حلقه‌های اطراف سیارات از چه چیزی ساخته شده‌اند؟

بسیاری از ما با تصاویر سیاره زحل و حلقه‌ غیرقابل انکار آن آشنا هستیم. در واقع، زحل فقط یک حلقه ندارد – اگر از طریق تلسکوپ نگاه کنید، خواهید دید که زحل در واقع حداقل هشت حلقه دارد و به کل این سیستم حلقه می‌گویند.

زحل تنها سیاره‌ای نیست که حلقه دارد. مشتری، نپتون و اورانوس همگی دارای سیستم حلقه‌ای هستند، اما حلقه‌های آن‌ها کوچکتر، کم نورتر و در نتیجه دیدن آن‌ها سخت‌تر است.

این حلقه‌ها از میلیاردها ذره کوچک تشکیل شده‌اند که به دور سیاره خود می‌چرخند. با این‌حال، این ذرات از سیاره‌ای به سیاره‌ای دیگر متفاوت هستند. حتی حلقه‌های موجود در یک سیستم حلقه نیز می‌توانند از عناصر مختلفی ساخته شده باشند.

امواج رادیویی

می‌توانیم با بررسی میزان بزرگی و سنگینی این ذرات، ایده‌هایی در مورد اینکه این ذرات از چه چیزی ساخته‌ شده‌اند، بدست آوریم. یکی از راه‌های بدست آوردن این اطلاعات، استفاده از امواج رادیویی است.

اجرام در فضا با میدان‌های مغناطیسی درحال تغییر – مانند سیارات یا حتی ماهواره‌های فضایی – امواج رادیویی تولید می‌کنند. وقتی این امواج از اطراف حلقه‌های اطراف سیارات عبور می‌کنند، این سیگنال‌های رادیویی بسته به اندازه ذرات و میزان سنگینی آن‌ها، به روش‌های مختلفی تحت تاثیر ذرات موجود در حلقه قرار می‌گیرند. اگر سیگنال‌های رادیویی نشان دهند که ذرات سنگین هستند، ممکن است از ماده‌ای مانند آهن ساخته شده باشند. ذرات با سنگینی کمتر، ممکن است از موادی با چگالی کمتر مانند آلومینیوم ساخته شده باشند.

همچنین می‌توانیم میزان بازتابی ذرات را اندازه بگیریم تا بفهمیم از چه چیزی ساخته‌ شده‌اند و در چه حالتی قرار دارند – مانند مایع یا جامد. آب می‌تواند حالت‌های مختلفی داشته باشد: می‌تواند مایع باشد، ایا مانند یخ و برف جامد باشد. بازتاب یخ بیشتر از آب است و شدت بازتابش برف از همه بیشتر است – بیشتر از یخ یا آب. به لطف اندازه‌گیری‌هایی مانند این، می‌دانیم که ذرات حلقه زحل بیشتر از یخ تشکیل شده‌اند.

سیستم حلقه مشتری از ذرات ریز غبار تشکیل شده است، اما این ذرات مانند زحل، ذرات یخ نیستند. در عوض این ذرات، احتمالا سنگی هستند که از موادی مشابه سیارک‌ها و قمرهای سنگی تشکیل شده‌اند.

اگرچه منبع حلقه‌های اورانوس و اینکه از چه چیزی ساخته شده‌اند، مشخص نیست اما آن‌ها تیره هستند و بازتابش چندانی نیز ندارند. این نشان‌ می‌دهد که آن‌ها از یخ ساخته نشده‌اند. در عوض، ممکن است ذرات گرد و غباری باشند که از کربن ساخته شده‌اند یا حاوی کربن مانند زغال هستند.

حلقه‌های نپتون حتی تیره‌تر از حلقه‌های اورانوس هستند و چگالی آن‌ها نشان می‌دهد که از گرد و غبار ریزتری ساخته‌ شده‌اند. این احتمالا نوعی کربن یا منبع کربن مانند یخ متان است.

اندازه‌گیری نور

به منظور بدست آوردن اطلاعات دقیق‌تر در مورد اینکه حلقه‌ها از چه چیزی ساخته شده‌اند، دانشمندان نوری را که ذرات ساطع می‌کنند مورد بررسی قرار دادند. ما این کار را با تقسیم نور به طیف رنگی نور رنگین‌کمان انجام می‌دهیم، درست مانند اینکه قطرات باران نور خورشید را به رنگین‌کمان تقسیم می‌کنند. این نور رنگین‌کمان، طیف نامیده می‌شود و می‌تواند اطلاعات دقیقی در مورد رنگ ذرات و اینکه از چه چیزی ساخته شده‌اند، به ما بدهد. درحال حاضر، زحل تنها سیاره‌ای هست که طیف وضوح بالایی برای آن داریم که می‌تواند حلقه‌هایش را به خوبی برای ما توصیف کند.

اندازه‌گیری طیف‌های ذرات حلقه زحل به ما نشان می‌دهد که علاوه بر یخ آب، حاوی آهن و مواد آلی به نام «تولین‌ها» هستند که رنگ قرمز کم رنگی به آن‌ها می‌دهد. برخی از این ذرات ممکن است به اندازه یک دانه شن کوچک باشند، اما برخی دیگر به بزرگی یک اتوبوس دو طبقه خواهند بود.

یک تلسکوپ جدید به نام تلسکوپ فضایی «جیمز وب» به زودی به ما کمک خواهد کرد تا نگاه دقیق‌تری به این سیستم حلقه‌ای بیندازیم و طیف آن‌ها را اندازه‌گیری کنیم تا بیشتر در مورد اینکه دقیقا از چه چیزی ساخته شده‌اند، اطلاعات بدست آوریم. این امکان وجود دارد که با این تلسکوپ جدید، ما حتی حلقه‌هایی را در اطراف قمرها نیز پیدا کنیم، نه فقط در اطراف سیارات.