فیزیک بدون فرمول

فيزيك يك جريان است ، يك راه ، براي فهميدن حقايق جهان...

زحل

کیوان یا زُحَل، پس از مشتری، دومین سیاره بزرگ منظومه شمسی ماست و ششمین سیاره دور از خورشید می‌باشد. کیوان یک گلوله گازی غول‌پیکر است و چگالی‌اش بسیار کم است، به طوری که اگر روی آب بیفتد روی آب می ماند. یک روز کامل در کیوان برابر ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه در زمین می‌باشد و بر خلاف آن یک سال آن برابر ۲۹٫۵ برابر سال زمینی می‌باشد. از آنجایی که مدار استوایی کیوان تقریبآ همانند زمین در ۲۷ درجه می‌باشد ولی تغییرات زاویه سیاره نسبت به خورشید شبیه به زمین می‌باشد و در این سیاره نیز همان چهار فصل مشاهده می‌شود. جرم سیاره کیوان همانند مشتری از گاز می‌باشد و بیشترین گازی که در جو آن سیاره موجود است هیدروژن می‌باشد و کمی هم هلیوم و متان. جرم حجمی سیاره کیوان از آب کمتر می‌باشد و از این بابت در نوع خود در میان دیگر سیارات سامانه خورشیدی یگانه می‌باشد. به علت سرعت حرکت کیوان به دور خود در قطب‌های آن نوعی حالت تختی مشاهده می‌شود.

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

کیوان از جنبه‌های زیادی شبیه مشتری است، جز اینکه در اطراف آن چندین حلقه شگفت انگیز وجود دارد. جرم کیوان، صد برابر جرم زمین است.

 

 


حرکت کیوان

کیوان با طول ۹٫۵۳۹AV و دوره تناوب گردش نجومی ۲۹٫۴۵۸ سال، در مداری با خروج از مرکز ۵۵۷٪ که با دایرِة البروج زاویه ۴۹٫۲ درجه می‌سازد، می‌گردد.

از روی زمین قطر زاویه‌ای کیوان در نقطه مقابله حدود ۲۰ ثانیه قوصی است. مانند مشتری، کیوان 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 شده است. در اینجا هم مجدداً چرخش جزئی مشابه مشتری داریم. استوای کیوان 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٪) کیوان می‌گردد، بطوریکه شعاعهای قطبی و استوایی به نسبت ۱۰/۹ هستند.

ویژگی‌های فیزیکی کیوان

کیوان شباهت قابل توجهی با مشتری دارد، ولی کمی کوچک‌تر است و جرم آن کمتر از جرم مشتری (۹۵M)است. کیوان کمترین چگالی حجمی را نسبت به سایر سیارات دارد. ساختار جو کیوان با کمربندهایی که به موازات استوا امتداد دارند، همانند است. آشفتگیهای کمربندهای کیوان خیلی کمتر از مشتری است (تاکنون از روی زمین فقط ۱۰ لکه مشاهده شده‌اند). جو کیوان ترکیب خیلی مشابه‌ای با جو مشتری دارد. تاکنون متان (CH4)، آمونیاک (NH3)، اتان (C2H۶)، فسفین (PH3)، استیلن (C2H2)، متیل استیل (C3H۴)، پروپان (C3H۸) و هیدروژن مولکولی (H۲) آشکار شده است.

ابرهای کیوان خیلی کمرنگ تر از ابرهای مشتری به نظر می‌رسند.ابرهای مشتری اغلب به رنگ زرد کم رنگ و نارنجی هستند، به این دلیل که دما در کیوان کمتر از مشتری است، ابرهای کیوان در لایه پایین تر جوش قرار می‌گیرند. درون کیوان احتمالاً ترکیب مشتری را دارد. تخمینهای نظری مقادیر حدود ۷۴٪ هیدروژن، ۲۴٪ هلیوم، ٪۲ عناصر سنگین تر را پیشنهاد می‌کند. این ترکیب تقریباً مشابه ترکیبات خورشید است. کیوان ممکن است یک هسته سنگین کوچک به قطر ۲۰ هزار کیلومتر و جرمی معادل ۲۰Mφ را داشته باشد.

شش ضلعی زحلی

تصاویر فروسرخ جدید فضاپیمای کسینی 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 شده است.

شناسه‌های کیوان

فاصله متوسط از خورشید ۱٫۴۳ میلیارد کیلومتر

  • قطر استوا ۱۲۰۵۳۶ کیلومتر
  • مدت حرکت وضعی ۱۰٫۲۳ ساعت
  • مدت حرکت انتقالی ۲۹٫۴۴ سال زمینی
  • سرعت مداری ۹٫۴۴ کیلومتر در ثانیه
  • دمای ابر فوقانی ۱۸۰- درجه سانتیگراد
  • جرم (زمین=۱) ۹۵٫۱۸
  • چگالی متوسط (آب=۱) ۰٫۶۹
  • جاذبه(زمین=۱) ۰٫۹۳
  • تعداد قمر ۴۸

قمرهای کیوان

به دلیل محدودیت‌های فناورانه تا سال ۲۰۰۰ میلادی دانشمندان معتقد بودند که کیوان تنها چهار ماهک (قمر) دارد اما بعدها آشکار شد که تعداد ماهکهای کیوان می‌تواند از ۲۰ و حتی ۳۰ هم بیشتر باشد. ماهک‌های کیوان که به مانند خانواده آن می‌باشند هر ساله رو به افزایش است. در سال ۲۰۰۰ ستاره شناسان دوازده ماهک کوچک کیوان را کشف کردند که این به طور موقت کیوان را از نظر شمار ماهک‌ها در جایگاه نخست قرار داد. اما یافته‌های تازه از سوی شپرد و همکارانش باعث شد تا مشتری در این مورد در رده‌ای جلوتر از کیوان باشد. البته ممکن است ماهک‌های بیشتری گرد کیوان در گردش باشند که فاصله زیاد کیوان از ما تشخیص آنها را برای دانشمندان مشکل می‌سازد.

۲۰ قمر تاکنون برای کیوان شناسایی شده‌اند، که ۱۳ قمر از زمین و هفت قمر دیگر به‌وسیله کاوشگرهای فضایی کشف شده‌اند. قمرهای کوچک کیوان به شکل سیب زمینی بوده و شکلهای نامنظمی دارند. احتمال می‌رود که قمرهای کوچک‌تر دیگری نیز کشف شوند. سطح بسیاری از قمرها پوشیده از گودالهای شهابسنگی است. در سطح میماس، یکی از قمرهای کوچک کیوان، گودالی بزرگی به نام هرشل وجود دارد که ۱۳۰ کیلومتر (۸۱ مایل) وسعت داشته و یک سوم این قمر را پوشانده است.

دانشمند هلندی، کریستین هوینگس (۹۵ – ۱۶۲۹)، در سال ۱۶۵۵ اولین قمر زحل را کشف کرد. تیتان از لحاظ بزرگی دومین ماهک و یکی از سه ماهکی است که در منظومه شمسی دارای جو هستند. احتمال می‌رود که قسمت اعظم آن از سنگ و بقیه از یخ تشکیل شده باشد. جوی که دائما سطح تیتان را پوشانده است، حاوی نیتروژن و سایر مواد شیمیایی است.

تیتان به مانند ستاره‌ای کوچک از قدر ۸٫۳ گرد کیوان می‌گردد، تیتان را می‌توان به آسانی با یک اختربین (تلسکوپ) کوچک ۴ اینچی رصد کرد. تیتان هر ۱۶ روز یک بار گرد کیوان می‌گردد و برای یافتن آن کافی است اختربین (تلسکوپ) را به سمت کیوان نشانه روید و در فاصله ۲ دقیقه قوسی این سیاره به دنباله ستاره‌ای از قدر ۸٫۳ باشید.

