زحل - في أحضان الحلقات

القطر: 120.540 كم ؛

المساحة: 42.700.000.000 كيلومتر مربع ؛

في عام 1610 ، جاليليو جاليلي ، راقب كوكب المشتري ، أخذ تلسكوبه جانبًا قليلاً ، ولاحظ ثلاثة أجرام سماوية في سماء الليل ، والتي كادت تلامس بعضها البعض. واعتبر أنه كوكب جديد ، أصغر قليلاً من كوكب المشتري ، ولكنه أكبر من الأرض وبقية الكواكب. لاحظ أنه على جانبي الكوكب ، يوجد جسمان صغيران آخران على نفس الخط. اقترح جاليليو أن هذين رفيقين (أقمار صناعية). ومع ذلك ، بعد عامين ، كرر العالم الملاحظة ، ودهشته ، لم يجد هذه الأقمار الصناعية. بالفعل بعد نصف قرن ، في عام 1659 ، الهولنديون عالم الفلك كريستيان هيغنزبمساعدة تلسكوب أقوى ، اكتشف أن "الرفقاء" هم في الواقع حلقة رقيقة مسطحة تحيط بالكوكب ولا تلمسه. اكتشف Huygens أيضًا أكبر قمر صناعي على كوكب الأرض - التيتانيوم... تم تسمية الكوكب نفسه زحل... في الأساطير الرومانية القديمة ، كان زحل يتوافق مع إله الأرض والمحاصيل. تحت رعايته ، زرعت الأشجار في إيطاليا وزرع الكروم والقمح والمحاصيل الأخرى. كان يعتقد أن كل من صلى ودفع الجزية لكوكب زحل سيحصل على حصاد غني وغني. كان يُعتبر زحل ، وفقًا للأسطورة ، ملك البلاد في عصور ما قبل التاريخ ، والذي هاجر من اليونان إلى إيطاليا.

على اليسار منظر لزحل من خلال تلسكوب حديث ، وعلى اليمين من خلال تلسكوب من زمن جاليليو (1610).

لهذا السبب ، بسبب ضعف البصريات ، لم يلاحظ العالم حلقة طويلة حول الكوكب ،

وبدلاً من ذلك قررت أن هذين قمرين صناعيين لكوكب زحل

زحل هو نوع من الكواكب أو الكواكب العملاقة مجموعة جوبيتر... ومع ذلك ، فهو أصغر حجمًا بمقدار 1.7 مرة من كوكب المشتري المفضل لديه. . إذا قللنا الغاز العملاق بشكل مشروط إلى حجم كرة قطرها 10 سم ، فسيكون قطر كرة زحل حوالي 8.5 سم ، وستبدو الأرض مثل رصاصة صغيرة نصف قطرها 0.5 سم ، بينما ستظهر الشمس على شكل كرة ضخمة ذات مقطع عرضي متر. يدور زحل ، مثل جميع الكواكب ، حول النجم المركزي - الشمس ، في مدار بيضاوي الشكل ممدود قليلاً. لدورة واحدة حول الشمس (السنة الساتورية) ، يجب أن يمر زحل عبر مداره حوالي 6 مليارات 219 مليون كيلومتر بسرعة 9.69 كم / ثانية (3 مرات أبطأ من السرعة المدارية للأرض). مثل المشتري ، يتحرك "كوكب الحلقات" بالنسبة إلى مركزه المحوري بسرعة عالية (21 مرة أسرع من دوران الأرض حول محورها). هذا هو السبب في أن زحل لديه اختلافات كبيرة بين نصف القطر الاستوائي والقطبي. كما تعلمون ، شكل كوكبنا ليس مستديرًا تمامًا ، سيكون من الأصح القول أن الأرض عبارة عن قطع ناقص أو شكل بيضاوي مفلطح. بسبب الدوران ، تكون الأرض مشوهة قليلاً ونصف قطرها عند خط الاستواء أكبر بمقدار 21 كم من نصف القطر القطبي. هذا فرق صغير لدرجة أنه يكاد يكون من المستحيل تمييز الكرة بصريًا عن الشكل الحقيقي للكوكب. ولكن إذا نظرت إلى الأرض من الفضاء عندما زادت سرعة دورانها الاستوائي عشرات المرات ، فسيكون من الممكن أن ترى حتى بالعين المجردة أن الكوكب قد تسطح عند النقاط العلوية والسفلية (عند القطبين) وتمدد بشكل ملحوظ على طول خط الاستواء. هذا بالضبط ما يحدث لكوكب زحل. سرعته الاستوائية حوالي 35.530 كم / ساعة (9.87 كم / ث). بسبب دورانه السريع ، يكون الكوكب مسطحًا بقوة على طول خط الاستواء ، والفرق بين نصف القطر يقارب 6000 كم. أي أن نصف قطر خط الاستواء 60.268 كم ونصف القطر القطبي 54364 كم.

