زحل زیر ذره‌بین: از زیباترین سیاره‌ منظومه‌ شمسی چه می‌دانیم؟

زحل دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی از نظر جرم و اندازه است و ششمین سیاره به ترتیب فاصله از خورشید. در آسمان شب، ما سیاره زحل را به راحتی با چشم غیر مسلح به شکل یک نقطه نورانی با درخشش ثابت می‌بینیم. وقتی با یک تلسکوپ خیلی کوچک به زحل نگاه کنیم، سیاره‌ای با حلقه‌های درخشان می‌بینیم که باشکوه‌ترین جرم منظومه شمسی است.

با ما همراه باشید تا به بررسی اطلاعات زیباترین سیاره منظومه شمسی بپردازیم. در این مقاله ریشه نام کره گازی زحل، ساختار داخل این سیاره، اتمسفر آن، قمرهای زحل، امکان زندگی در این سیاره و قمرهای آن و دیگر شگفتی‌های این غول گازی را با هم می‌خوانیم.

نام سیاره زحل

نام این سیاره از ساتورن (Saturn) خدای کشاورزی و برداشت محصول در اساطیر روم گرفته شده است. این خدا با کرونوس (Kronos)، خدای یونانی یکی است. کرونوس یکی از تایتان‌ها و پدر زئوس بود که بعدها از او شکست خورد و تاج و تخت پادشاهی عالم را از دست داد. این نام‌گذاری باعث شده است تا دانشمندان بسیاری از قمرهای زحل را مشابه تایتان‌های اساطیر یونانی نامگذاری کنند.

زحل دورترین سیاره شناخته شده برای ناظران باستان به شمار می‌رفت زیرا کندتر از سایر سیارات شناخته شده در زمینه آسمان حرکت می‌کرد.

دور بودن برای عرب‌ها و ایرانیان نیز آشکار بود. احتمال می‌رود که آن‌ها این دانش را از رومیان و یونانیان باستان گرفته بودند. زحل نامی عربی برای این سیاره است که به دور بودن آن اشاره می‌کند. ایرانیان از قدیم‌الایام این جرم آسمانی را سیاره کیوان می‌نامیدند. البته این اسم از زبان بابلی گرفته شده و ایرانیان در زبان خود نامی برای این سیاره نداشتند.

اطلاعات اولیه نجومی

احتمالا گالیله، ستاره‌شناس ایتالیایی، در سال 1610 میلادی (989 شمسی) اولین کسی بود که زحل را با تلسکوپ مشاهده کرد. ظاهر زحل برای گالیله عجیب بود، اما کم بودن دقت ابزارش باعث شده بود که ماهیت واقعی حلقه‌های این سیاره را تشخیص ندهد.

حجم زحل 60 درصد مشتری و جرمش یک سوم آن است. این سیاره در بین اجرام شناخته‌شده منظومه شمسی، کمترین چگالی میانگین را دارد. چگالی میانگین آن آنقدر کم است که اگر اقیانوسی وجود داشت که می‌توانستیم زحل را در آن بگذاریم، این سیاره در اقیانوس معلق می‌ماند.

زحل و مشتری هر دو شبیه ستاره‌ها هستند زیرا ترکیب شیمیایی‌شان عمدتا هیدروژن است. همچنین، مثل مشتری، فشار زیاد در اعماق زحل باعث می‌شود که هیدروژن در آنجا در حالت فلزی سیال باشد. با این حال، ساختار و تاریخچه تکاملی زحل به طور قابل توجهی با همسایه بزرگ‌ترش، مشتری، متفاوت است.

زحل مانند باقی سیارات مشتری‌سان یا غول‌های گازی (مشتری، اورانوس و نپتون) منظومه‌ای از قمرها و حلقه‌ها دارد که ممکن است سرنخ‌هایی از منشا و تکامل این سیاره و همچنین منظومه شمسی ارائه دهد. تایتان، قمر زحل، جو قابل توجهی دارد که آن را از سایر قمرهای منظومه شمسی متمایز می‌کند، جو این قمر که چگال‌تر از هر یک از سیارات زمین‌سان به جز زهره است.

