زحل (Saturn)

زحل ششمین سیاره از خورشید و دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی، پس از مشتری است. به عنوان یک غول گازی، شعاع متوسط ​​آن تقریباً نه برابر زمین است. زحل در حالی که چگالی متوسط ​​آن یک هشتم زمین است، بیش از 95 برابر جرم دارد. با وجود اندازه قابل توجه آن، تقریباً قابل مقایسه با مشتری، جرم زحل کمتر از یک سوم مشتری است. در فاصله 9.59 واحد نجومی (1434 میلیون کیلومتر) به دور خورشید می چرخد و یک دوره مداری 29.45 ساله را تکمیل می کند.

زحل ششمین سیاره از خورشید و دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی پس از مشتری است. این غول گازی با شعاع متوسط ​​حدود 9 برابر زمین است. این یک هشتم چگالی متوسط ​​زمین است، اما بیش از 95 برابر جرم دارد. اگرچه زحل تقریباً به اندازه مشتری است، زحل کمتر از یک سوم جرم خود را دارد. زحل در فاصله 9.59 AU (1434 میلیون کیلومتر)، با دوره مداری 29.45 سال به دور خورشید می چرخد.

به نظر می رسد که درون زحل شامل یک هسته سنگی است که توسط یک لایه عمیق از هیدروژن فلزی، یک لایه هیدروژن مایع و یک لایه مایع میانی از مایع بیرونی احاطه شده است. این سیاره رنگ زرد کم رنگی دارد که به کریستال های آمونیاک موجود در جو فوقانی آن نسبت داده می شود. تصور می‌شود جریان الکتریکی درون لایه هیدروژن فلزی، میدان مغناطیسی سیاره‌ای زحل را ایجاد می‌کند. در حالی که این میدان ضعیف تر از زمین است، گشتاور مغناطیسی آن به دلیل اندازه بزرگتر زحل، 580 برابر بیشتر است. نسبتاً، قدرت میدان مغناطیسی زحل تقریباً یک بیستم مشتری است. اتمسفر بیرونی عموماً بی خاصیت و در کنتراست کم به نظر می رسد، اگرچه پدیده های جوی طولانی مدت می توانند ظاهر شوند. سرعت باد در زحل می تواند به 1800 کیلومتر در ساعت (1100 مایل در ساعت) برسد.

این سیاره با یک سیستم حلقه ای روشن و گسترده مشخص می شود که عمدتاً از ذرات یخ تشکیل شده و با مقادیر کمتری از بقایای سنگی و غبار تکمیل شده است. حداقل 285 قمر به دور زحل می گردند که 63 قمر رسما نامگذاری شده اند. این شمارش صدها قمر ساکن در حلقه ها را شامل نمی شود. تیتان، بزرگترین قمر زحل و دومین قمر بزرگ منظومه شمسی، از نظر اندازه از سیاره عطارد فراتر می رود (البته نه از نظر جرم) و به عنوان تنها قمر منظومه شمسی که دارای جو قابل توجهی است، منحصر به فرد است.

نامگذاری و نمادهای نجومی

زحل از نام خدای ثروت و کشاورزی رومی که پدر خدای مشتری بود نامگذاری شده است. نماد نجومی آن، ()، در یونانی Oxyrhynchus Papyri ردیابی شده است، جایی که به عنوان یک بند کاپارو یونانی با خط افقی شناخته می شود، که به عنوان مخفف Κρονος (Cronus)، نام یونانی سیاره () عمل می کند. این نماد بعداً شبیه یک eta یونانی کوچک شد و در قرن شانزدهم صلیبی به بالای آن اضافه شد تا این نشان بت پرستی را مسیحی کند.

رومیان هفتمین روز هفته را به عنوان شنبه، Sāturni diēs، به معنای "روز زحل"، در ادای احترام به سیاره زحل تعیین کردند.

خواص فیزیکی

زحل به عنوان یک غول گازی طبقه بندی می شود که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. فاقد یک سطح جامد قطعی است، اگرچه احتمالاً یک هسته جامد وجود دارد. قابل ذکر است، زحل تنها سیاره منظومه شمسی با چگالی متوسط ​​کمتر از آب، تقریبا 30 درصد کمتر است. در حالی که هسته زحل به طور قابل توجهی چگال تر از آب است، میانگین چگالی ویژه این سیاره 0.69 گرم بر سانتی متر³ است، که مشخصه ای تحت تأثیر جو گسترده آن است. جرم مشتری 318 برابر زمین است، در حالی که جرم زحل 95 برابر زمین است. این دو سیاره با هم 92 درصد از کل جرم سیاره‌ای منظومه شمسی را تشکیل می‌دهند.

ساختار داخلی

با وجود ترکیب اولیه هیدروژن و هلیوم، بیشتر جرم زحل در فاز گازی وجود ندارد. هیدروژن زمانی که چگالی آن از 0.01 گرم در سانتی متر³ بیشتر شود، به حالت مایع غیر ایده آل تبدیل می شود، شرایطی که در شعاع 99.9 درصد از جرم کل زحل به دست می آید. دما، فشار و چگالی درون زحل به‌طور پیوسته به سمت هسته افزایش می‌یابد و در نتیجه هیدروژن در لایه‌های عمیق‌تر حالت فلزی پیدا می‌کند.