زحل هو الكوكب السادس من الشمس. يقع مداره من النجم على مسافة متوسطة تبلغ 1.430.000.000 كم (9.58 AU). يدور زحل حول الشمس في 10759 يومًا (حوالي 29.46 سنة). المسافة من زحل إلى الأرض تتراوح من 1195 (8.0 AU) إلى 1660 (11.1 AU) مليون كم. من السمات المميزة لكوكب زحل عن الكواكب الأخرى في النظام الشمسي أن للكوكب حلقة ضخمة تتكون من بلايين الجسيمات الدقيقة في مدار قريب من الكواكب. يمكن أن تكون هذه الجسيمات من حبيبات الغبار الصغيرة إلى حجم مبنى مكون من 10 طوابق. ومع ذلك ، فإن زحل ليس "الكوكب الدائري" الوحيد في النظام الشمسي. كما شوهدت أنظمة الحلقة على كوكب المشتري وأورانوس ونبتون ، لكن زحل هو الأبرز.

أبعاد زحل والأرض بالكيلومترات. في الوضع الأفقي

مستوي - قطر استوائي ، وعمودي - قطبي

الهيكل الداخلي

زحل ، مثل جاره المشتري ، يتكون من الهيدروجين (96.3٪) ، مع شوائب من الهيليوم وآثار من الماء والميثان والأمونيا والعناصر الثقيلة. يبدو الغلاف الجوي الخارجي للكوكب هادئًا وموحدًا من الفضاء ، على الرغم من أن الرياح والأعاصير القوية جدًا تتشكل أحيانًا في طبقاته ، والتي تبدو مثل البقع الدوارة الكبيرة مثل البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري. سرعة مثل الأعاصيريمكن أن تصل سرعتها إلى 1800 كم / ساعة في بعض الأماكن ، وهو أكثر بكثير من كوكب المشتري العملاق. الرياح والأعاصيرالغضب في الغالب باتجاه الشرق (في اتجاه الدوران المحوري). عندما يبتعدون عن خط الاستواء ، تضعف قوتهم تدريجياً. زحل ، مثل جميع الكواكب العملاقة ، يتكون بالكامل تقريبًا من هيدروجين، والتي ، تحت تأثير الضغوط ودرجات الحرارة المرتفعة ، تنتقل أولاً إلى مرحلة أكثر سيولة ، ثم إلى حالة معدنية. لذلك ، يبدأ السطح الصلب فقط عند الحد العلوي من نواة الكوكب - على مسافة 47800 كيلومتر تقريبًا من بداية الغلاف المرئي لكوكب زحل. للوصول إلى اللب ، من الضروري التغلب على المسار من خلال غلاف الكوكب الغازي-السائل-المعدني بأكمله. بحد ذاتها جوهريتكون من عناصر ثقيلة - الحجر والحديد وربما الجليد. وفقًا للحسابات الأولية ، يبلغ نصف قطر قلب زحل 12500 كيلومتر ، وكتلته أكبر بعشرات المرات من كتلة الأرض. تصل درجة الحرارة في مركز الكوكب إلى 11700 درجة مئوية ، والطاقة التي تحدث في باطنه تبلغ 2.5 ضعف الطاقة التي يتلقاها زحل من الشمس. النواة محاطة بطبقة سميكة من ما يسمى الهيدروجين المعدني- حوالي 18000 كم ، يتقلب ضغطها حوالي 3 ملايين ضغط جوي. مع هذه القوة الضاغطة ، تتفكك جزيئات الهيدروجين إلى ذرات ، وتنقسم الإلكترونات ، ويصبح السائل الجزيئي نفسه موصلًا كهربائيًا. من الصعب تحديد شكل الهيدروجين بالضبط في مرحلة المعدن السائل. في الواقع ، من المستحيل الحصول عليه في ظروف المختبر ، لذلك من الضروري خلق ضغط في حدود 300-900 جيجا باسكال ، ولم تتمكن أي مركبة فضائية حتى الآن من رؤية الهيدروجين في مثل هذه الحالة الإجمالية على كوكب المشتري وزحل. عندما تبتعد عن الجزء المركزي من الكوكب ، ينخفض ​​الضغط ويتحول الهيدروجين المعدني تدريجياً إلى حالة سائلة.
على عكس الكواكب الأرضية ، حيث يتشكل المجال المغناطيسي في أعماق اللب السائل ، على الكواكب الغازية مثل المشتري وزحل وأورانوس ونبتون ، يتشكل الغلاف المغناطيسي الخاص بها حول الكوكب بسبب دوران التيارات الكهربائية في الطبقة من الهيدروجين المعدني السائل. مجال مغناطيسييعتبر زحل ثاني أقوى (بعد المشتري) في النظام الشمسي. تم اكتشافه لأول مرة بواسطة محطة فضائية "بايونير -11"في عام 1979 ، عندما اقترب المسبار من الكوكب على مسافة 20 ألف كيلومتر. الغلاف المغناطيسييمتد زحل ما يقرب من 1.5 مليون كيلومتر من مركز الكوكب (المجال المغناطيسي للأرض 25000 كيلومتر فقط). في الطبقات العليا من الغلاف الجوي لزحل ، بسبب تفاعل المجال المغناطيسي مع الجسيمات المشحونة للرياح الشمسية ، فإن ألمعها الشفق القطبيةفي النظام الشمسي.

