سیستم حلقه‌های نپتون و اخترشناسان

چند سال قبل، فضاكاو وویجر 2 از كنار سیاره نپتون گذشت. حالا دانشمندان می‌توانند به تجزیه و تحلیل 9000 عكس و اطلاعات دیگری كه این فضاكاو مخابره كرده است بپردازند. نتایج بررسی‌های مقدماتی در دسامبر 1989 در مجله ساینس به چاپ رسید.
اكنون به نظر می‌رسد كه اسرارآمیزترین وجه سیاره نپتون، سیستم حلقه‌های آن باشد. با نزدیك شدن وویجر به نپتون دوربین‌های آن، دو حلقه باریك را حول این سیاره آشكار كردند. شعاع این دو حلقه از مركز سیاره به ترتیب km53200 و km62900 است. حلقه بزرگتر متشكل از سه ناحیه است كه قوس نامیده شده‌اند و از بقیه قسمت‌ها روشن‌ترند. پس از آنكه وویجر از كنار نپتون گذشت دوربین‌هایش را به عقب، یعنی به سمت خورشید برگرداند. و عكس‌های واضح‌تری از این حلقه‌ها گرفت. این عكس‌ها حلقه پهنی را كه به سیاره نزدیك‌تر است آشكار كردند. پهنای این حلقه‌ها km1700 و شعاعش از مركز نپتون km41900 است. همچنین وجود ورقه كم نوری از ماده آشكار شده است كه از وسط شكاف میان دو حلقه باریك اولی آغاز می‌شود و پس از عبور از حلقه باریك نزدیكتر به سیاره و حلقه پهن درونی، احتمالاً تا رأس ابرهای نپتون ادامه می‌یابد.
دوربین‌های وویجر آشكار كردند كه حلقه بیرونی خیلی باریك است و پهنای آن از km15 تجاوز نمی‌كند. كارشناسان مركز كنترل سفینه به كمك قطبش سنج وویجر اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری از پهنای حلقه انجام دادند. این قطبش سنج كه شدت تابش فرابنفش را اندازه می‌كیرد هنگامی كه حلقه نپتون حایل ستاره –σ قوس شد، از آن عكس‌برداری كرد. مدتی در حدود 10/1 ثانیه طول كشید تا حلقه از برابر دوربین كنار برود. از روی این اندازه‌گیری‌ها معلوم شد كه حلقه دارای یك ناحیه متراكم 10 كیلومتری است كه احتمالا همان پهنایی است كه دوربین‌ها آشكار كرده‌اند، اما اندازه‌گیری‌های قطبش سنج نوری حاكی از وجود ناحیه رقیق‌تری در خارج این حلقه باریك بود. به این ترتیب پهنای كل حلقه به 50 كیلومتر می‌رسد.
این ساختار خیلی شبیه ساختار حلقه F زحل و دو تا از حلقه‌های اورانوس است. حلقه F زحل به علت ساختار پر پیچ و تابش معروف است. با آنكه حلقه‌های نپتون آن‌قدرها معوج نیستند، اما از لحاظ داشتن ناحیه‌های متراكم‌تر قوسی بی‌شباهت به حلقه F نیستند. كارشناسان تیم قطبش سنج نوری می‌گویند كه حلقه F زحل و حلقه‌های اورانوس را اقمار كوچك این سیارات حراست می‌كنند. وویجر شش قمر جدید حول نپتون كشف كرد. به نظر این كارشناسان، قمر 4N1989، كه بر مداری به فاصله km1000 از حلقه و در داخل آن به دور سیاره می‌گردد احتمالاً مسؤول حراست حلقه باریك خارجی نپتون است.
اما گروهی كه عكس‌ها را تجزیه و تحلیل كرده‌اند می‌گویند كه توضیح قوس‌های موجود در این حلقه دشوار است. مسئله اصلی این است كه ظاهراً این قوس‌ها سال‌هاست كه وجود دارند. در سال 1984 و دو بار هم در سال 1985 اخترشناسان متوجه شدند كه وقتی نپتون از نزدیكی ستاره‌ای می‌گذرد آن ستاره از نظر ناپدید می‌شود.
معنی این حرف‌ها این است كه قوس‌ها ( كه ناحیه‌های متراكم‌تر هستند) حداقل در پنج سال گذشته تغییر عمده‌ای نكرده‌اند. با این حال سرعت ذراتی كه قوس‌ها را تشكیل می‌دهند باید كمی با هم فرق كنند. پس این ذرات باید در مدتی بسیار كمتر از پنج سال در سرتاسر حلقه پخش شوند و ساختار چگال قوسی را تلطیف كنند. ظاهراً نیرویی در كار است كه این ذرات را به صورت قوسی متراكم نگه می‌دارد.
