يكشف الغوص المميت لكاسيني في كوكب زحل عن حلقة غريبة 'مطر' ومفاجآت أخرى

خاتمة كاسيني الكبرى

تصوير فنان لمهمة كاسيني خلال `` خاتمة كبرى '' في عام 2017. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



بالنسبة للعيون الأرضية البعيدة ، تبدو الفجوة بين زحل وحلقاته هادئة ، مثل نفس عميق من الفضاء الفارغ بين هيكل معقد بشكل جميل وآخر. لكن في 11 بحثًا جديدًا ، ولدت من زوال واحدة من أكثر مهام ناسا العلمية للكواكب المحبوبة ، قام العلماء بتدمير هذا الوهم ، ووضعوا مجموعة من الظواهر المعقدة بشكل غير متوقع ترقص عبر هذا الفراغ.



تمثل هذه الأوراق ، التي نُشرت اليوم في مجلتين علميتين رئيسيتين ، أول بحث يتم نشره مع بيانات من مهمة كاسيني المسماة 'النهاية الكبرى' ، وهي مجموعة جريئة من المدارات التي خيطت خلالها المركبة الفضائية نفسها. بين زحل وحلقاته . مجتمعة ، ترسم الأوراق صورة مفصلة لما يحدث بين الحلقات الداخلية للكوكب والغلاف الجوي العلوي - وهي ظاهرة مدهشة وملفتة للنظر مثل البرد الهائل من المركبات التي تضرب المنطقة الاستوائية للكوكب والتيار الكهربائي الناتج فقط عن رياح الكوكب و حقل مغناطيسي.

قالت ليندا سبيلكر ، عالمة مشروع مهمة كاسيني في ناسا ، لموقع ProfoundSpace.org عن المنطقة الواقعة بين زحل وحلقاته: 'لقد فكرنا حقًا في الأمر على أنه فجوة'. كان الفريق متفائلاً بشأن ما يمكن أن تتعلمه كاسيني خلال زوالها ، لكن العملية انتهت بإنتاج ما وصفته بـ 'عائد علمي أكثر ثراءً مما كنا نتخيله' - ذهبت إلى حد مقارنتها بمهمة جديدة تمامًا. [ صور زحل مذهلة من مركبة كاسيني المدارية التابعة لناسا ]



أمضت المركبة الفضائية كاسيني ما مجموعه 13 عامًا في دراسة زحل وأقماره. ولكن عندما كان من المقرر أن ينفد الوقود ، صمم العلماء الذين يقفون وراء المهمة مسارًا جريئًا من شأنه أن يرسل المركبة الفضائية تدور عبر حلقات زحل من قبل. تحترق في غلافها الجوي . ضمن هذا التدمير أن الأقمار التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن في النظام لن تصطاد أي جراثيم أرضية قد تكون قد اصطدمت برحلة على متن المركبة الفضائية.

لكنها سمحت للعلماء أيضًا باستخراج القليل من البيانات الإضافية من أدواتها - ودفعت المركبة الفضائية إلى أبعد مما اعتقدوا أنه قد يكون ممكنًا ، حيث لم يتم تصميم كاسيني ولا أدواتها لتحقيق مثل هذا الإنجاز المذهل. اجتمع العلماء في أول غطسة ، متسائلين عما إذا كانت المركبة الفضائية ستبقى على قيد الحياة لفترة كافية حتى تبدأ في النهاية الكبرى.

يقول سبيلكر وعلماء آخرون من زحل إن اكتشافات المركبة الفضائية التي تم فرزها من البيانات لم تكتمل بعد ، حتى بعد الأوراق البحثية التي نُشرت اليوم (4 أكتوبر). قال سبيلكر: 'إنك تنظر بشكل أساسي إلى مجموعة البيانات التي عادت من كاسيني في السنوات الـ 13 الماضية ، حقًا ، لقد قمنا بقشط الكريم فقط عبر الجزء العلوي من مجموعة البيانات'. ساعد هذا العمل العلماء على البدء في فهم الظواهر الفردية التي تحدث في زحل. قال سبيلكر: 'الخطوة التالية التي تحدث حتى الآن هي أخذ هذه القطع ووضعها معًا في صورة متماسكة للنظر عبر جميع مجموعات البيانات والسؤال عما إذا كانت هناك قصة واحدة مشتركة'.



ولكن في غضون ذلك ، إليك نظرة خاطفة على ما تعلمه العلماء بالفعل عن الكوكب ذي الحلقات.

