسر منشئها حتى الآن بحرص بالغ. لكن ذلك لم يكن بنتيجة تقصير في السعي إلى حل اللغز، الذي استمر منذ أن تم اكتشاف الحلقات في القرن السابع عشر. يلحظ علماء الفلك هنا سيناريوهين ممكنين. هل تشكلت الحلقات في وقت تشكل الكوكب، منذ 4 مليارات سنة؟ ولكن في هذه الحال، كيف أمكن لبنيتها الهشة أن تصمد كل هذا الزمن؟ أم أنها تكونت في وقت لاحق متأخر؟ ولكن، وفق أية سيرورة في هذه الحال؟.

ها هي ثمرة دلائل جديدة كان علماء الكواكب قد جمعوها مؤخراً من خلال الصور دقيقة التفاصيل التي التقطها المسبار " كاسيني " Cassini، وفيها ما يجيز صدقية السيناريو الثاني جدياً. يبدو واضحاً أن حلقات زحل قد تكون تشكلت، في وقت متأخر، من تكسُّر fracturation شيء سماوي كبير الكتلة، بقطر 400 كم على الأقل! " أطلق عند تحطمه قطعاً من حجم سنتمتر واحد حتى عشرة كيلومترات حول الكوكب. ثم أفقدتْ الاصطدامات المتعاقبة بين القطع هذه المنظومةَ طاقتَها، وجعلتها أخيراً تتخذ تشكُّلاً على شكل حلقات "، يشرح " لاري إسبوزيتو " L. Esposito، من جامعة Cornell في الولايات المتحدة. كان الباحث، مع زميله " جوش كولويل " J. Colwell، قد أطلق فرضية " التشظّي الكارثي " fragmentation catastrophique هذه عام 1987، عقب مرور مسابير " فوايجر" قرب الكوكب. ولكن، كان ينقص عنصر رئيسي، لإثبات صحة استدلالهما: التوزيع الدقيق للأجسام التي تشكلت منها الحلقات، وفقاً لحجمها.

