اجزاء تشکیل دهنده منظومه شمسی چیست؟، جلسه هفتم

اهداف:

• آشنایی با سیاره زحل

• آشنایی با قمر های زحل

• آشنایی با حلقه های زحل

• راهنمای ساخت ماکت منظومه شمسی

وسائل مورد نیاز:

• کامپیوتر مجهز به اینترنت

• وسایل مورد نیاز برای ساخت ماکت منظومه شمسی

زحل(کیوان) Saturn

زحل سیاره حلقه دار پس از مشتری، دومین سیاره ی بزرگ منظومه شمسی و ششمین سیاره دور از خورشید است.

زحل را زیباترین سیاره بعد منظومه شمسی می دانند زیرا 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.

سیاره زحل

نشانه:

اندازه: سیاره زحل قطری بزرگ دارد و مانند یک گلوله گازی غول‌پیکر است ولی با وجود حجم زیادش تنها 95 برابر زمین جرم دارد. چگالی این سیاره حدود یک ‌هشتم زمین و کمتر از آب است. به همین دلیل یک تکه از این سیاره نسبت به تکه ای برابر از زمین بسیار سبک تر است و در روی آب شناور می ماند.

زحل کمترین چگالی میانگین را نسبت به سایر سیارات سامانه خورشیدی دارد. درون زحل احتمالاً ترکیب مشتری را دارد. برآوردهای نظری مقادیر حدود 74% هیدروژن، 24% هلیوم، 2% عناصر سنگین‌تر را پیشنهاد می‌کند. این ترکیب تقریباً مشابه ترکیبات خورشید است.

احتمالا زحل دارای یک هسته سنگین کوچک به قطر 20 هزار کیلومتر و جرمی معادل  ۲۰Mφ باشد.

در آسمان شب زمین، زحل به دلیل اندازه بزرگ، دارای جوی درخشان است. زیبایی آسمان زحل به خاطر نوارهای روشن حلقه‌های اطراف آن و نیز به خاطر قمر های زیادش است.

دما: انحراف محور عمودی این سیاره منجر به اختلاف میزان تابش خورشید به قسمت های مختلف آن و در نهایت ایجاد فصول شده است. هر فصل در این سیاره 5/7 سال زمینی طول می کشد چرا که مدت زمان یکبار گردش زحل به دور خورشید 29 برابر زمین است.

دمای زحل همیشه از دمای زمین سردتر است، زیرا این سیاره از خورشید دورتر است. میانگین دما در بالای ابرها 175- درجه سانتیگراد می باشد.

دما در اعماق ابرها بیشتر می شود. بسیاری از ستاره شناسان معتقدند که این حرارت در فرایند فرو رفتن هلیوم به درون هیدروژن مایع به وجود می آید.

حرکت: زحل مانند دیگر سیاراتمنظومه شمسی با سرعت زیاد بر گرد محورش در گردش است. یک روز کامل در کیوان تقریبا برابر 10 ساعت و 39 دقیقه در زمین و یک سال آن برابر 29/5 برابر سال زمین است. از آنجایی که مدار استوایی زحل تقریباً همانند زمین در 27 درجه‌است، تغییرات زاویه سیاره نسبت به خورشید شبیه به زمین می‌باشد و در این سیاره نیز همان چهار فصل مشاهده می‌شود.

به علت سرعت حرکت کیوان به دور خود در قطب‌های آن نوعی حالت پخی مشاهده می‌شود که سیاره را از شکل کره ی کامل دور می‌کند. زحل از جنبه‌های زیادی شبیه مشتری است، جز اینکه در اطراف آن چندین حلقه شگفت انگیز وجود دارد.

حرکت در سیاره زحل

دوره تناوبی که در بالا ذکر شد برای تمام سیاره یکی نیست. حرکت لکه هایی که بر استوای سیاره زحل قرار دارد حاکی از دوره تناوب چرخش نجومی، 10 ساعت و 14 دقیقه در نزدیک استوایش و در عرض های جفرافیایی بالا 10 ساعت و 38 دقیقه محاسبه شده‌است. در اینجا هم مجدداً چرخش جزیی مشابه مشتری داریم. استوای زحل به اندازه 26 درجه و 45 دقیقه با صفحه مداری آن زاویه می‌سازد، به طوری که قطب های سیاره در فاصله‌های زمانی حدود 15 سال یک بار سمت زمین متمایل می‌شوند. چرخش باعث پخی زیاد (96%) زحل می‌گردد، به طوری که شعاع های قطبی و استوایی به نسبت 10/9 هستند.