اختر شناسان به تازگی قمر جدیدی از سیاره زحل را شناسایی کرده‌اند که بسیار کوچک است (حدودآ ۲ کیلومتر). در این صورت تعداد قمرهای زحل به ۲۱ قمر تغییر می‌کند.

حلقه‌های کیوان

 
تصویر حلقه‌های کیوان

حلقه‌ها یا کمربندهای کیوان در فاصله ۱۱۲۰۰ کیلومتری آن جای گرفته‌اند. حلقه‌های کیوان از تکه‌های یخ و همچنین تکه‌های سنگ و غبار تشکیل شده‌اند برخی به اندازه یک غبار ریز و برخی به اندازه یک خانه. حلقه‌های کیوان پهن هستند ولی بسیار تخت و نازک. پهنای آن‌ها ۲۸۲ هزار کیلومتر است اما کلفتی آنها تنها یک کیلومتر است. بنابراین هنگامیکه از پهلو به کیوان بنگریم حلقه‌ها تیغه باریکی می‌شوند و دیده نمی‌شوند. مشتری و نپتون و اورانوس هم حلقه دارند اما حلقه کیوان از همه بهتر دیده می‌شود. به باور دانشمندان دلیل درخشانتر بودن حلقه‌های کیوان تازه تر بودن و جوانتر بودن آن هاست. آن‌ها می‌انگارند که این حلقه‌ها در پی نزدیک شدن یک ماهک (قمر) به کیوان و فروپاشی آن ماهک در اثر گرانش کیوان پدید آمده اند. حلقه‌های کیوان به ترتیبی که کشف شده‌اند با حروف الفبا نامگذاری شده اند. ای، بی، سی، دی، ای، اف و جی A B C D E F G در میان حلقه‌ها سه شکاف وجود دارد به نام‌های انکه Encke، کیلر Keeler و مکسول Maxwell. و یک بازه بزرگ به نام شکاف کاسینی. شکاف کاسینی ۴۷۰۰ کیلومتر پهنا دارد.

نخستین کسی که به حلقه رازآمیز پیرامون کیوان علاقمند 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 شده است که این حلقه از قطعات آب یخ زده تشکیل شده است که برخی از آنها در اندازه‌های یک خودروی معمولی می‌باشند. مجموع گرانش (جاذبه) کیوان و گرانش ماهکهای آن حالتی را پدید می‌آورند که این قطعات همواره بصورت حلقه‌های نازک به دور این سیاره به نظر ثابت ایستاده اند.

شناسایی کیوان

فضاپیمای پایونیر ۱۱ (Pioneer 11) برای نخستین بار در سال ۱۹۷۹ از این سیاره دیدن کرد و پس از آن در سالهای بعد وویجر ۱ (Voyager) 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.

شکاف کاسینی

در سال ۱۶۷۵ میلادی (۱۰۵۴ خورشیدی) جووانی دومنیکو کاسینی، اخترشناس ایتالیایی، کشف کرد که حلقه کیوان از دو حلقه تشکیل یافته است و میان آن دو جدایی وجود دارد. این جدایی شکاف کاسینی نامیده می‌شود و در اثر کشش گرانشی قمر غول پیکر تیتان بوجود آمده است. بررسی‌های واپسین نشان داده‌اند که در اطراف کیوان، 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.

 

میدان مغناطیسی کیوان

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 دو قطبی 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. مغناطیس‌سپهر(magnetosphere) زحل ذرات بسیار کمتری از ذرات مغناطیسرسپهر 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، مغناطیس‌سپهر شکل خود را از دست می‌دهد. اندازه آن با دمای خورشید تغییر می‌یابد.

  
نویسنده : مهدی علی خاصی ; ساعت ٩:٠٧ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٠/٥/٤
تگ ها : نجوم