قام باحثون إسرائيليون بقياس طول اليوم على زحل بدقة: "من المدهش أن نرى أنه في عام 2015 ما زلنا نفتقر إلى التفاصيل الأساسية حول الأجسام في النظام الشمسي"

وبحسب الدكتور رؤيات خالد الذي ترأس البحث، فإن قياس طول اليوم على كوكب غازي ليس بالأمر البسيط، فلا توجد مواقع ثابتة يمكنك من خلالها قياس الوقت عند ظهورها مرة أخرى من أجل معرفة طولها بدقة. اليوم

ما هو طول اليوم على كوكب زحل؟ من الواضح أن هذا سؤال أساسي في استكشاف الفضاء: بالنسبة لمعظم الكواكب في نظامنا الشمسي، يعد طول اليوم بيانات فيزيائية واضحة لا لبس فيها، ومعروفة جيدًا للعلم الحديث. لكن اتضح أن الوضع مختلف في زحل. وحتى اليوم، في عام 2015، لا يملك العلماء معلومات مؤكدة وقاطعة بشأن زمن الدوران الذاتي -وهو طول اليوم- لهذا الكوكب. الآن قام فريق من العلماء الشباب من جامعة تل أبيب ومعهد وايزمان بتطوير طريقة حسابية جديدة، والتي قد تسفر في النهاية عن حل دقيق لهذا اللغز - وحتى أن تكون مفتاحًا لألغاز أخرى في نظامنا الشمسي وفي جميع أنحاء المجرة.

وأجرى البحث الدكتور رويت خالد، الباحث في علوم الكواكب في قسم علوم الأرض بجامعة تل أبيب، بالتعاون مع الدكتور إيلي جالانتي والدكتور يوهاي كاسبي من معهد وايزمان للعلوم. تم نشر المقال اليوم (25.3.15) في مجلة الطبيعة. ويشارك الدكتور خالد في مهمات فضائية لوكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية، من بينها المركبة الفضائية البحثية "كاسيني" التي تدور حول زحل، و"جونو" التي ستصل إلى كوكب المشتري في عام 2016، و"جويس" التي ستستكشف كوكب المشتري وأقماره في الفضاء. العقد القادم.

وفي حديث لموقع هيدان، يوضح الدكتور خالد المتخصص في دراسة الكواكب الغازية العملاقة (الكواكب من نوع المشتري وزحل وحتى أكبر) في النظام الشمسي وما بعده، أن قياس طول اليوم على جهاز الكوكب الغازي ليس بالأمر البسيط، فلا توجد مواقع ثابتة يمكنها قياس الوقت عند ظهوره مرة أخرى لمعرفة طول اليوم بدقة (ربما باستثناء تسيدك و"عينه").

"زحل هو كوكب غازي عملاق - كوكب يتكون بالكامل من الغازات، بشكل رئيسي الهيدروجين والهيليوم"، يوضح قائد الدراسة، "لأن زحل يتكون من غازات، فهو ليس له سطح مستقر، وبالتالي لا يمكن أن يكون زمن دورانه ويتم تحديده بالطريقة المعتادة للكواكب الصلبة: اختيار علامة تعريف على السطح، وقياس الوقت الذي يمر حتى رؤيته مرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكواكب الغازية العملاقة تكون دائمًا مغطاة بطبقة من السحب، مما يجعل مهمة القياس أكثر صعوبة.

وعندما وصلت كاسيني حصلت على رقم مختلف: 10 ساعات و47 دقيقة. مثل هذا الكوكب لا يستطيع تغيير سرعة دورانه في ثماني دقائق في مثل هذا الوقت القصير.
ومن الواضح أن القياس لا يعطي بيانات دقيقة، وخلال رحلة كاسيني رأوا أن تردد الراديو يتغير مع مرور الوقت. ثم كانت هناك نماذج نظرية تحدثت عن 10 ساعات و32-33 دقيقة ثم كان لدينا عدم يقين لمدة خمس عشرة دقيقة.

يقول الدكتور خالد: "في عام 1977، أطلقت وكالة ناسا المركبة الفضائية فوييجر 2، والتي جلبت لنا معلومات قيمة عن الكواكب الخارجية الأربعة لنظامنا الشمسي - زحل والمشتري وأورانوس ونبتون". "وفقًا لملاحظات فوييجر 2، فقد تم تحديد أن وقت دوران زحل هو 10 ساعات و39 دقيقة و22 ثانية، وقد اعتبر هذا الرقم موثوقًا به منذ حوالي 30 عامًا. كان ذلك حتى أظهرت قياسات المركبة الفضائية كاسيني، التي دخلت مدارًا حول زحل في عام 2004، أن طريقة القياس التي استخدمتها فوييجر 2 لم تعكس في الواقع وقت دوران الكوكب. لقد تم إعادة فتح لغز طول يوم زحل."

وبحسب الدكتور خالد، فقد قام كل من فوييجر وكاسيني بقياس سرعة دورانهما عن طريق قياس إشعاع SKR (إشعاع كيلومتر زحل)، وهو إشعاع في المجال الراديوي بطول موجي يبلغ كيلومترات ناتج عن التيارات بين الغلاف الأيوني والغلاف المغناطيسي للكوكب. نظرًا لأن كاسيني ظلت تدور حول زحل لمدة عقد تقريبًا، فقد تم إجراء الاختبار مرة أخرى بعد سنوات قليلة من وصول كاسيني، وتم الحصول على نتيجة مختلفة. وإذا لم يكن هذا كافيا، فهناك نماذج نظرية نصت على أن طول يوم زحل يجب أن يكون عشر ساعات و32-33 دقيقة.

