زحل ، جواهر منظومه

سیاره بعد از مشتری وقبل از اورانوس و ششمین سیاره منظومه شمسی بوده و بعد از سیاره مشتری بزرگترین سیاره منظومه به حساب می آید.یک حلقه زیبا آنرا از بقیه سیارات متمایز کرده است.
زحل دورترين سياره اي است که ستاره شناسان باستان آن را مي شناختند. در ١٦١٠ميلادي گاليله، ستاره شناس ايتاليايي، اولين کسي بود که زحل را با تلسکوپ ديد. در کمال شگفتي، او دو زائده در دو طرف سياره مشاهده کرد. او آنها را به شکل دو کره مجزا رسم کرد و گفت به نظر مي رسد زحل، سياره اي سه تايي است. در رصدها و طرح هاي بعدي، او دو جسم جانبي زحل را مانند دسته هايي که به سياره متصل اند، رسم کرد. در ١٦٥٩ ميلادي هويگنس، ستاره شناس هلندي، با تلسکوپي که از تلسکوپ گاليله قوي تر بود، زحل را رصد کرد و اعلام کرد در اطراف زحل حلقه باریک و مسطحي وجود دارد. در ١٦٧٥، ستاره شناس ايتاليايي، ژان-دومينيک کاسيني، شکافي را بين دو حلقه زحل، که اکنون آنها را حلقه هاي A و B مي ناميم، مشاهده کرد. اکنون مي دانيم که اثرات گرانشي ميماس، يکي از اقمار زحل، شکاف ٤٨٠٠ کيلومتري کاسيني را به وجود آورده است.
زحل نيز مانند مشتري، بيشتر از هيدروژن و هليوم تشکيل شده است. حجم آن ٧٥٥ بار بيشتر از زمين است. بادهاي جو بالايي زحل در مناطق استوايي، تا سرعت ٥٠٠ متر بر ثانيه نيز حرکت مي کنند( براي مقايسه، بادهاي طوفاني شديد زمين در لايه هاي بالايي جو ١١٠ متر بر ثانيه است). اين بادهاي پرسرعت با گرمايي که از درون سياره مي آيد، ترکيب مي شوند و نوارهاي زرد رنگ و طلايي رنگ سطح زحل را تشکيل مي دهند.
مجموعه حلقه هاي زحل، بزرگترين و پيچيده ترين حلقه ها در منظومه شمسي هستند که تا صدها هزار کيلومتر از سياره فاصله گرفته اند. در اوايل دهه ١٩٨٠ميلادي، دو فضاپيماي ويجر متعلق به ناسا کشف کردند که بيشتر حلقه هاي زحل از يخ آب تشکيل شده اند؛ آنها همچنين ساختارهاي مواج روي حلقه ها، حلقه هاي کوچک و ... ، اشکال تيره اي در حلقه ها که با سرعتي متفاوت از سرعت ساير مواد حلقه اطرافشان به دور سياره مي گردند، کشف کردند. مواد حلقه اندازه هاي گوناگوني، از چند ميکرومتر تا چند ده متر، دارند. دو قمر کوچک زحل، درون شکاف بين دو حلقه اصلي قرار دارند.
تا کنون ٥٦ قمر زحل کشف شده است و احتمالا بسياري از آنها هنوز ديده نشده اند. بزرگترين قمر زحل ، تيتان، کمي از سياره عطارد بزرگتر است. ( تيتان دومين قمر بزرگ منظومه شمسي است؛ گانيمد، قمر مشتري، مقام اول را دارد.) تيتان جو ضخيمي از هيدروژن دارد که احتمالا شبيه به جو زمين در مدتها پيش است. مطالعه و بررسي بيشتراين قمر، اطلاعات بسياري درباره شکل گيري سيارات، و احتمالا اولين روزهاي زمين، به ما مي دهد.
زحل اقمار کوچک بسياري نيز دارد. هريک از اين قمرها در نوع خود بي نظير و يکتا هستند؛ از انسلادوس که سطحش به طور مداوم در حال تغيير است، تا یاپتوس که يک روي آن به سياهي قير و نيمکره ديگرش به سفيدي برف است.
گرچه ميدان مغناطيسي زحل به شدت ميدان مشتري نيست اما ٥٧٨ بار از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر است. زحل، حلقه هايش و بسياري از اقمار آن، درون مغناط کره زحل، ناحيه اي در فضا که ذرات باردار در آن بيشتر تحت تاثير ميدان مغناطيسي زحل هستند تا بادهاي خورشيدي، قرار گرفته اند. تصاوير تلسکوپ فضايي هابل نشان مي دهد در مناطق قطبي زحل شفق هايي مانند شفق هاي قطبي زمين تشکيل مي شود. شفق هاي قطبي زماني تشکيل مي شوند که ذرات باردار در امتداد خطوط ميدان مغناطيسي وارد جو سياره شوند. ويجر ١ و٢ در ١٩٨١ ميلادي از کنار زحل گذشتند و تصاويري از آن به زمين ارسال کردند. مرحله بعدي تکميل دانش ما از زحل در حالي که کاسيني و هويگنس به تحقيقات خود ادامه مي دهند، ادامه دارد. کاوشگر هويگنس در ژانويه ٢٠٠٥ ميلادي بر سطح تيتان فرود آمد و داده هايي را از سطح و جو اين قمر جمع آوري کرد. کاسيني در طي ماموريت ٤ ساله اش، براي بررسي اقمار، حلقه ها و مغناط کره آن، بيش از ٧٠ دور زحل خواهد گشت. فضاپيماي کاسيني-هويگنس از پروژه های مشترک ناسا، سازمان فضايي اروپا و سازمان فضايي ايتاليا است.
