احتمالاً می‌دانید که بسیاری از اعضای خانواده منظومه شمسی، با حلقه‌هایی احاطه‌شده‌اند که زحل شاید شناخته‌شده‌ترین نمونه‌ای باشد که توسط هشت حلقه اصلی ساخته‌شده از هزاران حلقه کوچک‌تر محصور هستند؛ طبق مشاهدات انجام‌شده در مأموریت‌های فضایی وویجر، سه سیاره بیرونی دیگر نیز دارای حلقه‌هایی هستند. این سیستم‌های حلقه‌ای که از تکه‌های یخ و سنگ‌هایی با اندازه‌های مختلف تشکیل‌شده‌اند، توسط قمرهای کوچک چوپانی که نیروهای گرانشی آن‌ها را تکه‌تکه کرده و موقعیتشان را تغییر می‌دهند، حفظ می‌شوند.

شاید زمین هم حلقه داشته

در مطالعات جدیدتر با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی، حلقه‌هایی به نمایش درآمدند که چندین سیارک فراتر از مدار مشتری و سیارات کوچکی مثل Haumea که شکلی تخم‌مرغی دارد را احاطه کرده‌اند. حتی این احتمال وجود داشته که روزگاری زمین و مریخ هم حلقه داشته‌ بودند. البته تا امروز هیچ مطالعه‌ای به‌طور قطع وجود حلقه‌هایی در اطراف هر یک از ۳۰۰ قمر منظومه شمسی را ثابت نکرده است و مطالعه‌ای در سال ۲۰۰۸ که ادعا می‌کرد رئا، قمر مشتری دارای حلقه است، اشتباه بوده.

عدم وجود حلقه، موضوع جالبی است؛ چراکه فرآیندهای فیزیکی که باعث ایجاد حلقه‌ها می‌شوند، ازنظر تئوری ممکن است هم در سیارات و هم در قمرهای آن‌ها رخ دهند. متئو تیسکارنو، دانشمند سیاره‌شناسی مؤسسه SETI در کالیفرنیا به این نکته اشاره‌کرده که وقتی زباله‌ها شروع به چرخش به دور یک جسم می‌کنند، ممکن است حلقه‌ای به دور آن جسم شکل بگیرد. این زباله‌ها ممکن است در پی برخورد یک سیارک یا ستاره دنباله‌دار از بدنه خود جسم به اطراف آن پرتاب‌شده باشند یا شامل توده‌های یخی باشند که توسط آتش‌فشان‌های انجمادی قدرتمند به بیرون از آن جسم پرتاب‌شده‌اند.

او ادامه داد: «با گذر زمان، نیروهای گرانشی جسم، این زباله‌ها را به شکل یک حلقه مرتب می‌کنند؛ اما بسیاری از قمرها از برخورد این سیارک‌ها یا آتش‌فشان‌های انجمادی  آسیب‌دیده‌اند و از همین رو تا امروز بدون حلقه باقی مانده باشند.»

شکار حلقه‌های ماه گم‌شده

این مشاهدات ماریو سوکرکیا، اخترفیزیک‌دان دانشگاه گرنوبل فرانسه و همکارانش را بر آن داشت تا به بررسی این موضوع بپردازند که آیا حلقه‌های قمرها می‌توانند پایدار باشند یا خیر.

مطالعه سوکرکیا و همکارانش در سال ۲۰۲۲ نشان داد که ازنظر تئوری، قمرهای ایزوله می‌توانند حلقه‌های ثابتی در اطراف خود داشته باشند؛ اما در این مطالعه اثرات گرانشی دیگر قمرها و سیارات در نظر گرفته نشد.

برای بررسی این موضوع، مطالعه جدیدی انجام و نتیجه آن در اکتبر ۲۰۲۴ منتشر شد. سوکرکیا و همکارانش، پنج مجموعه از قمرهای کروی و سیارات همسایه آن‌ها، ازجمله زمین و ماه را انتخاب کردند. آن‌ها برای هر مجموعه، حلقه‌هایی را به همه قمرها اضافه کردند و در ادامه نحوه رفتار حلقه‌ها در طول یک‌میلیون سال و درحالی‌که توسط قمر مادر، سایر قمرهای مجاور و سیاره به‌طور گرانشی کشیده می‌شدند را شبیه‌سازی کردند. محققان همچنین محاسبه کردند که ذرات حلقه در طول یک هزاره چطور به طرز آشفته‌ای حرکت می‌کنند تا پایداری حلقه‌ها را تعیین کنند.

محققان در انتظار آن بودند که بی‌ثباتی را در حلقه‌ها مشاهده کنند ولی این مدل نشان داد که با حذف چند قمر، ازجمله قمر می‌ماس سیاره زحل که "ستاره مرگ" نامیده می‌شود، حلقه‌های قمرها پایدار هستند؛ مخصوصاً در قمر یاپتوس سیاره مشتری. نکته عجیب اینجاست که ماه، به‌عنوان تنها قمر زمین هم ۹۵% شانس پشتیبانی از یک سیستم حلقه‌ای پایدار در شبیه‌سازی‌ها را داشت.

سوکرکیا دراین‌باره توضیح داد: «ما فکرش را هم نمی‌کردیم که قمرها در یک محیط گرانشی متخاصم، با وجود بسیاری از قمرها و سیارات دیگری که حلقه‌هایشان را مختل می‌کنند، همچنان ثباتشان را حفظ کنند. در عوض این محیط‌های متخاصم، به‌جای تخریب حلقه‌هایشان، با ایجاد ساختارهایی مثل شکاف‌ها و امواج (مشابه آنچه در حلقه‌های زحل مشاهده می‌شود) زیبایی زیادی به آن‌ها می‌بخشند.»

این حلقه‌ها کجا رفتند؟

حالا سؤالی که مطرح می‌شود این است که چرا حالا قمرها حلقه ندارند؟ طبق توضیح محققان، عوامل غیر گرانشی ازجمله تابش خورشید و ذرات باردار از میدان‌های مغناطیسی سیارات مادر قمرها، باعث از هم پاشیدن حلقه‌های قبلی شده‌اند. هرچند که همه محققان با یافته‌های این مطالعه موافق نیستند؛ تیسکارنو که در این مطالعه شرکت نداشت، معتقد است که احتمالاً حلقه‌ها در درازمدت توسط کشش‌های گرانشی خود قمرهای مادر از بین رفته‌اند.

او دراین‌باره توضیح داد: «از آنجا که اکثر قمرهای منظومه شمسی بسیار آهسته می‌چرخند (مثل چرخش ماه به دور زمین که یک وجه یا صورت را به سمت سیاره خود نگه می‌دارد)، هر ذره حلقه‌ای باید بسیار سریع‌تر از چرخش ماه، در مدار آن قمر حرکت کند؛ بنابراین کشش‌های گرانشی از قمرهای مادر، در طول زمان طولانی، باعث فروپاشی مدارهای ذرات حلقه می‌شوند تا جایی که درنهایت با سطح قمر برخورد کنند.»

این بدان معناست که اگر درگذشته ماه، تنها قمر زمین، حلقه‌هایی داشته بوده هم این حلقه‌ها مدت‌ها پیش به سطح ماه برخورد کرده و از بین رفته‌اند.

منبع: