سياره زحل(Saturn)

سياره زحل که به نام های کيوان و ساترن (الهه زمان و پدر ژوپیتر) نيز خوانده می شود از زيباترين سيارات منظومه شمسی است که در فاصله متوسط 1427 ميليون کيلومتری از خورشيد به دور آن گردش می کند. گردش انتقالی زحل 46/29 سال زمينی به طول می انجامد. مدّت گردش وضعی آن در نواحی استوايی 25/10 ساعت است. زحل با قطر استوايی 120660 کيلومتر دومين سياره بزرگ منظومه شمسی است. چگالی آن در مقايسه با ديگر سيارات بسيار کمتر و فقط70/0 چگالی آب است. در واقع اگر به طور فرضی اقيانوس عظيمی از آب وجود داشته باشد، سياره زحل به راحتی بر آب شناور خواهد شد. چگالی اندک آن دلالت دارد براينکه ساختار داخلی آن از عناصر سبک هيدروژن و هليوم می باشد که شباهت زياد آن را با ساختار داخلی سياره مشتری نشان می دهد. سياره زحل همچون مشتری دارای يک هسته مرکزی کوچک و احتمالاً لايه هيدروژن فلزی است که جوّی ستبر و غليظ آن را احاطه کرده است. جالب آن که کمربندهای ابری وناحيه های روشن در جوّ زحل نيز قابل تشخيص است. البته وضوح آنها کمتر از خطوط جوّی مشتری است.

يکی از ويژگيهای شاخص سياره وجود حلقه هايی زيبا و شگفت انگيز برگرد آن است. در واقع حلقه های زحل از فاصله نزديک شامل بی شمار حلقه و شکاف است که از ذرات ريز خرده سنگ و يخ تشکيل شده اند و از فواصل دور به شکل حلقه جلوه گری می کند. منشاء پيدايش حلقه ها هنوز نامشخص است ولی طبق نظرستاره شناس فرانسوی ادوارد رش(Edvard Roche) حدّی برای حداقل فاصله اقمار تا سياره وجود دارد که اگر قمری از حدّ فوق به سياره نزديکتر شود اثر متقابل جاذبه سياره موجب متلاشی شدن آن شده و قطعات خرده شده آن همانند حلقه هايی به دور سياره قرار می گيرند. تاکنون سفينه های کاوشگر پايونير 11(سال1979)، وويجر1 (سال1980)، وويجر2 (سال1981) و در حال حاضر سفينه کاسينی- هويگنس (ازسال 1997 تا 2008) از اين سياره ديدن کرده اند. اين سفينه ها با ارسال عکسها و اطّلاعات ارزشمند، بسياری از ناشناخته های اين سياره و اقمار شگفت انگيزش را کشف کرده اند. با بررسی دقيق تصاوير ارسالی اين سفينه ها بيش از 61 قمر برای اين سياره شناسايی شده است. يکی از کشفيات بزرگ سفينه وويجر آشکار سازی جوّ غليظ ونارنجی رنگ در اطراف بزرگترين قمر زحل می باشد. اين قمر تيتان نام دارد که قطری معادل 5150 کيلومترداشته که نيروی جاذبه آن برای نگه داشتن برخی گازها کافی است. مشخص شده که در جوّ مه آلود اين قمر گازهای نيتروژن، هليوم و متان يافت می شود. حتی ممکن است درياچه هايی نيز از نيتروژن و متان بر سطح تيتان وجود داشته باشد. سفينه کاسينی ـ هويگنس با ماموريت شناخت هر چه بيشتر اين منظومه سياره ای کوچک به فضا پرتاب شد و در سال 2004 ميلادی با جدا شدن کاوشگر هويگنس از مدار گرد کاسينی و سقوط در جوّ تيتان به دانشمندان در شناخت هر چه بيشتر اين قمر شگفت انگيز ياری رساند. البته ماموريت مدار گرد کاسينی تا سال 2008 ميلادی ادامه دارد.
 