ویژگی‌ها	مقادیر
جرم	5.683 × 1026 kg
میانگین فاصله از خورشید	1,426,666,000 km (9.5 AU)
خروج از مرکز	0.054
زاویه مدار با دایره البروج	2.49°
طول شبانه روز	10.7 ساعت
طول سال	29.45 برابر سال زمین
میانگین سرعت مداری	9.68 km/s
میانگین دمای سطح	134 K
شعاع میانگین	58,232 km
تعداد قمرها	83
تعداد حلقه‌ها	3 حلقه اصلی و چندین حلقه کم تراکم

اندازه سیاره کیوان و فاصله آن از خورشید

زحل با شعاع 58,232 کیلومتر، 9 برابر عریض‌تر از زمین است. با فاصله متوسط 1.4 میلیارد کیلومتری، زحل 9.5 واحد نجومی از خورشید فاصله دارد (یک واحد نجومی (به اختصار AU)، برابر فاصله خورشید تا زمین است). در این فاصله حدود 80 دقیقه طول می کشد تا نور خورشید به زحل برسد.

مدار و چرخش کره زحل

زحل دومین روز کوتاه منظومه شمسی را دارد. یک روز در زحل تنها 10.7 ساعت طول می کشد (مدت زمانی که طول می کشد تا زحل یک بار به دور خود بچرخد) و یک دور کامل زحل به دور خورشید (یک سال در زمان زحل) در حدود 29.4 سال زمینی (10756 روز زمینی) است.

سیاره زحل چند فصل دارد؟

محور زحل یا کیوان نسبت به مدارش به دور خورشید 26.73 درجه انحراف دارد که مشابه انحراف 23.5 درجه‌ای زمین است. این به زحل اجازه می‌دهد فصل‌های مختلفی داشته باشد.

رصدهای تلسکوپ فضایی هابل و فضاپیماهای کاسینی و وویجر ۱ نشان دادند که سیاره زحل نیز مانند زمین چهار فضل داشته باشد. کره گازی غول‌پیکر مثل خانه خود ما انقلاب‌های تابستانی و زمستانی و دو اعتدال پاییزی و بهاری دارد.

البته طول هرکدام از فصل‌های زحل بسیار طولانی‌تر از فصل‌های سه ماهه روی زمین است. هر فصل در زحل ۷ یا ۸ سال به‌طول می‌انجامد. در حال حاضر، در زحل تابستان رو به اتمام است و این کره در سال ۲۰۲۵ وارد فصل پاییز می‌شود.

حلقه‌های کیوان

اصلی‌ترین ویژگی سیاره کیوان حلقه‌های تماشایی آن هستند. درواقع اگر این حلقه‌ها را حذف کنیم، کیوان به یکی از کسل‌کننده‌ترین و یکنواخت‌ترین سیاره‌های منظومه شمسی تبدیل می‌شود.

دانشمندان باور دارند که حلقه‌های زحل تکه‌هایی از دنباله‌دارها، سیارک‌ها و یا تکه‌هایی از قمرها هستند که گرانش زحل، قبل از رسیدن آن‌ها به این سیاره، آن‌ها خرد کرده است.

آنها از میلیاردها تکه کوچک یخ و سنگ ساخته شده‌اند که مواد دیگری مانند گرد و غبار روی آن‌ها را پوشانده است. اندازه ذرات هر حلقه عمدتاً از دانه‌های یخی ریز به اندازه گرد و غبار تا تکه‌هایی به بزرگی یک خانه متغیر است. چند ذره به بزرگی کوه هستند. اگر از بالای ابرهای زحل به آنها نگاه کنید، حلقه‌ها عمدتاً سفید به نظر می‌رسند و جالب این است که هر حلقه با سرعت متفاوتی به دور سیاره می‌چرخد.

اخترشناسان بر سر این که حلقه‌های سیاره کیوان چه زمانی به‌وجود آمدند توافق نظر ندارند. دانشمندانی که با این معما سروکار دارند معمولاً در دو گروه قرار می‌گیرند. گروه اول می‌گویند حلقه‌های زحل ازلی بوده‌اند؛ یعنی بیش از چهار میلیارد قبل همراه با خود سیاره شکل گرفته‌اند و زحل از همان آغاز چشم‌گیرترین جرم منظومه شمسی بوده است.

گروه دوم گمان می‌کنند که حلقه‌ها بسیار جوان‌تر هستند و در چند صد میلیون سال گذشته شکل گرفته‌اند. طبق این نظریه، حلقه‌ها چنان جوان هستند که اگر دایناسورها یک سازمان فضایی داشتند، با تلسکوپ‌های خود یک زحل بدون حلقه را می‌دیدند!

منظومه حلقه‌ای زحل تا 282,000 کیلومتر دورتر از سیاره امتداد دارد، با این حال ارتفاع عمودی معمولاً در حلقه های اصلی حدود 10 متر است. این حلقه‌ها که بر اساس حروف الفبا نامگذاری شده‌اند، نسبتاً نزدیک به یکدیگر هستند؛ به استثنای شکافی که به اندازه 4700 کیلومتر عرض دارد، به نام بخش کاسینی، که حلقه‌های A و B را از هم جدا می‌کند. حلقه‌های اصلی A، B و C هستند. حلقه‌های D، E، F و G کم‌نورتر هستند و اخیراً کشف شده‌اند.

اگر از زحل شروع کنیم و به سمت بیرون حرکت کنیم، به ترتیب حلقه D، حلقه C، حلقه B، بخش کاسینی، حلقه A، حلقه F، حلقه G و در نهایت حلقه E را می‌بینیم. خیلی دورتر، حلقه بسیار کم نور فوبه در مدار قمر فوبه زحل وجود دارد.

حقیقت ناراحت‌کننده این است که اخترشناسان تخمین می‌زنند این حلقه‌ها حداکثر چندصد میلیون سال دیگر دور زحل وجود داشته باشند و پس از آن ناپدید شوند. فضای اطراف حلقه‌ها با حضور سنگ‌ها و قمرهای بزرگ بسیار ناپایدار است. با برخورد شهاب‌سنگ‌ها به اجزای این حلقه‌ها، آن‌ها به داخل زحل سقوط می‌کنند. داده‌های فضاپیمای کاسینی نشان می‌دهد که در هر ثانیه چندین تن از جرم حلقه‌های زحل کاسته می‌شود. به این ترتیب، شاید تا ۱۰۰ میلیون سال آینده دیگر اثری از آن‌ها نباشد.

داخل سیاره زحل

علی‌رغم این که زحل عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، بیشتر جرم این سیاره در فاز گاز نیست، زیرا هیدروژن زمانی که چگالی بالاتر از 0.01 گرم بر سانتی متر مکعب است، به مایعی غیر ایده‌آل تبدیل می‌شود. این اتفاق در شعاعی از زحل می‌افتد که حاوی 99.9 درصد جرم این سیاره است. دما، فشار و چگالی درون زحل همگی به طور پیوسته به سمت هسته افزایش می‌یابند که باعث می‌شود در لایه‌های عمیق‌تر، هیدروژن به هیدروژن فلزی تبدیل شود که رسانای جریان الکتریسیته است.

مدل‌های استاندارد سیاره‌ای نشان می‌دهند که فضای داخلی زحل شبیه مشتری است، دارای یک هسته سنگی کوچک است که توسط هیدروژن و هلیوم احاطه شده است، با مقادیر کمی از مواد فرار مختلف. تجزیه و تحلیل اعوجاج نشان می‌دهد که زحل به طور قابل ملاحظه‌ای متراکم‌تر از مشتری است و بنابراین حاوی مقدار قابل توجهی مواد متراکم‌تر از هیدروژن در نزدیکی مرکز آن است. حدود 50 درصد جرم نواحی مرکزی زحل از هیدروژن تشکیل شده است، در حالی که مشتری حاوی تقریباً 67 درصد هیدروژن است.