الهيكل الداخلي لكوكب زحل

جو الهيدروجين والهيليوم - 3000-4000 كم ؛

الهيدروجين السائل - 26000 كم ؛

الهيدروجين المعدني - 18000 كم ؛

صلب صلب - 12500 كم

الشفق القطبي فوق القطب الشمالي لزحل. الأضواء ملونة باللون الأزرق

والغيوم بالأسفل حمراء. تحدث هذه الظواهر من خلال التفاعل

جزيئات الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للكوكب

زحل في الحلقات

مرة أخرى في القرن السابع عشر ، كان زحل يعتبر كوكبًا غامضًا. لاحظ جاليليو ، الذي كان يراقب زحل ، جسمين مشبوهين بالقرب من الكوكب ، ظن خطأ أنه قمرين صناعيين قريبين جدًا من الكوكب لدرجة أنهما يلمسان تقريبًا. بعد فترة ، مع الملاحظة المتكررة ، لم يعد يرى هذه الجثث ، بدا أنها اختفت ببساطة. بعد نصف قرن ، بفضل كريستيان هويجنزلقد أصبح معروفًا بالفعل أن هذه ليست أقمارًا صناعية على الإطلاق ، ولكنها حلقة ضخمة تحيط بالكوكب حول خط الاستواء. افترض Huygens أيضًا أن الحلقة نفسها ليست كلًا واحدًا ، ولكنها تتكون من بلايين من الجسيمات الصلبة الدقيقة. حاليًا ، تُظهر الصور التي التقطتها المجسات أن الحلقات تتكون بالفعل من آلاف الحلقات بالتناوب مع الشقوق. وهي تشمل جزيئات من الجليد والغبار الحجري تتراوح في الحجم من ملليمترات إلى عدة عشرات من الأمتار. كلهم يدورون بسرعة فائقة (30-60 ألف كم / ساعة) بسبب جاذبية زحل ، مكونين حلقة واحدة مستمرة. إنه مثل دوران الدوامة التي تدور بقوة كبيرة. إذا توقفت عن هذا دوامة عملاقة، ثم يمكنك أن ترى بالتفصيل هيكل الخاتم. ستبدو بعض الجسيمات مثل حبيبات الرمل الصغيرة ، بينما سيبدو البعض الآخر بحجم مبنى مكون من 10 طوابق. الخاتم نفسه رقيق جدا. بعرضها الإجمالي (حوالي 60-80 ألف كم) ، سمكها قليل فقط 10-20 مترا.لهذا السبب ، لعدة قرون ، كان يعتقد أن حلقة زحل مسطحة تمامًا.

تبدأ الحدود الداخلية للحلقة على بعد 13000 كم من السحب الخارجية لزحل ، وتنتهي على مسافة 77000 كم من الكوكب. الخاتم نفسه ليس كثيفًا. يمكن أن تصل المسافة بين الجسيمات إلى عدة كيلومترات. لذلك ، بعد أن حلقت عبر الحلقة ، قد لا تصادف جزءًا واحدًا منه. إذا قمت بتجميع جميع الأجزاء المكونة للحلقة في جسم كامل واحد ، فلن يزيد قطرها عن 100 كم ، وكتلتها - 3 × 10 19 كجم.

