سواء كانت حلقات زحل حديثة أم قديمة، فإن أقماره قديمة قدم الكوكب نفسه.

يشتهر زحل بشيئين: هياكله الحلقية المميزة ونظامه الكبير من الأقمار الصناعية الطبيعية. وحاليا، تم اكتشاف 146 قمرا وقمرا تدور حول العملاق الحلقي، منها 24 قمرا صناعيا عاديا. وتشمل هذه الأقمار السبعة الأكبر، تيتان، ريا، إيابيتوس، ديون، تيثيس، إنسيلادوس وميماس، وهي أجسام جليدية يعتقد أنها تحتوي على محيطات داخلية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أسئلة لم يتم حلها حول عمر هذه الأقمار الصناعية، حيث يشك البعض في أنها تشكلت مؤخرًا (مثل حلقات زحل، التي يبلغ عمرها مئات الملايين من السنين).

للإجابة على هذه الأسئلة، قام فريق دولي من علماء الفلك بتطوير عمليات محاكاة عالية الدقة بالتزامن مع تقديرات محسنة لعدد الأجسام العابرة للنبتون (TNO). وقد سمح لهم ذلك بإنشاء جدول زمني للتأثيرات على أقمار زحل التقليدية ذات الفوهات العالية، مثل ميماس، وإنسيلادوس، وتيثيس، وديون، وريا. وضعت حدود السن 4.1 و 4.4 مليار سنة بالنسبة للخمسة، يبدو القمران الداخليان أصغر سنًا من الثلاثة الخارجية. قد يكون لهذه النتائج آثار مهمة على فهمنا لتكوين وتطور المد والجزر للأقمار في النظام الشمسي الخارجي.

قاد البحث إميلي واي وونغ معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) في معهد طوكيو للتكنولوجيا. وانضم إليه رامون برازر، أستاذ مشارك في ELSI وThe معهد بحوث الأصول في مركز البحوث في علم الفلك وعلوم الأرض (ORI-RCAES)، ستيفاني سي. فيرنر، نائب المدير مركز الكواكب للحياة (PHAB) في جامعة أوسلو، وعالمة الأبحاث الرائدة ميشيل ر. كيرتشوف معهد أبحاث الجنوب الغربي (سوي ري). ورقتهم “الأقمار الصناعية العادية القديمة لزحل“، ظهر مؤخرًا في الصحافة إيكاروس.

ونظرًا لعدم إرسال بعثات إعادة العينات إلى نظام زحل بعد، فإن الحصول على أعمار دقيقة لأقماره الصناعية أمر صعب للغاية. وبدلاً من نماذج التأريخ الإشعاعي، أنشأ وونغ وفريقه التسلسل الزمني لفوهات هذه الأقمار الصناعية. ومن خلال تأريخ الفوهات الناتجة عن الارتطام على السطح، يمكننا وضع بعض القيود العامة حول مدة وجود هذه الأقمار. الخطوة الأولى في هذه العملية هي وضع نموذج لمعدلات الحفر في النظام الشمسي الخارجي، حيث أدت هجرة الكواكب العملاقة إلى فترات من القصف عن طريق هجرة أجسام TNO وغيرها من الأجسام.

أ دراسة سابقةأجرى وونج وزملاؤه محاكاة زمنية للنظام الشمسي الخارجي منذ بداية هجرة الكواكب الكبرى، والتي حدثت قبل 4.5 مليار سنة. ثم استخدموا عمليات محاكاة مونت كارلو التنبؤية لتحديد كثافة الحفرة المتوقعة، بافتراض توزيعين مختلفين لحجم وتردد الأجسام TNO التي تواجه الكواكب العملاقة وأقمارها الصناعية. تم جمعها للحصول على الأعمار السطحية للأقمار الأكثر فوهات للمشتري وزحل وأورانوس، والتي تتراوح من 3.8 إلى 4.4. مليار سنة.

ولسوء الحظ، عانت هذه المحاكاة وغيرها من عمليات المحاكاة السابقة من دقة ضعيفة خلال الـ 3.5 مليار سنة الماضية، لأن عمليات المحاكاة الخاصة بها شملت عددًا صغيرًا من الكواكب. وقد منعنا هذا من الحصول على أعمار دقيقة للأقمار الصناعية ذات كثافة الحفر المنخفضة (مثل إنسيلادوس)، وأظهرت الأعمار المشتقة تباينًا كبيرًا بناءً على حجمين مختلفين من أجسام TNO. كما أشاروا في ورقتهم:

“في هذا العمل، حصلنا على التسلسل الزمني الأكثر دقة للفوهات للأقمار الصناعية الجليدية العادية التي يمكن استخدامها طوال تاريخ النظام الشمسي بأكمله. قمنا بحساب أعمار سطح العينة للأقمار الصناعية ذات أقطار الفوهات المختلفة من تساوي الزمن المماثل لتلك الخاصة بالقمر و “المريخ في النظام الشمسي الداخلي. قمنا باستقراء هذا التسلسل الزمني الجديد للأقمار الصناعية الموجودة في زحل الداخلي مع حفرها الأكثر كثافة. “لقد استخدمنا نموذجًا أكثر دقة للسطح لتقدير عمر السطح.

ومن هذا المنطلق، قاموا بحساب أعمار جديدة لأقمار زحل النموذجية، والتي تكون أقدم بحوالي 110 إلى 300 مليون سنة من التقديرات السابقة التي حصل عليها وونغ وزملاؤه. تقديرات العمر التي حصلوا عليها من هذه الدراسة لسهول الحفرة في ميماس وإنسيلادوس كانت 4.16 جيجا و4.10 جيجا (على التوالي)، في حين كانت تلك الموجودة في تيثيس وديون وريا حوالي 4.4 جيجا – حوالي 300 مليون سنة غير مؤكدة. كما لاحظوا أيضًا وجود نمط مثير للاهتمام في هذه التقديرات، حيث كتبوا:

“بغض النظر عن النهج المستخدم، باستثناء ميماس وإنسيلادوس، فإن أعمار سطح الأقمار الصناعية تتبع عمومًا نمطًا من العمر المتزايد مع زيادة المسافة المدارية: يتم عكس هذين القمرين الأعمق والأصغر، وتكون أسطحهما أصغر بـ 200 مليون سنة من سطحهما”. تلك الخاصة بتيثيس، وديوني، وريا.”

تشير هذه النتائج إلى أن أقمار زحل النموذجية قديمة، مما يؤثر على عملية التكوين وتطور المد والجزر. ويمكن أيضًا تطبيق التقنيات التي استخدموها على أقمار المشتري وأورانوس ونبتون، مما يسمح لعلماء الفلك بمعرفة الكثير عن تطور هذه الكواكب وأقمارها الصناعية وتاريخ النظام الشمسي.

اقرأ أكثر: arXiv