این هسته از نظر ترکیب مشابه زمین است، اما چگالی بیشتری دارد. این لایه توسط یک لایه هیدروژن فلزی مایع ضخیم‌تر احاطه شده است و به دنبال آن یک لایه مایع از هیدروژن مولکولی است که از هلیوم اشباع شده است و با افزایش ارتفاع به تدریج به گاز تبدیل می‌شود. بیرونی ترین لایه 1000 کیلومتر است و از گاز تشکیل شده است.

سطح کیوان

زحل به عنوان یک غول گازی سطح واقعی ندارد. این سیاره عمدتاً گازها و مایعات چرخانی را در اعماق خود دارد. در حالی که یک فضاپیما جایی برای فرود بر روی زحل نخواهد داشت، نمی‌تواند بدون صدمه هم از آن عبور کند. فشارها و دماهای شدید در اعماق سیاره هر فضاپیمایی را که قصد پرواز به سیاره را داشته باشد خرد، ذوب و تبخیر می کند.

اتمسفر زحل

زحل پوشیده از ابرهایی است که به صورت نوارهای کم نور، جریان‌های جتی و طوفان ظاهر می‌شوند. این سیاره سایه‌های مختلفی از زرد، قهوه ای و خاکستری دارد.

سرعت بادها در اتمسفر فوقانی در ناحیه استوایی به 500 متر در ثانیه می‌رسد. در مقابل، قوی‌ترین بادهای طوفانی روی زمین سرعتی در حدود 110 متر در ثانیه دارند. و فشار در لایه‌های پایین اتمسفر آنقدر قوی است که گاز را به مایع تبدیل می کند.

قطب شمال زحل یک ویژگی جوی جالب دارد - یک جریان جتی شش طرفه. این الگوی شش ضلعی شکل اولین بار در تصاویر فضاپیمای وویجر 1 مشاهده شد. بعدها فضاپیمای کاسینی آن را با دقت بیشتری مشاهده کرد. این شش‌ضلعی که حدود 30000 کیلومتر عرض دارد، یک جریان جت مواج با بادهایی با سرعت حدود 322 کیلومتر در ساعت است که در مرکز آن طوفان عظیم و چرخشی وجود دارد. هیچ ویژگی آب و هوایی مانند این در هیچ جای دیگری در منظومه شمسی وجود ندارد.

دمای سیاره زحل

زحل سه لایه ابر دارد. لایه بالایی، که شامل یخ آمونیاک است، دمایی از منفی ۱۷۳ تا منفی ۱۱۳ درجه سلسیوس دارد. در لایه بعدی، یخ وجود دارد و دمای آن از منفی ۸۸ تا منفی ۳ درجه سلسیوس متغیر است. دما در لایه پایینی ابرها تا ۵۷ درجه سلسیوس افزایش می‌یابد.

نکته جالب این است که فشار در لایه زیرین ابرها برابر فشار آب در اعماق چندین کیلومتری زمین افزایش می‌یابد. همچنین فضاپیمای وویجر ۲ هنگام عبور از کنار این غول یخی دریافت که دما در قطب شمال سیاره کیوان حدود ۱۰ درجه سلسیوس بالاتر از دما در عرض‌های جغرافیایی میانی این کره است.

با حرکت به مرکز کره، دما و فشار افزایش می‌یابد. در داخل زحل، دما می‌تواند تا ۱۱٬۷۰۰ درجه سلسیوس بالا برود. از آن‌جایی که فاصله زحل تا خورشید بسیار زیاد است، منبع اصلی گرمای این سیاره و حتی قمرهای اطراف آن، گرمای هسته زحل است.

زحل بیش از دو برابر چیزی که از خورشید می‌گیرد، انرژی آزاد می‌کند. بخش اصلی این گرما از فشار گرانشی سیاره ناشی می‌شود. اما اخترشناسان می‌گویند حرکت هلیم به لایه‌های داخلی سیاره نیز می‌تواند گرما تولید کند.

