زحل ثاني أكبر كوكب في المجموعة الشمسية - بعد المشتري - وسادس كوكب فيها من حيث البعد عن الشمس، ويبلغ متوسط المسافة بينهما نحو 1425 مليون كيلومتر. وكوكب زحل عملاق غازي ليس له سطح صلب ويدور حول الشمس في مدار إهليلجي يسمى قطعا ناقصا، ويستغرق حوالي 29 سنة ونصف سنة أرضية ليكمل دورة واحدة، ويمكن رؤية زحل بالعين المجردة من كوكب الأرض.

ويحيط بكوكب زحل مجموعة من التوابع يبلغ عددها أكثر من 17 قمرا وكذلك سبع حلقات فريدة في المجموعة الشمسية كلها. وجميع أقمار زحل مكونة من مقدارين متقاربين من الثلوج والصخور، وأكبر الأقمار هو (تيتان) الذي يزيد في حجمه على كوكب عطارد، ويتميز بوجود غلاف جوي يتم داخله الإنتاج المتواصل للجزيئات العضوية. والفضاء بين الأقمار وفوق وأسفل حلقات زحل ليس خاليا تماما، وإنما يمتلئ بغازات ذات كثافة منخفضة جدا وجسيمات دون ذرية نشطة ومشحونة كهربيا وتشكل نطاقات شبيهة بأحزمة (فان إلن) الإشعاعية حول كوكب الأرض.

الحلقات الذهبية

تعتبر حلقات زحل أحد أكثر المناظر جمالا في الفضاء، وهي تحيط الكوكب العملاق بهالة ذهبية شاحبة. وتبدو كأسطوانات هائلة مسطحة وعريضة من المادة، وتقع في مستوى خط استواء زحل ولكنها لا تلمسه وتتكون من سبع حلقات كبيرة منفصلة تنقسم إلى آلاف من الحلقات الصغيرة. وأكثر حلقتين لمعانا - والتي يسهل رؤيتهما بالتلسكوب - هما الحلقة (أ) A الخارجية الشاحبة نوعا ما والتي بها عدة فجوات تسمى أكبرها "فجوة انك" Encke Gap على اسم مكتشفها. والحلقة (ب) B الداخلية اللامعة التي تظهر بها خطوط مظلمة غامضة تمتد في اتجاه إشعاعي، لم يستطع أحد تفسير طبيعتها بدقة، وربما كانت سحبا من جسيمات ثلجية فوق الحلقة (ب)، ولكن الأمر الغريب أنها تدور مع الحلقة ثم تتحطم، وبعد ذلك تتكون مرة أخرى بطريقة غير مفهومة! وتحتوي الحلقة (ب) على معظم مادة حلقات كوكب زحل، وهي كثيفة جدا لدرجة أنها تلقي بظلها على الكوكب. وتوجد الحافة الداخلية لهذه الحلقة على مسافة 32 ألف كيلومتر فقط من قمم سحب زحل، بينما تبتعد الحافة الخارجية للحلقة (أ) 76 ألف كيلومتر، ويفصل بين الحلقتين منطقة معتمة لكنها ليست خالية تماما بل بها بعض الحلقات الرفيعة، يطلق عليها (فاصل كاسيني) Cassini Division على اسم مكتشفها ثم توجد الحلقة (جـ) C الشفافة الشاحبة والحلقة (د) D الأكثر شحوبا، أما الحلقة (هـ) E فتتميز بأنها عريضة وشديدة الشحوب، وتبدو الحلقة الضيقة (و)F كخط القلم الرصاص ولكن في الحقيقة يبلغ عرضها بضع مئات من الكيلومترات، وهي تغلف الحلقات الرئيسية بجدائل كثيرة من الجسيمات الثلجية، أما الحلقة (ز) G فهي شفافة تقريبا ولها حواف ناشرة للضوء. وتظهر الحلقة (جـ) الداخلية و"فاصل كاسيني " بلون أزرق داكن، ويتراوح لون الحلقة (ب) الكثيفة - وهي مضيئة أكثر من كل الحلقات الأخرى مجتمعة - من البرتقالي الذهبي إلى الفيروزي وقد سميت الحلقات بترتيب اكتشافها وليس بمكانها حول الكوكب. وتتكون حلقات زحل من آلاف الملايين من الأجسام الدقيقة - التي تتكون أساسا من الثلج المائي أو الصخور ويتراوح قطرها من سنتيمتر واحد إلى نحو عشرة أمتار، وهي تنطلق في مدارات مستقلة حول كوكب زحل. ولكن توجد أيضا جسيمات مجهرية أصغر بكثير في بعض أجزاء الحلقات مثل الحلقة (ب) والجزء الخارجي من الحلقة (أ). وقد أدت الاصطدامات المبددة للطاقة بين الأجسام الدقيقة للحلقات المتجاورة إلى فناء، يكاد يكون كاملا، للحركات العشوائية إلى أعلى أو أسفل، لكنها لم تؤثر على الحركة الدائرية المشتركة للجسيمات في اتجاه دوران الكوكب حول محوره، وربما كان هذا هو السبب في تسطح الحلقات، كما اتضح وجود أقمار صغيرة يتراوح قطرها بين واحد إلى خمسين كيلومترا في معظم أنحاء الحلقات.