زحل علاوه بر گردش انتقالی خود به دور خورشید، حول محور عمودی فرضی خود نیز در گردش است. زاویه این محور ۲۷ درجه می باشد.
بعد از مشتری، زحل سریعترین گردش وضعی در بین سیارات دیگر منظومه شمسی را دارد. یکبار گردش این سیاره به دور خود تنها ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه به طول می انجامد. به دلیل این حرکت گردشی سریع، قطر استوایی این سیاره ۱۳.۰۰۰ کیلومتر از قطر قطبی آن بیشتر است.
سطح و جو
بیشتر دانشمندان معتقدند که این سیاره یک غول گازیست و هیچ سطح جامدی ندارد. به هرحال، به نظر می رسد که زحل دارای یک هسته داغ و جامد آهنیست.
اطراف این هسته متراکم، هسته خارجی قرار گرفته که احتمالا ترکیبی از آمونیا، متان و آب می باشد. یک لایه از هیدروژن به شدت فشرده پیرامون هسته خارجی وجود دارد. در بالای این لایه، منطقه ای چسبناک (شربت مانند) متشکل از هیدروژن و هلیوم جای گرفته است. هیدروژن و هلیوم در نزدیک سطح به شکل گاز در می آیند و با اتمسفر زحل که عمدتا ترکیبی از همین دوعنصر است مخلوط می شوند.
یک لایه فشرده از ابر کل سطح زحل را پوشانده است. در تصاویر به دست آمده از این سیاره مناطق و کمربندهای رنگی قابل تشخیصند. چنین مناطقی احتمالا به خاطر تفاوت دما و ارتفاع ابرها در قسمتهای مختلف ظاهر می گردند.
گیاهان و حیوانات مقیم زمین نمی توانند در زحل دوام بیاورند. دانشمندان شک دارند که گونه زیستی در این سیاره یافت شود.
انحراف محور عمودی این سیاره منجر به اختلاف میزان تابش خورشید به قسمتهای مختلف آن و در نهایت ایجاد فصول شده است. هر فصل در این سیاره ۵/۷ سال طول می کشد چرا که مدت زمان یکبار گردش زحل به دور خورشید ۲۹ برابر زمین است.
دمای زحل همیشه از دمای زمین سردتر است زیرا این سیاره از خورشید دورتر است. میانگین دما در بالای ابرها ۱۷۵- درجه سانتیگراد می باشد.
دما در اعماق ابرها بیشتر می شود. سیاره زحل تقریبا ۵/۲ برابر حرارتی که از خورشید دریافت می کند را در فضا متساطع می نماید. بسیاری از ستاره شناسان معتقدند که این حرارت در فرایند فرو رفتن هلیوم به درون هیدروژن مایع به وجود می آید.
در بین همه سیارات منظومه شمسی، زحل کمترین چگالی را دارد. چگالی این سیاره تنها یک دهم چگالی زمین و دو سوم چگالی آب است. به همین دلیل یک تکه از این سیاره نسبت به تکه ای برابر از زمین بسیار سبکتر است و در روی آب شناور می ماند.
گرچه چگالی این سیاره بسیار کم است اما وزن آن پس از مشتری، از دیگر سیارات بیشتر است. جرم زحل ۹۵ بار از جرم زمین بیشتر می باشد. نیروی گرانش این سیاره اندکی از گرانش زمین بیشتر است. یک جسم ۱۰۰ گرمی در زمین، در زحل ۱۰۷ گرم می باشد.

علاوه بر حلقه ها، زحل دارای ۲۵ قمر به قطر تقریبی ۱۰کیلومتر و چندین قمر کوچکتر نیز می باشد. بزرگترین قمر این سیاره تیتان نام دارد. قطر این قمر ۵۱۵۰ کیلومتر (بزرگتر از سیاره پلوتو) است. تیتان یکی از معدود اقمار موجود در منظومه شمسی است که دارای جو می باشد. اتمسفر این قمر حاوی حجم زیادی نیتروژن است.
بیشتر اقمار زحل دارای چاله های بزرگی هستند. برای مثال قمر میماس (Mimas) چاله ای دارد که یک سوم قطر این قمر را پوشانده است. قمر دیگر، لاپتوس (Iapetus)، دارای یک نیمه روشن و یک نیمه تاریک است. نیمه روشن این قمر ۱۰ برابر بیش از نیمه تاریک آن نور را باز می تاباند. قمر هایپریون (Hyperion) بیشتر شبیه به یک استوانه چاق است تا یک کره.