مگنتوسفر کیوان

میدان مغناطیسی (مگنتوسفر یا مغناطوسفر) کیوان کوچک‌تر از سیاره مشتری است اما هنوز 578 برابر میدان مغناطیسی زمین است. زحل، حلقه‌ها و بسیاری از قمرواره‌های آن کاملاً در درون مغناطیس‌کره عظیم زحل قرار دارند، منطقه‌ای از فضا که رفتار ذرات باردار الکتریکی در آن بیشتر تحت تاثیر میدان مغناطیسی زحل است تا باد خورشیدی.

شفق قطبی زمانی رخ می‌دهد که ذرات باردار در امتداد خطوط میدان مغناطیسی به اتمسفر سیاره می‌روند. در زمین، این ذرات باردار از بادهای خورشیدی می‌آیند. کاسینی نشان داد که حداقل برخی از شفق‌های زحل مانند مشتری هستند و تا حد زیادی تحت تأثیر باد خورشیدی نیستند. در عوض، ترکیبی از ذرات پرتاب شده از قمرهای زحل و چرخش سریع میدان مغناطیسی زحل شفق‌های قطبی را به‌وجود می‌آورند. اما اخترشناسان این شفق‌های قطبی را که منشأ خورشیدی ندارند هنوز به طور کامل درک نکرده‌اند.

کره زحل چگونه به‌وجود آمد؟

زحل همان زمانی شکل گرفت که بقیه منظومه شمسی شکل گرفت، حدود 4.5 میلیارد سال پیش، وقتی که گرانش گازهای چرخان و غبار را به داخل کشید تا به این غول گازی تبدیل شود. حدود 4 میلیارد سال پیش، زحل در موقعیت فعلی خود در قسمت بیرونی منظومه شمسی قرار گرفت و به ششمین سیاره از خورشید تبدیل شد. زحل نیز، مانند مشتری، بیشتر از هیدروژن و هلیوم ساخته شده است، همان دو عنصر اصلی‌ای که خورشید را تشکیل می‌دهند.

قمرهای کیوان

کیوان 83 قمر دارد که 53 تا از آن‌ها نام رسمی دارند. بعلاوه، شواهدی از ده‌ها تا صدها ماهک با قطر 40 تا 500 متر در حلقه های زحل وجود دارد، که قمر واقعی محسوب نمی‌شوند. تایتان (Titan)، بزرگ‌ترین قمر این سیاره، بیش از 90 درصد جرم موجود در مدار زحل، از جمله حلقه‌ها، را تشکیل می‌دهد. دومین قمر بزرگ زحل، رئا (Rhea)، ممکن است دارای یک سیستم حلقه‌ای ضعیف برای خود باشد، همراه با جوی ضعیف.

بسیاری از قمرهای دیگر کوچک هستند: 34 قمر کمتر از 10 کیلومتر قطر دارند و 14 قمر دیگر بین 10 تا 50 کیلومتر قطر دارند.

بیشتر قمرهای زحل به نام تایتان‌های اساطیر یونان نام‌گذاری شده‌اند. قمر تایتان تنها قمر منظومه شمسی با جو اصلی است، که در آن یک واکنش شیمیایی آلی پیچیده رخ می‌دهد. این تنها قمر با دریاچه‌های هیدروکربنی است.

انسلادوس (Enceladus) یکی دیگر از قمرهای زحل است که به‌علت اقیانوس سراسری آن، که زیر یک لایه ضخیم یخ مدفون است، و آبفشان‌های بزرگش توجه اخترشناسان را به خود جلب کرده است. این قمر، که به نظر می‌رسد از نظر ساختار شیمیایی شبیه به دنباله‌دارها باشد، اغلب به عنوان یک زیستگاه بالقوه برای حیات میکروبی در نظر گرفته می‌شود.

زندگی در سیاره زحل و قمرهای آن

محیط زحل برای زندگی آنگونه که ما می‌شناسیم مساعد نیست. دما، فشار و موادی که این سیاره را ساخته‌اند، برای موجودات بیش از حد شدید و فرار هستند و موجودات نمی توانند خودشان را با آن‌ها سازگار کنند.