وبعد دراسة الصور العديدة التي أرسلتها مركبتا الفضاء (فويجر) ظهر قمران صغيران جديدان يدوران على كلا جانبي الحلقة (و) هما (بروميثيوس) و (باندورا)، واتضح أنهما مسئولان عن حفظ الأجسام الدقيقة محصورة داخل إحدى الحلقات ومنعها من الانتشار والتبدد، كما يحافظ راعي الغنم على قطيعه في مكان واحد، ومن ثم أطلق على مثل هذين القمرين "الأقمار الرعاة" Shepherd Moons وبعد ذلك اكتشف قمر جديد آخر خارج الحلقة (أ)، وبدا أنه "راع" آخر يحافظ على أجسام الحلقة في مكانها. وحلقات زحل عريضة جدا، إذ قد يصل قطر أكبر حلقاته إلى نحو ثلاثمائة ألف كيلومتر، إلا أنها في نفس الوقت رفيعة بحيث لا يمكن رؤيتها عندما تقع على خط مستقيم مع كوكب الأرض، ويبدو أن سمكها نحو 15 كيلومترا. وازدادت أسرار حلقات زحل غموضا، عندما ظهر على شاشات المتابعة الأرضية لرحلة (فويجر)، قوس غريب ينطلق من الحلقة (و) يتكون من حلقتين لامعتين ضيقتين، لهما مداران مختلفان، تلتفان حول بعضهما البعض وتبدوان كالجديلتين المبرومتين أو كخيوط النسيج. وقد أطلق على هذه الظاهرة المثيرة " الجدائل " Braiding واعترف العلماء بأنها تتحدى قوانين الميكانيكا المدارية، وتعتبر حتى الوقت الحاضر لغزا غامضا.

ومن المعروف أنه بعد مسافة معينة من أي كوكب - يطلق عليها "حد روش" Roche Limit يمكن أن تتجمع كتل من المادة مع بعضها البعض وتكون أقمارا، لكن داخل هذا الحد تكون جاذبية الكوكب بالغة القوة، بحيث لا تسمح بتكوين الأقمار. ويحتمل بقاء الأجسام الدقيقة للمادة هناك كحاجز رقيق في شكل حلقات. ولهذا فإن السؤال المطروح هو: من أين جاءت تلك الأجسام التي تكون حلقات كوكب زحل؟.

للإجابة عن هذا السؤال نقول: مثلما تكون حول الشمس قرص هائل دوار من المواد الجليدية والصخرية عند نشأتها، فلعل زحل والكواكب الأخرى، كان لها قرص من المواد التي بقيت بعد تشكل المجموعة الشمسية منذ 4600 مليون سنة. وكانت هذه المواد في معظمها غبارا كونيا ثلجيا، لكن الحركة الملحوظة في حلقات زحل توحي بأن الأجسام الدقيقة بها عمرها أحدث من هذا التاريخ، ومن ثم لعلها أنقاض وحطام الاصطدامات بين الأقمار والمذنبات القادمة من سحابة (أورت)، أو ربما حدث في الفترة الزمنية الأولى من نشأة كوكب زحل، أن تكون قمران ثم اصطدما ببعضهما وتحطما، وهكذا تكونت الأجسام الدقيقة للحلقات. وثمة احتمال آخر هو أن يكون قمر أو كوكب سيار قد تجول بالقرب من زحل، ثم تفتت إلى أجزاء كثيرة بتأثير الجاذبية المروعة للكوكب العملاق.

الكرة المغناطيسية

على مسافة نحو مليون كيلومتر من كوكب زحل، يبدأ تأثير المجال المغناطيسي الجبار للكوكب، والذي يزيد بألف مرة على المجال المغناطيسي لكوكب الأرض، وهو عبارة عن نبضات مغناطيسية تؤثر فيها الرياح الشمسية وتكون منطقة تسمى "الكرة المغناطيسية"، يقع حدها الخارجي بجوار مدار القمر (تيتان)، وتوجد الأيونات والإلكترونات المشحونة كهربيا والعالية الطاقة في معظم هذه المنطقة، رغم أنها تختفي تقريبا بالقرب من زحل لأن الأجسام الدقيقة في حلقاته تمتصها بقوة. والمعتقد أن المجالات المغناطيسية لكوكب زحل تتولد في مركزه الداخلي عالي التوصيل، من خلال عملية تشبه "المولد الكهربائي" حيث تتحول حركة المواقع إلى طاقة مغناطيسية، في وجود ضغط مروع يفكك الهيدروجين إلى ذرات ثم تنفصل الكتروناتها عنه، لتصبح أيونات.

