اكتشافات جديدة من كوكب زحل - الجزء الأول

أحد الأسئلة حول زحل هو لماذا هو أكثر سطوعًا بالنسبة لعمره؟ كان من المفترض أن يكون أكثر قتامة وبرودة. الإجابة على هذا السؤال والكشوفات المتعلقة بالأجواء والخواتم في هذا المقال

أَجواء
أحد الأسئلة حول زحل هو لماذا هو أكثر سطوعًا بالنسبة لعمره؟ كان من المفترض أن يكون أكثر قتامة وبرودة. اتضح أن طبقات الغاز الناتجة عن عدم الاستقرار الفيزيائي داخل زحل تمنع الحرارة من الهروب وهذا يمنعها من التبريد. تشبه طبقات تيارات الحمل الحراري في زحل تلك النشطة على الأرض، في المحيطات، حيث توجد مياه دافئة مالحة تقع تحت طبقة من المياه الباردة الأقل ملوحة. الطبقة الأكثر ملوحة تمنع تكون تيارات عمودية بين الطبقات ولهذا السبب لا تنتقل الحرارة بكفاءة (1). كلما تعمق المرء في الغلاف الجوي لزحل، تستمر الضغوط الجوية في الزيادة وكذلك درجات الحرارة حتى عند نقطة معينة يأخذ الغلاف الجوي خصائص السائل وبالتالي يشبه الأرض (فرضية المؤلف - حاييم مزار). أظهرت اختبارات الرادار والموجات الراديوية التي أجرتها المركبة الفضائية كاسيني أن زحل كوكب ديناميكي للغاية ويشبه كوكب المشتري في العديد من الأماكن، أكثر مما كان يعتقد سابقًا. وأظهرت القياسات أيضًا أن النطاق الهادئ عند خط الاستواء محاط بنطاقات مضطربة مثل تلك الموجودة في كوكب المشتري، على الرغم من أن مناطق مختلفة في خطوط العرض العليا لزحل تنفرد بهذا الكوكب. كشفت خرائط الموجات الدقيقة بتفاصيل غير مسبوقة عن بيئة جوية مستقرة. ومن الممكن ملاحظة مناطق تشبه المناطق الصحراوية القاحلة والمناخية وفي الأماكن التي يكون المناخ فيها حاراً ورطباً. تنتشر الأمونيا على نطاق واسع في طبقة التروبوسفير المستقرة. وكشفت الخرائط أيضًا عن المناطق التي تكون فيها الأمونيا أكثر تخفيفًا بسبب ارتفاع معدل تكثيفها إلى سائل. ولهذا السبب فإن طبقة الغلاف الجوي تحتها غير مستقرة. تفتح ندرة الأمونيا هذه نافذة للنظر بشكل أعمق في الأماكن التي يكون فيها الجو أكثر دفئًا(2).

غيوم
في فيلم تم إنتاجه من سلسلة صور التقطتها كاسيني، شوهدت سحب عاصفة تشبه الإعصار تتحرك حول القطب الشمالي بالقرب من خط العرض 88.5 درجة شمالا. وعين العاصفة أكبر 20 مرة من عين الإعصار المتوسط ​​على الأرض. يتم قياس الرياح من خلال تتبع السحب الصغيرة لمدة 5 ساعات. سرعة الرياح في الحلقة الداخلية هي الأعلى، حيث تصل إلى 530 كم/ساعة. هذه الرياح أسرع بأربع مرات من التيارات النفاثة على الأرض. وتتحرك السحب الموجودة في مركز الإعصار حول نفسها بسرعة تعادل ضعف سرعة دوران زحل حول نفسه، ويكون اتجاهها عكس اتجاه عقارب الساعة، على غرار الأعاصير في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، فقط زحل لا يوجد لديه محيط. كما توجد ظاهرة مماثلة في نصف الكرة الجنوبي واتجاهها يشبه اتجاه الإعصار في نصف الكرة الجنوبي للأرض. على الأرض، تبدأ الأعاصير في المناطق الاستوائية وتتحرك حولها. في أعاصير زحل القطبية المغلقة جغرافيًا، تشكل السحب اللامعة دوامة ضيقة تتحرك نحو المركز. يمكن أن تكون هذه الدوامة عبارة عن موجة أو حركة حقيقية لجسيم يتحرك نحو المركز من مصدر اضطراب خارجي. وقد تكون بقايا سحابة مشتقة من سرعة زاوية أكبر أقرب إلى المركز (3).

