نجوم و کیهان‌شناسی

تیتان بزرگ­ترین قمر زحل و تنها قمر منظومه شمسی است که به داشتن اتمسفری چگال معروف است. همچنین به غیر از زمین، تنها جسمی است که در سطح آن شواهدی از وجود مایع به­دست آمده است. این مایع به شکل دریاچه­هایی از هیدروکربن در نواحی قطبی است. 50% بزرگ­تر و 80% پرجرم­تر از ماه است، بعد از قمر گانیمید مشتری، از لحاظ اندازه در رتبه دوم قرار دارد و از عطارد بزرگ­تر (و نه پرجرم­تر) است. مانند ماه به­صورت کشندی قفل شده است و همواره یک سمت خود را به زحل نشان می­دهد. تیتان پوسته­ای نسبتاً صاف، متشکل از یخِ آب دارد. در زیر این لایه،  قسمت درونی است که از صخره ساخته شده است. جوّی نسبتاً چگال، عمدتاً از نیتروژن (98%)، آن­را احاطه کرده است و فشار سطح آن بیش از یک و نیم برابر زمین است. درون اتمسفر ابرهایی از متان و اتان، و همچنین مه رقیق نارنجی رنگی وجود دارد. نور فرابنفش خورشید باعث شکستن متان موجود در جو به مولکول­های آلی می­شود و این مه را به­وجود می­آورد. منبع این متان تاحدی مرموز است، چرا که نور فرابنفش خورشید باید متان را در مدت 50 میلیون سال از جو بزداید. بعید نیست که مبدأ آن بیولوژیک باشد! 

رصدهای انجام گرفته، ابتدا توسط تلسکوپ فضایی هابل و سپس فضاپیمای کاسینی (با نور فروسرخ جهت نفوذ در مه)، نشان می­دهد که شیارهای پهنی از عوارض تیره و روشن بر سطح تیتان وجود دارد. بزرگ­ترین این عوارض اکساندو (Xanadu) نام دارد با وسعتی حدود استرالیا. سامانۀ راداری پیچیده­ای که در فضاپیمای کاسینی وجود داشت، شواهدی را از دریاهای هیدروکربنی، دریاچه­ها و شبکه­ای از نهرهای کوچک نزدیک قطب شمال نشان می­داد و این تأییدی نهایی بود بر وجود متان مایع بر سطح تیتان.

چشم­اندازی از سطح تیتان که توسط کاوشگر هویگنس و در زمان فرود آن از میان اتمسفر تیتان گرفته شده است.

بی شک زحل به­دلیل حلقه­هایش زیباترین جسمی است که در منظومه شمسی می­توان با یک تلسکوپ کوچک دید. کلید سردرگمی گالیله در توضیح هویگنس نهفته است؛ سیستم حلقوی، به­دلیل کجی محور زحل، نسبت به دایرةالبروج مایل است. تصور کنید که قطب شمال زحل در نقطه­ای از مدارش به سمت خورشید کج شده باشد. ما، روی زمین نزدیک به خورشید، بیشتر نیم­کرۀ شمالی و حلقه­ها را در بازترین حالت خود خواهیم دید. درست کمتر از 15 سال بعد زحل در نقطۀ مقابل مدار خود قرار دارد، در حالیکه حالا قطب جنوب آن به سمت خورشید کج شده است. بدین ­ترتیب نیم­کرۀ جنوبی را بهتر می­بینیم و حلقه­ها نیز کاملاً گسترده هستند. در بین راه، وسط این دو حد، حلقه­ها را در حالی که لبۀ آنها به سمت ما است می­بینیم و درست همانگونه که گالیله مشاهده کرد، به نظر می­رسد که حلقه­ها ناپدید شده­اند. بنابراین زمین، در هر دور گردش زحل، دوبار در صفحۀ حلقه­های آن قرار می­گیرد؛ تقریباً هر 15 سال یک­بار.

تصویری از زحل که به­وسیلۀ فضاپیمای کاسینی و در هنگام گرفت خورشید توسط زحل عکس­برداری شده است. سمت دور زحل از خورشید تاحدی به­وسیلۀ نور بازتابی از حلقه­ها روشن شده است.

