أسرار تكشف لأول مرة.. كم يبعد كوكب زحل عن الأرض؟

سيد الخواتم الحقيقي، درة السماء، أجمل كواكب المجموعة الشمسية والأكثر إثارة للاهتمام… إنه كوكب زحل Saturn الذي يقع هناك في الفضاء الخارجي على بعد 1,427,000,000 كيلو متر من هنا فقط!

 

كوكب زحل Saturn

سادس الكواكب بعدًا عن الشمس، وثاني أكبر كوكب في مجموعتنا الشمسية بعد المشتري.

كوكب عملاق غازي، بنصف قطر يعادل 9 أضعاف نصف قطر كوكب الأرض، وكثافة قليلة جدًا تعادل ثمن كثافة الأرض… هذا الكوكب العملاق يمكن أن يتسع لـ 755 أرض، وإذا قمت بوضعه في مسطح مائي ضخم سوف يطفو على السطح كما لو كان قطعة جليد.

عمر كوكب زحل

ولد زحل مباشرة بعد كوكب المشتري، منذ حوالي 4.5 مليار سنة، كان ذلك في الأيام الأولى للنظام الشمسي.

يعتقد أن كل من زحل والمشتري ولدا بالقرب من الشمس، ومن ثم بعد 0.5 مليار سنة هاجرا إلى موقعهما الحالي أي منذ 4 مليار سنة.

وبعض النظريات تفترض أن كوكب زحل وكوكب المشتري اشتركا في تكوين النظام الشمسي، حيث قاما برفع الكويكبات والمذنبات وكذلك جلبا الماء…

كثافة كوكب زحل

كوكب زحل، هذا العملاق الجميل، هو الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية الذي يتمتع بكثافة أقل من الماء (أقل بنسبة 30%)، وبالتالي يمكنه أن يطفو على سطحه ويقضي صيف رائع في المسبح!

شكل كوكب زحل

هذا الكوكب العملاق لا يمكن الهبوط على سطحه! ليس بسبب كل الظروف القاسية التي تجوبه، وإنما لأنه يفتقر لوجود سطح محدد! نعم، فهو كوكب غازي، ويعتقد أنه قد يمتلك قلب صلب، ولكن هل قلبه هذا قاسي أم أنه عطوف!

زحل كوكب كروي مفلطح، بطريقة مشابهة لشكل الأرض الحقيقي، حيث يكون أقل انحناء عند القطبين مقارنة بإنحنائه عند خط الاستواء، وذلك تحت تأثير الدوران السريع.

• نصف القطر الاستوائي لكوكب زحل يبلغ 60,268 كم.
• نصف القطر القطبي لكوكب زحل يبلغ 54,364 كم.

عندما ننظر إلى كوكب زحل من الأرض، فإنه يظهر بلون بني مصفر ضبابي… ما نراه في الحقيقية هو مجموعة معقدة من طبقات السحب، المزينة بالعديد من النطاقات الملونة بالأحمر والبني والأبيض…

كتلة كوكب زحل

على الرغم من أن كثافته النوعية قليلة إلا أن كتلته كبيرة جدًا، فهي أكبر من كتلة كوكب الأرض بحوالي 95 ضعف.

إلى جانب زحل، فإن كتلة المشتري تعادل 318 ضعف كتلة الأرض، هذا يجعل نسبة كتلة كل من زحل والمشتري معًا تعادل 92% من كتلة كواكب المجموعة الشمسية.

الهيكل الداخلي لكوكب زحل

على الرغم من أن كوكب زحل كوكب غازي وبشكل خاص الهيدروجين والهيليوم، ولكن إليك المفاجأة وهي أن كتلة زحل ليست كلها في الطور الغازي! دعني أشرح الأمر…. الهيدروجين يصبح سائل عندما تكون الكثافة أعلى من 0.01 جرام للكيلو متر المكعب، ونتيجة للضغط الهائل في باطن زحل يحافظ الهيدروجين على حالته الفلزية السائلة.

أما عن درجة حرارة الكوكب فهي ترتفع كلما اقتربنا من اللب، لتصل إلى 11700 درجة مئوية، وزحل بدوره يشع للفضاء طاقة تزيد عن 2.5 ضعف الطاقة التي يتلقاها من الشمس، هذه الطاقة الحرارية الهائلة يتم توليدها بواسطة آلية كلفن-هيلمهولتز.

كذلك ترجح النظريات أن سبب الطاقة الحرارية هو قطرات الهيليوم التي تسقط في أعماق زحل ضمن الهيدروجين منخفض الكثافة وهذه العملية تطلق حرارة عالية بفعل الاحتكاك.

