هال ليفيسون على قمر زحل الغريب إيبتوس

قال Hal Levision: 'Iapetus هو أحد أغرب الأشياء في النظام الشمسي ، وبينما ندرسه أكثر وأكثر ، يصبح أغرب وأغرب.'

يتحدث هال ليفيسون ، عالم الكواكب في معهد الأبحاث الجنوبي الغربي في بولدر ، كولورادو ، عن إيابيتوس ، ثالث أكبر قمر من أكثر من 60 قمراً لكوكب زحل. إحدى السمات غير العادية للقمر هي سلسلة من الجبال يبلغ ارتفاعها حوالي 15 كيلومترًا ، أو ارتفاعها تسعة أميال ، والتي تطوق إيابيتوس بالكامل تقريبًا عند خط الاستواء. قدم الدكتور ليفيسون ورقة في اجتماع أبريل 2011 لقسم الجمعية الفلكية الأمريكية حول علم الفلك الديناميكي ، الذي عقد في أوستن ، تكساس ، حيث أظهر دليلًا على أن القمر Iapetus ربما كان يحتوي على حلقة من الصخور الفضائية ، مثل كوكب زحل الأم ، التي انهارت على سطح القمر وشكلت سلسلة من التلال الجبلية. تحدث الدكتور ليفيسون مع خورخي سالازار من ForVM.

قمر زحل Iapetus ، حقوق الصورة:ناسا / مختبر الدفع النفاث / معهد علوم الفضاء

ماذا يحدث على قمر زحل ، إيابيتوس؟

Iapetus هو أحد أغرب الأشياء في النظام الشمسي. بالطبع ، الأشياء الغريبة رائعة. كان معروفًا أنه غريب في وقت الاكتشاف ، ومتىكاسيني، الذي رآه لأول مرة ، أدرك أنه رآه فقط على جانب واحد من زحل. والسبب في ذلك هو وجود اختلاف كبير في البياض. أي اختلاف السطوع بين كل جانب من جوانب Iapetus. جانب واحد يكاد يكون أسود نفاث بالكامل. الآخر أبيض. بينما ندرسها أكثر فأكثر ، تصبح أغرب وأغرب.

الشيء الذي أنا مهتم به هما خاصيتان لـ Iapetus. الأول ، إذا سبق لك أن رأيت صورة لها من كاسيني ، فإن أول ما قاله الناس عندما بدأت الصور في النزول هو ، 'يبدو مثل الجوز.' أي أنه يتم ضغطه عند القطبين مقارنة بنصف قطره ، ويبدو كجسم يدور لمدة 16 ساعة. لكنها في الواقع تدور في 79 يومًا. إذاً فقد حصل هذا الانتفاخ المتحجر الذي يبدو أنه جاء من وقت كان يدور فيه أسرع بكثير مما هو عليه اليوم.

أيضًا ، على طول خط الاستواء ، توجد سلسلة من التلال يبلغ ارتفاعها حوالي 15 كيلومترًا وعرضها 50 كيلومترًا ، ويمكننا رؤيتها ، على الأقل في دوائر 110 درجات على الأقل من القمر الصناعي. بسبب التغطية غير المكتملة ، قد يحدث في الواقع على طول الطريق. هذا هو السبب في أن تشبيه الجوز أمر جيد.



نحن نتحدث عن سلسلة من التلال يبلغ ارتفاعها 6 أميال أو 15 كيلومترًا تمتد على خط الاستواء؟

الجبال على ايبتوس ​​، حقوق الصورة:ناسا / مختبر الدفع النفاث / معهد علوم الفضاء

ليس بالضرورة ، لأنه شبه مستمر في بعض الأماكن. يبدو وكأنه شفة. أول ما فكرت به عندما رأيته كان عيبًا في التصنيع. عندما كنت طفلاً ، كنت ألعب بهذه الكرات المصنوعة من نصفين مطاطيين تم لصقهما معًا. وهناك سلسلة من التلال على طول خط الاستواء. هذا ما يبدو عليه هذا الشيء ، باستثناء أنهم نوعًا ما خارج المركز. لذلك اعتقدت ، آه ، أنها إحدى هذه الكرات التي تم تصنيعها بشكل خاطئ.

القضية هي محاولة فهم كيف يمكن أن يحدث مثل هذا الشيء الغريب. هناك أشخاص كانوا يعملون على فكرة أن الأمر كله داخلي ، وأن هناك انكماشًا بسبب التبريد ، ويمكن أن تحدث التدفئة الداخلية بسبب الألومنيوم -26. وقد يمنحك هذا الشكل الغريب.

كنا نعمل على فكرة أخرى. وهذا يعني أنه كان في الواقع حلقة حول Iapetus انهارت على سطحه ، مما أدى إلى تكوين سلسلة من التلال. هناك مشكلة أخرى. كنا نتحدث عن التلال ، لكن تذكر ، أول شيء قلته كان الشكل. يبدو أنه يدور في 16 ساعة ، سريع حقًا ، لكنه في الواقع يدور ببطء شديد. وإحدى المشكلات التي يواجهها الأشخاص الذين يحاولون فهم هذا الانحراف هي أنه ، في الأفكار الكلاسيكية ، فإن زحل هو الذي يقوم بكل ما يتعلق بالدوران. Iapetus يدور بسرعة حقيقية. هناك انتفاخ في المد والجزر يرتفع على إيابيتوس بسبب زحل. هذا يعوض قليلاً عن الإشارة مباشرة إلى زحل ، والتي تسبب دوران Iapetus.

نفس الشيء يحدث على نظام الأرض والقمر. بينما تدور الأرض ، هناك انتفاخ المد والجزر ، والذي يتم تعويضه قليلاً عن القمر. نتيجة لذلك ، تتباطأ الأرض قليلاً. والأرض تبتعد عن القمر ببطء. يمكن تقديم نفس الحجة ل Iapetus.

المشكلة هي أنك إذا نظرت إلى هذا ، على الأقل بسذاجة ، هو أنه من أجل جعل هذا يعمل والحصول على الكثير من الطاقة تبدد في Iapetus أثناء دورانه ، يجب أن يكون Iapetus لطيفًا وهادئًا وقابل للتذكير. إذا كانت صلبة ، فلن تتفكك بسرعة كبيرة. ولكن من أجل الحفاظ على شكلها الأصلي لمدة 16 ساعة ، يجب أن تكون صلبة. إذن لديك هذا التناقض. لجعل القمر الصناعي ينفصل في عصر النظام الشمسي ، أنت بحاجة إلى شيء اسفنجي نوعًا ما. ولكن من أجل الحفاظ على الانتفاخ ، فأنت بحاجة إلى شيء جامد. وكان من الصعب للغاية محاولة حل كل من هذه القيود في نفس الوقت. لقد تمكنا من القيام بذلك ، لكنه يتطلب بعض الأعمال الرائعة عندما يتعلق الأمر بإعداد النماذج.

كيف يدرس المرء قمر زحل هذا ، تحت السطح ، دون الذهاب إلى هناك بالفعل؟

نقوم بذلك عن طريق إجراء تجارب عددية. هذا هو نوع اللعبة التي ألعبها طوال الوقت. ترى النظام الشمسي كما هو اليوم. وتحاول معرفة كيف يمكن أن تصل إلى هناك. الطريقة التي نقوم بها بذلك هي أننا نميل إلى بناء نموذج كمبيوتر يحتوي على جميع الفيزياء التي تعتقد أنها قد تكون مهمة ؛ تشكل الشروط الأولية بعدة طرق ؛ ألصقها في التعليمات البرمجية الخاصة بك ؛ اجعلهم يطحنون لفترة من الوقت ؛ ويخرج إجابة نعتقد أن النظام الشمسي يجب أن يبدو مثل ؛ نقارنه بما نراه ونقول نعم ، هذا جيد ، هذا سيء ؛ وحاول أن تقرر ما إذا كانت ظروفك الأولية هي التي كانت خاطئة ، أو أن فيزياءك كانت خاطئة. وتستمر في التكرار حتى تحصل على شيء مثل ما نراه.

قد يكون الناس على دراية بحلقات كوكب زحل ، ويمكن رؤيتها من خلال التلسكوب. لكن ما الذي تتحدث عنه هو الحلقات حول قمر من كوكب زحل؟

نعم فعلا. نظريتنا ، التي نقترحها لفك دوران Iapetus ، هي أن Iapetus تعرض لتصادم مع قمر صناعي آخر ، كانت كتلته حوالي 10٪.

هذا مرة أخرى ، تشبيه آخر للقمر الأرضي. إن أفكارنا المفضلة فيما يتعلق بتكوين القمر هي أن شيئًا ما بحجم المريخ قد اصطدم بالأرض وخلق قرصًا من المواد حول الأرض في ذلك الاصطدام ، والذي تراكم ليشكل القمر.

نحن نقترح نفس السيناريو تقريبًا على Iapetus ، أنه أصيب بشيء يقارب عُشر كتلته ، وهو مرة أخرى ، ما نعتقد أنه حدث للأرض في تكوين القمر. هذا خلق حلقة من المواد حول Iapetus. على السطح الخارجي لتلك الحلقة ، تراكمت المواد لتشكل قمرًا صناعيًا. وداخل تلك الحلقة ، أمطرت الأشياء على شكل قرص ، فقط على خط استواء إيبتوس ​​، مشكّلة التلال.

الآن في وقت سابق ، قلت أنه من الصعب التوصل إلى نموذج يتضمن فقط أن كلا من دوران Iapetus والحفاظ على انتفاخه. إضافة ذلك القمر الصناعي ، والذي ، نظرًا لأنه أقرب بكثير من Iapetus ، يقوم بفك دورانه بشكل مداري بشكل أكثر فاعلية ويسمح لنا بفك دورانه بسرعة كبيرة مع الحفاظ على صلابته بما يكفي للحفاظ على شكله.

ما مدى صحة هذه النظرية ، أن قمر زحل Iapetus اصطدم بصخرة فضائية كبيرة لإعطائه الميزات التي كنا نتحدث عنها اليوم؟

هذه الفكرة في مهدها. هناك طريقة للتوصل إلى فكرة عامة ، وكتابة ورقة ، والقول لزملائك ، وهو ما أفعله في هذا الاجتماع ، 'إليكم هذه الفكرة الغريبة. ويبدو ، من الدرجة الأولى ، أنها تعمل '. يمكنك كتابة معادلات بسيطة تحدد ما نعتقد أن هذا السلوك سيكون عليه وإظهار أنه يمكنك نوعًا ما الحصول على الإجابة الصحيحة.

وبعد ذلك ، خلال العام أو العامين المقبلين ، أو حتى لفترة أطول ، سنقوم ببناء المزيد والمزيد من النماذج المتطورة ، بعضها يتضمن كيفية نمو التلال ، ومعرفة ما إذا كانت الحافة التي يمكننا بناؤها على Iapetus من هذه الحلقة تبدو مثل سلسلة التلال نحن نرى. لدينا بعض النتائج الأولية التي تشير إلى أن ذلك قد يكون صحيحًا. نماذج أكثر تعقيدًا عن التطور ، وتطور المد والجزر لـ Iapetus باستخدام نماذج أكثر وأكثر تعقيدًا للجزء الداخلي من القمر الصناعي. الآن نقوم بشيء بسيط للغاية. وفي كل مرحلة ، نأخذ ما تقوله نماذج الكمبيوتر ونقارنه بما نراه ، بأفضل ما نستطيع ، ونرى ما إذا كان بإمكاننا استبعاد فكرة أم لا.

لماذا يدرس العلماء شيئًا مثل سلسلة من التلال على قمر زحل ، لماذا الاهتمام العلمي؟
إهتمامي تمامًا هو محاولة معرفة كيفية تشكل الأرض - لماذا توجد في مكانها ، ولماذا تمتلك الكتلة التي توجد بها وتركيبها الكيميائي ، ولماذا لديها قمر نراه. هذا هو اهتمامي الرئيسي. لذلك عندما أنظر حولي إلى بقية النظام الشمسي ، فإن ما أبحث عنه هو طرق لدراسة العملية - الفيزياء التي تدخل في بناء الكواكب. وعندما نرى شيئًا لا نفهمه ، مثل هذا القمر الصناعي الغريب جدًا من زحل. عندما نرى شيئًا لا نفهمه ، فهو مختبر ممتاز لاختبار العمليات التي نعتقد أنها مهمة هنا. وبالنظر إلى Iapetus ، على سبيل المثال ، وهذه الحافة ، يعطينا قيودًا على كيفية تطور باطنها ، مما يخبرنا شيئًا عن تركيبته الكيميائية. أو ، إذا كان نموذجنا صحيحًا ، فكيف تولد التأثيرات حلقات وأقراصًا ، والتي قد تكون مهمة على سبيل المثال ، في تأثير تشكل القمر. لذا فهذه مقارنات. كل هذه العوالم تشابه مع الأرض وما نراه هنا. والطريقة الوحيدة التي يمكننا من خلالها التأكد من صحة نماذجنا لتشكيل الأرض هي النظر إلى هذه الأجسام الأخرى في النظام الشمسي.