سطح سیاره: دانشمندان معتقدند که زحل یک غول گازی است و هیچ سطح جامدی ندارد، اما به نظر می رسد که زحل دارای یک هسته داغ و جامد آهنی است. اطراف این هسته متراکم، هسته خارجی قرار گرفته که ترکیبی از آمونیاک، متان و کمتر 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 عمدتاً ترکیبی از همین دوعنصر است مخلوط می شوند.

سطح سیاره زحل

یک لایه فشرده از ابر، کل سطح زحل را پوشانده است. در تصاویر به دست آمده از این سیاره مناطق و کمربندهای رنگی قابل تشخیص اند. چنین مناطقی احتمالاً به دلیل تفاوت دما و ارتفاع ابرها در قسمت های مختلف ظاهر می گردند.

جو سیاره: ساختار جو زحل با کمربندهایی که به موازات استوا امتداد دارند، همانند مشتری است؛ هرچند آشفتگی‌های این کمربندها بسیار کمتر از مشتری است (تاکنون از روی زمین فقط 10 لکه مشاهده شده‌اند). ترکیب جو زحل نیز شباهت زیادی با جو مشتری دارد. ابرهای زحل خیلی کمرنگ تر از ابرهای مشتری به نظر می‌رسند. ابرهای مشتری اغلب به رنگ زرد کم‌رنگ و نارنجی هستند، به این دلیل که دما در زحل کمتر از مشتری است، ابرهای زحل در لایه پایین‌تر جوش قرار می‌گیرند.

اساطیر: زحل دورترین سیاره ای است که ستاره شناسان باستان آن را می شناختند. در 1610میلادی گالیله، ستاره شناس ایتالیایی، اولین کسی بود که زحل را با تلسکوپ دست ساز خود مشاهده کرد. در کمال شگفتی، او دو زایده در دو طرف سیاره مشاهده کرد. او آنها را به شکل دو کره مجزا رسم کرد و گفت به نظر می رسد زحل، سیاره ای سه تایی است. در رصدها و طرح های بعدی، او دو جسم جانبی زحل را مانند دسته هایی که به سیاره متصل اند، رسم کرد. در 1659 میلادی هویگنس، ستاره شناس هلندی، با تلسکوپی که از تلسکوپ گالیله قوی تر بود، زحل را رصد کرد و اعلام کرد در اطراف زحل حلقه باریک و مسطحی وجود دارد.

حلقه های زحل

هفت حلقه اصلی بر گرد سیاره زحل می گردند که در فاصله 11200 کیلومتری آن جای گرفته‌اند. در حقیقت این حلقه ها متشکل از هزاران حلقه باریک می باشند. این حلقه های باریک از بیلیون ها تکه سنگ، غبار و یخ ایجاد شده اند. ابعاد این تکه های یخ گاهی به اندازه یک ذره کوچکند و گاهی قطر آنها به بیش از 3 متر می رسد.حلقه‌های زحل پهن هستند ولی بسیار تخت و نازک اند. پهنای آن‌ها 280 هزار کیلومتر است اما کلفتی آنها تنها یک کیلومتر است. بنابراین هنگامی که از پهلو به زحل بنگریم حلقه‌ها تیغه باریکی می‌شوند و دیده نمی‌شوند.

مشتری و نپتون و اورانوس هم حلقه دارند اما حلقه زحل از همه بهتر دیده می‌شود. به باور دانشمندان دلیل درخشان تر بودن حلقه‌های زحل تازه تر بودن و جوان تر بودن آن هاست. آن‌ها می‌انگارند که این حلقه‌ها در پی نزدیک شدن یک ماهک (قمر) به زحل و فروپاشی آن ماهک در اثر گرانش زحل پدید آمده‌اند. حلقه‌های زحل به ترتیبی که کشف شده‌اند با حروف الفبای لاتین نامگذاری شده‌اند. A، B، C، D،E ،F و G در میان حلقه‌ها سه شکاف وجود دارد به نام‌های انکه، کیلر و مکسول و یک بازه بزرگ میان حلقه A و B به نام شکاف کاسینی که به افتخار کاشف آن نامگذاری شده است.

رصد حلقه های زحل از زوایای مختلف

در اوایل قرن 16 گالیله به حلقه رازآمیز پیرامون کیوان علاقه‌مند شد و آن را کشف کرد. گالیله نتوانست با تلسکوپ کوچک خود این حلقه ها را به وضوح رصد کند. وی تصور می کرد که حلقه ها، قمر های بسیار بزرگ و از جنس جامد می‌باشد. در سال 1675، دومنیکو کاسینی، 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 1980 کشف شدند.

