قد تكون حلقات زحل أقدم بكثير مما كنا نظن

قد تكون حلقات كوكب زحل أقدم بكثير مما كان يُعتقد سابقًا، وربما تكونت في نفس الوقت تقريبًا الذي تشكل فيه الكوكب، وفقًا لدراسة نموذجية. لكن ليس كل علماء الفلك مقتنعين، ويجادل الباحث الذي كان جزءًا من الفريق الذي حسب أن حلقات زحل حديثة نسبيًا، بأن العمل الجديد لا يغير النتائج التي توصلوا إليها.

في معظم فترات القرن العشرين، افترض العلماء أن حلقات زحل تشكلت مع الكوكب منذ حوالي 4.5 مليار سنة. ولكن عندما زارت المركبة الفضائية كاسيني التابعة لناسا زحل في عام 2004، وجدت أن الحلقات تبدو خالية بشكل ملحوظ من التلوث من الصخور الفضائية الصغيرة، المعروفة باسم الغبار الكوني. يشير هذا المظهر الأصلي إلى أنهم كانوا أصغر سنًا بكثير، حيث تشير التقديرات في عام 2023 إلى أن عمرهم يتراوح بين 100 و400 مليون سنة.

الآن، حسب ريوكي هيودو – من معهد علوم الفضاء والملاحة الفضائية في اليابان – وزملاؤه أن حلقات زحل يجب أن تكون أكثر مقاومة للتلوث بالغبار الكوني مما كان يعتقد سابقًا، وبالتالي يمكنها الحفاظ على مظهر نظيف لفترة طويلة. لم يحسب هيودو وفريقه عمرًا جديدًا للحلقات، لكنهم يقترحون أنها قد تكون قديمة قدم الكوكب، كما كان يعتقد علماء الفلك.

قام هيودو وزملاؤه في البداية بمحاكاة كيفية اصطدام الغبار الكوني عالي السرعة، الذي تسارعه جاذبية زحل، بالحلقات. ووجدوا أن الاصطدام من شأنه أن يخلق درجات حرارة شديدة للغاية بحيث يجب أن يتبخر الغبار المصطدم. هذا البخار، بعد انتشاره في السحابة، سوف يتكثف بعد ذلك في جسيمات نانوية مشحونة، على غرار الجسيمات التي لاحظتها كاسيني.

بعد ذلك، قام الباحثون بوضع نموذج لكيفية تحرك هذه الجسيمات عبر المجال المغناطيسي لزحل، ووجدوا أن نسبة صغيرة فقط ستستقر على الحلقات، مع سحب معظمها إلى الغلاف الجوي لزحل أو إعادتها إلى الفضاء. يقول هيودو: “إن كفاءة تراكم حلقات زحل لا تتجاوز نسبة قليلة جدًا، وهي أقل بكثير مما كان مفترضًا سابقًا”. ويقول إن هذا قد يزيد من التقديرات السابقة لعمر الحلقة بمئات الملايين إلى مليارات السنين.

يقول ساشا كيمبف من جامعة كولورادو بولدر، وهو عضو في الفريق الذي قام بحساب التقدير السابق والأصغر بكثير لعمر حلقات زحل، إنه استخدم هو وزملاؤه طريقة أكثر تعقيدًا من مجرد كفاءة تلوث الحلقة، مع الأخذ في الاعتبار المدة التي تستغرقها حلقات زحل. يستغرق وصول المادة إلى الحلقات وتختفي. يقول كيمبف إن القيمة التي حسبها هيودو وزملاؤه لا ينبغي أن تغير النتائج الإجمالية للعمر. “نحن على يقين تام من أن هذا لا يخبرنا حقًا أنه يتعين علينا العودة إلى لوحة الرسم.”

لكن هيودو يرى أن انخفاض كفاءة التلوث يجب أن يغير العمر بشكل كبير. “لقد افترضوا كفاءة بنسبة 10 في المائة، وأبلغنا عن 1 في المائة. ترى من المعادلة أنها تصبح 1000 مليون سنة، أو مليار سنة”.

يقول كيمبف أيضًا إن عمليات المحاكاة الجديدة تفترض أن حلقات زحل مكونة من جزيئات جليدية صلبة، في حين أن الحلقات تتكون في الواقع من جزيئات أكثر ليونة بأحجام أكبر بكثير مما تم تصميمه في الدراسة. ويقول: “إذا قمت بإطلاق جسيمات في هذه الهياكل المعقدة واللينة، فإن نتيجة مثل هذه الاصطدامات ستكون مختلفة تمامًا”.

يقول هيودو أن هذا الافتراض هو المعيار للعديد من الدراسات المماثلة. يقول هيودو: “لا أحد يعرف ما هو تأثير الجليد المختلف”. “يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الكفاءة بشكل أكبر أو ربما لا.”

يقول لطفي بن جافل – من معهد باريس للفيزياء الفلكية في فرنسا، والذي لم يشارك في أي من جهود تقدير العمر – إن العمل الجديد يشير إلى أن الحلقات ليست حديثة كما قيل في السنوات الأخيرة. ويقول: “إنها تمثل خطوة إيجابية نحو جهد النمذجة المفقود المطلوب للتعامل بشكل صحيح مع المشكلة الأساسية المتمثلة في تكوين وتطور نظام حلقات الكواكب”.

ومع ذلك، لا يزال هيودو وفريقه بحاجة إلى تحسين نماذجهم لتقدير تلوث الحلقات بشكل أفضل، حتى يتمكنوا من تحديد عمرها بشكل أكثر دقة، كما يقول.