فنان

تصوير فنان لوجهة نظر المركبة الفضائية كاسيني وهي تكمل 'الخاتمة الكبرى' لمهمتها في عام 2017.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)

إنها تمطر ، إنها تتدفق



تم اكتشاف أحد الاكتشافات الجديدة من خلال نتائج أدوات غريبة للغاية لدرجة أن العلماء في الفريق وخارجه اعتقدوا في البداية أنه يجب أن يكون هناك خطأ. يمكن لهذه الأداة ، التي تسمى مطياف الكتلة الأيونية والمحايد ، أو INMS ، أن تتعرف على التركيب الكيميائي للمادة التي تلتقطها.

العلماء متحمسون بشكل خاص لرؤية هذه النتائج لأن الكلمة قد ظهرت أن الآلة كانت على شيء ما. قالت بوني مينك ، عالمة زحل في معهد علوم تلسكوب الفضاء ، والتي لم تشارك في أي من الأبحاث الجديدة ، لموقع ProfoundSpace.org: 'منذ نهاية المهمة ، كان هناك الكثير من الحديث حول نتائج INMS هذه'. قال مينكي: 'للوهلة الأولى ، هذا هو نوع الأشياء التي تكاد لا تصدقها ، وبصفتك عالمًا ، عليك أن تفعل القليل من التحقق'.

كان للأداة سجل حافل جيد ، بعد أن جمعت بيانات مهمة في وقت سابق من المهمة بينما استكشفت كاسيني أقمارًا مثل تيتان و إنسيلادوس . قالت ريبيكا بيريمان ، قائدة العمليات في INMS في معهد الأبحاث الجنوبي الغربي ، لموقع demokratija.eu: `` ثم ركزنا حقًا على زحل وجعلناها نجمة الجزء الأخير من المهمة ''. 'لقد قمنا بالكثير من العمل لتخطيط كل شيء في البداية وتفاخرنا حقًا بأن INMS ستكون قادرة على الحصول على بعض النتائج الرائعة بمجرد أن نبدأ في الانغماس في الغلاف الجوي.' [ بالصور: تنتهي مهمة كاسيني بالغطس الملحمي في كوكب زحل ]

لقد توقعوا أن تكون هذه النتائج عبارة عن قياسات لكتل ​​`` المطر الحلقي '' ، والتي عرفها العلماء على أنها جزيئات صغيرة تسقط من الحلقة الداخلية لزحل نحو الغلاف الجوي العلوي للكوكب - بعض الهيدروجين والهيليوم في الغالب - لا شيء خيالي.

لكن ما يبدو أنهم وجدوا كانت مادة أكثر بكثير مما توقعوا ، قادمة من مركبات أكثر غرابة بكثير. لم ترصد الأداة الهيدروجين والهيليوم فحسب ، بل رصدت أيضًا أول أكسيد الكربون والميثان والنيتروجين وبقايا جزيئات عضوية غير قابلة للتحديد.

واقترحت أدوات أخرى تضمين هذا المطر الغزير أيضًا جليد الماء وجزيئات السيليكات وأظهر أن هطول أمطار غزيرة من خلال تفاعل هذه الجسيمات مع أعلى مستويات الغلاف الجوي لزحل. حول هيكل الحلقة بالكامل ، كل ذلك يتراكم في مكان ما حوله 10 أطنان (9000 كجم) في الثانية .

قال هانتر وايت ، الباحث الرئيسي في INMS وعالم في معهد ساوث ويست للأبحاث ، لموقع ProfoundSpace.org: `` تعقيد ما كان يحدث هناك وكمية المواد التي كانت مدهشة للغاية كانت مفاجئة للغاية ''. والاكتشاف لا يكشف فقط عن ظاهرة مثيرة للاهتمام حول عالم بعيد - يقول العلماء أنه إذا صمدت النتائج ، فقد يكون لها آثار أعمق بكثير في نظامنا الشمسي وما وراءه.

وقال وايت إن التنوع غير المتوقع للمركبات في المطر الدائري قد يؤثر على تقديرات العلماء لتكوين الغلاف الجوي ، وهو ما قد يعني بدوره تكييف الفرضيات حول كيفية تشكل وتطور زحل وجيرانه. قال ويت عن زحل: `` قد يكون لها هذه الواجهة فقط. '[ربما] كان ذلك مخادعًا بعض الشيء في توجيه تفكيرنا حول التكوين والتطور.'

