زحل

زُحَل یا کِیوان، پس از مشتری، دومین سیارهٔ بزرگ منظومه شمسی و ششمین سیاره دور از خورشید است. زحل یک گلوله گازی غول‌پیکر است که با وجود حجم زیادش تنها ۹۵ برابر زمین جرم دارد. چگالی این سیاره حدود یک‌هشتم زمین و کمتر از آب است. یک روز کامل در کیوان برابر ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه در زمین و یک سال آن برابر ۲۹٫۵ برابر سال زمین است. از آنجایی که مدار استوایی زحل تقریباً همانند زمین در ۲۷ درجه‌است، تغییرات زاویه سیاره نسبت به خورشید شبیه به زمین می‌باشد و در این سیاره نیز همان چهار فصل مشاهده می‌شود. جرم سیاره زحل همانند مشتری از گاز است که بیشتر آن را هیدروژن تشکیل می‌دهد. میزان اندکی هلیوم و متان در رده‌های بعدی گازهای تشکیل‌دهندهٔ سیاره قرار دارند.

در آسمان شب زمین، زحل به دلیل اندازه بزرگ، دارای جوی درخشان است. زیبایی آسمان زحل به خاطر نوارهای روشن حلقه‌های اطراف آن و نیز به خاطر قمرهای زیادش است.

به علت سرعت حرکت کیوان به دور خود در قطب‌های آن نوعی حالت پخی مشاهده می‌شود که سیاره را از شکل کرهٔ کامل دور می‌کند. زحل از جنبه‌های زیادی شبیه مشتری است، جز اینکه در اطراف آن چندین حلقه شگفت انگیز وجود دارد.

چرخش و مدار

زحل با طول ۹٫۵۳۹AU و دوره تناوب گردش نجومی ۲۹٫۵ سال، در مداری که با دایرةالبروج زاویه ۴۹٫۲ درجه می‌سازد، می‌گردد.

از روی زمین قطر زاویه‌ای زحل در نقطه مقابله حدود ۲۰ ثانیه قوسی است. مانند مشتری، زحل دارای جو پر از ابری است که به صورت جزئی می‌چرخد. از مشاهدات انتقالات دوپلری در عرض سیاره و با زمان بندی دقیق علامتهای جوی، دوره تناوب چرخش نجومی آن، در نزدیک استوایش ۱۰ ساعت و ۱۴ دقیقه و در عرضهای جفرافیایی بالا ۱۰ ساعت و ۳۸ دقیقه محاسبه شده‌است. در اینجا هم مجدداً چرخش جزئی مشابه مشتری داریم. استوای زحل به اندازه ۲۶ درجه و ۴۵ دقیقه با صفحه مداری آن زاویه می‌سازد، بطوری که قطبهای سیاره در فاصله‌های زمانی حدود ۱۵ سال یک بار سمت زمین متمایل می‌شوند. چرخش باعث پخی زیاد (۹۶٪) زحل می‌گردد، بطوریکه شعاعهای قطبی و استوایی به نسبت ۱۰/۹ هستند.

ویژگی‌های فیزیکی

کیوان کمی از مشتری کوچک‌تر است و جرم آن کمتر از جرم مشتری و در حدود ۹۵ برابر جرم زمین است. زحل کمترین چگالی میانگین را نسبت به سایر سیارات سامانه خورشیدی دارد. اگر بتوانیم زحل را در دریایی عظیم بیندازیم این سیاره بر روی آب شناور می ماند. درون زحل احتمالاً ترکیب مشتری را دارد. برآوردهای نظری مقادیر حدود ۷۴٪ هیدروژن، ۲۴٪ هلیوم، ٪۲ عناصر سنگین‌تر را پیشنهاد می‌کند. این ترکیب تقریباً مشابه ترکیبات خورشید است. احتمالا زحل دارای یک هسته سنگین کوچک به قطر ۲۰ هزار کیلومتر و جرمی معادل ۲۰Mφ باشد.