اختارت الدكتورة خالد وزملاؤها مهاجمة السؤال باستخدام طريقة حسابية تُعرف باسم "التحسين الإحصائي"، والتي من خلالها قدروا سرعة دوران الكوكب من خلال ربطها بمجال جاذبيته، وكثافة المادة وشكلها المسطح. وبهذه الطريقة، قاموا بحساب وقت الدوران الذي يناسب المعلومات الموجودة على النحو الأمثل: 10 ساعات و32 دقيقة و45 ثانية. ولاختبار مدى موثوقية طريقتهم، استخدمها الباحثون أيضًا لحساب زمن دوران كوكب المشتري، وهو أمر معروف علميًا - وتوصلوا إلى النتيجة الصحيحة.

يوضح الدكتور خالد: "إن النتائج التي توصلنا إليها لها معنى واسع، أبعد بكثير من إيجاد حل للغز مثير للاهتمام". "أولا، يؤثر وقت الدوران بشكل كبير على الرياح والطقس السائد على كوكب زحل. وربما الأهم من ذلك: أننا وجدنا في دراسة سابقة أن اختلاف 7 دقائق في زمن الدوران له عواقب بعيدة المدى على دراسة البنية الداخلية للكوكب. ومن البنية الداخلية يمكن استخلاص استنتاجات مهمة حول تكوين كوكب زحل بشكل خاص، والعمالقة الغازية بشكل عام، والظروف التي كانت سائدة حوله عند تشكله، في سديم الخلق للنظام الشمسي. وتضيف هذه المعلومات بدورها طبقة مهمة لدراسة تطور نظامنا الشمسي والأنظمة الأخرى في اتساع المجرة."

"يبدو الأمر قليلًا، لكنه كمية فيزيائية أساسية جدًا في النظام الشمسي، لذلك من الواضح أننا نريد معرفتها بدقة أكبر. إضافة إلى ذلك فإن سرعة الدوران تؤثر على سرعة الرياح - على سبيل المثال كون الرياح تهب عليه في كلا الاتجاهين - من الشرق إلى الغرب وبالعكس كما في كوكب المشتري. معرفة طول اليوم تجعل من الممكن أيضًا تحليل عدد المواد الثقيلة (المواد الأثقل من الهيدروجين والهيليوم، وفي الواقع معظم العناصر الموجودة في الجدول الدوري وبالطبع المركبات مثل الميثان والأمونيا) الموجودة في الغلاف الجوي لكوكب زحل. إن طرح سبع دقائق من فترة دوران زحل حول محوره يعني نواة أصغر.

العالم: كشخص يدرس الكواكب خارج النظام الشمسي، هل تساعد هذه المعلومات في تقديم رؤى لهذا البحث؟

"في الواقع، أنا أيضًا مشارك في مهمات فضائية لدراسة الكواكب خارج النظام الشمسي. إن الفهم الأفضل للأجسام الموجودة في النظام الشمسي يسمح لنا بمقارنة نظامنا الشمسي بآلاف الأنظمة الشمسية الأخرى التي تم اكتشافها بالفعل.

"إن المهام الفضائية المصممة لهذا الغرض لم تكتشف الكواكب فحسب، بل اكتشفت أيضًا كتلتها وقطرها. نحن نستخدم الكواكب في النظام الشمسي لمعايرة هذه المعلومات. في الواقع لدينا نظام شمسي واحد لدينا الكثير من التفاصيل عنه، والعديد من الأنظمة الشمسية ليس لدينا معلومات تفصيلية عنها سوى عدد الكواكب ومداراتها، وكما ذكرنا قطرها فقط، لا أكثر، ولكن هذا القليل يتيح لنا القيام بالإحصاءات. وشرط صحتها هو أن تكون المعايرة دقيقة ولهذا نحتاج إلى معرفة نظامنا الشمسي."

العالم: ما هو حال معرفتنا بالعمالقة الغازية؟
لقد تمت دراسة كوكب المشتري كثيرًا، وكذلك زحل. في المقابل، تمت زيارة أورانوس (أورون) ونبتون (رحاب) لفترة وجيزة فقط بواسطة المركبة الفضائية فوييجر 2 في الثمانينات، وتأتي المعرفة المتعلقة بهما بشكل أساسي من عمليات الرصد من الأرض. وناشد علماء الكواكب وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية إرسال مهمة إلى أحدهما أو كليهما. وذلك لأننا نكتشف الكثير من الكواكب كتلتها صغيرة نسبياً وتشبه كتلتي أورانوس ونبتون، وعندما نتحقق من معرفتنا بهذه الكواكب، يتبين لنا أنها ضعيفة".
وستسعى الدكتورة خالد وشركاؤها في دراساتهم القادمة إلى تطبيق النهج المبتكر الذي طوروه على الكواكب الغازية العملاقة الأخرى في النظام الشمسي - وبشكل رئيسي أورانوس ونبتون، وحتى استخدامه في دراسة كواكب الشموس الأخرى.

ويأمل د. خالد أن يؤدي نشر أبحاث ونتائج المجموعات الإسرائيلية المتخصصة في الفيزياء الفلكية ودراسة الكواكب إلى جذب الشباب للاهتمام بالمجال.