الغلاف الجوي لكوكب زحل

يتكون الغلاف الجوي لكوكب زحل من جزئيات غاز الهيدروجين والهيليوم، يصعب قياس النسب بشكل دقيق، ولكن أفضل تقدير معروف حاليًا هو: الهيليوم بنسبة تتراوح بين 18 حتى 25% وما تبقى هو هيدروجين بالإضافة إلى 2% من جزئيات أخرى.

إذا قارنا نسبة الهيدروجين والهيليوم الموجودة في الغلاف الجوي للشمس فهي تبلغ 71% هيدروجين و28% هيليوم، هذا أقل من نسبة الهيليوم الموجودة في زحل…

ما سبب هذا الانخفاض؟ بعض النظريات تفسر الانخفاض في أن الهيليوم قد استقر خارج الطبقات الخارجية لكوكب زحل.

حالة الجو في كوكب زحل

قوة البرق في كوكب زحل تبلغ ما يقرب 1000 ضعف قوة البرق على كوكب الأرض!

إذا نظرت إلى كوكب زحل سوف تجد نطاقات صفراء وذهبية، هذه النطاقات ناتجة عن الرياح فائقة السرعة.

رياح كوكب زحل رياح عاتية، بالقرب من خط الاستواء تهب بسرعة عالية جدًا تبلغ 500 متر في الثانية أي (1,100 ميل في الساعة) وتكون بالاتجاه الشرقي، وتنخفض هذه السرعة نحو القطبين وتتناوب ما بين الاتجاه الشرقي والغربي…

في المقابل على أرضنا الجميلة تبلغ سرعة الرياح بقوة الإعصار 110 متر في الثانية، أي أقل بـ 5 مرات من سرعة رياح زحل.

الشفق القطبي على كوكب زحل

هناك على كوكب زحل تم رصد عروض ضوئية مذهلة للشفق القطبي، على غرار الشفق القطبي في كوكب الأرض، حيث تظهر شرائط ضوئية ملونة عندما تجتاح الرياح الشمسية الغلاف الجوي للكوكب.

الشفق القطبي في كوكب زحل يكون مرئي بشكل أساسي في الضوء فوق البنفسجي، هذا يختلف تمامًا عن الأرض حيث أن الغلاف الجوي الأرضي يحجب هذه الطيف الكهرومغناطيسي.

يرجع فضل اكتشف الشفق القطبي الخاص بزحل إلى مركبة الفضاء بايونير 11 التابعة لوكالة ناسا، كان ذلك عام 1979 عندما حلقت بالقرب من أقطاب الكوكب. كذلك قدمت رحلتي فوييجر 1 وفوييجر 2 وصف دقيق للشفق القطبي، كان ذلك في أوائل الثمانينات.

أخيرًا تمكنا عبر تلسكوب هابل الفضائي في أوائل عام 2018 من رصد شفق قطبي مذهل هناك على كوكب زحل.

مدار ودوران زحل

يمتلك كوكب زحل مدار منتظم، أي أنه يدور حول الشمس بنفس الاتجاه الذي تدور فيه الشمس.

يوم زحل أقصر من يوم الأرض، فيبلغ طوله 10 ساعات و39 دقيقة، أما سنة كوكب زحل فهي أطول بكثير من السنة الأرضية، فزحل يستغرق 29.5 سنة أرضية ليتم دورته حول الشمس… تخيل لو أننا على زحل كنت ستحتفل بعيد ميلادك الأول عندما يكون عمرك ثلاثين!

كذلك المواسم في كوكب زحل طويلة تستمر لأكثر من 7 سنوات.

أقمار كوكب زحل

زحل ملك الأقمار، حيث يمتلك حوالي 82 قمر، منها 62 قمر معروف بالنسبة لنا بشكل رسمي، و20 قمر بانتظار تأكيد اكتشافهم لتسميتهم بعدها… أما عن أهم هذه الأقمار فهي:

تيتان Titan – القمر الشبيه بالأرض

يبعد عن زحل مسافة 122,1870 كيلو متر. وهو أكبر أقمار الكوكب بنصف قطر 2,576 كيلو متر.

حجمه أكبر من كوكب عطارد بقليل، ويحتل المركز الثاني كأكبر تابع في النظام الشمسي بعد قمر المشتري جانيميد، ليحتل قمرنا المرتبة الخامسة.