علاوة على ذلك ، نظرًا لوجود قدر كبير جدًا من المواد ، تطرح النتائج الجديدة لغزًا: من أين أتت كلها؟ قال مينكي: 'لا يمكن أن تكون هذه عملية مستمرة ، أو لن تكون الحلقات موجودة'. سوف تنفد المواد لديهم ربما في عشرات الآلاف من السنين ، تاركين زحل عارياً. 'القصة الحقيقية التي تخبرها [الورقة] تدور حول تمخض حلقات زحل ... يمكن أن تكون الحلقات طويلة الأمد لأنها تتحرك وتتقلب باستمرار.'

جاذبية كوكب مغناطيسي

تم تجهيز كاسيني أيضًا لقياس المجال المغناطيسي لزحل. على الرغم من أن العلماء قد درسوا المجال المغناطيسي من قبل ، إلا أنهم كانوا قادرين على القيام بذلك لفترة وجيزة فقط أثناء رحلات الطيران مثل تلك التي قام بها رائد و للسفر ، وخاتمة كاسيني الكبرى جعلتهم أعمق في هذا المجال أكثر من أي وقت مضى.

وقد قدمت القياسات التي تم جمعها خلال تلك الحلقات الضيقة مفاجآت خاصة بها. كان العلماء يعرفون بالفعل أن المجال المغناطيسي لكوكب زحل يبدو وكأنه يتماشى جيدًا مع المحور الذي يدور عليه - وهو إنجاز صعب ، نظرًا لأنه بقدر ما يمكن لأي شخص اكتشافه ، يتم إنشاء الحقول المغناطيسية بالتعريف عن طريق الدوران المتقاطع. [أعظم أعمال كاسيني: أفضل صور زحل للمركبة الفضائية]

لكن أ تحليل جديد من قياسات Grand Finale تُظهر أن هاتين الظاهرتين تصطفان بشكل مثالي أكثر مما توقع العلماء. هذا يعني أن العلماء يجب أن يعودوا إلى لوحة الرسم ، في محاولة لإخراج إجابة من بيانات المجال المغناطيسي والجاذبية. قالت ميشيل دوجيرتي ، عالمة الفيزياء في إمبريال كوليدج لندن والمؤلفة الرئيسية على الورقة ، لموقع ProfoundSpace.org: 'نعلم أن هناك شيئًا غريبًا'.

تعتقد هي وزملاؤها أنه قد يكون هناك شيء ما يحجب آراء العلماء عن القلب المغناطيسي الحقيقي لكوكب زحل ، مما يخلق الوهم بمحاذاة شبه مثالية ويحبط نظرياتهم. قال دوجيرتي: 'لم نحصل على الإجابة حتى الآن ، ولكن أيا كانت الإجابة التي توصلنا إليها ستغير فهم الناس للبنية الداخلية للكواكب'.

إلى أن يفرزوا ما يحدث ، لن يتمكن العلماء من القياس بدقة كم من الوقت يستغرق زحل للدوران . قال دوجيرتي: 'إنه أمر محرج بعض الشيء ، لقد كنا في المدار هناك لمدة 13 عامًا وما زلنا لا نستطيع تحديد مدة اليوم على زحل'. مع عدم وجود ميزات ثابتة على سطح صلب ولا مجال مغناطيسي للتتبع ، فإنها عالقة بتقدير 10.7 ساعة فقط.

كان البحث عن قلب المجال المغناطيسي مشوشًا جزئيًا بسبب مفاجأة أخرى كامنة في البيانات المغناطيسية: أ ظاهرة جديدة ينتج عن هذا المجال المغناطيسي الذي يتفاعل مع مجموعات من الرياح تتدفق بمعدلات مختلفة في الغلاف الجوي العلوي لزحل - تيار كهربائي يتموج عبر طبقة من الغلاف الجوي تسمى الغلاف الحراري.

وإليك كيفية عملها: يُلف زحل في عصابات من الرياح ، حيث تتحرك الرياح على خط الاستواء بشكل أسرع وتتحرك تلك الموجودة في الشمال والجنوب بشكل أبطأ. عندما يتم محاذاة بنية تشبه الحلقة من المجال المغناطيسي بحيث يكون أحد طرفيها في ذلك النطاق الاستوائي والآخر ليس كذلك ، فإن الرياح الاستوائية تسحب الجسيمات المشحونة من البلازما حولها ، والتي بدورها تحرف خط المجال المغناطيسي.

والنتيجة التي قامت كاسيني بقياسها هي تيار كهربائي بقوة 200 محطة طاقة أرضية كبيرة مجتمعة. كأثر جانبي ، ينتج هذا التيار أيضًا حرارة في الغلاف الجوي المحيط به ، مما قد يساعد في تفسير لغز قديم حول زحل. قال كريشان كورانا ، عالم الغلاف المغناطيسي بجامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس ، والمؤلف الرئيسي للورقة ، لموقع ProfoundSpace.org: `` أحد الألغاز في الغلاف الحراري لزحل هو أنه أكثر سخونة من المتوقع ''. 'هذا جزء من الجواب.'

