حلقههای زحل طوری به نظر میرسند که انگار همیشه وجود داشتهاند. در تقریباً هر تصویری از منظومه شمسی، آنها در مرکز توجه قرار دارند؛ نوارهای باریک و طلاییرنگی که به دور یک سیاره غولپیکر پیچیدهاند. بنابراین بهراحتی میتوان تصور کرد که آنها همزمان با شکلگیری خود زحل، حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش، به وجود آمدهاند. اما این تصور اشتباه است؛ آن هم نه به مقدار کم.
حلقههای زحل برای مدت طولانی با همین فرض شناخته میشدند. جیمز کلرک ماکسول، فیزیکدان اسکاتلندی، در سال ۱۸۵۹ ساختار آنها را مطالعه کرد و بیش از یک قرن پس از او، بیشتر دانشمندان حلقهها را بقایای اولیه فرایندی میدانستند که خود زحل را شکل داده است. تقریباً تمام مدلهای مربوط به تولد منظومه شمسی، حلقهها را بخشی از مجموعه اولیه زحل در نظر میگرفتند؛ درست مانند اینکه هیچکس معمولاً نمیپرسد یک رشتهکوه دقیقاً چه زمانی ظاهر شده است.
ناسا فضاپیمای کاسینی را به مدت ۱۳ سال در منظومه زحل به پرواز درآورد. در ماههای پایانی مأموریت، پیش از آنکه کنترلکنندگان مأموریت عمداً فضاپیما را در سال ۲۰۱۷ به درون زحل هدایت کنند، مهندسان کاسینی را از شکافهایی عبور دادند که پیش از آن هیچ کاوشگری از آنها استفاده نکرده بود.
این عبورهای نزدیک به دانشمندان اجازه داد چیزی را اندازهگیری کنند که پیش از آن امکانپذیر نبود: میزان گردوغبار سرگردانی که در طول زمان روی حلقهها نشسته و همچنین جرم واقعی حلقهها. هر دو اندازهگیری به یک نتیجه اشاره داشتند؛ حلقههای زحل جوان هستند.
یکی دیگر از مأموریتهای مشهور کاسینی اصلاً به حلقهها ارتباط نداشت. این فضاپیما در سال ۲۰۰۵ کاوشگر کوچکی به نام هویگنس را رها کرد که از میان مه نارنجیرنگ بزرگترین قمر زحل، تیتان، عبور کرد و روی سطح آن فرود آمد؛ جایی که رودخانهها بهجای آب، از متان مایع جریان دارند. این همچنان تنها فرودی است که بشر تاکنون در هر نقطهای از منظومه شمسی بیرونی انجام داده است.
یک پژوهش منتشرشده در سال ۲۰۲۳ در نشریه Science Advances به رهبری ساشا کمپف، دانشمند علوم سیارهای در دانشگاه کلرادو بولدر، از اندازهگیری گردوغبار برای محاسبه سن حلقهها استفاده کرد.
ریزشهابسنگها بهطور مداوم روی حلقهها میبارند و حلقههای زحل همچنان تقریباً از یخ خالص آب تشکیل شدهاند. این موضوع نشان میدهد که آنها مدت زیادی در معرض جمعآوری گردوغبار و آلودگی فضایی نبودهاند.
کمپف برای توضیح این موضوع از مثالی ساده استفاده میکند: «به حلقهها مانند فرش خانهتان فکر کنید. اگر یک فرش تمیز پهن کنید، فقط کافی است صبر کنید؛ گردوغبار روی آن مینشیند. همین اتفاق برای حلقهها نیز رخ میدهد.»
به گفته کمپف، این یافته به حل معمایی بسیار قدیمیتر نیز کمک کرده است؛ معمایی که به تحقیقات جیمز کلرک ماکسول درباره چگونگی حفظ ساختار حلقههای زحل بازمیگردد.
دانستن اینکه حلقهها جوان هستند، هنوز مشخص نمیکند که دقیقاً چگونه به وجود آمدهاند و این بخش از ماجرا همچنان کاملاً قطعی نیست. فرضیه اصلی این است که یک جرم بزرگ و یخی نسبتاً اخیراً بیش از حد به زحل نزدیک شده است؛ شاید قمری قدیمی که از مدار پایدار خود خارج شده یا دنبالهداری که بیش از حد به سیاره نزدیک شده بود.