تعجبی نیست که حلقه­ها ظاهراً ناپدید بشوند زیرا تصور بر این است که ضخامت آنها کمتر از یک کیلومتر  است. اندازۀ ذرات تشکیل دهندۀ حلقه­ها متفاوت است؛ از غبار گرفته تا قطعاتی به قطر چند متر که عمدتاً از یخِ آب (حدود 93%)  همراه با کربن غیر بلوری (حدود 7%) درست شده­اند. از زمین سه حلقه قابل مشاهده است که از ارتفاع ۶۶۳۰ کیلومتر تا  ۱۲۰۰۰۰ کیلومتر بالای استوای زحل کشیده شده­اند. حلقۀ بیرونی، حلقۀ  A، شکافی برجسته به­نام شکاف انکه (Enke Division) دارد؛ درحالیکه شکاف کاسینی حلقۀ A را از حلقۀ میانی B، یا حلقۀ روشن، جدا می­کند. دو حلقه دیگر نیز اخیراً کشف شده است؛ درون حلقۀ C یک حلقۀ کم­نور D به­چشم می­خورد و در حلقۀ بیرونی A یک حلقۀ نازک F.

کتاب "درآمدی بر نجوم و کیهان شناسی" صفحه ۱۴۶ و ۱۴۷.

There is no doubt that, due to its ring system, Saturn is the most beautiful object
in the Solar System that can be observed with a small telescope. The
key to understanding Galileo’s confusion lies in Huygens’s description that the ring
system was inclined to the ecliptic due to Saturn’s axial tilt. Assume that  Saturn’s
North Pole was, at some point in its orbit, tilted closest to the Sun. Close to the
Sun we, on Earth, would see much of  the northern hemisphere and the rings at
their most open. Just under 15 years later, Saturn will be on the  opposite side of 
its orbit and the North Pole would be tilted away from the Sun. We would then see
the southern hemisphere best and the rings would also be wide open. Half  way in
between these extremes we see the rings edge-on and, just as Galileo observed, they
effectively disappear. Hence, the Earth will lay in the ring plane twice every orbit,
about once every15 years.
It is not surprising that the rings effectively disappear as it is thought that they
are less than 1 km in thickness! The ring particles range in size from dust par-
ticles up to boulders a few metres in size and are largely composed of  water ice
(∼93%) along with amorphous carbon (∼7%). Three rings can be observed from
Earth that extend from 6630 to 120 700 km above Saturn’s equator. The outer
ring, A ring, has a signifi  cant gap within it, called Enkes Division, whilst Cassini’s
 Division separates the A from the middle B, or Bright Ring. Two further rings have
been discovered more recently; within the C ring there is a very faint D ring, whilst
outside the A ring is a very thin F ring.

"Introduction to Astronomy and Cosmology" Page 114

گالیله اولین کسی بود که با تلسکوپ خود در سال 1610 زحل را رصد کرد و کمی هم بهت­زده شد. او سیاره را اینگونه توصیف نمود: «گوش دارد و از سه جسم کنار هم با زاویه­ای ثابت، که وسطی حدود سه برابر دوتای دیگر است، تشکیل شده است.» او وقتی بیشتر حیرت­زده شد که دو سال بعد ملاحظه نمود دو جسم خارجی محو شده­اند. او با تعجب از خود پرسید: «آیا زحل بچه­هایش را بلعیده است؟» و زمانی که در سال 1613 دوباره ظاهر شدند بیشتر سردرگم شد. در سال 1655، کریستین هویگنس (Christiaan Huygens) با تلسکوپی بسیار بهتر به رصد زحل پرداخت و اظهار داشت که زحل با یک سیستم حلقوی احاطه شده است. او نوشت: «زحل با یک حلقۀ نازک و مسطح، بدون تماس در هیچ نقطه­ای، احاطه شده است، و نسبت به دایرﺓالبروج مایل است.»

[1]- James Keeler of the Lick Observatory

Galileo first observed Saturn with his telescope in 1610 and became somewhat
perplexed. He described the planet as having ‘ears’ and composed of  three  bodies
which almost touched each other with that at the centre about three times the
size of  the outer two whose orientation was fixed. He became even more perplexed when 2 years later the outer two bodies had gone. ‘Has Saturn swallowed his children?’ he wondered. He became further confused when they reappeared in 1613. In 1655 Christiaan Huygens observed Saturn with a far superior telescope and suggested that Saturn was surrounded by a ring system. He wrote:
‘Saturn is  surrounded by a thin, flat, ring, nowhere touching, inclined to the
ecliptic’.
As telescopes improved, more details could be seen and, in 1675, Giovanni Domenico Cassini observed that Saturn’s ring system was composed of  a number of  smaller rings separated by gaps the largest of  which has become known as ‘ Cassini’s Division’. In the mid 1800s, James Clerk Maxwell showed that a solid ring could not be stable and would break apart so that the ring system must be made up of  myriads of  particles individually orbiting Saturn. This would imply that different annuli of  the rings would be moving at different speeds around  Saturn and this was proved when James Keeler of  the Lick Observatory made spectroscopic studies of  the ring system in 1895.

"Introduction to Astronomy and Cosmology" Page 113