«تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) ناسا که تجهیزات قوی آن تاکنون به بررسی کهکشان‌های دوردست کیهان اولیه پرداخته‌اند، به زودی خواهند توانست این پدیده جالب را مورد بررسی قرار دهند.

«جیمز اودونوگو»(James O'Donoghue)، دانشمند سیاره‌شناسی «آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن»(JAXA) که سرپرستی تلاش‌های جدید را برای تعیین مدت ماندگاری حلقه‌های زحل بر عهده خواهد داشت، گفت: ما هنوز در حال تلاش برای کشف دقیق سرعت فرسایش حلقه‌های زحل هستیم. در حال حاضر، پژوهش‌ها نشان می‌دهند که این حلقه‌ها تنها برای چند صد میلیون سال دیگر بخشی از زحل خواهند بود.

برداشت یک هنرمند از چگونگی ظاهر زحل در ۱۰۰ میلیون سال آینده

برای بهتر تخمین زدن طول عمر حلقه‌های زحل، تلسکوپ فضایی جیمز وب و «رصدخانه کک»(Keck Observatory) در هاوایی، بخشی از یک کمپین رصدی بلندمدت برای مطالعه این سیاره خواهند بود. این تلسکوپ‌ها به نظارت بر چگونگی نوسانات پدیده «باران حلقه»(Ring rain) طی یک فصل کامل در این غول گازی کمک می‌کنند که به لطف دور بودن مدار آن از خورشید، حدود هفت سال زمینی طول می‌کشد.

ستاره‌شناسان انتظار دارند داده‌های جالبی را از این کمپین به دست بیاورند زیرا پژوهش‌های پیشین نشان داده‌اند که مقادیر زیادی از مواد حلقه به طور مداوم به زحل می‌ریزد. به عنوان مثال، داده‌های ارسال‌شده از فضاپیمای «کاسینی»(Cassini) ناسا که ۲۲ بار در خلال شیرجه مرگبار خود به زحل در سال ۲۰۱۷ از شکاف بین این سیاره و حلقه‌های آن عبور کرد، نشان دادند که بین ۴۰۰ تا ۲۸۰۰ کیلوگرم باران یخی در هر ثانیه روی سیاره جاری می‌شود.

با این سرعت، حلقه‌ها ممکن است طی حدود ۳۰۰ میلیون سال ناپدید شوند. اگرچه ۳۰۰ میلیون سال ممکن است زمان زیادی به نظر برسد اما این سیل، سیستم حلقه را به سوی یک مرگ نسبتا سریع در مقیاس‌های زمانی کیهانی سوق می‌دهد. در هر حال، میزان بارش مواد حلقه روی سیاره هنوز تا حدود زیادی نامشخص است. ستاره‌شناسان می‌گویند که حلقه‌ها می‌توانند طی ۱۰۰ میلیون سال ناپدید شوند یا اینکه ممکن است ۱.۱ میلیارد سال در اطراف زحل باقی بمانند. اودونوگو ادامه داد: ما در حال حاضر فقط یک تخمین بسیار گسترده داریم. ما می‌خواهیم مشاهدات بیشتری انجام دهیم که این محدوده هجوم را محدود می‌کنند.

پژوهش‌های کنونی نشان می‌دهند سنگ‌های فضایی و تابش خورشید، ذرات حلقه را کمی مختل می‌کنند و به آنها بار الکتریکی می‌دهند که به خطوط میدان مغناطیسی غول گازی متصل می‌شوند. سپس گرانش زحل، ذرات یخی را به داخل می‌کشد که توسط میدان‌های مغناطیسی هدایت می‌شوند تا به جو بالای سیاره راه پیدا کنند اما این روند همیشه با سرعت یکسان انجام نمی‌شود.

جزئیات حلقه‌های یخی زحل در این عکس فضاپیمای «کاسینی» از سیستم حلقه‌ای باشکوه آن قابل مشاهده هستند

هنگامی که زحل در مدار ۲۹.۵ ساله خود به دور خورشید می‌چرخد و به سمت خورشید می‌رود یا از آن دور می‌شود، حلقه‌ها نیز همین کار را می‌کنند. به گفته ستاره‌شناسان، این شیب نشان می‌دهد که تابش خورشید چقدر بر درونی‌ترین لایه‌های منظومه حلقه‌ای تأثیر می‌گذارد که بیشتر باران یخی در آنها ایجاد می‌شود. همچنین، این امر ممکن است در تعیین میزان ریختن مواد به زحل نقش داشته باشد.

گروه اودونوگو از تلسکوپ‌های جیمز وب و کک برای اندازه‌گیری انتشارات یک مولکول هیدروژن خاص در جو فوقانی زحل استفاده خواهند کرد. اودونوگو در مصاحبه با اسپیس گفت: اندازه‌ این مولکول زمانی افزایش می‌یابد که مقدار کمی از مواد حلقه‌های یخی زحل به جو آن می‌ریزد اما طی باران حلقه‌ای فراوان کاهش می‌یابد. نظارت بر این تغییرات طی فرآیند انتشار هیدروژن در طول یک فصل کامل زحل می‌تواند به گروه کمک کند تا بفهمند چقدر مواد حلقه در این سیاره می بارد.

وی افزود: تجهیزات تلسکوپ کک که پیشتر برای این کار استفاده کرده بودیم، ارتقا یافته‌اند اما پیشتر هرگز از تلسکوپ جیمز وب برای چنین کاری استفاده نکرده بودیم. بدین ترتیب، ما قادر خواهیم بود تا هجوم حلقه را بهتر از همیشه تخمین بزنیم.

در حالی که این پژوهش‌ جدید به پیش‌بینی سرنوشت حلقه‌ها کمک می‌کند، ستاره‌شناسانی که مشغول بررسی زحل هستند، به بحثی که دهه‌ها در مورد چگونگی و زمان تولد حلقه‌های این سیاره وجود داشته است، ادامه می‌دهند. مدل‌های رایانه‌ای گوناگون نشان داده‌اند که حلقه‌ها از ۴.۵ میلیارد سال پیش که منظومه شمسی در حال شکل‌گیری بود، ساختاری دائمی در اطراف زحل بوده‌اند اما داده‌های فضاپیمای کاسینی، تصویر جوان‌تری را نشان می‌دهند و آنها را تنها بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون سال پیر می‌کنند.

این اختلاف به این دلیل به وجود آمد که حلقه‌های قدیمی‌تر اغلب تیره‌تر هستند اما کاسینی، حلقه‌های زحل را روشن کرده بود و به جوانی آنها اشاره می‌کرد. در سال ۲۰۱۹، ستاره‌شناسانی که این بحث را دوباره مورد بررسی قرار دادند، گفتند که باران شدید حلقه‌ای ممکن است عامل جوان به نظر رسیدن حلقه‌ها باشد. این نظریه به تصور اولیه برمی‌گردد که می‌گوید در نهایت عمر حلقه‌ها به اندازه منظومه شمسی است.

اودونوگو اضافه کرد: من فکر می‌کنم اگر عمر حلقه‌ها فقط ۱۰۰ میلیون سال یا بیشتر و عمر آنها میلیاردها سال باشد، شگفت‌انگیز خواهد بود زیرا به این معنی است که ما در زمان درست تکامل یافته‌ایم تا آنها را پیش از ناپدید شدن ببینیم.