بسیاری از ما با تصاویر زحل و حلقه غیرقابل انکار آن آشنا هستیم. در واقع، زحل فقط یک حلقه ندارد – اگر از طریق تلسکوپ نگاه کنید، خواهید دید که زحل در واقع حداقل هشت حلقه دارد و به کل این منظومه یک حلقه می گویند.
زحل تنها سیاره ای نیست که حلقه دارد. مشتری، نپتون و اورانوس همگی دارای سیستم حلقه‌ای هستند، اما حلقه‌های آنها کوچک‌تر، کم‌نورتر و در نتیجه دیدن آنها سخت‌تر است.
این حلقه ها از میلیاردها ذره ریز تشکیل شده اند که به دور سیاره هایشان می چرخند. اما این ذرات از سیاره ای به سیاره دیگر متفاوت است. حتی حلقه ها در یک سیستم حلقه می توانند از عناصر مختلف ساخته شوند.
امواج رادیویی
با بررسی اندازه و وزن این ذرات می‌توان به این موضوع پی برد که این ذرات از چه چیزی ساخته شده‌اند. یکی از راه های بدست آوردن این اطلاعات استفاده از امواج رادیویی است.
اجرام موجود در فضا با میدان های مغناطیسی متغیر – مانند سیارات و حتی ماهواره های فضایی – امواج رادیویی تولید می کنند. همانطور که این امواج در اطراف حلقه‌های اطراف سیارات حرکت می‌کنند، این سیگنال‌های رادیویی بسته به اندازه و وزن ذرات به‌طور متفاوتی تحت تأثیر ذرات موجود در حلقه قرار می‌گیرند. اگر سیگنال های رادیویی نشان دهند که ذرات سنگین هستند، ممکن است از موادی مانند آهن ساخته شده باشند. ذرات با وزن کمتر را می توان از مواد با چگالی پایین تر مانند آلومینیوم ساخت.
همچنین می‌توانیم بازتاب آنها را اندازه‌گیری کنیم تا بفهمیم ذرات از چه چیزی ساخته شده‌اند و مایع یا جامد هستند. آب می تواند اشکال مختلفی داشته باشد: می تواند مایع باشد یا می تواند مانند یخ یا برف جامد باشد. یخ بیشتر از آب بازتاب می کند و برف شدیدتر از هر چیز دیگری – بیشتر از یخ یا آب – منعکس می شود. به لطف اندازه گیری هایی مانند این، می دانیم که ذرات حلقه زحل بیشتر از یخ تشکیل شده اند.
سیستم حلقه مشتری از ذرات ریز غبار تشکیل شده است، اما این ذرات مانند زحل ذرات یخی نیستند. در عوض، ذرات احتمالاً سنگ‌هایی هستند که از موادی مشابه سیارک‌ها و قمرهای سنگی ساخته شده‌اند.
منشا حلقه‌های اورانوس و اینکه از چه ساخته شده‌اند مشخص نیست، اما تیره هستند و بازتاب کمی دارند. این نشان می دهد که آنها از یخ ساخته نشده اند. در عوض، آنها می توانند ذرات غبار ساخته شده از کربن یا حاوی کربن، مشابه زغال چوب باشند.
حلقه‌های نپتون حتی تیره‌تر از حلقه‌های اورانوس هستند و چگالی آنها نشان می‌دهد که از غبار ریزتری ساخته شده‌اند. این احتمالاً نوعی منبع کربن یا کربن است، مانند یخ متان.
اندازه گیری نور
دانشمندان نور ساطع شده از ذرات را مطالعه کردند تا اطلاعات دقیق تری در مورد اینکه حلقه ها از چه چیزی ساخته شده اند به دست آورند. ما این کار را با تقسیم نور به طیف رنگی نور رنگین کمان انجام می دهیم، همانطور که قطرات باران نور خورشید را به رنگین کمان تقسیم می کنند. این نور رنگین کمان طیف نامیده می شود و می تواند اطلاعات دقیقی در مورد رنگ ذرات و اینکه از چه چیزی ساخته شده اند به ما بدهد. در حال حاضر، زحل تنها سیاره ای است که طیفی با وضوح بالا برای آن داریم که می تواند مدار آن را به خوبی برای ما توصیف کند.
اندازه گیری طیف ذرات زحل به ما نشان می دهد که علاوه بر آب یخی، حاوی آهن و مواد آلی به نام تولن است که به آنها رنگ قرمز کم رنگی می دهد. برخی از این ذرات ممکن است به اندازه یک دانه شن کوچک باشند، اما برخی دیگر به اندازه یک اتوبوس دو طبقه خواهند بود.
تلسکوپ جدیدی به نام تلسکوپ فضایی جیمز وب به زودی به ما کمک می کند تا نگاه دقیق تری به سیستم حلقه ای بیندازیم و طیف آن را اندازه گیری کنیم تا درباره اینکه دقیقاً از چه چیزی ساخته شده است بیشتر بدانیم. با این تلسکوپ جدید می توان حلقه هایی را نه تنها در اطراف سیارات بلکه در اطراف قمرها نیز یافت.