مدل‌های سیاره‌ای استاندارد نشان می‌دهند که ساختار درونی زحل مشابه ساختار مشتری است که با یک هسته صخره‌ای کوچک که توسط هیدروژن و هلیوم احاطه شده است، با مقادیر کمی از مواد فرار مشخص می‌شود. با این حال، تجزیه و تحلیل اعوجاج گرانشی آن نشان می‌دهد که زحل به طور قابل‌توجهی متراکم‌تر از مشتری است، در نتیجه دارای نسبت بیشتری از مواد متراکم‌تر از هیدروژن در نزدیکی مرکز آن است. مناطق مرکزی زحل تقریباً از 50٪ هیدروژن در جرم تشکیل شده است، در حالی که مشتری 67٪ است.

هسته زحل، در حالی که از نظر ترکیبی شبیه به زمین است، چگالی بیشتری از خود نشان می دهد. تجزیه و تحلیل گشتاور گرانشی زحل، همراه با مدل‌های فیزیکی داخلی، تعیین محدودیت‌های جرم هسته را ممکن کرده است. در سال 2004، تخمین‌های علمی جرم هسته‌ای را بین 9 تا 22 برابر زمین نشان داد که مطابق با قطر تقریبی 20000 کیلومتر (12000 مایل) است. با این حال، داده‌های به دست آمده از حلقه‌های زحل، هسته‌ای بسیار پراکنده‌تر را پیشنهاد می‌کنند که جرمی معادل تقریباً 17 زمین و شعاع حدود 60 درصد از شعاع کل زحل را دارد. این هسته توسط یک لایه قابل توجهی از هیدروژن فلزی مایع پوشانده شده است، که توسط یک لایه مایع از هیدروژن مولکولی اشباع از هلیوم، که به تدریج با افزایش ارتفاع به حالت گازی تبدیل می شود، جایگزین می شود. بیرونی ترین لایه اتمسفر تقریباً 1000 کیلومتر (620 مایل) امتداد دارد و تماماً از گاز تشکیل شده است.

زحل دارای فضای داخلی با دمای بالا است که هسته آن به 11700 درجه سانتیگراد (21100 درجه فارنهایت) می رسد و 2.5 برابر بیشتر از خورشید انرژی جذب می کند. در حالی که انرژی حرارتی مشتری از مکانیسم فشرده سازی تدریجی گرانشی کلوین-هلمهولتز سرچشمه می گیرد، این فرآیند به تنهایی ممکن است به اندازه کافی برای تولید گرمای زحل به دلیل جرم کمتر آن، توضیح ندهد. یک مکانیسم جایگزین یا مکمل پیشنهادی شامل تولید گرما از طریق "باران شدن" قطرات هلیوم در اعماق درون زحل است. همانطور که این قطرات از طریق هیدروژن با چگالی کمتر فرود می آیند، نیروهای اصطکاک گرما را آزاد می کنند و به طور همزمان لایه های هلیوم اتمسفر بیرونی زحل را تخلیه می کنند. فرض بر این است که این قطرات نزولی می توانند با هم ترکیب شده و پوسته هلیوم را در اطراف هسته تشکیل دهند. وقوع بارندگی های الماس در زحل، مشتری و غول های یخی اورانوس و نپتون نیز تئوری شده است.

چرخش

ویژگی‌های قابل مشاهده زحل، سرعت‌های چرخشی وابسته به عرض جغرافیایی را نشان می‌دهند، با دوره‌های چرخشی متمایز که به مناطق مختلف نسبت داده می‌شود، مشاهدات مشتری را منعکس می‌کند. ستاره شناسان از سه سیستم مجزا برای تعریف نرخ چرخش زحل استفاده می کنند. سیستم I، با دوره 10^h 14^m 00^s (844.3°/d)، شامل منطقه استوایی، کمربند استوایی جنوبی، و کمربند استوایی شمالی است. فرض بر این است که نواحی قطبی دارای نرخ چرخش مشابه سیستم I هستند. تمام عرض های جغرافیایی دیگر زحل، به استثنای مناطق قطبی شمالی و جنوبی، به عنوان سیستم II تعیین شده اند و دوره چرخشی §1415§h 38^m 25.4^s (810.76°/d) اختصاص داده شده است. سیستم III نرخ چرخش درونی زحل را نشان می دهد. بر اساس تشعشعات رادیویی سیاره‌ای شناسایی‌شده توسط Voyager 1 و Voyager 2، سیستم III دوره چرخشی §2829§h 39^m 22.4^s (810.8 درجه در روز) را نشان می‌دهد. سیستم III تا حد زیادی جایگزین سیستم II شده است.

تعیین دوره چرخش دقیق برای درون زحل همچنان چالش برانگیز است. فضاپیمای کاسینی در طول سال 2004 خود به زحل، افزایش قابل توجهی را در دوره چرخش رادیویی سیاره مشاهده کرد که تقریباً به 10^h 45^m 45^s ±s. یک تخمین جامع از سرعت چرخش کلی زحل، که از اندازه‌گیری‌های مختلف توسط کاوشگرهای کاسینی، ویجر و پایونیر گردآوری شده است، §2223§h 32^m 35^{s است. بررسی‌های حلقه C سیاره نشان می‌دهد که دوره چرخش §3132§h 33m 38s al 1m 52s}
_{− 1^m 19^s}.

در مارس 2007، مشاهدات اختلافی را بین تغییرات گسیل رادیویی سیاره و سرعت چرخشی زحل نشان داد. این واگرایی به طور بالقوه ناشی از فعالیت آبفشانی است که در قمر زحل انسلادوس رخ می دهد. بخار آبی که در اثر این فعالیت به مدار زحل پرتاب می‌شود، یونیزه می‌شود و نیروی کششی در میدان مغناطیسی زحل ایجاد می‌کند که به طور نامحسوسی چرخش آن را نسبت به چرخش داخلی سیاره کاهش می‌دهد.