در حالی که سیاره زحل مکانی بعید برای زندگی موجودات زنده است، این موضوع درمورد برخی از قمرهای آن صادق نیست. قمرهایی مانند انسلادوس و تایتان اقیانوس‌های داخلی دارند و احتمالاً حیات در این دو قمر ممکن است.

خصوصاً اخترشناسان باور دارند که انسلادوس یکی از محتمل‌ترین مکان‌ها برای یافتن حیات فرازمینی در منظومه شمسی است. در اعماق اقیانوس این قمر، منافذی وجود دارد که انرژی گرمایی از هسته زمین به اقیانوس منتقل می‌شود.

این منافذ با حفره‌های هیدروترمال یا زمین‌گرمایی در اعماق زمین شباهت زیادی دارند. از آن‌جا که روی زمین این منافذ میزبان زندگی جانوران و میکروب‌ها هستند، دانشمندان گمان می‌برند که احتمال دارد در اعماق اقیانوس انسلادوس نیز حیات میکروبی وجود داشته باشد. همچنین دانشمندان شواهدی از وجود موادی نظیر فسفر در اقیانوس انسلادوس یافته‌اند که برای حیات میکروبی الزامی است. به این ترتیب احتمال این که میکروب‌ها در اعماق این قمر سیاره کیوان زندگی کنند بسیار قابل‌توجه است.

حقایق جالب درباره سیاره زحل

• زحل دورترین سیاره‌ایست که با چشم غیر مسلح قابل دیدن است.
• باستانیان از جمله بابلی‌ها زحل را می‌شناختند.
• تعداد قمرهای زحل از هر سیاره دیگری در منظومه شمسی بیشتر است.
• زحل نیز مانند مشتری طوفان‌های بیضی شکل دارد.
• فشار بالای داخل کره زحل باعث می‌شود باران‌های الماس در داخل این سیاره ببارند.

جمع‌بندی

در این نوشته دانش خود را درباره سیاره زحل یا کیوان مرور کردیم. کیوان با حلقه‌های منحصربه‌فرد و درخشان خود قطعاً زیباترین سیاره منظومه شمسی است. شاید حتی بتوانیم پا را فراتر بگذاریم و این همسایه غول‌پیکر خود را زیباترین سیاره جهان بدانیم.

دیدم که این غول گازی سطح محکمی ندارد، با این حال دما و فشار بالا در اعماق آن باعث می‌شود تا هر جنبنده‌ای پس از ورود به آن خرد، ذوب و تبخیر شود. با ساختار داخل کره زحل آشنا شدیم، دما و میدان مغناطیسی این سیاره را بررسی کردیم و دیدیم که این سیاره نیز مانند زمین چهار فصل دارد.

حلقه‌های زحل یکی از جذاب‌ترین پدیده‌های کل منظومه شمسی هستند؛ اما اخترشناسان همچنان درباره زمان شکل‌گیری آن‌ها اختلاف نظر دارند. در هر صورت، داده‌ها و شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که این حلقه‌ها نهایتاً در چندصد میلیون سال دیگر دور این سیاره وجود خواهند داشت.

قمرهای فراوان کیوان دیگر ویژگی جذاب این غول گازی هستند. مخصوصاً قمر انسلادوس که یکی از اصلی‌ترین کاندیدهای زندگی فرازمینی در منظومه شمسی است. ناسا قصد دارد در آینده‌ای نزدیک یک کاوشگر را به سطح انسلادوس ارسال کند تا اقیانوس‌های این قمر را از فاصله‌ای نزدیک بررسی کنیم.

از آن‌جا که اغلب اطلاعات ما درباره کره زحل و حلقه‌ها و اقمار آن از فضاپیماهای وویجر ۱، وویجر ۲ و مخصوصاً فضاپیمای تاریخی کاسینی می‌آید، باید برای اطلاعات هیجان‌انگیز بیشتر درباره این سیاره زیبا در انتظار مأموریت ناسا به انسلادوس بمانیم. اما تا پیش از آن، انتظار می‌رود که رصدهای تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز حقایق مهمی را از این غول گازی برای ما آشکار کنند.

سوالات متداول