فاصله متوسط از خورشید 1/43 میلیارد کیلومتر
قطر استوا 120536 کیلومتر
مدت حرکت وضعی 10/23 ساعت
مدت حرکت انتقالی 29/46 سال زمینی
سرعت مداری 9/64 کیلومتر در ثانیه
دمای ابر فوقانی 180- درجه سانتیگراد
جرم (زمین=1) 95/18
چگالی متوسط (آب=1) 0/69
جاذبه(زمین=1) 0/93
تعداد قمر 21
پدر مشتری

در ورای مشتری آخرین سیاره از هفت سیاره‌ای که برای پیشینیان ما شناخته شده بود، زحل قرار دارد، که به عنوان پدر مشتری نامگذاری شده است. زحل دومین سیاره بزرگ مشتری گون منظومه شمسی است و توسط یک رشته از حلقه‌های بسیار زیبا که به دور آن حلقه زده‌اند، احاطه شده است. در آسمان شب زمین ، زحل به دلیل اندازه بزرگ و آلبدو بالای (50%) دارای جوی درخشان است. زیبایی آسمان زحل به خاطر نوارهای روشن حلقه‌های اطراف آن و نیز به خاطر قمرهای زیادش می‌باشد.
حرکت زحل
زحل با نیم قطر اطول 9.539AV و دوره تناوب گردش نجومی 29.458 سال ، در مداری با خروج از مرکز 557% که با دایرِة البروج زاویه 49.2 درجه می‌سازد، می‌گردد. از روی زمین قطر زاویه‌ای زحل در نقطه مقابله حدود 20 دقیقه است. مانند مشتری ، زحل دارای جو غلیط 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 10 ساعت و 14 دقیقه و در عرضهای جفرافیایی بالا 10 ساعت و 38 دقیقه محاسبه شده است. در اینجا هم مجددا چرخش جزئی مشابه مشتری داریم. استوای زحل به اندازه 26 درجه و 45 دقیقه با صفحه مداری آن زاویه می‌سازد، بطوری که قطبهای سیاره در فاصله‌های زمانی حدود 15 سال یک بار سمت زمین متمایل می‌شوند. چرخش باعث پخی زیاد (96%) زحل می‌گردد، بطوریکه شعاعهای قطبی و استوایی به نسبت 10/9 می‌باشند.
مشخصات فیزیکی زحل
زحل شباهت قابل توجهی با مشتری دارد، ولی کمی کوچکتر است و جرم آن کمتر از جرم مشتری (95M). زحل کمترین چگالی حجمی را نسبت به سایر سیارات دارد. ساختار جو زحل با کمربندهایی که به موازات استوا امتداد دارند، مشابه است. آشفتگیهای کمربندهای زحل خیلی کمتر (تاکنون از روی زمین فقط 10 لکه مشاهده شده‌اند) از مشتری است. جو زحل احتمالا ترکیب خیلی مشابه‌ای 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 شده است.
ابرهای زحل 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 زحل کمتر از مشتری است، ابرهای زحل در لایه پایین تر جوش قرار می‌گیرند. درون زحل احتمالا ترکیب مشتری را دارد. تخمینهای نظری مقادیر حدود 74% هیدروژن ، 24% هلیوم ، %2 عناصر سنگین تر را پیشنهاد می‌کند. این ترکیب تقریبا مشابه ترکیبات خورشید است. زحل ممکن است یک هسته سنگین کوچک به قطر 20 هزار کیلومتر و جرمی معادل 20Mφ را داشته باشد.
درخشانترین حلقه‌ها
درخشندگی حلقه‌های آ، ب، ج
بقدری است که می‌توان آنها را
از زمین مشاهده کرد.
حلقه‌های زحل با مدار زحل هم صفحه نیستند، بلکه زاویه‌ای با هم می‌سازند. یکی از اثرات این پدیده در نظر ما تغییر گشادگی حلقه‌ها است. طی گردش 29 ساله زحل دور خورشید ، دوباره می‌توانیم حلقه‌ها را در گشادترین حالت ببینیم. غیر از این دو حالت ، حلقه‌ها از لبه دیده می‌شوند و جز با تلسکوپ پر قدرت ، قابل مشاهده نیستند. از این طریق معلوم شد که ضخامت حلقه‌ها فقط پنج کیلومتر است. حلقه‌های زحل از میلیاردها ذره ریز تشیکل یافته‌اند که اندازه بیشترشان چند سانتیمتر است. همه آنها ، مانند ماهواره‌های کوچک ، به دور زحل گردش می‌کنند.
راز حلقه های زحل !
حلقه های زحل احتمالاً مسطح ترین ساختار شناخته شده در جهان دانش هستند. فاصله یک انتها تا انتهای دیگر آنها به اندازه فاصله زمین تا ماه است، در حالیکه ارتفاع آنها خیلی بلندتر از یک گروه آکروبات که روی شانه های یکدیگر ایستاده اند نمی باشد. برای مقایسه می توان گفت اگر حلقه ها به ضخامت یک برگه کاغذ بودند کشیدگی آنها 3 کیلومتر می شد.
هر چهار سیاره غول منظومه شمسی ما دارای حلقه هستند، اما فقط زحل یک سیستم از حلقه های درخشان و عظیم دارد. آیا این بی همتایی تصادفی است یا چیزی بیش از یک اتفاق می باشد؟ حلقه های زحل چه چیز بیشتری درباره مبدأ منظومه شمسی و موارد مشابه در دیگر نقاط کهکشان میتوانند به ما بگویند؟
این پرسش و پرسشهای دیگر منجر به ساخت فضاپیمای کاسینی (Cassini) متعلق به ناسا شد که در سال 1997 پرتاب و در جولای 2004 وارد مدار زحل گردید. کاسینی علاوه بر نقشه برداری دریاچه های متان در قمر تایتان، شناسایی آبفشانهای یخی (icy geyser) بیرون زده در قمر انسلادوس (Enceladus) و ردیابی توفانها در جو زحل، مطالعات فراوان و گسترده ای بر روی سیستم حلقه ها و محیط آنها انجام داده است. این بررسیها و مشاهدات به ماهیت ذرات حلقه ها، چگونگی برهم کنش آنها با یکدیگر و با قمرهای سیاره و نقش غبار ریز در سیستم حلقه ها نور تازه ای بخشیده است. و همچون همیشه با اکتشافات جدید، سؤالات بیشتری مطرح می شود.
