الأقمار الصناعية المهمة في كوكب زحل

ما المقصود بأقمار كوكب زحل؟

يمتلك زحل أكثر من 60 قمراً معروفاً وقد قام الجيولوجيين بترتيبها، حيث يتم سرد الأسماء والأرقام التقليدية والخصائص المدارية والفيزيائية بشكل فردي، من بين أول 18 تم اكتشافها تدور جميعها باستثناء القمر البعيد جداً في مدار فيبي ضمن حوالي 3.6 مليون كيلومتر (2.2 مليون ميل) من زحل، يبلغ نصف قطر تسعة منها أكثر من 100 كيلومتر (60 ميلاً) واكتشفت تلسكوبياً قبل القرن العشرين، وقد تم العثور على الآخرين في تحليل صور (Voyager) في أوائل الثمانينيات.

تم اكتشاف العديد من الأقمار الداخلية الإضافية (بما في ذلك (Polydeuces) أجسام صغيرة يبلغ نصف قطرها 3 إلى 4 كيلومترات أي 1.9 إلى 2.5 ميل) في صور مركبة كاسيني الفضائية التي بدأت في عام 2004، جميع الأقمار الداخلية منتظمة ذات ميل منخفض ومدارات منخفضة الانحراف فيما يتعلق بالكوكب، يُعتقد أن الكواكب الثمانية الأكبر قد تشكلت على طول المستوى الاستوائي لزحل من قرص من مادة الكواكب الأولية بنفس الطريقة التي تشكلت بها الكواكب حول الشمس من السديم الشمسي البدائي.

معلومات عن الأقمار الصناعية الهامة لكوكب زحل:

• تيتان هو أكبر أقمار زحل والقمر الوحيد في النظام الشمسي المعروف بوجود غيوم وجو كثيف وبحيرات سائلة، يبلغ قطر جسمه الصلب 5150 كيلومتر (3200 ميل)، مما يجعله ثاني أكبر قمر في المجموعة الشمسية بعد كوكب المشتري جانيميد.

• يشير متوسط ​​كثافة قمر تيتان المنخفضة نسبياً البالغ 1.88 جرام لكل سم مكعب إلى أن الجزء الداخلي عبارة عن خليط من المواد الصخرية (السيليكات) والجليد، ومن المحتمل أن يكون الأخير عبارة عن جليد مائي ممزوج بالأمونيا المجمدة والميثان.

• الغلاف الجوي لتيتان الذي يبلغ ضغط سطحه 1.5 بار (أكبر بنسبة 50 في المائة منه على سطح الأرض) يتكون في الغالب من النيتروجين مع حوالي 5 في المائة من الميثان، وآثار من مجموعة متنوعة من المركبات الأخرى المحتوية على الكربون.

• ظل سطح تيتان المغطى بضباب أحمر بني كثيف لغزاً إلى حد كبير حتى استكشاف نظام ساتورني من قبل كاسيني هيغنز.

• أظهرت ملاحظات المركبة الفضائية أن تيتان لديها تضاريس سطحية معقدة، منحوتة عن طريق هطول الأمطار والسوائل المتدفقة والرياح وبعض التأثيرات والنشاط البركاني والتكتوني المحتمل (العديد من العمليات نفسها التي شكلت سطح الأرض).

أقمار زحل الأخرى أصغر بكثير من تيتان، باستثناء إنسيلادوس لا تمتلك أغلفة جوية يمكن اكتشافها، (اكتشفت كاسيني وجود جو موضعي لبخار الماء بالقرب من النقطة الساخنة القطبية الجنوبية لإنسيلادوس)، يشير متوسط ​​كثافتها المنخفضة (بين 1 و1.5 جرام لكل سم مكعب) بالإضافة إلى التحليلات الطيفية للمواد الصلبة السطحية إلى أنها غنية في الجليد، ربما يكون الجليد المائي في الغالب مختلطاً بجليد المواد الأكثر تطايراً مثل ثاني أكسيد الكربون والأمونيا.

على مسافة زحل من الشمس يكون الجليد بارداً جداً لدرجة أنها تتصرف ميكانيكياً مثل الصخور، ويمكنها الاحتفاظ بفوهات الصدمة، ونتيجة لذلك فإن أسطح هذه الأقمار تحمل تشابهاً سطحياً مع السطح الصخري المليء بالفوهات لقمر الأرض ولكن هناك اختلافات مهمة.

تكشف ميماس عن سطح مليء بالفوهات بشكل كبير مشابه في المظهر للمرتفعات القمرية، ولكنها تمتلك أيضاً واحدة من أكبر هياكل التأثير فيما يتعلق بحجم الجسم في النظام الشمسي، فوهة البركان هيرشل التي سميت على شرف مكتشف ميماس (عالم الفلك الإنجليزي ويليام هيرشل في القرن التاسع عشر)، ويبلغ قطرها 130 كيلومتر (80 ميل)، أي ثلث قطر ميماس نفسها، يبلغ عمقها حوالي 10 كيلومترات (6 أميال) ولها جدران خارجية يبلغ ارتفاعها حوالي 5 كيلومترات (3 أميال).

