حلقات زحل قد تكون بقايا قمر اصطدم بالكوكب

نشر فريق من العلماء مؤخرا دراسة تشير إلى أن حلقات زحل الشهيرة قد تكون نتيجة اصطدام قمر قديم بالكوكب قبل نحو 160 مليون سنة.

وتقول الدراسة إن القمر المسمى كريساليس (Chrysalis) كان يدور حول العملاق الغازي لعدة مليارات من السنين قبل أن يصطدم به ويتفكك.

وقد أجرى العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) حسابات حددت التغيرات في محور دوران زحل بمرور الوقت.

وتشير النتائج إلى أن جسما آخر كان يدور حوله ذات مرة، ولكن عندما اقترب جدا من العملاق الغازي، تفكك إلى أشلاء وشكّل تلك الحلقات المميزة حول زحل.

ويفسر فقدان هذا القمر أيضا سبب ميل زحل بزاوية 26.7 درجات في دورانه، وهو ما تدل عليه حلقاته السريعة.

وتظهر حلقات الكوكب الصغيرة الحجم، والتي يبلغ عمرها 150 مليون سنة فقط، في حين أن ميلها بمقدار 26.7 درجة تقريبا بالنسبة إلى مدارها حول الشمس، أكبر من أن يتشكّل عندما تشكّل زحل نفسه.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، الأستاذ جاك ويزدوم: “تماما مثل شرنقة الفراشة، كان هذا القمر نائما لفترة طويلة وأصبح نشطاً فجأة وظهرت الحلقات”.

ومنذ أوائل القرن الحادي والعشرين، اعتقد علماء الفلك أن ميل زحل مرتبط بـ”الرنين المداري” للكوكب مع جاره نبتون.

ويكون لكوكبين “رنين مداري” إذا كانت فترات دورانهما متزامنة ويمارس تأثيراً جاذبياً منتظماً أحدهما على الآخر.

وقد نشأت نظرية “الرنين” لأن زحل راح “يتقدم” – أو يتذبذب – حيث يدور بنفس معدل دوران مدار نبتون تقريبا.

لكن الملاحظات التي أخذتها المركبة الفضائية كاسيني، التابعة لناسا، والتي دارت حول زحل من عام 2004 إلى عام 2017، أشارت إلى أن تيتان، أكبر أقمار زحل، يمكن أن يكون هو في الواقع مسؤولا عن التذبذب.

هذا لأن تيتان يهاجر بعيدا عن زحل أسرع من المتوقع، بمعدل نحو 11 سنتيمترا في السنة، ولذلك كان يُعتقد أن جاذبية القمر قد تتسبب في ميل الكوكب.

ومع ذلك، تعتمد هذه النظرية على لحظة القصور الذاتي لزحل – أو كيفية توزّع الكتلة في باطن الكوكب – والتي ما تزال غير معروفة.

ويمكن أن يتصرف ميلانها بشكل مختلف، اعتمادا على ما إذا كانت المادة أكثر تركيزاً وكثافة في لبّها أو باتجاه السطح.

وقد استخدم العلماء بعض الملاحظات الأخيرة التي أخذتها كاسيني لرسم خريطة لمجال جاذبية زحل. ثم استخدموا تلك البيانات لنمذجة توزّع الكتلة داخل الكوكب وحساب عزم القصور الذاتي (مصطلح فيزيائي يعني مقاومة الجسم الساكن للحركة).

وفوجئوا عندما اكتشفوا أن لحظة القصور الذاتي التي تم تحديدها حديثا وضعت زحل بالقرب من نبتون، ولكن خارج نطاق الرنين مع نبتون.

ويشير هذا إلى أن هذين الكوكبين ربما كانا متزامني الدوران ذات يوم ولكنهما لم يعودا كذلك. وهنا قال العلماء: “بحثنا عن طرق لإخراج زحل من صدى نبتون”.

وأعاد العلماء فحص المعادلات الرياضية التي تصف كيف يتغير محور دوران زحل بمرور الوقت.

وافترضوا أن ميل محور زحل يمكن أن يتأثر بفقدان القمر، لأن هذا كان سيخرجه من صدى نبتون.

ولإحداث هذه الظواهر، يجب أن يكون القمر الافتراضي الـ84، كريساليس، بحجم إيابيتوس، ثالث أكبر قمر تابع للكوكب.

وخلص الفريق إلى أن كريساليس، عندما كان في المدار، سحب زحل بطريقة أبقت ميله متناسقا مع ميل نبتون.

ومع ذلك، من المحتمل أن يكون القمر دخل منطقة مدارية فوضوية في وقت ما بين 200 و100 مليون سنة.

وهذا يعني أن القمر الصناعي شهد عددا من المواجهات القريبة مع إيابيتوس وتيتان، وفي النهاية اقترب جدا من زحل منذ نحو 160 مليون سنة.

ومزق الاصطدام كريساليس إلى أشلاء، ما سمح لزحل ونبتون بفقدان الصدى مع اختفاء تأثير جاذبية القمر.

وإن الهجرة المستمرة إلى الخارج لتيتان وتأثيرها على صدى زحل-نبتون تعني أن ميل زحل انخفض بعد ذلك، لكنه ظل عند قيمته الحالية البالغة 26.7 درجة.

وبقي جزء صغير من كتلة كريساليس معلقا في المدار، وتحطم ليتحول إلى قطع جليدية وشكل حلقات من هذا الحطام.

وأضاف البروفيسور ويزدوم: “إنها قصة جيدة جدا، ولكن، مثلها مثل أي نتيجة أخرى، يجب أن يتم تفحصها من قبل علماء آخرين أيضا”.