فرار بودن

به دلیل پویایی چرخشی، این سیاره شکل کروی مایل به خود می گیرد که با مسطح شدن قطبی و برآمدگی استوایی مشخص می شود. به طور خاص، شعاع استوایی آن، به اندازه 60268 کیلومتر (37449 مایل)، بیش از 10 درصد از شعاع قطبی آن 54364 کیلومتر (33780 مایل) فراتر می رود. در مقایسه، مشتری، اورانوس و نپتون، دیگر غول‌های گازی در منظومه شمسی، درجه‌ی فرورفتگی کمتری از خود نشان می‌دهند. این فعل و انفعال بین برآمدگی استوایی و سرعت چرخش سیاره منجر به گرانش سطح موثر در استوا 8.96 m/s² (29.4 ft/s²) می شود که تنها 74 درصد گرانش قطبی و به طور قابل توجهی کمتر از گرانش سطح زمین است. برعکس، سرعت فرار استوایی، تقریباً 36 کیلومتر بر ثانیه (22 مایل بر ثانیه؛ 130000 کیلومتر بر ساعت؛ 81000 مایل در ساعت)، به طور قابل توجهی از سرعت فرار زمین فراتر می رود.

اتمسفر

مواد تشکیل‌دهنده جزئی از جمله آمونیاک، استیلن، اتان، پروپان، فسفین و متان در اتمسفر شناسایی شده‌اند. بالاترین لایه‌های ابر از کریستال‌های آمونیاک تشکیل شده‌اند، در حالی که تصور می‌شود تشکیلات ابری عمیق‌تر شامل هیدروسولفید آمونیوم (NH₄SH) یا آب است. تشعشعات فرابنفش خورشیدی باعث شروع فتولیز متان در اتمسفر فوقانی می شود و باعث ایجاد آبشاری از واکنش های شیمیایی هیدروکربنی می شود که محصولات آن متعاقباً از طریق جریان های گردابی و انتشار به سمت پایین منتقل می شوند. چرخه فصلی سالانه زحل بر این فرآیند فتوشیمیایی تأثیر می گذارد. مأموریت کاسینی مجموعه‌ای از ویژگی‌های ابر را در عرض‌های جغرافیایی شمالی مستند کرد که به‌طور محاوره‌ای "رشته مروارید" نامیده می‌شود، که نشان‌دهنده پاکسازی در لایه‌های عمیق‌تر ابر است.

لایه های ابر

اتمسفر زحل ساختار نواری مشابه مشتری را نشان می دهد، اگرچه نوارهای آن به طور قابل توجهی کم نورتر هستند و عرض بیشتری را به خط استوا نزدیکتر نشان می دهند. اصطلاحات به کار رفته برای این نوارهای جوی آینه ای است که برای مشتری استفاده می شود. الگوهای دقیق ابر در زحل تا زمانی که فضاپیمای ویجر در دهه 1980 به پرواز در آمد، مشاهده نشد. پیشرفت‌های بعدی در فناوری تلسکوپی مبتنی بر زمین، مشاهدات معمولی این ویژگی‌ها را امکان‌پذیر کرده است.

ترکیب ابرها با افزایش عمق و فشار، تغییراتی را نشان می‌دهد. بالاترین لایه‌های ابر که با دمای بین 100 تا 160 کلوین و فشار 0.5 تا 2 بار مشخص می‌شوند، از یخ آمونیاک تشکیل شده‌اند. ابرهای یخی آب تقریباً از 2.5 بار شروع می شوند و تا 9.5 بار گسترش می یابند و دماهای 185 تا 270 کلوین را در بر می گیرند. در این لایه، یک نوار مجزا از یخ هیدروسولفید آمونیوم وجود دارد که محدوده فشار 3 تا 6 بار و دمای بین 190 تا 235 بار و دمای بین 190 تا 235 درجه کلوین و دمای 1 بار و فشار عمیق 0 درجه کلوین را در بر می گیرد. از 270 تا 330 کلوین، حاوی ناحیه ای از قطرات محلول آبی آمونیاک است.

در حالی که جو زحل معمولاً با ظاهری آرام مشخص می شود، اما جو زحل به طور دوره ای ویژگی های بیضی شکل با عمر طولانی و سایر پدیده های مشابه آنچه در مشتری مشاهده می شود را نشان می دهد. در سال 1990، تلسکوپ فضایی هابل تصویری از یک ابر سفید عظیم در نزدیکی استوای زحل گرفت، ویژگی که در طول ماموریت ویجر وجود نداشت. متعاقباً یک طوفان کوچکتر در سال 1994 مشاهده شد. رویداد سال 1990 نمونه ای از یک لکه سفید بزرگ بود، یک پدیده گذرا که تقریباً یک بار در هر سال زحل (معادل حدود 30 سال زمینی) تکرار می شود، معمولاً همزمان با انقلاب تابستانی نیمکره شمالی است. 1903، 1933، و 1960، با طوفان 1933 که به طور کامل مشاهده شده است. جدیدترین طوفان عظیم در سال 2010 ثبت شد. در سال 2015، محققان از تلسکوپ آرایه بسیار بزرگ برای بررسی اتمسفر زحل استفاده کردند و گزارش دادند که "امضاهای طولانی مدت همه طوفان های غول پیکر در عرض متوسط، مخلوطی از طوفان های استوایی و طوفان هایی با قدمت بیش از صدها سال قدیمی تر". 70 درجه شمالی".