گرانش زحل احتمالاً این جرم را پس از عبور از مرزی به نام حد روش، از هم متلاشی کرده است. بقایای آن سپس در یک صفحه مسطح و مداری از یخ پراکنده شده و حلقههایی را تشکیل دادهاند که امروز از آنها عکس میگیریم. منشأ چنین منظره آرامی، در واقع ممکن است بیشتر شبیه یک تصادف بزرگ باشد تا یک تولد آرام.
ریچارد دوریسن از دانشگاه ایندیانا و یکی از نویسندگان این پژوهش میگوید: «نتیجه گریزناپذیر ما این است که حلقههای زحل از نظر نجومی باید نسبتاً جوان باشند؛ فقط چند صد میلیون سال سن دارند.»
چند صد میلیون سال در نگاه اول زمانی بسیار طولانی به نظر میرسد، اما وقتی آن را با سن خود زحل مقایسه کنیم، داستان کاملاً متفاوت میشود. زحل حدود ۴٫۵ میلیارد سال قدمت دارد، اما حلقههای آن احتمالاً کمتر از یکدهم این مدت و شاید بسیار کمتر وجود داشتهاند.
البته سن دقیق حلقهها هنوز کاملاً مشخص نیست. یک پژوهش دیگر که در سال ۲۰۱۹ در نشریه Science منتشر شد و بر اساس اندازهگیری متفاوتی از دادههای کاسینی انجام شده بود، به نتیجهای حتی جوانتر رسید.
در این پژوهش، دانشمندان بررسی کردند که مسیر حرکت خود فضاپیمای کاسینی هنگام عبور از نزدیکی زحل چگونه تحت تأثیر میدان گرانشی سیاره قرار میگیرد. این اندازهگیری به آنها اجازه داد جرم واقعی حلقهها را محاسبه کنند.
نتیجه این تحقیق، سن حلقهها را بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون سال تخمین زد.
بنابراین دو گروه علمی با استفاده از دو روش متفاوت، به دو بازه زمانی متفاوت رسیدند؛ اما هر دو نتیجه در یک نکته اساسی اتفاق نظر دارند: حلقههای زحل میلیاردها سال قدمت ندارند و حتی به سن خود سیاره نیز نزدیک نیستند. سن آنها احتمالاً جایی بین چند ده میلیون تا چند صد میلیون سال است.
این بازه زمانی با بخش مشخصی از تاریخ زمین همزمان میشود. دایناسورهای غیرپرنده حدود ۱۶۵ میلیون سال روی زمین زندگی کردند و حدود ۶۶ میلیون سال پیش منقرض شدند.
اگر حلقههای زحل در محدوده جوانتر این تخمینها قرار داشته باشند، احتمالاً در بخش بزرگی از دوران زندگی دایناسورها هنوز وجود نداشتند. حتی اگر در محدوده قدیمیتر قرار داشته باشند، باز هم چندان پیش از ظهور دایناسورهای اولیه شکل نگرفته بودند.
به بیان ساده، دایناسورها احتمالاً بخش بزرگی از دوران زندگی خود را در منظومه شمسیای سپری کردند که زحل در آن هیچ حلقهای نداشت؛ البته اگر میتوانستند تا آن فاصله دور را ببینند.
این واقعیت نگاه ما را به چیزی که «همیشه وجود داشته» تغییر میدهد. حلقههای زحل امروز آنقدر بخشی جداییناپذیر از تصویر این سیاره هستند که تصور زحل بدون آنها دشوار است. با این حال، زحل بیش از چهار میلیارد سال بدون حلقه وجود داشته است.
حلقهها نیز احتمالاً برای همیشه باقی نخواهند ماند.
مدلهای کنونی نشان میدهند که حلقههای زحل در نهایت از بین خواهند رفت؛ ذرات یخ و غبار بهتدریج به سوی سیاره سقوط خواهند کرد، درست همانطور که زمانی گردوغبار فضایی روی خود حلقهها مینشست.
زحل مدتها پس از ناپدید شدن کامل حلقههایش همچنان به چرخش ادامه خواهد داد.
هیچچیز درباره ظاهر کامل و ثابت یک سیاره به این معنا نیست که واقعاً کامل شده یا دیگر تغییر نخواهد کرد. فقط به این معناست که ما پس از آخرین تغییر بزرگ و پیش از تغییر بزرگ بعدی به آن رسیدهایم.
