ماه ممکن است در گذشته مثل زحل دارای حلقه بوده باشد

غیبت حلقه‌ها بسیار جالب توجه است، زیرا فرآیندهای فیزیکی که باعث ایجاد حلقه‌ها می‌شوند از نظر تئوری می‌توانند هم در سیاره‌ها هم قمرهایشان رخ دهند. متیو تیسکارنو، دانشمند سیاره‌شناس در مؤسسه‌ی SETI در مانتین‌ویو می‌گوید، زمانی که سنگریزه‌ها چرخش به دور یک جسم را شروع می‌کنند، احتمال شکل‌گیری حلقه‌ در اطراف آن جسم وجود دارد. این سنگریزه‌ها می‌توانند در پی برخورد سیارک یا دنباله‌دار از سطح جسم پرتاب شوند یا ممکن است دربردارنده‌ی توده‌های یخی باشند که توسط یخ‌فشان‌های قدرتمند دفع می‌شوند.

به‌مرور زمان، نیروهای گرانشی در امتداد برآمدگی استوایی سنگریزه‌ها را به حلقه تبدیل می‌کنند؛ اما بسیاری از قمرها با اینکه در معرض برخوردهای سیارکی بوده‌اند یا یخ‌فشان دارند، بدون حلقه مانده‌اند.

مشاهدات یادشده، ماریو سوسرکیا، اخترفیزیکدان دانشگاه گرونوبل آلپ فرانسه و همکارانش را بر آن داشت تا بررسی کنند آیا حلقه‌های قمری اصلا می‌توانند پایدار باشند یا خیر. پژوهشی در سال ۲۰۲۲ که با همکاری سوسرکیا انجام شد، نشان داد که از دیدگاه تئوری، قمرهای جداافتاده می‌توانند حلقه‌های پایداری را در اطراف خود داشته باشند.

پژوهشگرها برای بررسی دیدگاه فوق، در پژوهشی که ۳۰ اکتبر ۲۰۲۴ در مجله‌ی نجوم و اخترفیزیک منتشر شد، پنج مجموعه از قمرهای کروی و سیاره‌های همسایه‌ی آن‌ها از جمله زمین و ماه را انتخاب کردند.

پژوهشگرها برای هر مجموعه، حلقه‌هایی را به همه قمرها اضافه کردند و سپس چگونگی رفتار حلقه‌ها در طول یک میلیون سال را شبیه سازی کردند. این آزمایش در حالی بود که حلقه‌ها توسط قمرهای میزبان، قمرهای مجاور و سیاره کشیده می‌شدند. پژوهشگرها همچنین چگونگی حرکت بی‌نظم ذرات حلقه در طول هزار سال را محاسبه کردند تا پایداری حلقه‌ها را بررسی کنند.

پژوهشگرها انتظار داشتند که حلقه‌ها ناپایدار باشند؛ اما مدل جدید نشان داد که با حذف چند قمر از جمله قمر میماس معروف به ستاره مرگ زحل، حلقه‌های قمری به‌ویژه برای قمر یاپتوس مشتری پایدار می‌شوند. حتی قمر زمین نیز ۹۵ درصد شانس پشتیبانی از یک سیستم حلقه‌ای پایدار را در شبیه‌سازی‌ها داشت. سوسرکیا درباره‌ی این یافته می‌گوید:

پیش‌بینی نمی‌کردیم که قمرها در یک محیط گرانشی متخاصم با بسیاری از قمرها و سیاره‌های دیگر که حلقه‌هایشان را مختل می‌کنند، همچنان ثبات خود را حفظ کنند. این محیط‌های تهاجمی به جای تخریب حلقه‌ها در واقع با ایجاد ساختارهایی مانند شکاف‌ها و امواج، شبیه آنچه در حلقه‌های زحل دیده می‌شود، زیبایی زیادی به حلقه‌ها می‌بخشند.

پس چرا امروز قمرها حلقه ندارند؟ به باور نویسندگان، عوامل غیرگرانشی مثل تابش خورشید و ذرات باردار میدان‌های مغناطیسی سیاره‌های میزبان قمرها، باعث از هم پاشیدن قمرهای قبلی شده‌اند. البته همه با یافته‌های این پژوهش موافق نیستند، تیسکارنو که در پژوهش شرکت نداشت، معتقد است که در درازمدت حلقه‌ها احتمالا به خاطر کشش گرانشی قمرهای مادر شکسته شده‌اند. او می‌گوید:

از آنجا که اکثر قمرهای منظومه شمسی بسیار آهسته می‌چرخند (همان‌طور که ماه ما به دور زمین می‌چرخد و همیشه یک سمت آن به طرف سیاره ما قرار دارد)، هر ذره‌ی حلقه‌ای باید بسیار سریع‌تر از چرخش ماه به دور آن بچرخد؛ بنابراین کشش گرانشی قمرهای مادر طی بلندمدت باعث فروپاشی مدارهای ذرات حلقه می‌شود و در نهایت این ذرات به سطح قمر برخورد می‌کنند. به بیان دیگر اگر ماه ما قبلا حلقه‌ای داشته، این حلقه‌ها مدت‌ها پیش به سطح آن برخورد کرده‌اند.

مطالعه ۳۰ دسامبر ۲۰۲۴ در مجله‌ی اخترفیزیک منتشر شد.