الگوهای ابر شش ضلعی

الگوی موج شش ضلعی پایدار، واقع در اطراف گرداب قطب شمال در عرض جغرافیایی تقریباً 78 درجه شمالی، در ابتدا در تصاویر ویجر مشاهده شد. اندازه هر ضلع این شش ضلعی تقریباً 14500 کیلومتر (9000 مایل) است که بیشتر از قطر زمین است. ساختار کامل با یک دوره 10^h 39^m 24^s می چرخد، که مربوط به دوره انتشار رادیویی سیاره است و فرض می شود با دوره چرخشی درون زحل مطابقت دارد. برخلاف دیگر ابرهای جوی قابل مشاهده، این ویژگی شش ضلعی یک موقعیت طولی ثابت را حفظ می کند. منشأ دقیق این الگو همچنان موضوعی برای حدس و گمان های علمی قابل توجهی است و بسیاری از محققان آن را به عنوان یک موج ایستاده جوی معرفی می کنند. آزمایش‌های آزمایشگاهی مربوط به چرخش دیفرانسیل سیالات، سازندهای چند ضلعی مشابه را با موفقیت تکرار کرده‌اند.

تصویربرداری از تلسکوپ فضایی هابل (HST) از ناحیه قطب جنوب، یک جریان جت را نشان می‌دهد، اگرچه یک گرداب قطبی قوی یا یک موج ایستاده شش ضلعی را نشان نمی‌دهد. در نوامبر 2006، ناسا اعلام کرد که ماموریت کاسینی یک طوفان "شبیه طوفان" را در قطب جنوب شناسایی کرده است که با دیواره چشمی مشخص مشخص می شود. قبل از این مشاهده، ابرهای دیواره چشم منحصراً روی زمین شناسایی شده بودند. به عنوان مثال، تصاویر فضاپیمای گالیله دیواره چشمی را در لکه قرمز بزرگ مشتری به تصویر نمی‌کشد.

فرض بر این است که این طوفان قطب جنوب میلیاردها سال ادامه داشته است. اندازه گرداب با زمین قابل مقایسه است و سرعت باد 550 کیلومتر در ساعت را نشان می دهد.

مگنتوسفر

زحل دارای یک میدان مغناطیسی ذاتی است که با یک پیکربندی دوقطبی مغناطیسی ساده و متقارن مشخص می شود. قدرت میدان استوایی آن، با اندازه‌گیری 0.2 گاوس (20 μT)، تقریباً یک بیستم میدان مغناطیسی مشتری و به طور جزئی ضعیف‌تر از زمین است. در نتیجه، مگنتوسفر زحل به طور قابل توجهی کوچکتر از مشتری است.

با ورود ویجر 2 به مگنتوسفر، افزایش فشار باد خورشیدی وسعت اولیه آن را تنها به 19 شعاع زحل یا 1.1 میلیون کیلومتر (684000 مایل) محدود کرد. با این حال، متعاقباً در عرض چند ساعت گسترش یافت و این اندازه بزرگتر را برای تقریباً سه روز حفظ کرد. میدان مغناطیسی به احتمال زیاد از طریق مکانیسمی مشابه با مشتری ایجاد می شود: جریان های درون یک لایه فلزی-هیدروژن مایع که دینام فلزی-هیدروژن نامیده می شود. این مگنتوسفر به طور موثر ذرات باد خورشیدی را که از خورشید منشا می گیرند منحرف می کند. تیتان، یکی از قمرهای زحل، در محدوده‌های بیرونی این مگنتوسفر می‌چرخد و پلاسمای مشتق شده از ذرات یونیزه شده در اگزوسفر آن را تشکیل می‌دهد. مشابه مگنتوسفر زمین، زحل نیز شفق های قطبی تولید می کند.

مدار و مشاهده

زحل فاصله متوسطی بیش از 1.4 میلیارد کیلومتر (9 واحد نجومی) از خورشید دارد. زحل با سرعت مداری متوسط ​​9.68 کیلومتر بر ثانیه، یک چرخش به دور خورشید را در 10759 روز زمینی کامل می کند، که معادل تقریباً 29+§34§⁄§56§ سال است. این دوره مداری منجر به تشدید حرکت میانگین 5:2 با مشتری می شود. مدار بیضی شکل زحل نسبت به صفحه مداری زمین 2.48 درجه شیب دارد. به طور متوسط، فواصل حضیض و آفلیون آن به ترتیب 9.195 واحد نجومی و 9.957 واحد نجومی است.

زحل تنها دارای یک سیارک تروجان شناسایی شده به نام 2019 UO14 است. پیکربندی تروجان آن به طور رسمی در سپتامبر 2024 اعلام شد، با چرخش سیارک به دور خورشید در نقطه پایدار L§67§ لاگرانژ، که 60 درجه جلوتر از زحل در مدارش قرار دارد. این کشف به این معنی است که عطارد اکنون تنها سیاره بدون هیچ سیارک تروجان شناخته شده ای است. کمبود تروجان های شناخته شده زحل به مکانیسم های تشدید مداری، از جمله تشدید سکولار نسبت داده می شود.

مشاهده

زحل مدار مداری دایره‌البروجی خود را تقریباً در سال‌های 4.29 در برابر پس‌زمینه منظومه کامل می‌کند. رصد حلقه‌های زحل با وضوح متمایز معمولاً به کمک‌های اپتیکی نیاز دارد، مانند دوربین‌های دوچشمی بسیار بزرگ یا تلسکوپ‌های کوچک، که حداقل بزرگنمایی 30 برابر را ارائه می‌کنند.

در طول گذر زمین از صفحه حلقه‌ای، رویدادی که دو بار در هر سال زحل رخ می‌دهد (تقریباً هر 15 سال یکبار، به‌دلیل لحظه‌های شدید زمینی آن‌ها امکان پذیر است). لاغری آخرین نمونه از این "ناپدید شدن" در سال 2025 بود. با این حال، نزدیکی زحل به خورشید از فرصت‌های رصدی جلوگیری می‌کرد.