 

امروزه ثابت شده‌است که این حلقه از قطعات سنگ و آب یخ زده تشکیل شده‌است که برخی از آنها در اندازه‌های یک خودروی معمولی می‌باشند. مجموع گرانش (جاذبه) زحل و گرانش ماهک‌های آن حالتی را پدید می‌آورند که این قطعات همواره به صورت حلقه‌های نازک به دور این سیاره به نظر ثابت ایستاده‌اند.

حلقه های زحل

7-3 قمرهای زحل

شاید این طور تصور شود که سیاره زحل با وجود داشتن حلقه فاقد قمر می باشد ولی زحل علاوه بر حلقه ها، دارای 60 قمر بزرگ در حدود قطر 10کیلومتر و چندین قمر کوچکتر نیز می باشد. تیتان بزرگ ترین قمر این سیاره است. قطر تیتان در حدود 5150 کیلومتر است. تیتان یکی از معدود اقمار موجود در منظومه شمسی است که دارای جو می باشد. اتمسفر این قمر حاوی حجم زیادی نیتروژن است. مطالعه و بررسی بیشتر این قمر، اطلاعات بسیاری درباره شکل گیری سیارات، و احتمالا اولین روزهای زمین، به ما می دهد. هسته این سیاره مانند بقیه سیارات گازی به شکل هسته ای از جنس صخره سپس لایه ای از هیدروژن فلزی مایع وسپس اقیانوسی از هیدروژن وهلیم مایع و آخر از همه جوی از هیدروژن و هلیم می باشد.

زحل به همراه حلقه و اقمارش

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 10برابر بیش از نیمه تاریک آن نور را باز می تاباند. قمر هایپریون (Hyperion) بیشتر شبیه به یک استوانه چاق است تا یک کره. دو قمر کوچک زحل، درون شکاف بین دو حلقه اصلی قرار دارند. بعضی از اقمار زحل به عنوان اقمار شفرد نقش مهمی در شکل گیری و پایداری حلقه های زحل دارند.

7-4 ساخت ماکت منظومه شمسی

تا این جلسه با شش مدل ساخت ماکت منظومه شمسی آشنا شدید. در این جلسه آخرین نمونه ساخت ماکت منظومه شمسی ارایه خواهد شد. به تصویر زیر دقت نمایید.

ماکت منظومه شمسی

به مدل ارایه شده در این جلسه دقت نمایید. در این مدل که خورشید در مرکز ماکت قرار دارد، سیارات به همراه مدارشان گرداگرد خورشید قرار گرفته اند. در این نمونه فاصله سیارات نسبت یکدیگر رعایت شده ولی ابعاد سیارات کمتر مد نظر قرار گرفته است. نکته مهم در ساخت این ماکت وجود مدار سیارات می باشد.

با توجه به نمونه های معرفی شده و نکات مطرح شده در نمونه ها، نمونه ماکت خود را طراحی کرده و سیاره زحل را به آن اضافه نمایید.

تکلیف:

تکلیف1: در این درس در مورد حلقه های زحل به اختصار توضیح داده شد. در مورد نحوه شکل گیری حلقه های زحل و تاثیر اقمار زحل بر روی حلقه های آن تحقیق و بررسی نمایید. یافه های خود را به صورت فایل نوشتاری به همراه تصویر برای ما ارسال نمایید.

تکلیف2: با توجه به مدل طراحی ساخت ماکت منظومه شمسی خود در این جلسه سیاره زحل را به همراه حلقه های آن و اقمارش به ماکت اضافه نموده و حاصل کار خود را بصورت فایل تصویری برای ما ارسال نمایید.

محل بازدید/ اردو/ خرید:

در این جلسه می توانید از مرکز نجوم آماتوری آلاشت واقع در روستای آلاشت در نزدیکی شهر تهران بازدید نمایید. اطلاعات کامل در مورد این مرکز را از آدرس الکترونیکی زیر دریافت نمایید.

منابع مطالعه:

برای کسب اطلاع بیشتر در مورد مطالب ارائه شده در این درس منابع زیر را مطالعه نمایید.

_ با مراجعه به آدرس الکترونیکی معرفی شده، اطلاعات مفیدی در زمینه سیاره زحل و حلقه های آن بدست خواهید آورد.

_ فصل پانزدهم و قسمت چهارم از کتاب نجوم به زبان ساده، نویسنده: مایر دگانی، مترجم: محمدرضا خواجه پور- انتشارات گیتاشناسی

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی