حلقه‌های زحل راز پنهان‌شده زیر هزاران کیلومتر گاز را آشکار می‌کنند
حلقه‌های یخی زحل نه‌تنها بسیار زیبا هستند، بلکه آوای درونی این سیاره را نیز ثبت می‌کنند.
هسته سیاره زیر لایه ضخیمی از گاز هیدروژن پنهان شده است. لرزه‌های موجود در هسته، باعث تغییرات محلی در میدان گرانشی شده و تأثیر آن بر حلقه C زحل به شکل امواج مارپیچی قابل مشاهده است. هر دسته از ناهنجاری‌ها در ساختار حلقه‌ها، نشان‌دهنده یک پدیده خاص درون زحل است.
امواج مارپیچی در حلقه A سیاره زحل (زحل خارج از تصویر در سمت راست)؛ موج مارپیچی خَمشی (میانه تصویر) که طول موج آن به سمت سیاره کاهش می‌یابد (خطوط بیشتر) و چندین موج مارپیچی تراکمی که طول موج آن‌ها به سمت سیاره افزایش می‌یابد.
می‌توان زحل را به یک ارکستر تشبیه کرد. هر موج روی حلقه C، مانند یک نُت روی صفحه نت‌هاست. دانشمندان می‌توانند این نت‌ها را بخوانند، به موسیقی گوش کنند و ساز‌ها و نوازندگان را تفکیک کنند و تشخیص دهند؛ حتی بدون اینکه خودشان ارکستر را دیده باشند.
دانشمندان سال‌های زیادی با استفاده از داده‌های مأموریت کاسینی (که در سال ۲۰۱۷ به پایان رسید)، به سمفونی‌ها متفاوتی از حلقه C گوش داده‌اند. دو پژوهشگر از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (کَلتِک) به نام‌های کریستوفر منکوویچ، متخصص علوم سیاره‌ای و جیم فولر، اخترفیزیکدان نظری، به اندازه‌ای این موسیقی را رمزگشایی کرده‌اند که می‌توانند صدای رمزآلودترین ساختار زحل را بشنوند: هسته سیاره.
براساس مقاله‌ای که هفته گذشته در نشریه نیچر منتشر شد، هسته سیاره غول‌پیکر است؛ شعاعی به اندازه ۶۰ درصد شعاع سیاره دارد و ۵۵ برابر سیاره زمین جرم دارد. برخلاف هسته سایر سیارات که از لایه‌های منظم فلزات سنگین، سنگ و یخ تشکیل شده‌اند، هسته زحل مخلوطی از سنگ و یخ است که سیالی از جنس هیدوژن فلزی فضای میان آن‌ها را پر کرده است. این یافته‌ها پژوهشگران را به شناخت چگونگی شکل‌گیری زحل و سایر غول‌های گازی نزدیک‌تر می‌کند.
مدل‌سازی اغتشاشات گرانشی هسته برای انطباق با رفتار امواج مارپیچی حلقه‌ها
ویژگی‌های زمین‌شناسی لایه‌های درونی زمین، ماه و به‌تازگی مریخ، به‌وسیله لرزه‌سنج‌ها نقشه‌برداری شده است. این ابزارها رفتار امواج لرزه‌ای را پس از عبور از میان لایه‌های درونی سیاره که ویژگی‌های مکانیکی متفاوتی دارند، ثبت می‌کنند. زحل فاقد سطح جامد است که استفاده از این ابزار را غیرممکن می‌کند.
مدارگرد‌ها هم می‌توانند با تشخیص تغییرات کوچک در گرانش سیاره، از ساختار لایه‌های درونی سیارات گازی نقشه‌برداری کنند؛ ولی تأثیر ویژگی‌های هسته زحل روی گرانش آن به اندازه‌ای نبوده که بتوان از این روش به اطلاعات دقیقی دست یافت.
خوشبختانه حلقه C زحل، جایی که از روش‌های قدیمی کاری بر نمی‌آمد، به کمکمان آمد. در طول سه دهه گذشته، دانشمندان رفتار عجیب امواج مارپیچی در حلقه C را با استفاده از تصاویر فضاپیمای وویجر و مدارگرد کاسینی زیر نظر داشته‌اند. آن‌ها کاملا مطمئن هستند که منشأ این امواج، نوسان‌های عظیم درون زحل است.
دکتر منکوویچ می‌گوید: «این لرزه‌ها دائما در همه جای سیاره وجود دارند.»
مطالعه پدیده‌های لرزه‌ای زحل بر اساس امواج ایجاد شده روی حلقه‌ها را «کرونوسایزمولوژی» می‌نامند. «کرونوس» نام یونانیان باستان برای سیاره زحل بوده است و «سایزمو» اشاره به لرزش دارد.
اکنون ساختار هسته زحل برای ما روشن شده است. مدل‌های پیشین این سیاره را به شکل یک آبنبات کروی لایه‌لایه توصیف می‌کردند. اما کرونوسایزمولوژی از واقعیتِ درهم و برهم آن پرده برداشت. هسته علاوه بر سنگ و یخ، از هیدروژن فلزی مایع تشکیل شده که پیش از این تصور می‌شد یک لایه مجزا باشد. در مرکز هسته، سنگ و یخ فراوان‌ترند و حاشیه بیرونی، هیدروژن فلزی بیشتری دارد، ولی در مجموع همه چیز در یک معجون بی‌نظم ترکیب شده است. در ادامه هم شاهد تغییر تدریجی از هیدروژن مایع به هیدروژن گازی در لایه‌های اتمسفر هستیم. در مقاله جدید، زحل بیشتر شبیه یک توپ کرکی است.
مقاله‌های مرتبط:سیاره زحل را بهتر بشناسیم؛ ویژگی‌ها، کاوش‌ها و قمرهاماه‌های زحل؛ ویژگی‌ها و کاوش‌ها
با وجود موفقیت روش جدید، دانشمندان هنوز علت این لرزه‌ها را که منجر به شکل‌گیری امواج مارپیچی در حلقه‌ها شده‌اند، نمی‌دانند. در سیاره زمین، زمین‌لرزه‌های بزرگ، سیاره را مانند یک زنگوله می‌لرزانند. ولی سیاره زحل حالت گازی دارد؛ پس چه چیزی این لرزه‌ها را ایجاد می‌کند؟
پس از مدت‌ها، نوازندگان این ارکستر شناسایی شده‌اند ولی جستجو برای یافتن رهبر ارکستر هنوز ادامه دارد.
حلقه C زحل مانند یک لرزه‌سنج تکان‌های هسته این سیاره را منعکس کرده و به دانشمندان در بررسی ساختار درونی آن کمک می‌کند.