چون مدار قمر 4N1989 خیلی نزدیك به دایره است، این قمرنمی‌تواند سبب شود كه مواد تشكیل دهنده حلقه در نواحی خاصی از حلقه جمع شوند و قوس‌ها را به وجود بیاورند. صفحه مدار این قمر نسبت به صفحه حلقه مایل است. در نتیجه اگر فاصله‌اش از حلقه كمتر بود می‌توانست ماده را در یك بخش حلقه مجتمع كند. قبلاً نظریه‌دان‌ها پیشنهاد كرده بودند كه قمری با همین مدار كه زاویه میل آن 60 درجه بیشتر باشد می‌تواند موجب پیدایش قوس‌ها شود، ولی وویجر هیچ قمری را در این وضعیت نیافته است. نتیجه‌ای كه این گروه به آن رسیده این است كه هیچ نظریه‌ای نداریم كه چگونگی تشكیل قوس‌ها را توضیح بدهد و مورد تأیید داده‌های تصویری وویجر هم باشد.
پژوهشگران برنامه وویجر می‌گویند كه سیستم‌های حلقه‌ای نپتون و اورانوس فقط به ظاهر شبیه یكدیگرند. اورانوس دارای 9 حلقه باریك و نواحی وسیع غبار است. در هر دو مورد ماده تشكیل دهنده حلقه‌ها، متشكل از ذرات یخ بسیار تیره است كه درصد كمی از نوری را كه بر آن‌ها می تابد منعكس می‌كنند. ظاهراً هر دو سیستم باید از طریق فرایندهای مشابهی ایجاد شده باشند. اما بین آن‌ها تفاوت‌های مهمی هم وجود دارد. جرم سیستم حلقه‌ای نپتون نسبت به سیستم اورانوس خیلی كم، یعنی 0001ر0 آن است.
سیستم‌های حلقه‌ای اورانوس و نپتون هر دو در محدوده حد روش واقع‌اند. حد روش برای یك سیاره فاصله‌ای (از سیاره) است كه در آن تفاضل كشش‌های گرانشی سیاره بر دو طرف متقابل یك قمر، به قدری است كه اگر نیروهای اتمی ماده قمر را به هم نمی‌پیوستند، قمر از هم متلاشی می‌شد. معنی این حرف‌ها این است كه اگر قمری در داخل حدروش قرار بگیرد و متلاشی شود، اجزای آن دیگر نمی‌توانند مجتمع شوند، بلكه حلقه‌ای را برگرد سیاره به وجود می‌آورند.
تفاوت دیگر میان اورانوس و نپتون، مربوط به تعدا قمرهایی است كه در داخل حد روش برگرد دو سیاره می‌گردند.
نپتون در این ناحیه دارای 5 قمر است كه قطرهایشان بین 55 تا 190 كیلومتر است.
دانشمندان به انگیزه یافتن قمرهای دیگر، عكس‌هایی را كه وویجر گرفته بود به دقت بررسی كردند، ولی به این نتیجه رسیدند كه در این ناحیه هیچ قمر دیگری كه قطرش بزرگتر از 12 كیلومتر باشد وجود ندارد. تعداد قمرهای اورانوس در داخل حد روش بیشتر یعنی 9 تا است. ولی این اقمار كوچكترند و ابعادشان نصف قمرهای نپتون است.
گروه پژوهشگران وویجر محاسبه كرده‌اند كه اگر قرار باشد تمام ماده تشكیل دهنده حلقه‌ها و قمرهای موجود در منطقه روش مربوط به هر یك از سیاره‌های زحل، اورانوس، و نپتون را یك جا جمع كنیم، به ترتیب اجرامی به قطرهای 390، 150 و 260 كیلومتر خواهیم داشت.
حلقه‌های روشن زحل احتمالاً در پی متلاشی شدن یكی از اقمار یخی آن به وجود آمده‌اند؛ یك جسم خارجی بزرگ (خارج از منظومه زحل) با این قمر برخورد كرده و باعث تلاشی آن شده است. اختر شناسان بر این نظرند كه برخوردهای مشابهی باعث ایجاد حلقه‌های اورانوس شده است. ولی در تعمیم این سازوكار به سیاره نپتون اشكالاتی بروز می‌كند. عكس‌هایی كه وویجر ارسال كرده است نشان می‌دهد كه دو حلقه باریك نپتون حاوی مقدار زیادی ذرات ریز غبارند. تا سه چهارم ماده این حلقه‌ها ممكن است به صورت ذرات میكروسكوپی باشد. اما میزان غبار در حلقه‌های اصلی زحل و اورانوس كمتر از یك درصد است. اگر حلقه‌های نپتون هم در اثر برخورد اجرام خارجی با قمرهایش ایجاد شده باشند، می‌بایست تعداد این اجرام صدها برابر بیشتر بوده باشد.
نظر گروه دانشمندان وویجر بر این است كه غبار موجود ناشی از برخوردهای اجرام با خود حلقه‌هاست. یكی از عكس‌های ارسالی احتمالاً حاكی از وقوع چنین برخوردهایی است. رگه‌هایی كه در عكس یكی از قوس‌ها دیده می‌شوند ظاهراً اجرامی هستند كه با حلقه دوران می‌كنند. ابتدا این اجرام را ماهك می‌نامیدند. ولی وقتی نور به جلو پراكنده شود، این رگه‌ها پر نورتر به نظر می‌رسند و بنابراین باید حاوی ذرات غبار باشند. به عقیده دانشمندان این رگه‌ها ممكن است كلوخه‌های بازمانده باشند.