زحل و حلقه‌های آن به‌طور بهینه در حین یا نزدیک به مخالف مشاهده می‌شوند، یک پیکربندی سیاره‌ای که در آن سیاره به کشیدگی ۱۸۰ درجه می‌رسد و بنابراین در کره آسمانی کاملاً مخالف خورشید ظاهر می‌شود. تقابل زحلی سالانه - تقریباً هر 378 روز - رخ می دهد که در اوج درخشندگی سیاره به اوج خود می رسد. هم زمین و هم زحل مدارهای غیرعادی به دور خورشید را طی می کنند. این گریز از مرکز مداری باعث می شود که فاصله آنها از خورشید، و در نتیجه از یکدیگر، در نوسان باشد، که منجر به تغییرات در روشنایی ظاهری زحل در تضادهای متوالی می شود. علاوه بر این، زحل زمانی درخشان‌تر به نظر می‌رسد که حلقه‌هایش برای به حداکثر رساندن دید خود جهت می‌شوند. به عنوان مثال، در طول تقابل 17 دسامبر 2002، زحل به دلیل جهت گیری مطلوب حلقه های خود نسبت به زمین، با وجود اینکه زحل به زمین و خورشید در اواخر سال 2003 نزدیکتر بود، بیشترین درخشندگی خود را نشان داد.

به صورت دوره‌ای، زحل توسط ماه مخفی می‌شود، به این معنی که ماه، زحل را از دید زمینی پنهان می‌کند. مانند دیگر سیارات منظومه شمسی، غیبت های زحل در "فصل های" چرخه ای ظاهر می شوند. این رویدادها معمولاً ماهانه در یک بازه زمانی تقریباً 12 ماهه اتفاق می‌افتند و با یک وقفه تقریبی پنج ساله که طی آن هیچ فعالیتی ثبت نمی‌شود، اتفاق می‌افتد. مدار ماه چندین درجه نسبت به مدار زحل متمایل است، در نتیجه، اختفا به دوره‌هایی محدود می‌شود که زحل در نزدیکی یکی از نقاط آسمانی است که در آن دو صفحه مداری با هم تلاقی می‌کنند (هم طول سال زحل و هم دوره 18.6-سال زمینی - دوره تقدم گره‌ای تحت تأثیر دوره‌ی تقدم گره‌ای).

ماهواره های طبیعی

زحل دارای 285 قمر شناخته شده است که 63 قمر آن نام رسمی دریافت کرده اند. شواهد حاکی از وجود ده ها تا صدها قمر با قطرهای 40 تا 500 متر در حلقه های زحل است. با این حال، این قمرها به عنوان قمرهای واقعی طبقه بندی نمی شوند. تیتان، بزرگترین قمر، بیش از 90 درصد از کل جرم مداری اطراف زحل را تشکیل می دهد و حلقه های آن را در بر می گیرد. فرض بر این است که دومین قمر بزرگ زحل، رئا، دارای سیستم حلقه‌ای ضعیف و جوی پراکنده است.

تعداد قابل‌توجهی از قمرهای باقی‌مانده کوچک هستند و 142 قمر کمتر از 50 کیلومتر قطر دارند. از نظر تاریخی، اکثر ماهواره‌های زحل نام‌هایی برگرفته از تیتان‌های اساطیر یونانی هستند. تیتان تنها ماهواره منظومه شمسی با جوی قابل توجه است که فرآیندهای شیمیایی آلی پیچیده ای را نشان می دهد. علاوه بر این، این تنها ماهواره ای است که دارای دریاچه های هیدروکربنی است.

در 6 ژوئن 2013، دانشمندان IAA-CSIC کشف هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای را در اتمسفر بالای تیتان اعلام کردند که به عنوان پیش سازهای بالقوه حیات شناسایی شده اند. متعاقباً، در 23 ژوئن 2014، ناسا شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه کرد که نشان می‌دهد نیتروژن موجود در جو تیتان از مواد درون ابر اورت، که معمولاً با دنباله‌دارها مرتبط است، به جای اجزای اولیه تشکیل‌دهنده زحل، سرچشمه می‌گیرد.

انسلادوس، یکی از قمرهای زحل، به دلیل ترکیب شیمیایی اش که شبیه دنباله دارها است، اغلب به عنوان یک زیستگاه بالقوه برای حیات میکروبی در نظر گرفته می شود. در حمایت از این فرضیه، ذرات غنی از نمک ماه ترکیبی «اقیانوس مانند» از خود نشان می دهند که نشان می دهد بیشتر یخ های خارج شده انسلادوس از تبخیر آب نمک مایع سرچشمه می گیرند. علاوه بر این، پروازی در سال 2015 که توسط کاسینی از طریق ستون انسلادوس انجام شد، بسیاری از اجزای لازم برای پشتیبانی از اشکال حیات متانوژنی را شناسایی کرد.

در آوریل 2014، دانشمندان ناسا از تشکیل یک ماه جدید در درون حلقه‌ی A زحل بر اساس حلقه‌های AAprilii> خبر دادند. 15، 2013.

