علت تشکیل حلقه‌های دور سیارات مشتری، زحل، اورانوس و نپتون چیست؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

کارشناس ارشد هوافضا؛ دانشجوی دکتری علوم فضایی در سیاره‌شناسی، دانشگاه کلرادو- بولدر

سه فرضیه‌ی اصلی درباره‌ی نحوه‌ی تشکیل حلقه به دور سیارات (که شبیه به حلقه‌ی زحل هستند) مطرح است. هر چند که بوجود آمدن حلقه‌های تشکیل شده از گرد و غبار (حلقه‌های خاکی) می تواند دلایل دیگری داشته باشد.

حد رُش

پیش از این‌که به آن‌ها بپردازیم ابتدا مروری بر تعریف حدی به نام حد رُش داشته باشیم. تصور کنید جرمی به دور جرم دیگری می‌گردد. به طور مثال زمین به دور خورشید می‌گردد، زمین به دلیل گرانشی که دارد توانسته است ماده و جرمش را به صورت کروی حفظ کند. حال فرض کنید زمین به خورشید نزدیک و نزدیک‌تر شود. به خاطر نیروی جزر و مدی که درون سیاره‌ی زمین به وجود می‌آید زمین پَخ می‌شود و از حالت کرویش در می‌آید، در نهایت به حدی می‌رسیم که گرانش سیاره‌ی زمین دیگر نمی‌تواند مواد را نگه دارد و نیروی جزر و مد خورشید باعث متلاشی شدن این سیاره می‌شود به این حد، حد رُش یا شعاع رُش از آن ستاره یا سیاره می‌گویند. این پدیده می‌تواند برای یک قمر تا یک سیاره هم اتفاق بیفتد.

Roche

فرضیه‌ی نخست: قمر در حد رُش

این یکی از دلایلی است که گفته‌ می‌شود سیارات بزرگ قمرهایی داشتند که داخل حد رُش قرار گرفته‌اند و متلاشی شده‌اند و حلقه‌ها را ساخته‌اند.

2

فرضیه‌ی دوم: مواد اولیه در حد رُش

در فرضیه‌ی دوم گفته می‌شود زمانی‌که این سیارات در حال شکل‌گیری بودند، مواد اولیه که در دیسک اولیه‌ی سیارات وجود داشته است در حد رُش باقی مانده‌اند و اصلاً تبدیل به قمر نشده‌اند و از ابتدا به صورت حلقه در آن‌جا باقی مانده‌اند.

3

فرضیه‌ی سوم: برخورد قمرها

فرضیه‌ی سوم این است که این حلقه‎‌ها در واقع ابتدا اقماری بودند که چیزی مثل دنباله‌دار، سیارک یا قمر دیگری به آن‌ها برخورد کرد و آن‌ها را متلاشی کرده‌اند و سپس به صورت حلقه به دور این سیارات به‌گردش در آمده‌اند. موارد ذکر شده سه فرضیه‌ی اصلی درباره‌ی نحوه‌ی تشکیل حلقه به دور سیارات است.

5

روش‌های تکمیلی: منشاء حلقه‌های خاکی

با این سه روش دارای حلقه‌ای خواهیم شد که ذرات آن نسبتا بزرگ هستند (از چند میلی‌متر تا چند کیلومتر). اما در منظومه‌ی شمسی حلقه‌هایی با ذرات بسیار ریز نیز وجود دارد که به آنها حلقه‌های خاکی می‌گوییم. منشاء این حلقه‌ها عموماً سایر اقماری است که به دور سیاره‌ی مادر در حال گردش هستند.

جنس برخی از این اقمار از یخ بوده و در مجاورت منابع انرژی (همچون جزر و مد) ذرات یخ و گرد و غبار از آنها به فضای اطراف پرتاب می‌شود. به طور مثال در سال ۲۰۰۸ کشف شده که انسلادوس (قمر زحل) فورانی از یخ را از قطب جنوبش بیرون می‌دهد که به خاطر جزر و مد سیاره‌ی مادرش یعنی زحل است. قمر یو در مشتری نمونه‌ای دیگر است که می‌تواند تامین‌کننده‌ی بخشی از حلقه‌ی خاکی مشتری باشد.