هناك ثلاث حلقات رئيسية والرابعة أكثر دقة. عادة ما يتم الإشارة إليها بالحروف الأولى من الأبجدية اللاتينية. خاتم ب- مركزي ، أوسع وألمع ، مفصول عن الخارج حلقات أفجوة كاسيني ، التي يبلغ عرضها 4000 كيلومتر تقريبًا ، حيث توجد حلقات أنحف وشفافة تقريبًا. داخل الحلقة A يوجد شق رفيع يسمى شريط تقسيم Encke. الدائري ج، وهو أقرب إلى الكوكب من B ، يكاد يكون شفافًا.

حاليًا ، تم تعيين دراسة هيكل الحلقات لمحطة الكواكب "كاسيني" ، التي تم إطلاقها في عام 1997 ووصلت إلى نظام زحل في عام 2004. تم التقاط الكثير من الصور من لوحتها ، وأحجام الحلقات وسمكها ، التكوين الداخلي ، وما إلى ذلك ، تم تحديدها بدقة أكبر.

أبعاد هيكل حلقة زحل

استكشاف ودراسة الكوكب

لأول مرة في التاريخ ، حلقت المركبة الفضائية بين الكواكب التابعة لناسا حول زحل "بايونير -11" 2 أغسطس 1979 أقصى اقتراب هو 20000 كم فوق أقصى ارتفاع للغيوم على الكوكب. من هذه المسافة القريبة ، تمت دراسة حلقات زحل أولاً بمزيد من التفصيل وتم اكتشاف حلقة جديدة - خاتم F.... تم التقاط صور لكل من الكوكب والأقمار الصناعية الخاصة به ، لكن دقة هذه الصور لم تكن كافية لتحديد تفاصيل السطح. في أوائل الثمانينيات ، بعد دراسة كوكب المشتري ، ذهبت محطتان فضائيتان إلى زحل. فوييجر 1 وفوييجر 2... خلال المدار ، تم التقاط عدد من الصور عالية الدقة. تمكنت من الحصول على صورة للأقمار الصناعية: تيتان ، ميماس ، إنسيلادوس ، تيثيس ، ديون ، ريا. في الوقت نفسه ، حلقت إحدى المركبات بالقرب من تيتان على مسافة 6500 كم فقط ، مما جعل من الممكن جمع البيانات عن الغلاف الجوي ودرجة الحرارة. بمساعدة Voyager 2 ، تم الحصول على بيانات عن درجة حرارة وكثافة الغلاف الجوي ، واكتشف أيضًا مجالًا مغناطيسيًا قويًا حول زحل. لوحظت ظواهر طبيعية مختلفة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي - العواصف والدوامات والأعاصير وحتى البرق. في عام 1982 فوييجر 2بعد إجراء مناورة جاذبية حول زحل ، ذهب في رحلة أخرى عبر النظام الشمسي - على وجه الخصوص إلى أورانوس ونبتون.

في عام 1997 ، تم إطلاق محطة Cassini-Huygens بين الكواكب إلى Saturn ، والتي وصلت بعد 7 سنوات من الطيران في 1 يوليو 2004 إلى نظام Saturn ودخلت المدار حول الكوكب. كانت الأهداف الرئيسية لهذه المهمة ، المصممة أصلاً لمدة 4 سنوات ، هي دراسة بنية وديناميكيات الحلقات والأقمار الصناعية ، وكذلك دراسة ديناميكيات الغلاف الجوي والغلاف المغناطيسي لزحل ودراسة مفصلة لأكبر قمر صناعي على كوكب الأرض. - تيتان. وفقًا لعدد من الدراسات حول الكوكب والأقمار الصناعية ، انفصل المسبار الأوروبي الخاص "Huygens" عن المركبة الفضائية ، وفي 14 يناير 2005 ، هبط على سطح تيتان بالمظلة. استمر النزول ساعتين و 28 دقيقة. خلال هذا الوقت ، أثبت الجهاز وجود جو كثيف لتيتان ، يبلغ سمكه حوالي 400 كم. يتكون الغلاف الجوي للقمر الصناعي من النيتروجين والميثان ، وعلى السطح ، يتحول "الغاز الطبيعي" بسبب الضغط المرتفع إلى حالة تسييل ، مشكلاً نظامًا كاملًا للميثان في المحيط والنهر. من عام 2004 إلى 2 نوفمبر 2009 ، تم اكتشاف 8 أقمار صناعية جديدة بمساعدة جهاز كاسيني الرئيسي. في الوقت الحاضر ، الجهاز عبارة عن قمر صناعي لزحل ويستمر في استكشاف الكوكب ، وتشمل إحدى مهامه دراسة الدورة الكاملة لفصول زحل.

محطة بين الكواكب "كاسيني" من مسافة 2.2 مليون كيلومتر