حلقه های سیاره ای

زحل عمدتاً به دلیل سیستم متمایز حلقه‌های سیاره‌ای که به هویت بصری منحصربه‌فرد آن کمک می‌کنند، شناخته می‌شود. این حلقه ها از 6630 تا 120700 کیلومتر (4120 تا 75000 مایل) از خط استوای زحل گستره دارند و ضخامت متوسطی در حدود 20 متر (66 فوت) دارند. ترکیب آنها عمدتاً از یخ آب، تکمیل شده توسط مقادیر کمی ناخالصی تولین و پوشش پراکنده ای از تقریباً 7٪ کربن آمورف تشکیل شده است. ذرات منفرد درون حلقه‌ها از نظر اندازه متفاوت هستند، از ذرات غبار میکروسکوپی گرفته تا اجسام تا قطر 10 متر. اگرچه سایر غول‌های گازی نیز دارای سیستم‌های حلقه‌ای هستند، اما زحل به‌طور مشخص گسترده‌ترین و از نظر بصری برجسته‌تر است.

سن دقیق حلقه‌های زحل همچنان موضوع بحث‌های علمی است. یک دیدگاه نشان می دهد که حلقه ها باستانی هستند و همزمان با زحل از مواد سحابی اولیه تقریباً 4.6 میلیارد سال پیش یا اندکی پس از بمباران سنگین اواخر (حدود 4.1 تا 3.8 میلیارد سال پیش) تشکیل شده اند. برعکس، نظریه دیگری منشأ بسیار جوان‌تری را پیشنهاد می‌کند و شکل‌گیری آن‌ها را در حدود 100 میلیون سال پیش تخمین می‌زند. یک تیم تحقیقاتی MIT که از فرضیه دوم حمایت می‌کردند، پیشنهاد کردند که حلقه‌ها بقایای یک قمر متلاشی شده زحل را نشان می‌دهند که آن را "Chrysalis" نامیدند.

حلقه پراکنده فوبی در 12 میلیون کیلومتری (7.5 میلیون مایل) سیاره، فراتر از سیستم حلقه اولیه قرار دارد. این حلقه نسبت به حلقه‌های دیگر تمایلی ۲۷ درجه دارد و با انعکاس قمر فیبی، مداری قهقرایی را حفظ می‌کند.

چند قمر زحل مانند پاندورا و پرومتئوس به‌عنوان قمرهای چوپان عمل می‌کنند و حلقه‌ها و پراکندگی خود را از نظر گرانشی محدود می‌کنند. علاوه بر این، پان و اطلس امواج ظریف و چگالی خطی را در حلقه‌های زحل ایجاد می‌کنند که تعیین دقیق‌تر جرم مربوطه را تسهیل می‌کند.

تاریخچه مشاهده و اکتشاف

تاریخچه رصد و اکتشاف زحل را می توان به سه دوره مجزا طبقه بندی کرد: (1) مشاهدات با چشم غیرمسلح ماقبل مدرن، (2) مشاهدات تلسکوپی که از زمین در قرن هفدهم آغاز شد، و (3) بازدید توسط کاوشگرهای فضایی روباتیک، چه از طریق ماموریت های مداری یا با پرواز. در طول قرن بیست و یکم، مشاهدات تلسکوپی از تاسیسات مبتنی بر زمین، از جمله رصدخانه های مدار زمین مانند تلسکوپ فضایی هابل، و تا زمان از کار انداختن آن در سال 2017، از مدارگرد کاسینی مستقر در اطراف زحل ادامه دارد.

مشاهده قبل از تلسکوپی

زحل از دوران ماقبل تاریخ شناخته شده است و اهمیت اساطیری قابل توجهی در تاریخ ثبت شده اولیه داشته است. اخترشناسان بابلی حرکات آسمانی زحل را با دقت مشاهده و مستند کردند. در یونان باستان، این سیاره به عنوان Φαίνων Phainon نامیده می شد، در حالی که در دوره روم، به عنوان "ستاره زحل" یا "ستاره خورشید" شناخته می شد. در اساطیر روم باستان، سیاره Phainon به عنوان مقدس برای یک خدای کشاورزی، که این سیاره نام معاصر خود را از او گرفته است، مورد احترام بود. رومیان خدای خود زحل را با خدای یونانی کرونوس یکی می دانستند. در یونانی جدید، این سیاره همچنان کرونوس—Κρόνος: کرونوس نامیده می‌شود.

دانشمند یونانی بطلمیوس محاسبات خود را برای انجام مخالفت‌های سیاره زحل با استفاده از رصد یا بیت زحل فرموله کرد. در طالع بینی هندو، زحل به عنوان "شانی" شناخته می شود، یکی از نه موجود نجومی معروف به ناوگراها، و اعتقاد بر این است که بر اساس اعمال یک فرد قضاوت می کند. فرهنگ های چینی و ژاپنی باستان از زحل به عنوان "ستاره زمین" یا "ستاره خاک" (土星) یاد می کردند، طبقه بندی که ریشه در سیستم سنتی پنج عنصری دارد که برای طبقه بندی پدیده های طبیعی استفاده می شود.

در زبان عبری، زحل به عنوان شبتای تعیین می شود. Cassiel به عنوان فرشته مرتبط با آن شناخته می شود. روحیه خیرخواهانه یا هوش آن «Agȋȇl» (عبری: אגיאל، رومانی شده: ، در حالی که countervolent, ir,parte, یا ʿA است. شیطان، Zȃzȇl است (عبری: זאזל، رومی شده: Zazl). زازل به عنوان یک فرشته قدرتمند شناخته می شود که اغلب در شیوه های جادویی سلیمانی مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه به دلیل کارایی در "عشق های عاشقانه". در زبان ترکی عثمانی، اردو و مالایی، زازل به عنوان "Zuhal" نامیده می شود، نامگذاری که از زبان عربی (عربی: زحل، رومی شده: زوهال).

