مطالعه جدید: حلقه‌های زحل برخلاف برخی نظریات هم‌دوره دایناسورها نیستند

مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد حلقه‌های زحل ممکن است بسیار قدیمی‌تر از آن باشند که تصور می‌شد. برخلاف نظریه‌هایی که این حلقه‌ها را جوان‌تر از دایناسورها (با قدمت حدود 100 تا 400 میلیون سال) می‌دانستند، این پژوهش جدید نشان می‌دهد این ساختارهای یخی ممکن است تقریباً هم‌زمان با شکل‌گیری زحل، حدود ۴ میلیارد و ۵۰۰ میلیون سال پیش، تشکیل شده باشند.

دانشمندان مدت‌ها درمورد سن حلقه‌های زحل اختلاف‌ نظر داشتند. برخی معتقد بودند حلقه‌ها هم‌زمان با تولد زحل از بقایای یخی باقی‌مانده از شکل‌گیری منظومه شمسی به وجود آمده‌اند. در مقابل، گروهی دیگر بر این باور بودند که این حلقه‌ها بسیار جوان‌ترند و زمانی تشکیل شده‌اند که گرانش زحل دنباله‌دار یا قمری یخی را از هم پاشید و این ذرات را در مدار خود به دام انداخته است.

دانشمندان پیشنهاد کردند یکی از راه‌های تعیین سن حلقه‌ها بررسی میزان آلودگی ناشی از برخورد ریزشهاب‌واره‌ها با ذرات یخی موجود در حلقه‌هاست. با گذشت زمان، برخورد این ریزشهاب‌واره‌ها باید سطح ذرات یخی را کثیف کرده باشد؛ بنابراین، میزان روشنی و تمیزی حلقه‌ها می‌تواند نشانه‌ای از قدمت آنها باشد.

(ریزشهاب‌واره‌ها، ذرات کوچکی به‌اندازه دانه‌های شن هستند که در فضای میان‌سیاره‌ای حرکت می‌کنند.)

زمانی که فضاپیمای کاسینی ناسا سال ۲۰۰۴ به زحل رسید، کشف کرد حلقه‌های زحل نسبتاً درخشان و تمیزند. براین‌اساس، دانشمندان نتیجه گرفتند این حلقه‌ها نسبتاً جوان‌اند و احتمالاً بین ۱۰۰ میلیون تا ۴۰۰ میلیون سال قدمت دارند؛ حدوداً هم‌زمان با دوران دایناسورها. دایناسورها حدود ۲۳۰ میلیون سال پیش روی زمین ظاهر شدند و تا حدود ۶۵ میلیون سال پیش بر زمین تسلط داشتند.

اما این سن کم برای زحل و منظومه شمسی که ۴ میلیارد و ۵۰۰ میلیون سال قدمت دارند، عجیب به نظر می‌رسید. «ریوکی هیودو»، سیاره‌شناس از مؤسسه علوم توکیو و نویسنده اصلی این مطالعه جدید، می‌گوید:

«این ایده که حلقه‌های زحل جوان‌اند، در چارچوب تاریخ طولانی تکاملی منظومه شمسی بسیار غیرعادی به نظر می‌رسید. این سن حدود چند میلیون سال، مربوط به دوران دایناسورها روی زمین، است؛ درحالی‌که منظومه شمسی در آن زمان به پایداری نسبی رسیده بود.»

توسعه مدل‌های سه‌بعدی برای تخمین سن حلقه‌ها

براساس مطالعه‌ای جدید که اخیراً در مجله Nature Geoscience منتشر شده است، حلقه‌های زحل ممکن است بسیار قدیمی‌تر از آنچه تصور می‌شد، باشند. هیودو می‌گوید:

«در زمان شکل‌گیری زحل یا دوره «آخرین بمباران سنگین» (LHB)، حدود 4 میلیارد سال پیش، منظومه شمسی به‌شدت بی‌ثبات و پرآشوب بود. آن زمان، بسیاری از اجرام سیاره‌ای بزرگ همچنان جابه‌جا می‌شدند و تعامل داشتند که احتمال وقوع رویدادهای مهمی نظیر تشکیل حلقه‌های زحل را افزایش می‌داد.»

برای بررسی سن حلقه‌ها، هیودو و همکارانش مدل‌های سه‌بعدی از برخوردهای ریزشهاب‌واره‌ها با حلقه‌ها را توسعه دادند. به گفته محققان، این برخوردها با سرعتی حدود 108 هزار کیلومتربرساعت رخ می‌دهند و می‌توانند دمایی بیش از 9,725 درجه سانتیگراد ایجاد کنند که ریزشهاب‌واره‌ها را تبخیر می‌کند. سپس گاز تولیدشده در میدان مغناطیسی زحل منبسط، سرد و متراکم شده و ذرات باردار الکتریکی و ذرات ریز را تشکیل می‌دهند.

شبیه‌سازی‌ها نشان داد این ذرات باردار معمولاً یا با زحل برخورد می‌کنند، از میدان گرانشی آن فرار می‌کنند یا به اتمسفر سیاره کشیده می‌شوند. تنها مقدار کمی از این مواد وارد حلقه‌ها می‌شود؛ بنابراین حلقه‌ها نسبتاً تمیز باقی می‌مانند. به گفته هیودو: «ظاهر تمیز حلقه‌ها لزوماً به‌ معنای جوان بودن آنها نیست.»

هیودو تأکید کرد یافته‌های جدید داده‌های کاسینی را رد نمی‌کند: «ما نشان داده‌ایم ممکن است تفسیر ما از داده‌های کاسینی اشتباه باشد.»

حلقه‌های زحل احتمالاً هم‌سن این غول گازی هستند

به گفته محققان، باتوجه‌به داده‌های کاسینی از سطح آلودگی مشاهده‌شده در حلقه‌ها و باتوجه‌به نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی‌ها در این مطالعه، حلقه‌های زحل ممکن است بسیار قدیمی باشند. همچنین این فرایند ممکن است نه‌فقط بر حلقه‌های زحل، بلکه بر ظاهر حلقه‌های اورانوس، نپتون و حتی قمرهای یخی اطراف سیارات غول‌پیکر نیز تأثیر بگذارد.

هیودو می‌گوید: «معتقدم حلقه‌های زحل احتمالاً بسیار قدیمی‌اند و حدود ۴ میلیارد تا 4 میلیارد 500 سال قدمت دارند. به‌عنوان دانشمند سیاره‌شناس که شکل‌گیری منظومه شمسی را مطالعه می‌کند، این نتیجه به نظرم منطقی‌تر است.»

محققان هم‌اکنون آزمایش‌هایی می‌کنند تا برخورد ریزشهاب‌واره‌ها با ذرات یخی را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کنند.

هیودو همچنین سرپرست تیم‌های علمی در چندین مأموریت اکتشافی سیاره‌ای ژاپن را برعهده دارد که یکی از آنها در آینده می‌تواند به مطالعه دقیق‌تر حلقه‌های زحل اختصاص یابد. او اعلام کرد:

«چنین مأموریتی به ما اجازه می‌دهد از فاصله‌ای بسیار نزدیک‌تر از کاسینی، به حلقه‌ها نزدیک شویم، اثر برخوردها را مستقیم مشاهده کنیم یا شواهد غیرمستقیمی جمع‌آوری کنیم که بتواند اطلاعات بیشتری درباره سن حلقه‌ها ارائه دهد.»