لرزه‌نگاری با حلقه‌های زحل: محققان از هسته‌ای نرم و سیال خبر می‌دهند

محققان به تازگی متوجه شده‌اند که حلقه‌های زحل در کنار زیبایی بی‌مانندشان، ویژگی‌های ساختاری درون زحل را نیز نشان می‌دهند. آن‌ها از این حلقه‌ها مثل لرزه‌نگاری برای زحل استفاده کردند و متوجه شدند که برخلاف فرض‌های قبلی، هسته داخلی آن نرم است.

هسته زحل برخلاف هسته جامد زمین، سوپی از سنگ، یخ و سیالات فلزی است که جریان درون این هسته و حرکت سیال، روی جاذبه زحل تاثیر می‌گذارد. در این مطالعه از داده‌های فضاپیمای کاسینی ناسا استفاده شده است که به مدت ۱۳ سال از ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۷ میلادی زحل و قمرهایش را مطالعه می‌کرد.

داده‌هایی از سال ۲۰۱۳ نشان می‌دهند که داخلی‌ترین حلقه زحل یعنی حلقه D، امواج و چرخش‌هایی دارد که با تاثیرات گرانشی قمرهای زحل نیز قابل توجیه نیست. این مطالعه جدید، نگاهی وسیع‌تر به حرکات حلقه‌های زحل انداخته است تا جزئیاتی از ساختار درونی زحل بدست آورد.

این اولین باری است که محققان توانستند ساختار درونی سیاره‌ای گازی را با لرزه‌نگاری مطالعه کنند. آن‌ها در این مطالعه علاوه بر سیال بودن هسته زحل، متوجه شدند که قطر هسته نیز تا ۶۰ درصد کل قطر سیاره است. چنین عددی بسیار بیشتر از چیزی است که قبلا تخمین زده می‌شد.

علاوه بر این، بررسی‌ها نشان می‌دهند که حجم هسته زحل ۵۵ برابر کل کره زمین است. به عبارت دیگر، می‌توانیم ۵۵ زمین کامل را در هسته زحل قرار دهیم. با فرض چنین حالتی، حجم سنگ و یخ درون هسته زحل به اندازه ۱۷ برابر زمین است و باقی حجم هسته را سیالات هیدروژنی و هلیومی تشکیل می‌دهد.

آن‌ها در ادامه توضیح دادند که حرکات درون هسته باعث می‌شود تا به طور مداوم امواجی روی سطح زحل به وجود آیند. این امواج روی سطح منجر به تغییرات کوچکی در جاذبه سیاره می‌شود و در پی این تغییرات، در حلقه‌ها نوسان‌ها و چرخش‌هایی ایجاد می‌شود.

در زحل همیشه زلزله‌ای در حال رخ دادن است، اما به قدری کوچک است که حس نمی‌شود. سطح زحل درست مثل یک دریاچه مواج در هر یک تا دو ساعت حدود یک متر جابه‌جا می‌شود و حلقه‌ها نیز مثل لرزه‌نگار این تغییرات کوچک در جاذبه سیاره را دریافت می‌کنند و دچار نوسان می‌شوند.

نوسان‌های این حلقه‌ها نشان می‌دهند که هسته زحل برخلاف ویژگی سیال و نرم بودن آن، ترکیبی از لایه‌هایی با چگالی‌های مختلف است. مواد سنگین‌تر در مرکز سیاره قرار دارند و سبک‌ترها به سطح زحل نزدیک‌ترند. برای اینکه چنین نوسان‌هایی با فرکانس‌های خاص در میدان گرانشی زحل به وجود آیند، باید ساختار داخلی پایداری داشته باشد. تنها در صورتی این پایداری به وجود می‌آید که هر چه به مرکز هسته نزدیکتر شویم، مقدار یخ و سنگ هسته افزایش پیدا کند.

محققان این ویژگی زحل را به میزان شوری اقیانوس‌های زمین تشبیه کرده‌اند. در زمین هر چه به اعماق اقیانوس‌ها برویم، شوری آب بیشتر می‌شود. هر چه از مرکز به سمت سطح سیاره حرکت کنیم، سیال هلیوم و هیدروژن بیشتری با سنگ و یخ ترکیب می‌شوند.

این مطالعه می‌تواند برخی از مدل‌سازی‌ها درباره نحوه تشکیل سیارات گازی را زیر سوال ببرد. این مدل‌ها فرض می‌کنند که در ابتدا هسته سنگی این سیارات تشکیل می‌شوند و پس از آن مقادیر زیادی از گازهای اطراف را به خود جذب می‌کنند. با توجه به این مطالعه، اگر هسته این سیارات نرم و سیال هستند، ممکن است گازها زودتر از چیزی که فکر می‌کردیم وارد پروسه تشکیل سیاره شوند.

همچنین، با توجه به داده‌هایی که فضاپیمای جونو از سیاره مشتری بدست آورده است، ممکن است این غول گازی نیز دارای هسته‌ای نرم و سیال باشد. باید بدانیم که ممکن است باقی ویژگی‌های حلقه‌های زحل اطلاعات بیشتری درباره ساختار درونی آن به ما می‌دهند که هنوز متوجه آن نشده‌ایم.