الديناميات المدارية والدورانية لكوكب زحل:

تتمتع الديناميكيات المدارية والدورانية لأقمار زحل بخصائص غير عادية ومحيّرة، يرتبط بعضها بتفاعلاتها مع الحلقات، على سبيل المثال تدور الأقمار الثلاثة الصغيرة جانوس وإبيميثيوس وباندورا بالقرب من الحافة الخارجية لنظام الحلقة الرئيسية، ويُعتقد أنها كانت تتلقى زخماً زاوياً يصل إلى دفع خارجي ضئيل، ولكنه ثابت من جسيمات الحلقة من خلال تفاعلات الجاذبية الجماعية، ستكون تأثيرات هذه العملية هي تقليل انتشار الحلقات الناجم عن الاصطدامات بين جسيمات الحلقة، ودفع هذه الأقمار إلى مدارات أكبر من أي وقت مضى، وفيما يلي توضيح بعض التأثيرات الدينامية:

• بسبب صغر حجم الأقمار وجد العلماء صعوبة في إيجاد آلية يمكن من خلالها أن تستمر هذه العملية على مدى عمر النظام الشمسي دون دفع الأقمار إلى ما هو أبعد من مواقعها الحالية، تعد حدة الحافة الخارجية لنظام الحلقة الرئيسية والمدارات الحالية للأقمار الداخلية مثل أطلس محيرة، ويبدو أنها تدعم فكرة أن نظام الحلقات الحالي أصغر بكثير من زحل نفسه.

• أُطلق على باندورا وأقرب قمر جار لها بروميثيوس لقب أقمار الراعي بسبب تأثيرها على جزيئات الحلقة، أثناء التحليق في فوييجر 1 تم اكتشاف جسمين يدوران على جانبي الحلقة (F) الضيقة، والتي تم العثور عليها نفسها قبل عام واحد فقط بواسطة بايونير 11، وتنتج تفاعلات جاذبية القمر مع الحلقة (F) تأثير الراعي في التي تُبقي الجسيمات المكونة للحلقة محصورة في نطاق ضيق.

• ينقل بروميثيوس (الراعي الداخلي) الزخم الزاوي إلى جزيئات الحلقة ويدفع الحلقة إلى الخارج ونفسها إلى الداخل، بينما يتلقى الراعي الخارجي باندورا زخماً زاوياً من جسيمات الحلقة ويدفع الحلقة إلى الداخل وإلى الخارج.

حصلت كاسيني على تسجيل فيديو مذهل لهذه العملية، حيث يتم سحب حزم معقدة من الجسيمات الشبيهة بالموجات من الحلقة (F) أثناء مرور الرعاة لها، (غالباً ما يستخدم مصطلح الراعي لوصف أي قمر يقيد مدى الحلقة من خلال قوى الجاذبية، وبالتالي بهذا المعنى الموسع أقمار مثل (Janus وEpimetheus) التي تم وصف تأثيرات الحلقة عليها، وخلق الفجوة أقمار مثل بان مؤهلة أيضاً لتكون رعاة).

• توجد عدة أزواج من الأقمار في صدى ديناميكي ثابت، أي أن أعضاء كل زوج يمرون ببعضهم البعض في مداراتهم بطريقة دورية ويتفاعلون بطريقة الجاذبية بطريقة تحافظ على انتظام هذه المواجهات، في مثل هذا الرنين ترتبط الفترات المدارية لزوج من الأقمار ببعضها البعض تقريباً في نسبة الأعداد الصحيحة الصغيرة.

• نظراً لأن الصدى بين أزواج الأقمار يمكن أن يجبر الانحرافات المدارية على قيم كبيرة نسبياً، فمن المحتمل أن تكون مهمة في التطور الجيولوجي للأجسام المعنية، عادة تميل تفاعلات المد والجزر بين زحل وأقماره القريبة (التشوهات الدورية في كل جسم بسبب جاذبية الآخر) إلى تقليل الانحراف اللامركزي في مدارات الأقمار، بالإضافة إلى كبح دورانها بطريقة تدور بنفس معدل دورانها حول زحل.

هذه الحالة التي تسمى الدوران المتزامن شائعة في النظام الشمسي، على سبيل المثال بالنسبة لقمر الأرض والعديد من أقمار المشتري وزحل القريبة، وبالنسبة للقمر الذي يدور بالنسبة لكوكبه يكون التشوه الداخلي ديناميكياً وينتقل بشكل دوري حول القمر ويولد الحرارة عن طريق الاحتكاك الداخلي، بمجرد أن يكون القمر في دوران متزامن فإنه يحافظ دائماً على نفس نصف الكرة الأرضية المواجه للكوكب ونفس نصفي الكرة الأرضية للأمام والخلف في مداره؛ لذلك لم يعد التشوه ينتقل ولكنه يظل ثابتاً في الإطار المرجعي للقمر ولا يحدث التسخين الاحتكاكي.