اقرأ في هذا المقال
ما هو التكوين والهيكل الداخلي لكوكب زحل؟
بالنظر إلى كوكب زحل من الأرض، فإن مظهره بني أصفر ضبابي بشكل عام، السطح الذي يمكن رؤيته من خلال التلسكوبات وفي صور المركبات الفضائية هو في الواقع مجموعة معقدة من طبقات السحب المزينة بالعديد من الميزات الصغيرة الحجم، مثل البقع الحمراء والبنية والبيضاء والعصابات والدوامات، والتي تختلف خلال فترة زمنية قصيرة إلى حد ما، بهذه الطريقة يشبه زحل كوكب المشتري اللطيف والأقل نشاطاً.
حدث استثناء مذهل خلال الفترة من سبتمبر إلى نوفمبر 1990 عندما ظهر نظام عاصفة كبير فاتح اللون بالقرب من خط الاستواء، وتوسع إلى حجم يتجاوز 20000 كم (12400 ميل) وانتشر في النهاية حول خط الاستواء قبل أن يتلاشى، وقد لوحظت عواصف مماثلة في التأثر بهذه البقعة البيضاء العظيمة (التي سُميت بهذا الاسم على غرار البقعة الحمراء العظيمة لكوكب المشتري) على فترات مدتها 30 عام تعود إلى أواخر القرن التاسع عشر، هذا قريب من الفترة المدارية لزحل البالغة 29.4 سنة، مما يشير إلى أن هذه العواصف هي ظاهرة موسمية.
مكونات الغلاف الجوي لكوكب زحل:
- يتكون الغلاف الجوي لزحل في الغالب من جزيئات الهيدروجين والهيليوم، الوفرة النسبية الدقيقة للجزيئين غير معروفة جيداً، حيث يجب قياس الهيليوم بشكل غير مباشر، وأفضل تقدير حالياً هو أن الغلاف الجوي للكوكب هو 18 إلى 25 بالمائة من الهيليوم من حيث الكتلة.
- باقي المكونات هي عبارة عن هيدروجين جزيئي وحوالي 2 بالمائة جزيئات أخرى، الهيليوم أقل وفرة بالنسبة للهيدروجين مقارنة بتكوين الشمس.
- إذا كان الهيدروجين والهيليوم وعناصر أخرى موجودة بنفس النسب الموجودة في الغلاف الجوي للشمس فسيكون الغلاف الجوي لزحل حوالي 71 بالمائة هيدروجين و28 بالمائة هيليوم بالكتلة، وفقاً لبعض النظريات قد يكون الهيليوم قد استقر خارج طبقات زحل الخارجية.
- الجزيئات الرئيسية الأخرى التي لوحظت في الغلاف الجوي لزحل هي الميثان والأمونيا، وهما أكثر وفرة من مرتين إلى سبع مرات بالنسبة للهيدروجين مقارنة بالشمس.
- يشتبه في وجود كبريتيد الهيدروجين والماء في الغلاف الجوي الأعمق، ولكن لم يتم اكتشافهما بعد.
- تشمل الجزيئات الصغيرة التي تم اكتشافها من خلال التحليل الطيفي من الأرض الفوسفين وأول أكسيد الكربون والجراثيم، لن تكون مثل هذه الجزيئات موجودة بكميات يمكن اكتشافها في جو غني بالهيدروجين في حالة توازن كيميائي.
قد تكون نتاج تفاعلات عند الضغط العالي ودرجة الحرارة في أعماق الغلاف الجوي لزحل أقل بكثير من السحب المرئية، والتي تم نقلها إلى مناطق الغلاف الجوي المرئية بواسطة حركات الحمل الحراري.
- لوحظ عدد من الهيدروكربونات غير المتوازنة الأخرى في طبقة الستراتوسفير لزحل، مثل: الأسيتيلين والإيثان وربما البروبان والميثيل أسيتيلين.
قد ينتج كل هذا الأخير عن طريق التأثيرات الكيميائية الضوئية من الأشعة فوق البنفسجية الشمسية أو عند خطوط العرض الأعلى، بواسطة إلكترونات نشطة تترسب من أحزمة إشعاع زحل، (لوحظ وجود تركيبة جزيئية مماثلة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري، حيث يتم استنتاج عمليات كيميائية مماثلة).
حلل علماء الفلك على الأرض انكسار (انحناء) ضوء النجوم والموجات الراديوية من المركبات الفضائية التي تمر عبر الغلاف الجوي لزحل، للحصول على معلومات حول درجة حرارة الغلاف الجوي على أعماق تقابل ضغوط من جزء من المليون من شريط إلى 1.3 بار، عند ضغوط أقل من 1 ملي بار تكون درجة الحرارة ثابتة تقريباً عند حوالي 140 إلى 150 كلفن، تمتد طبقة الستراتوسفير، حيث تنخفض درجات الحرارة بشكل مطرد مع زيادة الضغط نزولاً من 1 إلى 60 مليبار، حيث يتم الوصول إلى أبرد درجة حرارة في جو زحل 82 كلفن.