مناخ
بسبب زاوية ميله البالغة 27 درجة، يتعرض قطب زحل لتغيرات مناخية مشابهة لتغيرات الأرض. وفي فصل الشتاء يكون الظلام في القطبين لمدة 7 سنوات، ويتبعه 23 سنة تغيرات في الإضاءة القادمة من الشمس. ولا تؤثر التغيرات المناخية على تكوين الشكل السداسي في القطب الشمالي ولا تياراته النفاثة (4). في 15 مارس 2011، لوحظت أكبر عاصفة تم رصدها حتى ذلك الحين. شوهد البرق وهو يخلق ظاهرة التفريغ الكهربائي المعروفة باسم تفريغ زحل الكهروستاتيكي المشابه للبرق على الأرض وانبعاث موجات الراديو في AM. تم الكشف الأول عن هذه العاصفة في 5 ديسمبر 2010 واستمرت في 15 أبريل 2011. وفي أقصى نشاط للعاصفة، استمرت ومضات البرق بمعدل أكثر من 10 مرات في الثانية. كانت الومضات متكررة جدًا لدرجة أن المركبة الفضائية لم تتمكن من تتبعها. ولم يكن من الممكن متابعتهم إلا في 15 مارس، عندما ضعفت شدة البرق. وكانت هذه أول عاصفة رعدية يتم رصدها في نصف الكرة الشمالي، مما يزيد من احتمال اندلاع هذه العواصف مع حلول فصلي الربيع والصيف. بدأ الربيع في نصف الكرة الشمالي في عام 2009 عندما بدأ ضوء الشمس بالانتقال من نصف الكرة الجنوبي إلى نصف الكرة الشمالي (5). حتى الآن شوهد البرق على الجانب الليلي من زحل. شوهد البرق في ضوء النهار لأول مرة في 6 مارس 2011. وشوهد البرق في الضوء الأزرق. من الممكن أن يكون هذا هو لونها حقًا أو أن التعرض القصير للكاميرا باستخدام المرشح الأزرق سمح برؤية أسهل خلال الوقت القصير الذي حدث فيه البرق. يبلغ قطر البرق 200 كيلومتر، وقوته ثلاثة مليارات واط، ويدوم ثانية واحدة فقط. والخلاصة التي توصل إليها الباحثون هي أنها تتشكل في السحب العميقة في الغلاف الجوي، في أماكن تتجمد فيها قطرات الماء على غرار البرق الذي يتشكل على الأرض (6).

أظهرت الخرائط المرئية والأشعة تحت الحمراء لزحل في 24 فبراير 2011 جزيئات جليد الأمونيا الكبيرة التي ربما تكونت بسبب عاصفة قوية جدًا في نصف الكرة الشمالي على بعد أكثر من 50 كم. خلال هذا الوقت تتكثف جزيئات الأمونيا في بلورات كبيرة في الجزء العلوي الجليدي من الغلاف الجوي (7).

أورورا
وفي مارس 2012، تمكنوا من قياس التوهج الليلي لزحل والمجال المغناطيسي والجسيمات المشحونة المرتبطة به في وقت واحد. أرادوا في هذه القياسات الحصول على معلومات حول التيارات الكهربائية التي تنتج هذه الانبعاثات. عادة ما توفر صور الشفق الكثير من المعلومات حول العلاقة الكهرومغناطيسية بين الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي والغلاف الجوي العلوي. توفر التغييرات في السطوع معلومات تتعلق بالتغيرات في الغلاف المغناطيسي. ولأول مرة أجروا مقارنة بين جانب النهار وجانب الليل 8).

وفي عام 2014، نُشرت نتائج الدراسات التي قدمت دليلاً على النظرية القائلة بأن توهج زحل نشأ بسبب انهيارات في ذيل الغلاف المغناطيسي لزحل (الذيل المغناطيسي). وقد لوحظت هذه الظاهرة في أبريل ومايو 2013، كجزء من دراسة استمرت ثلاث سنوات باستخدام تلسكوب هابل الفضائي الذي درس تكوين الغلاف الجوي. يضيء التوهج بقوة باللون البنفسجي الفوق بنفسجي (9).

الغلاف المغناطيسي
يمتلك زحل ذيلًا مغناطيسيًا طويلًا يشبه ذيل المذنب ويسمى بالذيل المغناطيسي. وقد لوحظت هذه الظاهرة أيضًا مع عطارد والمشتري وأورانوس ونبتون والأرض. ويوجد هذا الذيل في الكواكب التي لها مجال مغناطيسي. ويبدو أنه عندما تضرب رشقات من الجسيمات من الرياح الشمسية زحل، ينهار ذيل مجاله المغناطيسي ثم يعاد بناءه. تتحرك بعض الطاقة المنفجرة حول قطبي زحل بسرعة ثلاثة أضعاف سرعة دورانه حول نفسه. تسمح مجموعة من الصور الفوتوغرافية الملتقطة بواسطة كاسيني وتلسكوب هابل بالتقاط صورة بزاوية 360 درجة لزحل في كلا القطبين (10).