سيناريو التشظي
" عندما يتكسر شيء ما، تتوزع بقاياه وفقاً لقانون يحدِّد عددَ القطع الدقيقَ في كل فئة حجمية. يجب إذاً أن نحصل على بعض القطع الضخمة، وعلى عدد أكبر من القطع المتوسطة، وعلى أخرى صغيرة لا تحصى. وهكذا، يمكننا وضع منحنى توزيعٍ نظري. إذا توافقت أعمال الرصد مع هذا المنحنى، تتوفر كل الفرص لأن تغدو فرضيةُ التشظي حلاً للغز الحلقات "، يشرح " ماثيو تِسكارنو " M. Tiscareno، من الجامعة نفسها. إلا أن عدد القطع الصغيرة وحده ( نحو 1 سم )، المقدر رادارياً، كان متوافقاً مع النظرية. أما قمرا زحل، بان Pan و أطلس Atlas، البالغ قطرهما نحو ثلاثين كيلومتراً، فكانا أكبر حجماً من أن يمثلا أشياءَ المنحنى الأضخمَ؛ بينما لم يتِح أيُّ شيء حتى الآن ملاحظة الأجسام المتوسطة ( حوالي 100 م ).
ولكن، لم يعد التوزيع اليوم مثلما كان! في الواقع، أوضحت " كارولين بوركو " C. Porco، من Space Science Institute في " بولدر " ( كولورادو )، و " سيباستيان شارنوز " S. Charnoz، من مفوضية الطاقة الذرية ( CEA ) الفرنسية، مؤخراً، أن بان و أطلس كانا إبّان تشكل الحلقات أصغر حجماً بمرتين مما هما عليه الآن. كان لهذين القمرين شكل لا مثيل له في المجموعة الشمسية. يمتد جبل بارتفاع 10 كم بطول خطّيْ استوائهما، مما يضفي عليهما شكل الصحن الطائر!. " وبما أن خطي استواء بان وأطلس يقعان في مستوى خط استواء الحلقات نفسه، فقد تصورنا فوراً وجود تأثير لهذه الأخيرة على مظهر القمرين الفريد " يشرح " سيباستيان شارنوز ". وجاء تأكيد ذلك من خلال محاكاة رقمية: تحدباتهما المتطاولة bourrelets ناتجة عما تحتويه الحلقات من الغبار، الذي اندمج بخط استوائهما. كان التنامي accrétion قد حدث سريعاً جداً، حين كانت الحلقات كثيفة بعد.. أي في وقت تشكلها. وإذا عدنا إلى الحجم الأصلي لكل من بان وأطلس ( 15 كم )، فإنهما يتوافقان حالياً مع النظرية!.
في الوقت نفسه، اكتشف " ماثيو تسكارنو " و " ميودرَغ سرمسفيك " M. Sremcevic، من جامعة كولورادو، أثلاماً ( أخاديد ) sillons بطول 15 كم لها شكل المروحة في الحلقة A. إلا أنها قد تكون آثاراً خلّفتها أشياءٌ من حجم يقارب مئة متر. وانطلاقاً من الاثني عشر ثلماً التي حدداها، استدلّا إلى وجود آلاف من قطع هذا الأنموذج. بذلك، نعثر على الأقمار المتوسطة التي تنقص المنحنى! يمكن أن يعني ذلك أن فرضية التشظي باتت متينة.
مع ذلك، تبقى نقطتان جوهريتان يتوجب إيضاحهما في إعادة التكوين reconstitution هذه: أولاً، هوية مسبِّب الحدث الكارثي. في الحقيقة، الجسم الأصلي initial غريبٌ بالضرورة عن زحل، لأنه بارتفاع الحلقة A ، أي على علو 130000 كم، نكون عند حد روش limite de Roche . ثانياً، تاريخ التهشيم. " لدينا مبررات جدية للاعتقاد بأن الحلقات فتية، أي بعمر نحو مئة مليون سنة "، يشرح " جوي برنز " J. Burns، من جامعة Cornell . هذه " المبررات الجدية " هي ثلاثة: لمعانُها brillance، الذي يوضح أنها لم تتعتم بتأثير سيليكات silicates القذف النيزكي المتواصل؛ ووجودُ قطع كبيرة ( كانت تعرضت للحت لو أن الحلقات كانت أقدم عمراً )؛ وتراصُّها compacité، الذي كان يمكن أن لا يقاوم الترجافات التثاقلية perturbations gravitationnelles التي تولّدها الأقمار، التي تدفعها إلى التمدد والانتشار مع مرور الزمن. نعم، لكن تَلاقِي زحل بجسم بقطر 400 كم منذ مئة مليون سنة هو غير ممكن، لأن المجموعة الشمسية كانت قد هدأت منذ وقت مضى.. . " هل يمكن أن يعود تشكل الحلقات إلى زمن أقدم مما كنا نعتقد؟، يتساءل " سيباستيان شاموز ". ينبغي أن يعاد النظر بكل السيرورات القائمة، بدءاً حتى بتلك التي جرى تفسيرها على أنها علامات فتوّة ".
سنوات قادمة حاسمة

من حسن الحظ أن لدى العلماء عدد من السيناريوهات منذ وقت سابق. أثبت " لاري إسبوزيتو " و" جوش كولويل "، منذ أيار 2007، بواسطة عمليات محاكاة جديدة، أن الحلقات قد تكون أكثف بمرتين مما كان معتقداً. إلا أن كمية إضافية من المادة تُحْدِث انتشاراً أكبر للسيليكات. إذاً، ليس لمعانُ الحلقات القوي غيرَ متوافقٍ مع عمر متقدم. ولاحظ " لاري إسبوزيتو " أيضاً أن الجسيمات الآتية من الحتّ بفعل القذف النيزكي تتدوَّر se recyclent باستمرار، مغذيةً بذلك أطوار التنامي والتهشيم. يمكن أن تكون بذلك قد احتفظت بأحجامها الوسطية طيلة أكثر من 100 مليون سنة. أخيراً، ربما تتيح ظاهرة التنامي هذه إعادة تفسير انبساط الحلقات الضعيف. " أتاحت لنا عملياتُ نمذجةٍ modélisations اكتشافَ وجود تنامٍ ميكروسكوبي يعمل على تخفيف لزوجة الوسط. إلا أن هذه اللزوجة، عندما تتضاءل، تُبطئ إلى حد كبير سرعةَ انبساط الحلقات "، يشرح " سيباستيان شاموز ".