زحل بعد از سیاره مشتری بزرگترین سیاره در منظومه شمسی می باشد. این سیاره دارای هفت حلقه مسطح به دور خود است. این هفت حلقه در واقع شامل تعداد زیادی حلقه های باریک که با ذرات یخی درست شده اند، می باشند. 
این حلقه ها زحل را به یکی از زیباترین اجرام آسمان در منظومه شمسی تبدیل کرده اند. به جز زحل، سیارات مشتری، نپتون و اورانوس نیز دارای حلقه هایی می باشند که نسبت به حلقه های زحل بسیار کم نورترند. 
قطر زحل در استوا ۱۲۰.۵۴۰ کیلومتر، تقریبا ۱۰ برابر قطر زمین است. این سیاره از زمین با چشم غیر مسلح قابل رویت است البته حلقه های آن دیده نمی شوند. زحل آخرین سیاره ای بود که ستاره شناسان باستان موفق به کشف آن شده بودند. 
این سیاره به مناسبت خدای کشاورزی رومیان، ساتورن نام گرفت. 
زحل در مداری بیضی شکل به دور خورشید در حرکت است. بیشترین فاصله آن از خورشید ۱.۵۱۴.۵۰۰.۰۰۰ کیلومتر و کمترین فاصله آن ۱.۳۵۲.۵۵۰.۰۰۰ کیلومتر است. یک سال در زحل معادل ۱۰.۷۵۹ روز و یا ۵/۲۹ سال زمینیست.

گردش

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.

دما

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.

چگالی و جرم

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.

حلقه ها

حلقه های زحل دور این سیاره و موازی با استوا قرار دارند. آنها هرگز با سیاره برخورد نمی کنند. با گردش زحل به دور خورشید آنها با همان زاویه ثابت و همیشگی در جای خود برقرار می مانند. 
هفت حلقه زحل در حقیقت متشکل از هزاران حلقه باریک می باشند. این حلقه های باریک از بیلیونها تکه یخ ایجاد شده اند. ابعاد این تکه های یخ گاهی به اندازه یک ذره کوچکند و گاهی قطر آنها به بیش از ۳ متر می رسد. 
حلقه های اصلی زحل بسیار عریضند. برای مثال عرض خارجی ترین حلقه ۳۰۰.۰۰۰ کیلومتر می باشد. با اینحال در ابعاد فضا این حلقه ها بسیار باریک به حساب می آیند. آنقدر باریک که هنگامیکه این سیاره درست در مقابل و در راستای زمین قرار می گیرد نیز این حلقه ها قابل رویت نیستند. 
ضخامت آنها بین ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ متر است. در بین حلقه ها فضای خالی قرار گرفته و آنها را از هم جدا می نماید. عرض هر یک از این فضاهای خالی ۳۲۰۰ کیلومتر و یا بیشتر است. البته در برخی از این فضاهای خالی حلقه های بسیار باریکی قرار دارند. 
حلقه های زحل در اوایل قرن ۱۶ توسط ستاره شناس ایتالیایی، گالیله، کشف شدند. گالیله نتوانست با تلسکوپ کوچک خود این حلقه ها را به وضوح و به درستی رصد کند. او فکر می کرد که حلقه ها، قمر های بسیار بزرگ می باشند. 
در سال ۱۶۵۶، پس از به کارگیری یک تلسکوپ قوی تر، کریستیان هایگنس (Christiaan Huygens)، ستاره شناس آلمانی، یک حلقه باریک مسطح حول زحل را توصیف کرد. هایگنس فکر می کرد که این حلقه یک صفحه جامد از برخی مواد است. 
در سال ۱۶۷۵، دومنیکو کاسینی (Domenico Cassini)، یک ستاره شناس آلمانی متولد فرانسه، کشف دو حلقه مجزا که با گروه هایی از اقمار کوچک شکل گرفته بودند را اعلام نمود. مشاهدات بعدی از زحل وجود تعداد بیشتر این حلقه ها را ثابت نمود. حلقه های باریکی که هفت حلقه اصلی را شکل می دهند در سال ۱۹۸۰ کشف شدند.

اقمار

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.

پرواز به زحل

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.