موجات الراديو

يُصدر زحل موجات راديو تُعرف باسم إشعاع زحل الكيلومتري والتي تبدو وكأنها انفجارات أبواق السيارات. وهي تتغير مع كل دورة لزحل حول نفسه في نطاقات من الثواني والدقائق. يأتون في أزواج. تبلغ دورة انبعاث الموجات الراديوية من القطب الشمالي 10.6 ساعة، وتبلغ دورة الانبعاث من القطب الجنوبي 10.8 ساعة. هذه الاختلافات تتغير مع المواسم. ومصدر الاختلاف بين ما يحدث في القطب الشمالي وما يحدث في القطب الجنوبي هو التغيرات التي تحدث في الرياح على ارتفاعات عالية بين نصف الكرة الشمالي ونصف الكرة الجنوبي. تتوافق التذبذبات ذهابًا وإيابًا في توهج القطبين مع التغيرات في موجات الراديو. بين يناير ومارس 2009 قبل الاعتدال مباشرة. تكمل موجات الراديو والشفق بعضها البعض لأنها مرتبطة بالتقلبات في الغلاف المغناطيسي. كما أن تدفق الإلكترونات التي تتحرك في الغلاف الجوي ويخلق التوهج ينبعث منه أيضًا موجات راديو ويؤثر على المجال المغناطيسي. ولهذا السبب يقدر الباحثون أن هذه التغيرات مرتبطة بتأثير الشمس على زحل(11).

حلقات زحل
في 21 أبريل 2013، أصبح من الواضح أن "المطر" يهطل على زحل من حلقاته. يؤثر هذا المطر على التركيب الجزيئي للغلاف الجوي ويخلق خطوطًا رفيعة ومشرقة على سطحه. يمكن أن يؤثر هذا المطر أيضًا على وهج زحل (12).

الشكل السداسي
منذ اكتشاف الشكل السداسي عام 1980 بواسطة فوييجر 1، تم تحديد موقعه جغرافيًا في نفس المكان وبنفس الحجم. لم تكن هناك تغييرات في تكوينه. تتميز الصور التي التقطتها المركبة الفضائية كاسيني بدقة عالية جدًا، في الطول الموجي القريب من الأشعة تحت الحمراء، وتسمح للمرء برؤية قدر كبير من التفاصيل. يمكنك أن ترى أن الشكل السداسي منظم للغاية. داخل وخارجها تجد دوائر متحدة المركز من السحب. جوانب الشكل السداسي صلبة وتعمل كحاجز. والعواصف التي تتحرك بسرعة مئات الكيلومترات في الساعة غير قادرة على اختراق جوانب الشكل السداسي (13). وفي صورة التقطت بتاريخ 27 نوفمبر 2012، يمكن رؤية عاصفة إعصارية داخل الشكل السداسي، وهو حسب تقييم الباحثين عبارة عن تيار نفاث يتحرك حول القطب الشمالي بسرعة 352 كم/ساعة (14).
وخلص الباحثون إلى أن الشكل السداسي عبارة عن تيار نفاث متموج يمكن رؤيته. ويتحرك بسرعة 322 كم/ساعة، وفي وسطه عاصفة هائلة تدور حول نفسه. يوجد داخل السداسي عدد قليل من جزيئات الضباب الكبيرة وتركيز جزيئات الضباب الصغيرة وخارجه تكون الظاهرة عكس ذلك. لا يمكن للجزيئات الخروج أو الدخول إلى الشكل السداسي. وتنمو جزيئات الضباب عندما تشرق الشمس على الغلاف الجوي (15). في سلسلة من الصور التي تم التقاطها على مدى 10 ساعات في 10 ديسمبر 2012، من الممكن التمييز بين أنواع مختلفة من السحب والدوامات الصغيرة. يتحرك البعض في اتجاه عقارب الساعة. يتحرك الشكل السداسي والإعصار عكس اتجاه عقارب الساعة. تنجرف بعض العواصف على طول الجانب الشمالي من الشكل السداسي وتبدو وكأنها مضمار سباق. وتدور أكبر هذه العواصف حول نفسها بسرعة 3,500 كم/ساعة(16). في مايو 2013، تم الإبلاغ عن إعصار داخل السداسي تم تصويره بدقة عالية. ويبلغ قطر عين الإعصار 2,000 كيلومتر، أي أكبر 20 مرة من أي إعصار متوسط ​​على الأرض. وتتحرك السحب عند الحافة الخارجية لعين الإعصار بسرعة 528 كم/ساعة (17).