حلقه های اصلی زحل عبارتند از: خارجی ترین حلقه A، حلقه متراکم و درخشان B و حلقه داخلی C که ظریفتر و نازکتر است. بخش کاسینی بین حلقه های A و B خالی نیست بلکه مواد رقیقی مشابه حلقه C دارد. حلقه F نواری باریک و مغشوش بلافاصله بیرون حلقه A است و سه حلقه غبارآلود عبارتند از حلقه D (داخل حلقه C)، حلقه G (بیرون F) و حلقه E (بیرون G ).

حلقه های زحل تنها راه ما برای نزدیک شدن به یک دیسک آستروفیزیک است. منجمان ستاره های نزدیک زیادی را کشف کرده اند که توسط دیسکهای جوان گازی یا دیسکهای پیرتری از غبار احاطه شده اند. منظومه شمسی ما احتمالاً روزگاری شبیه این ستاره ها بوده است. ما می توانیم با مشاهده و رصد از راه دور و مدلهای نظری بیشتر درباره آنها یاد بگیریم، اما فقط در زحل می توانیم روند تغییرات دیسکها را به صورت مستقیم و با جزئبات بررسی کنیم.
یکی از علایق خاص دانشمندان بررسی برهم کنش بین دیسک و یک جرم سنگین – یک قمر یا ماهک (moonlet) در مورد زحل، و یا یک سیارک یا سیاره حول یک ستاره می باشد. کاسینی به روشهای مختلف چنین پروسه هایی را روشنتر نموده است.
دو قمر هر یک به عرض چندین کیلومتر در شکافهای بیرونی حلقه A گردش می کنند. پن (Pan) در شکاف انکه (Encke) به عرض 320 کیلومتر و دفنیس (Daphnis) در شکاف کیلر (Keeler) به عرض 35 کیلومتر. پن و دفنیس چرخش ذرات کوچک حلقه را که با آنها عبور می کنند به وسیله گرانش مغشوش می کنند، همان گونه که یک سیارک در دیسک دور یک ستاره جوان ایم کار را انجام می دهد و بدین ترتیب نقشهای دالبر شکل در لبه های شکاف ایجاد نموده و دنباله هایی تولید می کنند که در حلقه پراکنده می شود.
لبه های شکاف بیش از آنچه نظریه پردازان پیش بینی کرده اند پیچیده است. کاسینی لبه های موج دار شکاف انکه را رصد کرده است که هم در فرکانس و هم در دامنه تغییر و نوسان دارند. آنها هرگز به طور کامل از بین نمی روند. بسیاری از لبه های حلقه های دیگر از جمله حلقه A، B و شکاف کیلر شکلهای پیچیده تری از آنچه انتظار می رفت دارند. علت این پیچیدگی واضح و روشن نیست. ردیابی آنها ممکن است به کشف ماهک کوچکی در نزدیکی آنها منتهی شود یا درک ما را از فرایندهای خالی شدن شکافها اصلاح کند.
قمرهای بزرگتر خارج از حلقه های اصلی در موقعیتهایی از حلقه که با مدار قمر در تشدید (Resonance) هستند موجهای مارپیچ متراکمی به وجود می آورند. تشدید را میتوان با مثال هل دادن تاب در زمین بازی درک کرد. اگر تاب را به طور نامنظم هل دهید، گاهی هنگام حرکت آن به جلو و گاهی در زمان برگشت به عقب، در اینصورت تاب خیلی بالا نمی رود و هیچ چیز جالبی رخ نمی دهد. اما اگر با فرکانس طبیعی تاب آنرا هل دهید به طور فزاینده ای بالا و بالاتر می رود و کودک را شاد می کند.
قمرها می توانند اثر مشابهی روی ذرات حلقه ها داشته باشند، به عنوان مثال هنگامیکه یک تکه صخره یا یخ در مدت زمانی که یک قمر پنج بار می چرخد، شش بار گردش کند، هر بار گذر قمر نیروی مشابهی به آن وارد می کند. وقتی نیروها روی هم جمع می شوند، چرخش ذرات طولانی تر می گردد و از دید سایر اشیاء به داخل و خارج حرکت می کنند. هنگامیکه میلیونها ذرات حلقه در یک منطقه بدین صورت مغشوش می شوند، یک موج متراکم مارپیچی تولید می کنند که به سمت دور از ناآرامی منتشر می شود.
امواج متراکم از همان فیزیکی پیروی می کنند که بازوهای مارپیچی را در کهکشانها بالا می برد، هرچند مبدا آنها متفاوت هستند. اندازه گیری ارتفاع، شکل و طول موج این امواج می تواند به روشن شدن اطلاعاتی درباره چگالی سطحی حلقه (جرم در واحد سطح) و جرم قمر ایجاد کننده اغتشاش منجر شود و بعلاوه ضخامت عمودی حلقه را معین می کند. نتایج فضاپیمای کاسینی نشان می دهد که چگالی سطحی حلقه A در نزدیکی شکاف انکه بیشترین مقدار را دارد و به سمت داخل و خارج آن کاهش می سابد. اندازه گیریهای موج متراکم، ضخامت عمودی بخش کاسینی را حداکثرچند متر تعیین می کند و حلقه A باید ضخامتی کمتر از 10 تا 15 متر (30 تا 50 فوت) داشته باشد.
ذرات منفرد دیسک همواره سعی می کنند به صورت ذرات بزرگتر گرد هم آیند، در حالیکه نیروهای کشندی (tidal) می خواهند آنها را از هم جدا نمایند. حلقه A خیلی نزدیک به حد روچ سیاره (Roche limit) است، فاصله ای که این تلاش همیشگی برای نبرد به تعادل می رسد. به دلیل آنکه ذرات به طور دائم با یکدیگر جمع شده و بعد جدا می شوند، نقشهای گورخری که به آن «شیارهای خود گرانشی» می گویند (self-gravity wakes) در حلقه A نمایان میشوند.
این ساختارها اولین بار از مطالعات ویجر (Voyager) درباره ویژگی عجیب حلقه A شناسایی شد: ناظر، حلقه را به سمت جلو-چپ و عقب-راست اندکی درخشانتر و در بین آنها تیره تر می بیند. این اثر عجیب نتیجه این واقعیت است که حلقه ها در زمانیکه از عرض دنباله دیده می شوند نور بیشتر و هنگامیکه در امتداد دنباله مشاهده می گردند نور کمتری را منعکس می کنند.
دانشمندان کاسینی با اندازه گیری درخشندگی حلقه ها از منظرهای متفاوت، شکل مدلی برای این شیارها ساختند و دریافتند که آنها چند متر ارتفاع و چند ده متر عرض دارند. آنها با ربط دادن شکل مدل با اندازه شیارها می توانند حدود دقیقتری برای بزرگی عمودی حلقه A مشخص نمایند.
بیشتر ذرات یخی که در حلقه های اصلی زحل موجودند اندازه ای از یک تیله تا یک خانه دارند. اثرات الکتروومغناطیس ذرات غبار کوچکتر را به دورتر جارو می کند، بنابراین دانشمندان به مناطق کمی در حلقه های اصلی که غبار باقی می ماند توجهی خاص دارند، زیرا ممکن است محل شکل گیری فعالیتهای فعلی باشند.
بهترین وضعیت برای آشکار سازی غبار، مشاهده حلقه ها در نور پخش شده از جلو در زمان قرار گرفتن حلقه بین ناظر و خورشید است. شاید هنگام تمیز کردن یک قفسه نیز به این مطلب توجه کرده باشید. برای مشاهده غبار در امتداد سطح به سمت منبع نور نگاه می کنید. کاسینی نیز هنگامیکه در سمت زحل و مقابل خورشید است همین کار را انجام می دهد تا غبار پشت نور را مشخص تر نماید.
فعالیت مداوم حلقه F در نتیجه دو قمر نگهبان آن مقدار زیادی غبار را تکان می دهد و آن را به درخشان ترین جزء حلقه در نور تابیده شده از پشت تبدیل می کند. ویژگی برجسته دیگرآن است که حلقه داخلی D و حلقه های خارجی G و E تقریباً از سایر زوایای دید غیر قابل رؤیت هستند.
حلقه D به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجا که این حلقه بین حلقه های اصلی و بالای ابرهای زحل قرار گرفته به طور غیر منتظره ای پویا و دینامیک است. برجسته ترین حلقه کوچک (ringlet) که توسط ویجر مشاهده شده به اندازه 200 کیلومتر به سمت داخل حرکت کرده و به میزان قابل ملاحظه ای تاریک شده است. این یکی از تغییرات خیلی کمی است که در طی 25 سال با فضاپیما تایید شده است. حلقه D نه تنها به نظر می رسد که دارای پیچ و تاب است بلکه پیچش آن با گذشت زمان بیشتر می شود. محققان با تعیین سرعت پیچش و استنتاج و برون یابی به این نتیجه رسیدند که این چین خوردگی در حدود سال 1984 به صورت یک تغییر مکان ساده عمودی آغاز شده که احتمالاً بر اثر یک سیارک یا برخورد دنباله دار ایجاد شده است.
حلقه E که قمر انسلادوس (Enceladus) را در برمی گیرد بزرگترین حلقه زحل است، اگرچه کم نورترین حلقه نیز می باشد و در نبود نور زمینه، مشاهده آن از سایر حلقه ها سخت تر است. کاسینی تأیید کرده است که این حلقه از کریستالهای بسیار ریز یخ آب تشکیل شده است که از آبفشانهای قطب جنوب این قمر به بیرون پرتاب شده اند.
مرموزترین حلقه زحل احتمالا حلقه غبارالود و کم نور G است که فضای بین حلقه های اصلی و حلقه E را پر می کند. حلقه های A تا D یک مجموعه واخد را تشکیل می دهند، E به وضوح از انسلادوس سرچشمه می گیرد و F محصور بین قمرهای پرومتوس (Prometheus) و پاندورا (Pandora) است. در مقابل حلقه G فاقد هیچ قمر پدر یا هرگونه دلیلی برای وجود است. اما کاسینی یک سرنخ حیاتی پیدا کرده است: یک کمان (arc) که حدود 10 درصد از محیط حلقه را اشغال می کند. این کمان پنج بار درخشانتر از مابقی حلقه است و با قمر میماس (Mimas) در حالت تشدید قرار دارد. این قمر در زمانیکه کمان هفت دور به گرد زحل می چرخد، شش بار آن را دور می زند. کمانهای پایدار قبلاً فقط در حلقه های نپتون مشاهده شده بودند و آنجا نیز احتمالاً تشدید سبب می شود که ذرات در محیط حلقه پخش شوند. آیا ممکن است این کمان، قمر پدر حلقه G یا کمربندی از ماهکهای پدر را پنهان کرده باشد؟
حلقه B مشابه حلقه A مملو از ساختارهای شعاعی متراکم است. اما برخلاف موجهای متراکم مارپیچ در حلقه A، بیشتر ظاهر حلقه B با نواحی مشخص پدیده تشدید ارتباط ندارند. بنابراین منشأ آنها بدون توضیح باقی مانده است. دشواری مطالعه حلقه B با به هم فشردگی زیاد ذرات آن در هم آمیخته، به نحویکه به دلیل کم بودن فاصله بین آنها آزمایشهای استتار (Occultation) رادیویی و ستاره ای ویجر موفق به نفوذ در آن نگردید. سرانجام آنتن رادیویی قوی کاسینی در سال 2005 باارسال سیگنال قوی خود از حلقه B به زمین به طور مستقیم توانست از این سد عبور کند. تحلیل اطلاعات فرستاده شده همچنان ادامه دارد، اما نتایج اولیه حاکی از وجود ساختارهای ریز حتی در متراکم ترین بخشهای حلقه B می باشد.که جلوی عبور 99درصد از نور را می گیرد.
حلقه B همچنین به دلیل وجود پره ها در آن مشهور است. پره ها، طرحهای شعاعی شبح مانندی هستند که اولین بار در زمین رصد شدند و بعدها توسط فضاپیمای ویجر1و2 مورد تأیید قرار گرفتند. پره ها به طور ناگهانی ظاهر می شوند و خیلی بیشتر از زمانیکه حرکت مداری کپلری باید اجازه دهد (ذرات داخلی پره ها باید سریعتر از ذرات خارجی آن گردش کنند) بدون تغییر می مانند. کاسینی در اولین سال خود در زحل موفق به مشاهده و برسی یک پره هم نشد، نتیجه ای ناامید کننده تا فرا رسیدن اثرات فصلی. به نظر می رسد پره ها طی بهار و پاییز زحل به صورت بارزتر ظاهر می شوند، چرا که در این زمان نور خورشید با زاویه غیر عمود به پره می تابد.
سرانجام در سپتامبر 2005 ظهور مجدد بزرگ پره ها اتفاق افتاد و اخیراً هرگاه که دید کاسینی مناسب بوده مشاهده شده اند. پره هایی که تا کنون مشاهده شده اند در مقایسه با آنچه در سال 1980 تا 1981 توسط ویجر دیده شده اند ضعیفتر و از نظر تعداد کمتر هستند. دانشمندان انتظار دارند که آنها با رسیدن به نقطه اعتدال در سال 2009 قوی شوند.
فرایند شکل گیری پره ها مبهم باقی مانده است، هر چند میدان مضناطیسی قوی زحل تقریباً به طور یفین در حفظ و پایداری شعاعی آنها دخیل است. گروه کاسینی امیدوار است که فیلمهای با سرعت بالا سرانجام پره ها را در لحظه شکل گیری شکار خواهد کرد و منجر به حل این مسأله خواهد شد.
درست آن سوی حلقه های اصلی، یک نوار باریک وجود دارد که حلقه F نام دارد. این حلقه از هر طرف به قمر های نگهبان محدود است: قمر پرومتوس و پاندورا به ترتیب به عرض متوسط 102 و 84 کیلومتر ( 63 و 52 مایل ). به نظر می رسد هر یک از این دو قمر با پراکندن ذرات نزدیک، مواد حلقه را از آن دور می کنند. در نتیجه عرض متوسط حلقه فقط 1500 کیلومتر است.
اما نه حلقه و نه قمرهای نگهبان آن مدارهای دایروی ندارند. از منظر حلقه F پرومتوس و پاندورا در رقصی ثابت و مداوم به داخل ، بیرون، بالا و پایین حرکت می کنند. این حرکتها باید توانایی قمرها را در نگهداشتن حلقه ها در بین آنها مختل کند، اما همچنان حلقه محدود به آنها می باشد. در نتیجه هسته مرکزی حلقه شامل تعداد بیشماری گره و پیچ و تاب است، چرا که قمرها به طور مداوم آ نرا تحت تاثیر قرار می دهند. قمر پرومتوس که داخل قرار دارد اغلب وارد مرزهای حلقه F می شود و هر بار یک شیار باریک در آن می کند. پرومتوس در سال 2009 به هسته حلقه نفوذ می کند، اتفاقی که مطمئناً جنجالی بزرگ به پا خواهد کرد.
تصاویر کاسینی بیشتر آشکار کرده اند که کناره های موازی در حلقه F با یکدیگر در یک تک بازوی فشرده مارپیچ در ارتباط هستند، که ممکن است از برخوردی بین یک ماهک کوچک و هسته حلقه به وجود آمده باشد.