الشيء الوحيد الذي أذهلني بشأن Iapetus هو مدى كونه غير عادي - ألوان 'يين يانغ' حيث يكون أحد الجانبين أبيض لامع والآخر غامق مثل الفحم ؛ هذه التلال الضخمة من الجبال تمر عبر 'خط التماس' ؛ ودورانها 79 يوم الأرض.

Iapetus غريب على العديد من المستويات. ومرة أخرى ، فإن الاستثناء من القواعد هو الذي يساعدنا على التعلم. وبالنظر إلى Iapetus ، عليك أن تأخذ خطوة إلى الوراء. ليس من الطبيعي دراسة الأقمار الصناعية للكواكب العملاقة. الشيء الرئيسي بالنسبة لي هو محاولة تكوين الكواكب بطريقة ما. ولكن عندما ترى شيئًا من هذا القبيل ، فأنت مضطر لفهمه ، مرة أخرى ، لأنه يضعه في سياقه. هناك دائما استثناءات. لكن من الصعب العثور على استثناءات في العلم لا تخبرك بشيء عما تعتقد أنه صحيح. ولذا عليك أن تلاحق هذه الأشياء الغريبة لفهمها.

أنا أتذكرمقابلةكان ForVM معك منذ عدة سنوات ، عندما وصفت النظام الشمسي المبكر بأنه 'ديربي هدم' ، وهو الوقت الذي لا يزال علماء الفلك لا يفهمون ذلك جيدًا.

أعتقد أنك ستشهد ثورة - هذا مستقل عن Iapetus - أعتقد أننا سنشهد ثورة في فهمنا لكيفية تشكل الكواكب في السنوات الثلاث أو الأربع القادمة. أعتقد أن النماذج التي كانت موجودة سابقًا لم تكن متطورة بما يكفي لالتقاط بعض العمليات الفيزيائية التي تقود الأشياء. وهناك الكثير مما يحدث ، عندما ننظر إلى النظام الشمسي ، لا نفهمه.

بالنسبة لي ، فإن أهم هذه الأشياء هو المريخ. أعلم أن هناك الكثير من الاهتمام بالمريخ هذه الأيام. لكن ما أتحدث عنه هو في الحقيقة قضية أساسية تتعلق بالمريخ ، وهذا هو حجمه. تتنبأ نظرياتنا حول تكوين الكواكب بأن الكواكب أصبحت أكبر كلما ابتعدت عن الشمس. والمريخ استثناء لذلك. من المحتمل أن تكون الكتلة أصغر بعشر مرات مما ينبغي ، استنادًا إلى أي من نماذجنا. وقد بذل المجتمع جهودًا متضافرة لمحاولة فهم ذلك. ولدينا نموذج جديد يخرج فيما يتعلق بذلك ، والذي أعتقد أنه سيحل المشكلة. إذا كان هذا صحيحًا ، فإنه يوضح أننا يجب أن نتجاهل عملية مهمة في فهم الكواكب الأرضية التي أعتقد ، على المدى الطويل ، يمكن أن تغير الكثير مما نعتقد. نحن بصدد كتابة الورقة الآن. تعال وتحدث إلينا عندما ننشرها.

ما هو أهم شيء تريد أن يعرفه الناس اليوم عن قمر زحل Iapetus؟

أعتقد أن ما أريد أن يستخلصه الناس من هذا هو أن استكشاف النظام الشمسي الذي كنا نقوم به يقدم لنا مفاجآت باستمرار ، وتساعدنا تلك المفاجآت على فهم الصورة العامة بشكل أفضل. ولذا أعتقد أنه كلما زاد الاستكشاف الذي نقوم به ، زاد احتمال قدرتنا على اكتشاف عملية تكوين الكواكب. وهذا لا ينطبق فقط على Iapetus ، ولكن على Kepler وأنظمة الكواكب خارج المجموعة الشمسية ، كل هذه الأشياء مرتبطة ، في ذهني ، في محاولة لفهم ما يحدث.

تحدث هال ليفيسون من معهد الأبحاث الجنوبي الغربي في بولدر بولاية كولورادو عن قمر زحل إيابيتوس ، وهو ثالث أكبر قمر من أكثر من 60 قمراً يدور حول الكوكب ذي الحلقات.