يمكن أن تكون أيضاً قديمةً قِدمَ زحل! هل يمكن عندئذ أن تكون قد أتت من الكوكب نفسه؟ " مستحيل، لأن زحل كان غائصاً عند ولادته في سديم غازي nébuleuse de gaz انتهى بالاضمحلال، منظفاً كل شيء في طريقه. وكان لا بد لهذا المفعول الدفْعي أن يُخْليها "، يؤكد " سيباستيان شارنوز ".
يبقى السيناريو المفضل إذاً هو التشظي الكارثي لأحد الأجرام السماوية. يعتقد العلماء أنه مذنب comète، تمزقَ بتأثير قوى المدّ حين مروره تحت حد روش. " هذا السيناريو مقبول، لكن المشكلة أنه لم يشاهَد أبداً أي مذنب بقطر 400 كم! "، يقول " سيباستيان شارنوز " مازحاً. يرى هذا الباحث أن من شأن كل عقبة يتم اجتيازها أن تساهم بطرح أسئلة جديدة. " يمكننا أن نتصور جيداً جداً أن الجرم المتشظي هنا هو قنطورس centaure، من الكويكبات السيارة الدائرة حول الشمس بين المشتري ونبتون؛ بل يمكن أن يكون جسماً آتياً من حزام كويبر، ما وراء نبتون، إلا إذا كانت مثل هذه الأجسام تحوي بين 10 إلى 50% من السيليكات. ولكن، تتألف الحلقات من جليد شبه نقي! فمن أين يمكن أن تكون قد جاءت السيليكات؟ "، يضيف " سيباستيان شارنوز ".

أياً كان الأمر، فإن الباحثين ينتظرون بفارغ الصبر السنوات القادمة من بعثة " كاسيني "، التي سيرسم المسبار خلالها تاريخ الصدمات impacts على أقمار زحل الكبيرة مثل إيابتوس Japet. لا بد أن يتيح هذا القمر إعطاء إضاءة أفضل لفترة التشظي، حين يكشف عن الزمن الأغزر تواتراً في تلقي قذف المذنبات. سيعود أيضاً للمرور على مقربة من الأماكن التي سبق أن صورها، ولكن من زوايا رؤية جديدة، لاسيما في السنوات التالية! إذْ " تعتبر معرفة تطور القرص على مدى سنوات عديدة أمراً جوهرياً لتحديد التأثيرات المتبادلة، واللزوجة داخل القرص، والوصول إلى معرفة دقيقة لبنيته "، يؤكد " سياستيان شارنوز ". مع ذلك، إن ما يؤمله الباحثون في حقيقة الأمر هو أن يتمكنوا ذات يوم من العمل على صور أعلى ميْزاً من الآن. وإذا لم يتح كاسيني ذلك، فسيحتفظ كوكب زحل بسر حلقاته الدقيق لوقت أطول.
حلقات تزخر بالمعلومات
الحلقات أصلية في المنظومة الشمسية حتى أنها تستحق بمفردها إرسال مسابير إليها لدراستها. إلا أنها أيضاً تعطينا معلومات حول أشياء أبعد منها بكثير لا يمكننا الوصول إليها أبداً بشكل مباشر على الأرجح: الأقراص الأخرى كلها الموجودة في الكون! أقراص التنامي حول الثقوب السوداء، والمجرات نفسها.. . عدا ذلك، تمكننا الأقراص من الرجوع بعيداً في الزمن الماضي، لأن مقارنتها تفرض نفسها بشكل طبيعي مع القرص الكوكبي البدئي protoplanétaire، الذي تكثف حول نجمنا عقب ولادته مباشرة، وولدت فيه كواكب مجموعتنا الشمسية. في الواقع، نعثر فيها على بعض الظواهر، منها تنامي المادة في المراحل الأولى من تشكل الكواكب، بل أيضاً الأثلام ( الأخاديد ) التي تولدت عن ارتحال أشياء كبيرة الحجم ( أجنة كواكب embryons de planètes ) في وسط أخرى أصغر حجماً ( كويكبات سيارة ). مع ذلك، التشابه محدود بين المنظومتين: نلحظ وجود غازات في الأقراص الكوكبية البدئية، بينما الحلقات صلبةٌ solides حصراً.
مَعْلَمَات
يعود لغز الحلقات إلى زمن اكتشاف غاليليو لها. منذئذ، سعى علماء فيزياء كبار إلى تحديد طبيعتها: هيغنز Huygens، وكاسيني Cassini، ثم ماكسويل Maxwell، الذين أكدوا، في القرن التاسع عشر، أنها تتشكل من جسيمات متمايزة. وفي عام 1980، ثم عام 1981، اكتشفت مسابير فوايجر أقماراً صغيرة في الحلقات، التي بدا شكلها غير المعتاد الشبيه بالصحون الطائرة مثيراً للحيرة. ولكن، قدَّم المسبار كاسيني بعد إطلاقه في تشرين الأول 1997، وتصويره كوكب زحل من جميع الوجوه، أجوبةً حول أصل الحلقات.

المصدر: " العلم والحياة " الفرنسية،

- ترجمة محمد الدنيا