وبينما يكون زحل هو النجم هنا ، فإن النتائج قد تفسر لغزًا ثانويًا للنظام الشمسي أيضًا. قال كورانا: 'الغلاف الجوي للمشتري مضطرب للغاية ، وبالتالي فإن نفس الظاهرة المطبقة على المجال المغناطيسي للمشتري ستخلق تيارات كبيرة جدًا وستسخن الغلاف الحراري بسرعة كبيرة'. يتضمن ذلك البقعة الحمراء العظيمة ، العاصفة العملاقة التي تشوه نصف الكرة الجنوبي لكوكب المشتري ، والتي أدركها العلماء أنها دافئة بشكل رهيب. [ موجة على زحل: صور من قنبلة الصور الكونية التابعة لناسا بواسطة مسبار كاسيني ]

فنان

رسم فنان للمركبة الفضائية كاسيني التي تدور حول زحل قرب نهاية مهمتها.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)

الخاتمة الكبرى ليست النهاية

هذه مجرد عينة من البحث المنشور اليوم - والتي بدورها مجرد بداية لفيضان العلم الذي سينتج في النهاية النهائية لكاسيني. ورقة واحدة ركز على منطقة الغلاف الجوي لكوكب زحل التي تنتج انبعاثات راديو شفقية لمحاولة فهم كيفية إنتاج تلك الموجات الراديوية.

في ورقة أخرى ، فريق حدد الباحثون حزامًا إشعاعيًا تم توقعه منذ فترة طويلة ولكنه غير معروف سابقًا يمتد من الغلاف الجوي العلوي للكوكب عبر الحلقة الداخلية. هذا يعني أنه يختلف تمامًا عن الغلاف المغناطيسي الرئيسي لكوكب زحل ، حيث يحبس الجسيمات المشحونة في هذا الامتداد من الفضاء بين الغلاف الجوي العلوي والحلقة الداخلية. دراسة أخرى يوضح هذا الحزام الإشعاعي الجديد أنه بسبب تداخل الحلقات الضخمة ، فإن هذا الحزام الإشعاعي ضعيف إلى حد ما مقارنة بالبنى الأخرى المماثلة.

أداة مختلفة على متن المركبة ، قامت كاسيني بقياس كثافة الإلكترونات في الغلاف الأيوني لزحل ، ورسمت طبقتين منفصلتين. تحتوي الطبقة السفلية على جزيئات محايدة ومشحونة أكبر حجمًا حول خط الاستواء ، أسفل الحلقات وفيضان المواد ؛ تتميز الطبقة العليا بمجموعة هزيلة من الجسيمات الصغيرة المشحونة.

وهي نفس أداة INMS التي ساعدت في التعرف على العديد من المركبات الغريبة فيما يسمى بالمطر الدائري أيضًا سمح للعلماء لحساب درجات الحرارة التقريبية لطبقة الغلاف الحراري للغلاف الجوي التي كانت كاسيني تحلق من خلالها. تراوحت تلك القياسات من 150 إلى 200 درجة فهرنهايت (67 إلى 97 درجة مئوية).

تبرز ورقتان أخريان لم تكنا جاهزين تمامًا للنشر موضوعات مثل الأقمار الصغيرة المدمجة في حلقات زحل وقياسات الجاذبية المأخوذة من الكوكب العملاق. وبعد ذلك ، بالطبع ، هناك المزيد من الاكتشافات التي يتعين القيام بها مع استمرار العلماء في البحث في بيانات Grand Finale وبقية أعمال كاسيني وتحليلها - ناهيك عن ملاحظات أي مركبة فضائية لاحقة تلهمها اكتشافات البعثة.

قال مينكي ، عالم زحل غير المنتسب لأي من الأبحاث الجديدة ، 'أعتقد أنه وقت مثير حقًا'. 'بعد 13 عامًا من بيانات كاسيني ، كان هذا الجزء الأخير هو الأكثر إثارة حقًا ، الأشياء التي تركتنا راغبين في العودة إلى الوراء وعلمتنا حقًا أكثر مما كنا نظن أننا سنتعلمه.'

أرسل ميغان بارتلز عبر البريد الإلكتروني على mbartels@demokratija.eu أو اتبعها تضمين التغريدة . تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و + Google . المقالة الأصلية بتاريخ موقع demokratija.eu.