عند الضغط العالي (المستويات الأعمق) تزداد درجة الحرارة مرة أخرى، تشبه هذه المنطقة الطبقة الدنيا من الغلاف الجوي للأرض وهي طبقة التروبوسفير، حيث تتبع الزيادة في درجة الحرارة مع الضغط العلاقة الديناميكية الحرارية لضغط الغاز دون اكتساب الحرارة أو فقدها، تبلغ درجة الحرارة 135 كلفن عند ضغط 1 بار وتستمر في الزيادة عند الضغط العالي.
ديناميات كوكب زحل:
مثل الكواكب العملاقة الأخرى يمتلك زحل دوراناً جوياً يسيطر عليه تدفق المنطقة (شرق، غرب)، يتجلى هذا على أنه نمط من نطاقات السحب المشابهة لنطاقات كوكب المشتري، على الرغم من أن نطاقات زحل ملونة بشكل أكثر دقة وأوسع بالقرب من خط الاستواء، الميزات الموجودة في قمم السحابة لها تباين منخفض لدرجة أنه من الأفضل دراستها بواسطة المركبات الفضائية.
نظراً لأن زحل يفتقر إلى سطح يجب قياس رياحه بالنسبة إلى إطار مرجعي آخر، كما هو الحال مع المشتري تقاس الرياح فيما يتعلق بدوران المجال المغناطيسي لزحل، في هذا الإطار تتجه جميع التدفقات الجوية لزحل تقريباً إلى الشرق أي في اتجاه الدوران، تُظهر المنطقة الاستوائية عند خطوط العرض أقل من 20 درجة تدفقاً نشطاً بشكل خاص باتجاه الشرق بسرعة قصوى تقترب من 470 متر في الثانية (1700 كم في الساعة)، ولكن مع فترات عندما تكون السرعة 200 متر في الثانية (700 كم في الساعة) أبطأ.
تشبه هذه الميزة ميزة واحدة على كوكب المشتري، ولكنها تمتد مرتين في خط العرض وتتحرك أربع مرات أسرع، على النقيض من ذلك تحدث أعلى الرياح على الأرض في الأعاصير المدارية، حيث قد تتجاوز السرعات المستمرة في الحالات القصوى 67 متر في الثانية (240 كم في الساعة).
التدفقات النطاقية متناظرة بشكل ملحوظ حول خط استواء زحل، أي أن كل واحد في خط عرض شمالي معين له نظير في خط عرض جنوبي مماثل، تدفقات قوية باتجاه الشرق (تلك التي لها سرعات نسبية باتجاه الشرق تزيد عن 100 متر في الثانية)، تُرى عند 46 درجة شمالاً وجنوباً وعند حوالي 60 درجة شمالاً وجنوباً تدفقات باتجاه الغرب، والتي تكون تقريباً ثابتة في الإطار المرجعي للمجال المغناطيسي تُرى عند 40 درجة و55 درجة و70 درجة شمالاً و جنوباً.
بعد لقاءات فوييجر سمحت التحسينات في الأجهزة الأرضية برصد سحب زحل عن بعد، تم إجراؤها على مدار سنوات عديدة وتميل إلى الاتفاق مع ملاحظات (Voyager) التفصيلية لتدفقات المنطقة، وبالتالي دعم استقرارها بمرور الوقت، الآلية التي يتم من خلالها الحفاظ على تدفق النفاثات في وجود الاحتكاك الجوي غير معروفة.
تم العثور على دوامات إعصارية قوية شبيهة بالأعاصير على بعد حوالي 11 درجة من القطبين الشمالي والجنوبي لكوكب زحل، يبلغ قطر العين الدافئة للدوامة في القطب الجنوبي 2000 كيلومتر (1200 ميل) وتحيط بها السحب الشاهقة من 50 إلى 70 كيلومتر فوق السحب القطبية، الأعاصير المدارية في نصف الكرة الجنوبي للأرض لها عيون مركزية دافئة تتدفق في اتجاه عقارب الساعة وتحيط بها سحب عالية، ولكن جميعها على نطاق أصغر بكثير.
على عكس الأعاصير على الأرض لا يوجد محيط أسفل دوامات زحل، تتبع الطائرة النفاثة الأولى إلى الجنوب من الدوامة الشمالية عند 75 درجة شمالاً نمطاً سداسياً حول الكوكب، لوحظت ميزات السحابة وهي تتحرك حول الشكل السداسي عكس اتجاه عقارب الساعة بسرعة 100 متر في الثانية (360 كم في الساعة)، وقد لوحظت أنماط زاوية مماثلة في دلاء السوائل الدوارة وربما تنشأ من تفاعل الأمواج.
كما لوحظت مجموعة متنوعة غنية من الميزات الأصغر حجماً في الغلاف الجوي، اللافت للنظر بشكل خاص هو وجود حوالي عشرين من مساحة السحب المتشابهة الحجم (1500 كم في القطر) متباعدة بشكل موحد تقريباً عبر 100 درجة من خط الطول بالقرب من 33.5 درجة شمالاً تمتد عبر الكوكب، في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية رصدت كاسيني بشكل متكرر انبعاثات راديو الموجات القصيرة من العواصف الرعدية، وهي أكثر شدة بمئات المرات من تلك الموجودة على الأرض وتستمر من أسابيع إلى شهور عند 35 درجة مئوية.