تم تصوير الشكل السداسي في سلسلة من الصور في كل مرة يمر فيها Xsini فوق القطب الشمالي أو بالقرب منه. اتضح أن التغييرات من صورة إلى أخرى كانت مثيرة. ولأغراض التوضيح، تظهر هنا صورتان هما JPG WOO078138 (18) والصورة الملتقطة بعدها مباشرة JPG WOO078139 (19). هذه الصور مأخوذة من سلسلة تم التقاطها في 10 ديسمبر 2012. في الصورة الأولى، الشكل السداسي بأكمله مظلم للغاية وفي الصورة التي تليها ترى الكثير من الدوامات الداخلية. تكوين الدوامات متحدة المركز. الفارق الزمني بين الصورة والصورة هو ثواني إلى دقائق. وسيتم هنا فتح مجال بحثي جديد فيما يتعلق بديناميكية تكوين الدوامات داخل الشكل السداسي والتغيرات في هندسته الداخلية والانتقالات الحادة بين الألوان الداكنة والفاتحة. هناك مسألة أخرى ومثيرة للاهتمام في حد ذاتها وهي سبب عدم مرور الأعاصير من الشكل السداسي إلى الخارج والعكس صحيح. وبما أن فوييجر 1 قد رصدت الشكل السداسي بالفعل ولم يتغير موقعه الجغرافي منذ ذلك الحين، فإن الأسئلة تطرح: ما الذي يثبته في مكانه ولماذا؟ تظهر الملاحظات أن الشكل السداسي له جوانب معينة. الأسئلة هي - ما هو العبين؟ من ماذا صنعوا؟ ما هو عمقهم؟ وهل هناك اختلاف في الضغوط الجوية بين الحافة الداخلية للشكل السداسي والحافة الخارجية؟ كيف تتغير الضغوط الجوية ودرجات الحرارة كلما تعمقت داخل الشكل السداسي؟ كيف وإلى أي مدى يتأثر السداسي بتغير الفصول؟ هل هناك تدفق إعصار داخل وخارج الشكل السداسي الموجود أسفل الجوانب؟ ينبغي للمرء أن يفكر في سفينة فضائية سيتم إطلاقها في الشكل السداسي وربما إدخال كاسيني نفسها فيه عندما تنتهي من مهمتها.
מקורות
1. "وأوضح مظهر زحل الشبابي"1.5.2013

الثاني. " كشف اضطراب زحل الخفي" 17.9.2013

3. PIA14947: فيلم إعصار زحل

الثاني. " مسدس زحل : ظاهرة مذهلة 8

5. PIA14310: ضربات البرق على زحل

6. "كاسيني ترصد ومضات ضوئية بعرض 100 ميل على كوكب زحل" 18.7.2012

7. PIA14119: تيار صاعد من بلورات الأمونيا الكبيرة في عاصفة زحل
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA14119
8. "كاسيني تقوم بإجراء قياسات متزامنة للتيار الكهربائي والتيار الشفقي الجانبي الليلي لزحل" 5.4.2012/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Makes_Simultaneous_Measurments_ Of_ Saturn’s _Night_ Side _Aurora _Electric _And _Current _ Stream_999.html
9. "أدلة دامغة على النظرية القائلة بأن ذيل زحل المغناطيسي المنهار يسبب الشفق القطبي "19.5.2014

10 "هابل يرى عرضًا ضوئيًا وامضًا على زحل" 27.5.2014

11. "كاسيني تجد أن زحل يرسل إشارات مختلطة" 23.5.2011/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Finds_Saturn_Sends_Mixed_Signals_999.html
12. كرامر م. - "البحث عن الأضواء الشمالية على زحل ينطلق" 22.4.2013
http;//www.livescience.com/28944-saturn- Northern-lights-search.html
13. إيان أونيل - "القطب الشمالي السداسي لزحل: ما الذي يسببه؟" 13.10.2008
القطب الشمالي السداسي لزحل: ما الذي يسببه؟
14. PIA14945: الربيع في القطب الشمالي
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA14945
15. "مركبة كاسيني الفضائية تحصل على أفضل المناظر للشكل السداسي لزحل" 6.12.2013/XNUMX/XNUMX
http://www.spacedaily.com/reports/Cassini_Spacecraft_Obtains_Best_Views_Of _Saturn_ Hexagon_999.html
16. PIA17652: على مرأى ومسمع: مسدس زحل البخاري
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA17652
17 "كاسيني تحصل على مناظر قريبة لإعصار كبير على زحل" 2.5.2013/XNUMX/XNUMX

18 الصورة W00078138jpg

19 الصورة W00078139jpg