حلقه های اصلی در مناطقی که مملو از غبار است خودنمایی می کنند. این نواحی در فضاهای پهناور بدون غبار، برجسته و مشخص و از این رو سزاوار توجه می باشند.
قمر پن در شکاف انکه فضای خود را با چند حلقه کوچک غبارآلود مشترک است. اینها شامل تعدادی پیچ خوردگی و کمان هستند که به همراه پن گردش می کنند، اگرچه بی نظمی آنها از حلقه F کمتر است. کاسینی مشاهده کرده است که این توده های حلقوی کوچک در مقیاس زمانی چند ماهه حرکت می کنند. برخی هنگام مواجهه با پن جهت خود را تغییر می دهند و بعضی نابود می گردند. دانشمندان در تلاشند تا این اثرات را درک کنند. آیا همه آنها به دلیل وجود پن است یا قمرهای دیگری هم در این شکاف هستند؟
مورد چشمگیر دیگر در حلقه ها، حلقه کوچکی است که به تازگی در شکاف کاسینی شناسایی شده است. دوربینهای ویجر باید می توانستند این حلقه کوچک را ببینند اما موفق به انجام این کار نشدند. وقتی برای اولین بار این حلقه کوچک دیده شد یکی از محققان گفت: «به این حلقه کوچک جذاب نگاه کنید!». این جمله سبب شد نام خودمانی آن «حلقه کوچک جذاب» گذاشته شود. اما این حلقه کوچک در شرایط درست به یک غول تبدیل می شود. هنگامیکه حلقه کوچک جذاب در نور پخش شده از جلو که غبار را نورانی می کند دیده می شود همه ناحیه را تحت الشعاع خود قرار می دهد و آنقدر درخشان می شود که برخی عکسهای کاسینی را اشباع کرده است.
طیف نگاری زیرقرمز چشمی کاسینی و طیف سنج نقشه برداری زیر قرمز تأیید می کند که ماده موجود در حلقه کوچک جذاب مشابه مواد حلقه F و حلقه های کوچک شکاف انکه هستند، اما با مواد سایر حلقه های اصلی متفاوت می باشند. چرا حلقه کوچک جذاب متفاوت است و چطور به این صورت در آمده است؟ آیا به تازگی به وجود آمده است؟ ممکن است نتیجه اختلال و تزاحم یک ماهک باشد که مخفی مانده و شکاف را برای اولین بار باز کرده است.
کاسینی چندین ماهک به اندازه زمین فوتبال کشف کرده است. برخی را از روی اغتشاشهای پروانه ای شکل که در حلقه A ایجاد می کنند و بعضی دیگر را با مشاهده جلوگیری از نور ستاره که از حلقه F عبور می کند شناسایی نموده است. این ماهکها فضای خالی بین قطعاتی به اندازه خانه در حلقه های اصلی و قمرهای کاملاً بالغ را که حداقل چندین کیلومتر پهنا دارند به یکدیگر ارتباط می دهند.
اندازه این قطعات متوسط حکم می کند که آنها هسته های یخی متراکم دارند، هر چند مطمئناً دفعات زیادی در چرخه به هم پیوستن و جدا شدن بازسازی شده اند. در صورتیکه حلقه ها در اثر نیروی کشند یا فروپاشی در اثر برخورد یک قمر در حدود اندازه میماس (عرض 400 کیلومتر) و یا شاید جرم دیگری از منظومه شمسی به وجود آمده باشند، هسته های متراکم تشکیل می شود. بر مبنای یخهای خیلی تازه که در همه جای سیستم حلقه ها دیده می شود، میزان مهاجرت قمرهای بزرگتر که سیستم حلقه ها را حفظ می کنند و علائمی که نشان می دهد حلقه ها حتی در حال حاضر نیز تغییر می کنند، چنین اتفاقی ممکن است نسبتاً تازه رخ داده باشد، شاید حدود 100 میلیون سال قبل.
از سوی دیگر برخی محققان گمان می کنند که حلقه ها میلیاردها سال عمر دارند و به گونه ای خود را دوباره بازیابی می کنند. کاسینی به یافتن پاسخ برای چنین سؤالاتی ادامه می دهد، مثلا با مشاهده و بررسی تغییر در مدار قمرها در طول دوران مأموریت خود تا بفهمد آیا آنها به نوعی مهاجرت می کنند که در مدت میلیاردها سال قابل پیگیری و ادامه دادن نیست.
حلقه های زحل بیش از آنچه انتظار داشتیم پرکار هستند. قمرها شکاف ایجاد کرده و تولید موج می کنند در حالیکه آبفشانها و برخوردهای سخت تولید غبار می نمایند. حلقه ها همچنان زیبایی باشکوه خود را به طور پیوسته حفظ می کنند.

گسیختگی کاسینی
شکاف پر شده
قبل از کشف کاسینی ، ستاره شناسان
حلقه‌های زحل را بصورت حلقه‌ای
پیوسته تصور می‌کردند.