مشاهدات تلسکوپی قبل از پرواز فضایی

وضوح حلقه‌های زحل به تلسکوپی با حداقل دیافراگم 15 میلی‌متر نیاز دارد. وجود آنها تایید نشده بود تا اینکه کریستیان هویگنز آنها را در سال 1655 مشاهده کرد و متعاقبا یافته های خود را در سال 1659 منتشر کرد. پیش از این، در سال 1610، گالیله با استفاده از یک تلسکوپ ابتدایی، به اشتباه ظاهر غیرکروی زحل را به عنوان دو قمر متمایز تفسیر کرد.

کاربرد بزرگنمایی تلسکوپی افزایش یافته توسط هویگنز متعاقباً این فرضیه قبلی را رد کرد و منجر به مشاهده قطعی حلقه ها شد. علاوه بر این، هویگنس با کشف تیتان، بزرگترین قمر زحل، اعتبار دارد. پس از آن، جووانی دومنیکو کاسینی چهار قمر دیگر را شناسایی کرد: یاپتوس، رئا، تتیس و دیون. در سال 1675، کاسینی شکاف برجسته درون حلقه‌ها را نیز شناسایی کرد که اکنون به عنوان بخش کاسینی شناخته می‌شود.

اکتشافات جدید مهم تا سال 1789 متوقف شدند، زمانی که ویلیام هرشل دو قمر دیگر، میماس و انسلادوس را شناسایی کرد. ماهواره با شکل نامنظم هایپریون، که با تشدید مداری آن با تیتان مشخص می‌شود، متعاقباً در سال 1848 توسط یک تیم تحقیقاتی بریتانیایی کشف شد.

در سال 1899، ویلیام هنری پیکرینگ فیبی را شناسایی کرد، یک ماهواره بسیار نامنظم که در چرخش‌های حرکتی همزمان بزرگ مشاهده شده منحرف می‌شود. این نشان‌دهنده کشف اولیه چنین ماهواره‌ای است که به دلیل مدار رتروگراد و دوره مداری بیش از یک سال آن قابل توجه است. در سرتاسر اوایل قرن بیستم، تحقیقات در مورد تیتان با تایید جو متراکم آن در سال 1944 به اوج خود رسید، مشخصه‌ای که در میان سایر قمرهای منظومه شمسی بی‌نظیر است.

ماموریت های پرواز فضایی

Pioneer 11 Flyby

در سپتامبر 1979، فضاپیمای Pioneer 11 اولین پرواز زحل را در فاصله 20000 کیلومتری (12000 مایلی) از بالای ابرهای سیاره انجام داد. در حالی که تصاویری از زحل و چندین قمر آن به دست آمد، وضوح آنها برای تشخیص ویژگی های سطح ناکافی بود. علاوه بر این، کاوشگر سیستم حلقه‌ای زحل را بررسی کرد، حلقه F ظریف را شناسایی کرد و مشاهده کرد که شکاف‌های حلقه تیره در زاویه فاز بالا (به سمت خورشید) درخشان به نظر می‌رسند، که نشان‌دهنده وجود ذرات ریز و پراکنده نور است. علاوه بر این، Pioneer 11 اندازه گیری دمای تیتان را انجام داد.

پروازهای ویجر

کاوشگر وویجر 1 در نوامبر 1980 به منظومه زحل رسید. این مأموریت تصاویر اولیه با وضوح بالا از سیاره، حلقه‌های آن و ماهواره‌های آن را مخابره کرد. در نتیجه، ویژگی‌های سطحی در چندین قمر برای اولین بار مشاهده شد. وویجر 1 پرواز نزدیک تیتان را انجام داد، که به طور قابل توجهی درک اتمسفر ماه را افزایش داد. این مأموریت تأیید کرد که جو تیتان نسبت به طول موج های مرئی مات است و از مشاهده جزئیات سطح آن جلوگیری می کند. این پرواز مسیر فضاپیما را تغییر داد و آن را به خارج از صفحه دایره البروجی منظومه شمسی هدایت کرد.

تقریباً یک سال بعد، در اوت 1981، ویجر 2 به کاوش در منظومه زحل پرداخت. تصاویر نزدیک بیشتری از قمرهای زحل به‌دست آمد، در کنار مشاهداتی که نشان‌دهنده تغییرات جوی و سیستم حلقه‌ای است. نقصی در حین پرواز رخ داد که باعث شد پلت فرم دوربین قابل هدایت کاوشگر برای چند روز از کار بیفتد و در نتیجه برخی از تصویربرداری برنامه ریزی شده از بین برود. میدان گرانشی زحل متعاقباً برای تغییر مسیر سفینه فضایی به سمت اورانوس مورد استفاده قرار گرفت.

هر دو کاوشگر وجود چندین ماهواره ناشناخته قبلی را که در نزدیکی یا درون حلقه‌های زحل می‌چرخند، شناسایی و تأیید کردند، علاوه بر این کشف کوچک‌تر (gaaeler Maxwell Gap (situ) و Maxwell Gap (situ) تقسیم کیلومتری در حلقه A).

سفینه فضایی Cassini–Huygens

کاوشگر فضایی کاسینی-هویگنس در 1 ژوئیه 2004 با موفقیت در مدار زحل قرار گرفت. در طول پرواز کاسینی در کنار تیتان، بزرگترین قمر زحل، تصویربرداری رادار دریاچه‌های وسیع و خطوط ساحلی مرتبط با آن‌ها را نشان داد که جزایر متعدد و سازندهای کوهستانی را نشان می‌دهد. مدارگرد قبل از استقرار کاوشگر Huygens در 25 دسامبر 2004، دو پرواز از تیتان را اجرا کرد. متعاقباً، Huygens با موفقیت در 14 ژانویه 2005 به سطح تیتان فرود آمد.