جو

ساختار جو زحل با کمربندهایی که به موازات استوا امتداد دارند، همانند مشتری است؛ هرچند آشفتگی‌های این کمربندها بسیار کمتر از مشتری است (تاکنون از روی زمین فقط ۱۰ لکه مشاهده شده‌اند). ترکیب جو زحل نیز شباهت زیادی با جو مشتری دارد. تاکنون متان (CH₄)، آمونیاک (NH₃)، اتان (C₂H₆)، فسفین (PH₃)، استیلن (C₂H₂)، متیل استیل (C₃H₄)، پروپان (C₃H₈) و هیدروژن مولکولی (H₂) آشکار شده‌است. ابرهای زحل خیلی کمرنگ تر از ابرهای مشتری به نظر می‌رسند. ابرهای مشتری اغلب به رنگ زرد کم‌رنگ و نارنجی هستند، به این دلیل که دما در زحل کمتر از مشتری است، ابرهای زحل در لایه پایین‌تر جوش قرار می‌گیرند.

شش ضلعی قطب شمال

تصاویر فروسرخ جدید فضاپیمای کاسینی از زحل یکی از عجیب‌ترین عوارض سطح این سیاره را نمایان کرد. ساختار ابر مانند یک شش ضلعی که به دور نقطهٔ قطب شمال زحل در گردش است می‌باشد. این ساختار بیست سال پیش درگذر فضاپیمای ویجر از کنار زحل کشف شده‌است.

قمرهای طبیعی

نوشتار اصلی: ماه‌های زحل

۶۲ قمر تاکنون برای زحل شناخته شده و تیتان با قطر ۵۱۵۰ کیلومتر بزرگترین آنهاست. چهار قمر رئا، دیونه، تتیس و یاپتوس نیز قطرهایی بین ۱۰۵۰ کیلومتر و ۱۵۳۰ کیلومتر را دارا می‌باشند. یکی از پدیده‌های خاص در قمرهای زحل، میان دو قمر جانوس و اپیمتئوس اتفاق میافتد. این دو قمر در مداری تقریبا یکسان دور سیاره‌ی زحل چرخش میکنند و هر چهار سال یکبار به یکدیگر بسیار نزدیک می‌شوند. در زمان نزدیک شدن، نیروی جاذبه‌ی متقابل آنها باعث می‌شود که مدار چرخش آنها با یکدیگر جابه‌جا شود.

حلقه‌های سیاره‌ای

نوشتار اصلی: حلقه‌های زحل

تصویر حلقه‌های زحل

حلقه‌ها یا کمربندهای زحل در فاصله ۱۱۲۰۰ کیلومتری آن جای گرفته‌اند. حلقه‌های زحل از تکه‌های یخ و همچنین تکه‌های سنگ و غبار تشکیل شده‌اند برخی به اندازه یک غبار ریز و برخی به اندازه یک خانه. حلقه‌های زحل پهن هستند ولی بسیار تخت و نازک. پهنای آن‌ها ۲۸۰ هزار کیلومتر است اما کلفتی آنها تنها یک کیلومتر است. بنابراین هنگامیکه از پهلو به زحل بنگریم حلقه‌ها تیغه باریکی می‌شوند و دیده نمی‌شوند. پهنای برخی از حلقه های زحل به اندازه فاصله زمین تا ماه می باشد. مشتری و نپتون و اورانوس هم حلقه دارند اما حلقه زحل از همه بهتر دیده می‌شود. به باور دانشمندان دلیل درخشانتر بودن حلقه‌های زحل تازه تر بودن و جوانتر بودن آن هاست. آن‌ها می‌انگارند که این حلقه‌ها در پی نزدیک شدن یک ماهک (قمر) به زحل و فروپاشی آن ماهک در اثر گرانش زحل پدید آمده‌اند. حلقه‌های زحل به ترتیبی که کشف شده‌اند با حروف الفبا نامگذاری شده‌اند. ای، بی، سی، دی، ای، اف و جی در میان حلقه‌ها سه شکاف وجود دارد به نام‌های انکه، کیلر و مکسول و یک بازه بزرگ به نام شکاف کاسینی.

نخستین کسی که به حلقه رازآمیز پیرامون کیوان علاقه‌مند شد و آن را کشف کرد گالیله بود. او در سال ۱۶۱۰ به این موضوع پی برد و در آغاز بر این باور بود که این حلقه از جنس جامد می‌باشد. اما امروزه ثابت شده‌است که این حلقه از قطعات سنگ و آب یخ زده تشکیل شده‌است که برخی از آنها در اندازه‌های یک خودروی معمولی می‌باشند. مجموع گرانش (جاذبه) زحل و گرانش ماهک‌های آن حالتی را پدید می‌آورند که این قطعات همواره بصورت حلقه‌های نازک به دور این سیاره به نظر ثابت ایستاده‌اند.