6

برخورد ذرات معلق در فضای بین سیاره‌ای با برخی از این اقمار نیز باعث پراکنده شدن ذراتی به اطراف می‌گردد. حال اگر این فرآیند تداوم پیدا کند، حاصل حلقه(ها)یی از ذرات کوچک خواهد بود (عموماً کمتر از یک میلی‌متر).

حلقه‌های مزاحم؟

در پرسش مطرح شده دلیل شکل‌گیری این حلقه‌ها در سیارات مشتری، زحل، اورانوس و نپتون پرسیده شده است. در این‌جا می‌خواهم پلوتون را هم به فهرستتان اضافه کنم، هرچند که هنوز کشف نشده که به دور این سیستم (پلوتون و کارن) حلقه‌ای وجود دارد یا خیر. من به همراه همکارانم در انستیتوی تحقیقاتی جنوب غرب (SWRI) در آمریکا به تازگی یافته‌هایمان را در خصوص وجود یا عدم وجود حلقه به دور پلوتون منتشر کرده‌ایم. شناخت این حلقه دارای اهمیت بالایی است، چرا که فضاپیمای «نیو هورایزنز – New Horizons» قصد دارد تا از نزدیکی سیاره‌ی کوتوله‌ی پلوتون عبور کند. حال اگر حلقه‌ای در آن‌جا وجود دارد آیا این فضاپیما با آن برخورد خواهد کرد؟ اگر برخورد کند چه می‌شود؟

اکثر ذرات تشکیل دهنده‌ی حلقه‌های خاکی کمتر از یک میلی‌متر هستند، اما به خاطر داشته باشید که سرعت نسبی فضاپیماها نسبت به سیاراتی که از کنارشان عبور می‌کنند بسیار زیاد است. این سرعت برای فضاپیمای نیو هورایزنز حدود ۲۰ کیلومتر بر ثانیه است. یعنی سرعتی در حدود ۱۰ برابر سرعت یک گلوله! برخورد این ذرات می تواند اثرات مهلکی به همراه داشته باشد و کل فضاپیما را از کار بیاندازد.

تصویری خیالی از برخوردی ویرانگر

تصویری خیالی از برخوردی ویرانگر

تصویری واقعی از برخورد یک ذره کوچک گرد و غبار به یک ماهواره

تصویری واقعی از برخورد یک ذره کوچک گرد و غبار به یک ماهواره

حلقه‌های مفید؟

پس شناخت حلقه‌ها برای اکتشافات فضایی بسیار مهم است. بر اساس محاسبات گروه ما که حدود یک ماه پیش اعلام شد احتمال وجود چنین حلقه‌هایی برای پلوتون بسیار کم است. اما آیا حلقه‌ها موجوداتی مزاحم هستند؟ حتماً از نحوه‌ی پرسیدن این پرسش حدس زده‌اید که جواب منفی است!

بررسی حلقه‌ها به ما این امکان را می‌دهد تا بدون آنکه بر سطح قمری فرود آییم (که بسیار کاری پیچیده و پرهزینه است)، نمونه‌های از پیش آماده شده در حلقه‌ها را با ابزارمان روی فضاپیماها بررسی کنیم. همچنین دینامیک حرکت این ذرات ما را در درک میدان‌های گرانشی سیاره‌ای و همچنین در شناخت بیشتر چگونگی تحول منظومه‌ی شمسی یاری می‌رساند. موارد دیگری از فواید مطالعه‌ی حلقه‌ها وجود دارد. آنها را می‌شناسید؟ با ما در میان بگذارید.

تمام حقوق این سایت برای © 2018 پرسش و پاسخ محفوظ است. خدمتی از کانون نگارش و ترجمه کانوت
قدرت گرفته از وردپرس فارسی