در اوایل سال 2005، محققان از فضاپیمای کاسینی برای نظارت بر فعالیت رعد و برق در زحل استفاده کردند. شدت رعد و برق مشاهده شده تقریباً 1000 برابر بیشتر از رعد و برق زمینی است.

در سال 2006، ناسا اعلام کرد که کاوشگر کاسینی نشانه هایی از مخازن آب مایع زیرسطحی را کشف کرده است، که فقط ده ها متر زیر سطح قرار دارند، که به صورت آبفشان در انسلادوس، یکی از قمرهای زحل ظاهر می شوند. این آبفشان ها ذرات یخی را از دریچه های واقع در ناحیه قطبی جنوبی ماه به مدار زحل پرتاب می کنند. بیش از 100 آبفشان از این دست در انسلادوس ثبت شده است. در ماه مه 2011، دانشمندان ناسا اعلام کردند که انسلادوس "به عنوان قابل سکونت ترین مکان فراتر از زمین در منظومه شمسی برای حیات همانطور که در حال حاضر شناخته شده است."

تصاویر گرفته شده توسط کاسینی از یک حلقه سیاره ای ناشناخته پرده برداری کرد که فراتر از حلقه های اولیه درخشان تر زحل اما در حلقه های G و E قرار داشت. شکل‌گیری این حلقه ناشی از برخورد شهاب‌سنگ با ژانوس و اپیمتئوس است. در ژوئیه 2006، عکس‌ها دریاچه‌های هیدروکربنی را در نزدیکی قطب شمالی تیتان نشان دادند، کشفی که متعاقباً در ژانویه 2007 تأیید شد. تا مارس 2007، دریاهای هیدروکربنی گسترده‌ای در نزدیکی قطب شمال شناسایی شدند که بزرگترین وسعت آن به ابعاد دریای خزر نزدیک می‌شد. علاوه بر این، در اکتبر 2006، کاوشگر یک طوفان گردباد مانند با قطر 8000 کیلومتر (5000 مایل) را شناسایی کرد که دارای یک دیواره چشمی بود، که در قطب جنوبی زحل قرار داشت.

بین سال‌های 2004 و 2 نوامبر 2009، کاوشگر eight شناسایی شد و توسط ماهواره‌ها شناسایی شد. در آوریل 2013، کاسینی تصاویری را ارسال کرد که طوفانی در قطب شمالی زحل را به تصویر می‌کشد، پدیده‌ای جوی که بیست برابر اندازه توفان‌های زمینی است و با سرعت باد بیش از 530 کیلومتر در ساعت (330 مایل در ساعت) مشخص می‌شود. در 15 سپتامبر 2017، فضاپیمای کاسینی-هویگنس مرحله "پایانی بزرگ" ماموریت خود را اجرا کرد که شامل گذرهای متعدد از طریق فاصله بین زحل و سیستم حلقه داخلی آن بود. این ماموریت با ورود کاسینی در جو به پایان رسید.

ماموریت های احتمالی آینده

اکتشاف مستمر زحل همچنان یک تلاش عملی برای ناسا است که در برنامه‌ی در حال انجام New Frontiers ادغام شده است. پیش از این، ناسا پیشنهادهایی را برای ماموریت زحل درخواست کرده بود که شامل توسعه کاوشگر ورودی جوی زحل و تحقیقات بالقوه در مورد قابلیت سکونت و شناسایی احتمالی حیات در قمرهای زحل، تیتان و انسلادوس، با تسهیل ماموریت سنجاقک

ماهواره های طبیعی زحل

• قمرهای زحل
• آمار سیاره ای در منظومه شمسی
• نمای کلی زحل

یادداشت ها

مراجع

Alexander, Arthur Francis O'Donel (1980) [1962]. سیاره زحل - تاریخچه رصد، نظریه و کشف. دوور. ISBN 978-0-486-23927-9.

• الکساندر، آرتور فرانسیس اودونل (1980) [1962]. سیاره زحل - تاریخچه رصد، نظریه و کشف. دوور. ISBN 978-0-486-23927-9.گور، ریک (1981). "Voyager 1 at Saturn: Riddles of the Rings." National Geographic، 160 (1): 3–31. Bibcode:1981NaGe..Ge. INISTPASCALGEODEBRGM8320090635.Lovett, L.; و همکاران (2006). زحل: یک نمای جدید. هری ان. آبرامز. ISBN 978-0-8109-3090-2.Karttunen, Hannu; Kröger, Pekka; Oja, Heikki; Poutanen, Markku; Donner, Karl Johan, eds. (2017). نجوم بنیادی. doi:10.1007-3007/65N2-10.1007-3007-10.1007-10.1007-4-97 978-3-662-53044-3.Seidelmann، P. Kenneth; و همکاران (2007). "گزارش گروه کاری IAU/IAG در مختصات کارتوگرافی و عناصر چرخشی: 2006." مکانیک سماوی و نجوم دینامیکی، 98 (3): 155–180. Bibcode:2007CeMDA..98..155S. doi:10.1007/s10569-007-9072-y.de Pater, Imke; Lissauer, Jack J. (2015). علوم سیاره ای (ویرایش دوم به روز شده). انتشارات دانشگاه کمبریج. ص 250.ISBN 978-0-521-85371-2.
  • نمایش کلی زحل توسط اداره ماموریت علمی ناسا
  • اصطلاحات منظومه کیوان توسط IAU Gazetteer of Planetary Nomenclature
  • شبیه‌سازی گرانش سه بعدی تعاملی سیستم کرونین بایگانی‌شده در 17 اوت 2020 در Wayback Machine