شکاف کاسینی

زحل

در سال ۱۶۷۵ میلادی (۱۰۵۴ خورشیدی) جووانی دومنیکو کاسینی، اخترشناس ایتالیایی، کشف کرد که حلقه زحل از دو حلقه تشکیل یافته‌است و میان آن دو جدایی وجود دارد. این جدایی شکاف کاسینی نامیده می‌شود و در اثر کشش گرانشی قمر غول پیکر تیتان بوجود آمده‌است. بررسی‌های واپسین نشان داده‌اند که در اطراف زحل، بر روی هم چهار حلقه وجود دارد.درونی‌ترین آنها بسیار کم نور و تقریباً با بالای ابرها در تماس است. قطر حلقه نورانی بیرونی به ۱۴۰۰۰۰ کیلومتر می‌رسد. شکاف کاسینی ۴۷۰۰ کیلومتر پهنا دارد.

کاوش

هم‌سنجی سیاره‌های منظومه خورشیدی با تعدادی از ستاره‌های مشهور:
الف:
زمین (۴) > ناهید (۳) > مریخ (۲) > تیر (۱)
ب:
مشتری (۸) > زحل (۷) > اورانوس(۶) > نپتون (۵) > زمین (بدون شماره)
پ:
شباهنگ (۱۱) > خورشید (۱۰) > ولف ۳۵۹ (۹) > مشتری (بدون شماره)
ت:
دبران (۱۴) > نگهبان شمال (۱۳) > رأس پیکر پسین (۱۲) > شباهنگ (بدون شماره)
ث:
ابط‌الجوزا (۱۷) >قلب عقرب (۱۶) > پای شکارچی (۱۵) > دبران (بدون شماره)
ج:
وی‌وای سگ بزرگ (۲۰) >وی‌وی قیفاووس (۱۹) > مو قیفاووس (۱۸) > ابط‌الجوزا (بدون شماره)

فضاپیمای پایونیر ۱۱ برای نخستین بار در سال ۱۹۷۹ از این سیاره دیدن کرد و پس از آن در سالهای بعد وویجر ۱ و سپس وویجر ۲. از جمله مواردی که فضاپیمای وویجر ۲ در ماموریت خود توانست به آن دست پیدا کند اثبات وجود باد، میدان‌های مغناطیسی، شفق صبحگاهی و همچنین تندر و آذرخش در این سیاره زیبا می‌باشد. سرعت بادهایی که در قسمت استوایی این سیاره می‌وزد به ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه نیز می‌رسد.

میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی دارای یک گشتاور کلی برابر ۳۵/۱ گشتاور مشتری است. اما این مقدار به حد کافی قوی است که یک میدان مغناطیسی سپهر مشتری گون با کمربندهای تابشی مشابه زمین ایجاد کند. گشتاور دوقطبی مغناطیسی با میل یک درجه نسبت به محور چرخش زحل قرار می‌گیرد که این مقدار با انحراف مشخص محورهای مغناطیسی مشتری و زمین تفاوت آشکار دارد. مغناط کرهٔ زحل ذرات بسیار کمتری از ذرات مغناط‌کرهٔ مشتری را در خود جای می‌دهد.

دو دلیل عمده این تفاوت شامل کمبود یک منبع محلی ذرات بار دار که در مورد مشتری توسط فورانهای آیو تولید می‌شوند و حلقه‌های قابل رویت زحل که بطور موثری ذرات باردار را جذب کرده و مغناطیس‌سپهر داخلی را از ذرات باردار خالی می‌کنند، است. در خارج لبه حلقه‌ها چگالی ذرات باردار به سرعت افزایش می‌یابد و در حدود ۵Rs تا ۱۰Rs به یک قله می‌رسد. در اینجا، ذرات باردار بطور محکم به میدان مغناطیسی در حال دوران سریع جفت می‌شوند. این برهمکنش، لایه‌ای از پلاسما به ضخامت تقریباً ۲Rs ایجاد می‌کند که تا حدود ۱۵Rs ادامه می‌یابد.در ورای این مقدار، مغناط‌کره شکل خود را از دست می‌دهد. اندازه آن با دمای خورشید تغییر می‌یابد.