وهو القمر الوحيد في المجموعة الشمسية الذي يمتلك غلاف جوي خاص به. ويتكون هذا الغلاف من النيتروجين والقليل من الميثان مع طبقة ضبابية من المواد العضوية وهذا ما يمنح تيتان لونه البرتقالي الذهبي.

يعتبر تيتان والأرض هما الوحيدان في المجموعة الشمسية الذين يحتويان على سوائل سطحية، الماء السائل على كوكب الأرض، والهيدروكربونات السائلة على تيتان.

إنسيلادوس Enceladus – قمر المحيط

إنسيلادوس هو قمر صغير بقطر يبلغ 500 كيلو متر يبعد عن زحل مسافة 238,040 كيلو متر، إنه قمر زحل اللامع (ألمع أقمار النظام الشمسي)، حيث يعكس ما يقارب 90% من الضوء الشمسي.

خلال رحلة كاسيني كشفت الصور عن شقوق واسعة في السطح. هذه الكسور يطلق عليها اسم “خطوط النمر” وهي موجودة بالقرب من القطب الجنوبي للقمر إنسيلادوس، هذه الشقوق كشفت عن أمر مذهل حيث لاحظت مركبة كاسيني بقعة ساخنة من هذا القمر المتجمد مع اندفاع عمود من الجليد وبخار الماء على ارتفاع هائل.

ميماس Mimas – أصغر أقمار زحل

يبلغ قطر قمر زحل ميماس 394 كيلو متر، وهذا القمر قريب من كوكب زحل حيث يبعد عنه فقط 185,540 كيلو متر.

يتميز ميماس بوجود فوهة بركان ضخمة، تجعل منه قمر مخيف!

يعاني من فرق في درجة الحرارة بين وجهيه، فنصف الكرة الأمامي له أبرد بحوالي 15 كلفن من وجهه الخلفي.

حلقات كوكب زحل

حلقات زحل تعتبر الأكثر إثارة وتعقيد في مجموعتنا الشمسية، حيث تمتد لمئات الآلاف من الكيلو مترات بداية من الكوكب.

في أوائل الثمانينيات تم اكتشاف أول أسرار هذه الحلقات، وهو كونها مكونة من الجليد المائي… ومن ثم توالت الاكتشافات.

ترتيب حلقات كوكب زحل بداية من الداخل (الأقرب للكوكب) إلى الخارج هو: الحلقة D تليها الحلقة C بعدها الحلقة B ومن ثم A ثم F ثم G وأخيرًا E أبعد الحلقات عن زحل … استمر العلماء بتسمية الحلقات إلى أن اكتشفوا أنها منفصلة وعددها يقدر بالآلاف.

إذا قرأت ترتيب الحلقات سوف تشعر أن من قام بتسميتها لا يعرف الأبجدية، ولكن ترتيب التسمية لم يعتمد على ترتيب الحروف والحلقات وإنما يعتمد على ترتيب اكتشافها.

عرض حلقات زحل وحدها يتسع لـ 27 كوكب أرض! ولكن على الرغم من هذا العرض الهائل إلا أنها حلقات رقيقة جدًا ارتفاعها لا يزيد عن عدة عشرات من المترات.

فجوة كاسينيي تقع بين الحلقتين A وB بعرض 4,800 كيلو متر. وتأثير جاذبية قمر زحل المسمى ميماس هو المسؤول عن فجوة كاسيني بين الحلقات.

كيف تبدو حلقات زحل عن قرب؟

على الرغم من أن حلقات زحل في البداية كانت تبدو لنا بشكل أقراص ملتحمة، إلا أنها ليست كذلك! وإنما الحلقات هي عبارة عن مجموعات هائلة من القطع ذات الأحجام المختلفة تتراوح ما بين بضع ميكرو مترات (بحجم حبات الغبار) إلى عشرات الأمتار (بحجم منزل كبير أو جبل)، والتي تدور حول الكوكب ببطء.

ما هو سبب وجود حلقات حول كوكب زحل؟

يعتقد العلماء أن الحكاية بدأت عندما اقترب قمر عملاق من كوكب زحل، ولكن بفعل قوة الجاذبية الشديدة التي تعرض لها وفرق الجانبية على جانبيه، تشكلت إجهادات لم يتمكن من تحملها فتمزق إلى أجزاء صغيرة شكلت الحلقات.

كذلك هناك نظرية أخرى تعتقد أن حلقات زحل تشكلت مع تشكل كوكب زحل نفسه، وهي عبارة عن مواد متبقية منه.

ليس زحل وحده بين الكواكب من يمتلك الحلقات، فكل من كوكب المشتري وأورانوس ونبتون لديه حلقات، ولكنها ليست كحلقات زحل!

