نشانه‌های هسته‌ی فازی زحل در امواج حلقه‌های این سیاره
امواج لرزه‌ای در حلقه‌های زحل، "هسته‌ی فازی" عجیب داخل سیاره را آشکار می‌کند.
حلقه های زحل
علیرغم نابودی فضاپیمای کاسینی ناسا در جو زحل، اما اطلاعات بدست آمده توسط آن همچنان به کشف حقایق شگفت انگیز در مورد سیاره حلقه دار زحل کمک می‌کند. مطالعه‌ی اخیر که در نسخه ماه آگوست Nature: Astronomy به چاپ رسیده، روش جالبی را برای کاوش غیرمستقیم در داخل سیاره نشان داد.
به طور معمول، مأموریت‌های مرتبط به سیارات غول پیکر مشتری و زحل با هدف اندازه‌گیری لایه‌های داخلی سیاره‌ها وابسته به اندازه‌گیری مستقیم میدان‌های گرانشی در طول پرواز و چرخش‌های مداری می‌باشد. با این حال، این روش یک اشکال عمده دارد، زیرا توضیح نمی‌دهد که آیا این سیارات از هسته‌ی صخره‌ای جامد تشکیل شده‌اند یا دارای هسته‌ای بزرگ به حالت مایع هستند.
در مطالعات اخیر، ستاره‌شناسان رویکرد متفاوتی را اتخاذ کردند. به طور ویژه، این‌بار مأموریت کاسینی گرفت‌های ستاره‌ای از ستارگان دوردست که از پشت حلقه‌های زحل عبور می‌کنند را مورد رصد قرار داد. این مشاهدات در آخرین روزهای مأموریتی خطرناک موسوم به عبور از حلقه گراند فینال، قبل از لحظات نهایی نابودی فضاپیما در جو زحل در 15 سپتامبر 2017 انجام شد.
در طول اختفا، کاسینی امواج مارپیچی با فرکانس بسیار پایین را ثبت کرد که از حلقه C داخلی سیاره‌ی زحل عبور می‌کردند. خود سیستم حلقه‌ای پیچیده است: تصور می‌شود که بخشی از یک قمر خرد شده باشد ، قمرهای اصلی زحل سیستم حلقه بیرونی را به سمت خود کشیده و بصورت تابیده بهم نگه می‌دارند، در حالی که قمرهای کوچک در مسیرحلقه‌ها مانند شیارهای ثبت شده دیده می‌شوند. اما این خود سیاره است که قسمت‌های داخلی مانند حلقه C را به هم وصل می‌کند.
ستاره‌شناسان دریافتند درواقع این سطح خود زحل است که هر چند ساعت یکبار به اندازه یک متر می‌لرزد و باعث اعمال نیروهای جزر و مدی موجی در سیستم حلقه‌ها می‌شود.
همچنین این نوسان گویای آن است که در داخل خود زحل چه می‌گذرد. بهترین مدل نشان می‌دهد که زحل به جای داشتن یک هسته‌ی متمایز صخره‌ای، دارای یک هسته نامشخص “فازی” است که تا حدود 60 درصد به سمت سطح سیاره گسترش یافته است. مدلهای رایانه‌ای نشان می‌دهند که جرم هسته 55 برابر جرم زمین است (زحل 95 برابر زمین جرم دارد) که سنگ و یخ آن تنها 17 برابر جرم زمین را تشکیل می‌دهند.
برای تثبیت یک هسته مایع، ستاره شناسان متوجه شدند آن باید به تدریج با مواد سنگین‌تر )مانند لایه‌های داخل یک کیک( مخلوط شود. به عنوان مثال در اقیانوس‌های زمین، میزان شوری آب با افزایش عمق زیادتر می‌شود.
کریستوفر مانکوویچ، از دانشمندان علوم سیاره‌ای موسسه‌ی تحقیقاتی Caltech در بیانیه‌ی مطبوعاتی اخیر خود می‌گوید: “هسته‌های فازی مانند لجن هستند. هیدروژن و گاز هلیوم در سیاره به تدریج با حرکت به سمت مرکز سیاره با یخ و سنگ بیشتری ترکیب می‌شوند.”
اندازه‌گیری‌های گرانشی استاندارد انجام‌شده توسط کاسینی نیز از مدل “هسته فازی/شل” برای زحل پشتیبانی می‌کند. بسیاری از ما این جمله را که در دوران کودکی بما آموخته بودند به خاطر می‌آوریم که “زحل دارای چگالی کافی برای شناور‌شدن در آب است.”
در اینجا یک واقعیت عجیب و جالب وجود دارد که کاسینی قبل از مرگ خود در سال 2017 در صدد حل آن بود که ما در واقع دوره‌ی چرخش دقیق زحل را به آن اندازه که فکر می‌کنید نمی‌دانیم. مانند مشتری و خورشید، زحل نیز یک کره از گاز در حال چرخش است نه یک جسم جامد واحد، این واقعیت را گیج‌کننده می‌کند که مشاهدات بصری و اندازه‌گیری‌های رادیویی توسط فضاپیماها دقیقاً با هم مطابقت ندارند. مقدار رادیومتری فعلی برای دوره چرخشی زحل 10 ساعت و 39 دقیقه است.
مطالعات در مورد ساختار میدان مغناطیسی زحل همچنین می‌تواند فرضیه‌ی اصلی اما مبهمی را پشتیبانی یا رد کند. به عنوان مثال، یک هسته لایه‌ای پایدار نمی‌تواند بچرخد و یک میدان مغناطیسی وسیع در سیاره ایجاد کند در عوض، میدان مغناطیسی زحل در یک پوشش خارجی گازی ( سیال ) ایجاد می‌شود.
این یافته همچنین می‌تواند در مورد نحوه‌ی تفکر ما در مورد فضای داخلی پیچیده‌ی سیارات غول‌پیکر، هم در منظومه‌ی شمسی و هم در سیارات فراخورشیدی، نتایجی داشته باشد. مثلا درحال حاضر مأموریت جونو ناسا نیز در حال بررسی جزئیات داخلی مشتری است.
متأسفانه، مدتی طول می‌کشد تا مجدداً به زحل برگردیم: ماموریت بعدی ارسالی تا سال 2027 نخواهد بود ، زمانی که بالگرد هسته‌ای Dragonfly به سمت قمر بزرگ زحل، تیتان حرکت می‌کند.
شما می‌توانید زحل را خودتان ببینید و در مورد همه این حقایق شگفت انگیز بیاندیشید – این کره‌ی حلقه دار در 2 آگوست از اختفا بیرون آمده است و هنگام غروب آفتاب در اواخر آگوست به همراه مشتری، در شرق بالای افق دیده می‌شود.