در سال 1675 میلادی (1504 شمسی) جووانی دومینیکو کاسینی ، اخترشناس ایتالیایی ، کشف کرد که حلقه زحل از دو حلقه تشکیل یافته است و میان آن دو جدایی وجود دارد. این جدایی گیستختگی کاسینی نامیده می‌شود و در اثر کشش گرانشی قمر غول پیکر تیتان بوجود آمده است. مطالعات بعدی نشان داده‌اند که در اطراف زحل ، بر روی هم چهار حلقه وجود دارد. داخلی ترین آنها بسیار کم نور و تقریبا با بالای ابرها در تماس است. قطر حلقه نورانی بیرونی به 140000 کیلومتر می‌رسد.
20 قمر تاکنون برای زحل شناسایی شده‌اند، که 13 قمر از زمین و هفت قمر دیگر بوسیله کاوشگرهای فضایی کشف شده‌اند. قمرهای کوچک زحل 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 زحل ، گودالی بزرگ به نام هرشل وجود دارد که 130 کیلومتر (81 مایل) وسعت داشته و یک سوم این قمر را پوشانده است.
زحل دارای بیشترین قمر در بین سیارات منظومه شمسی است. دانشمند هلندی ، کریستین هوینگس (95 – 1629)، در سال 1655 اولین قمر زحل را کشف کرد. تیتان از لحاظ بزرگی دومین قمر و یکی از سه قمری است که در منظومه شمسی دارای جو هستند. تصور می‌شود که قسمت اعظم آن ازسنگ و بقیه از یخ تشکیل شده باشد. جوی که دائما سطح تیتان را پوشانده است، حاوی نیتروژن و سایر مواد شیمیایی است. اختر شناسان به تازگی قمر جدیدی از سیاره زحل را شناسایی کرده‌اند که بسیار کوچک است (حدودآ 2 کیلومتر). در این صورت تعداد قمرهای زحل به 21 قمر تغییر می‌کند.

میدان مغناطیسی دارای یک گشتاور کلی برابر 35/1 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. مغناطیس سپهر زحل ذرات بسیار کمتری از ذرات مغناطیس سپهر 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 مغناطیس سپهر داخلی را از ذرات باردار خالی می‌کنند، است. در خارج لبه حلقه‌ها چگالی ذرات باردار به سرعت افزایش می‌یابد و در حدود 5Rs تا 10Rs 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 تقریبا 2Rs ایجاد می‌کند که تا حدود 15Rs ادامه می‌یابد.در ورای این مقدار ، مغناطیس سپهر شکل خود را از دست می‌دهد. اندازه آن با دمای خورشید تغییر می‌یابد.
در سال ۱۹۷۳، ایالات متحده فضاپیمایی را به منظور بررسی دو سیاره مشتری و زحل به فضا فرستاد. نام این فضاپیما پایونیر-ساتورن (Pioneer-Saturn) بود. این فضاپیما در سال ۱۹۷۴ به زحل رسید. پایونیر-ساتورن اطلاعات علمی و تصاویر خوبی از زحل به زمین ارسال کرد. این اطلاعات و تصاویر به اکتشافاتی در مورد دو حلقه بیرونی زحل کمک کرد.
پایونیر-ساتورن همچنین توانست میدان مغناطیسی زحل که ۱۰۰۰ مرتبه از میدان مغناطیسی زمین قوی تر می باشد را کشف کند. این میدان قوی، مگنتوسفر (منطقه نیروهای مغناطیسی قوی) بزرگی را اطراف این سیاره به وجود آورده است. به علاوه، اطلاعاتی که این فضاپیما ارسال کرد نشان داد که درون مگنتوسفر این سیاره کمربندهای تشعشعی وجود دارند. این کمربندها متشکل از الکترونها و پروتونهای پر انرژی قابل مقایسه با کمربندهای ون آلن زمین می باشند.
در سال ۱۹۷۷، ایالات متحده دو سفینه دیگر به نامهای ویجر۱ (Voyager) و ویجر۲ را برای مطالعه زحل و دیگر سیارات ارسال کرد. در ۱۲ نوامبر ۱۹۸۰، ویجر۱ در فاصله ۱۲۶.۰۰۰ کیلومتری زحل و در تاریخ ۲۵ آگوست ۱۹۸۱، ویجر۲ در فاصله ۱۰۱.۰۰۰ کیلومتری این سیاره قرار گرفتند.
دو سفینه ویجر وجود هفت حلقه زحل را تائید کردند. آنها نشان دادند که این حلقه ها خود از حلقه های بسیار باریک تشکیل شده اند. به علاوه اطلاعات و تصاویر تهیه شده توسط آن دو سفینه نه قمر زحل را کشف یا تائید نمودند. آنها همچنین وجود حجم عمده نیتروژن در اتمسفر قمر تیتان را تشخیص دادند.
در سال ۱۹۹۷، ایالات متحده سفینه کاسینی را برای مطالعه این سیاره، حلقه ها و قمرهایش فرستاد. این سفینه در سال ۲۰۰۴ شروع به گردش دور زحل نمود. این سفینه، کاوشگری به نام هایگنس (Huygens) را با خود، به منظور فرود آمدن در سطح تیتان، حمل می کرد. هایگنس توسط آژانس فضایی اروپا ساخته شد.

منابع :
سیاره زحل http://daneshnameh.roshd.ir
زحل http://020.ir
اطلاعات جامع در باره زحل http://aftab.ir
حلقه‌های زحل http://daneshnameh.roshd.ir
زحل http://www.haftaseman.ir
راز حلقه های زحل ! http://forum.p30world.com
زحل جواهر منظومه شمسی http://www.persianstar.com