سبب وجود الفجوات بين حلقات كوكب زحل

إذن حلقات زحل عبارة عن كميات ضخمة من القطع ذات الأحجام المختلفة التي تدور حوله، ولكن هناك تحديدًا أي بين الحلقات توجد أقمار زحل.

أقمار كوكب زحل تمتلك من الجاذبية ما يمكنها من سحب الكتل والقطع الموجودة ضمن مدار هذا القمر، وهكذا تشكلت الفجوات بين حلقات الكوكب.

هل سوف يفقد زحل حلقاته؟

للأسف، نعم زحل سوف يفقد حلقاته… في الواقع زحل يفقد حلقاته الآن! ولكن اطمئن لأن الأمر يتم ببطء شديد، ومن المتوقع أن يحدث ذلك في غضون 300 مليون عام، فقدان الحلقات هو نتيجة الجاذبية فالصخور المكونة للحلقات تنسحب نحو الكوكب.

ماذا سيحدث لو كان للأرض حلقات مثل زحل؟

لنتخيل أن كوكب الأرض حصل فجأة على حلقات مثل حلقات كوكب زحل، إن تأثير ذلك سيكون كبير والطريقة التي نرى العالم من خلالها ستكون مختلفة… ولعل أهم تلك التغيرات ستتمثل بـ:

المناظر الخلابة التي ستظهر في سمائنا، حيث سيكون بإمكاننا التمتع بمشاهدة الحلقات وانعكاس أشعة الشمس عليها.

سوف نشهد تغيرات ملحوظة في المناخ حيث أن الحلقات ستؤثر على مقدار وطريق وصول أشعة الشمس إلينا، وقد تتسبب بانخفاض درجات الحرارة في المناطق التي يقع ظل الحلقات عليها.

الحلقات تتكون من جسيمات بأحجام مختلفة، ووجودها بالقرب من الكرة الأرضية يرفع احتمال تعرض الأرض للنيازك جراء سحب الجاذبية الأرضية لهذه الجسيمات.

اكتشاف كوكب زحل

عُرف كوكب زحل منذ القدم، منذ زمن طويل جدًا وقد كان شخصية رئيسية في العديد من الأساطير، فهو أحد الكواكب الخمسة المرئية بالعين المجردة.

في عام 700 قبل الميلاد، رأى الآشوريون الكوكب كجرم صغير يظهر ليلًا في السماء وقاموا بتسميته باسم نجمة النينب Star of Ninib.

وفي عام 400 قبل الميلاد، اعتقد اليونانيون القدماء أن كوكب زحل عبارة عن نجم متحرك في السماء وسبب وجوده هو تكريمٌ لآلهة الزراعة وهذا هو سبب تسميته بساتورن Saturn. وفي الأساطير اليونانية يسمى زحل بـ كرونوس ويعتبر أحد الجبابرة الذين يقاتلون بقيادة جوبيتير.

أما لدى الرومان فزحل هو الإله ساتورنوس إلاه الزراعة والخير والنمو والثروة… وتقول الأسطورة أن ساتورنوس التهم أطفاله خوفًا من أن يُطيحوا به.

زحل خلال القرنين السابع عشر والتاسع عشر

جاليليو جاليلي عالم الفلك الإيطالي، يعتبر من أوائل العلماء الذين اهتموا بكوكب زحل، ففي عام 1610 جاليليو لاحظ حلقات زحل، ولكنه لم يتمكن من تحديد ماهيتها، وفسرها على أنها قمرين تابعين للكوكب كل منهما معلق بجهة.

حينها كان هذا التفسير منطقي فلم يكن العلماء قد توصلوا بعد لضرورة أن يتمم القمر دورة كاملة حول الكوكب.

وبعد بضع سنوات وعندما نظر إلى كوكب زحل من جديد، كانت المفاجأة! الأقمار اختفت، علميًا هذا أمر طبيعي نتيجة لتعامد الشمس مع محول الحلقات وبالتالي فهي لن تظهر لنا إلا أنها موجودة.

ولكن حينها أعتقد جاليليو أن الأسطورة الرومانية صحيحة، وأن زحل التهم أبنائه، القمرين الذين كان قد رصدهما سابقًا!

بعد حوالي 50 عام وتحديدًا في 1659 لاحظ عالم الفلك الهولندي كريستيان هيغنز كوكب زحل وحينها تمكن من حل اللغز حيث أدرك أن القمرين هما في الحقيقة حلقات تحيط بالكوكب، وهيغنز كذلك كان أول من راقب قمر تيتان (قمر كوكب زحل العملاق).

مع تطور التلسكوبات أصبحت قدرة البشرية أفضل على اكتشاف أسرار هذه الحلقات، وتوصلنا إلى أنها ليست حلقات مستمرة أو ملتحمة مع بعضها، وإنما هي مجموعة هائلة من الجسيمات متفاوتة الأحجام والتي تدور حول الكوكب.

بعدها تمكن العالم جيوفاني دومينيكو كاسيني، من اكتشاف 4 أقمار رئيسية أخرى لكوكب زحل، وهي Iapetus وRhea وTethys وDione، وكذلك اكتشف الفجوة بين الحلقات المعروفة اليوم باسم فجوة كاسيني، كان ذلك عام 1675.

وهكذا حتى عام 1789 حيث اكتشف ويليام هيرشل قمرين آخرين لزحل هما ميماس وإنسيلادوس.

حتى الآن كانت معرفتنا بكوكب زحل العملاق مقتصرة على النظر إليه من هنا، ولكن زحل ليس كأي كوكب إنه كوكب العجائب كوكب الكل شيء بأقماره وحلقاته الفريدة… هذا ما جعل السفر إليه هو الخطوة التالية.

الرحلات الفضائية إلى كوكب زحل

تم إرسال 4 مركبات فضائية إلى زحل، خلال المدة الممتدة ما بين 1979 وحتى 2017 عندما تقاعدت أخر مركبة.

بايونير 11

في عام 1979 وتحديدًا في شهر سبتمبر قامت بايونير 11 بأول رحلة إلى كوكب زحل، حيث مرت على بعد 20 ألف كيلومتر من أعلى قمم سحب الكوكب، تمكنا من قياس درجة حرارة تيتان وتم التقاط صور للكوكب وأقماره وحلقاته…

على الرغم من أن دقتها كانت منخفضة لتمييز معالم السطح، ولكنها كشفت حقيقة الفجوة المظلمة بين الحلقات والتي ظهرت مضاءة تمامًا عند سقوط أشعة الشمس عليها، هذا يعني أنها مليئة بمادة دقيقة تشتت الضوء.

مسبار فوييجر 1

عام 1980 زار مسبار فوييجر 1 كوكب زحل وتمكنا من الوصول إلى أول صور عالية الدقة لهذا الكوكب المميز وأقماره وحلقاته، هذه الصور دقيقة لدرجة يمكن من خلالها تمييز المعالم السطحية للأقمار والكوكب.

هذه المركبة حلقت بالقرب من تيتان وهكذا توصلنا إلى حقيقة أنه القمر الوحيد في هذه المجموعة الشمسية الذي يتملك غلاف جوي خاص به، ولكن هذا الغلاف الجوي كثيف جدًا لدرجة لم يكن بالإمكان اختراقه بالموجات المرئية لذا لم نتمكن من رؤية سطحه.

مسبار فوييجر 2

بعد عام من الرحلة السابقة، من جديد رحلة أخرى إلى زحل وتحديدًا في أغسطس 1981، حيث وصلنا إلى المزيد من الصور والأدلة عن الكوكب والغلاف الجوي والحلقات ووجود المزيد من الأقمار التي تدور حوله…

ولكن هذه الرحلة تعرضت لحادثة! فقد علقت منصة الكاميرا القابلة للدوران لبضعة أيام ونتيجة لذلك فقدنا بعض الصور التي كان من المخطط التقاطها.

المركبة الفضائية كاسيني هايغنز

في 1 يوليو 2004 دخل المسبار الفضائي كاسيني هايغنز في مدار كوكب زحل، وحلق بالقرب منه وأرسل لنا صور وبيانات وقياسات عالية الدقة.

كذلك هبط على القمر تيتان التقط صور لبحيراته الكبيرة والجزر والجبال…

ومن خلال تقارير كاسيني اكتشفنا أن قمر زحل إنسيلادوس قد يكون أكثر بقعة صالحة للحياة خارج الأرض في مجموعتنا الشمسية، حيث يوجد خزانات مياه سائلة كبيرة على عمق يقدر بحوالي 10 أمتار تحت سطح القمر المتجمد، والتي تنفجر وتندفع نحو الخارج في القطب الجنوبي لهذا القمر.

انتهت مهمة كاسيني في 15 سبتمبر 2017 حيث مرت عبر فجوات زحل الداخلية ومن ثم دخلت في الغلاف الجوي وهكذا انتهت أعظم الرحلات إلى الفضاء الخارجي.

أهم الأسئلة عن كوكب زحل

المصادر