الإشعاع الحراري

أثناء دوران زحل حول الشمس، يدور أيضا ذاتيا حول محور، وهو خط وهمي يمر بمركزه، ومحور زحل ليس عموديا على مسار الكوكب، إذ إنه يميل بزاوية تبلغ حوالي 27 درجة. ويؤدي ميل محور زحل إلى تسخين الشمس لنصفي الكوكب الشمالي والجنوبي بدرجة متساوية. وينتج عن ذلك وجود تغيرات في الفصول ودرجات الحرارة، ويستمر كل فصل نحو سبع سنوات ونصف سنة أرضية. ومن المعروف أنه على كواكب المجموعة الشمسية - مثل الأرض - يوجد إلى حد كبير توازن دقيق بين مقدار ضوء الشمس الذي تمتصه، ومقدار الحرارة التي تشعها إلى الفضاء، ولكن كوكب زحل يشع من الحرارة مرتين ونصف مرة قدر الحرارة التي يتلقاها من الشمس. وكان هذا أمرا محيرا للعلماء، وتساءلوا: من أين تأتي الحرارة الزائدة؟.

ثم اتضح أن هذه الحرارة الزائدة ترجع إلى حقيقة أن الهليوم لا يختلط جيدا بالهيدروجين السائل عند درجات الحرارة المنخفضة نسبيا داخل كوكب زحل، ومثلما يكون الزيت والماء طبقتين مختلفتين عند خلطهما معا. فإن بعض الهليوم الأثقل يغوص تجاه مركز الكوي محررا طاقة جاذبية، التي تشع كحرارة بعد ذلك.

الرقص المداري

يقوم اثنان من الأقمار الصغيرة لكوكب زحل، بأداء رقصة مدارية فريدة لا نظير لها في المجموعة الشمسية، ويسمى هذان القمران بالتابعين مشتركي المدار، ويقعان بين الحلقتين (و)، (ز). وهما يدوران حول كوكب زحل مرة واحدة كل 17 ساعة أرضية، وأحدهما قطره يبلغ 190 كيلومترا والثاني 120 كيلومترا. ومرة واحدة كل أربع سنوات أرضية يلحق القمر الداخلي بالخارجي، لكن يفصل بين المدارين خمسون كيلومترا فقط وبالتالي لا توجد مسافة كافية لكي يمر منها. ومن ثم كان من المفروض اصطدامهما معا، ولكن يحدث هنا أمر عجيب، إذ تؤدي قوى جاذبيتهما إلى تبادلهما لمداريهما، وهكذا يدور القمر الداخلي في المدار الخارجي وتقل سرعته، ويتأخر عن القمر الثاني الذي يتحرك إلى المدار الآخر ولا شك أن هذه الرقصة المدارية تحدث منذ آلاف الملايين من السنين. ولنقم برحلة فضائية بين بعض أقمار زحل..

يعتبر القمر (تيتان) أكبر أقمار كوكب زحل، إذ يبلغ قطره نحو 5150 كيلومترا، ويتميز غلافه الجوي - الذي يبلغ سمكه حوالي 200 كيلومتر - بأنه أكثر كثافة من أي قمر آخر في المجموعة الشمسية. وتوضح التلسكوبات الأرضية وصور السفن الفضائية أن (تيتان) يتوهج بلون برتقالي مائل إلى الحمرة، وأن غلافه الجوي معظمه من النيتروجين ويتضمن الأرجون والميثان وغازات أخرى، وكلها كانت موجودة في جو كوكب الأرض منذ نحو أربعة آلاف مليون عام، خاصة غاز سيانيد الهيدروجين الذي اعتبر منذ زمن طويل وحدة بناء أساسية للمركبات العضوية الأكثر تعقيدا، فهل معنى هذا وجود نوع ما من الحياة فوق القمر (تيتان)؟ يرفض العلماء هذا الاحتمال لأن درجة الحرارة في هذا القمر تصل إلى نحو 180 درجة مئوية تحت الصفر. وتتغلغل أشعة الشمس خلال طبقات من الميثان الضبابي، وتلقي ضوء أخافتا ضاربا إلى الحمرة على أرض (تيتان) المكونة أساسا من الجليد، وربما يشكل الميثان السائل بركا على السطح، بينما تظهر فوقه سحب مكونة من بلورات ثلوج الميثان، ومن السماء المتوهجة للقمر يهبط ببطء غبار من الجزيئات العضوية، يغطي أجزاء من (تيتان) بغلاف يشبه القطران. وحتى بهذه الصورة، فإن القمر (تيتان) هو أقرب جسم شبها بكوكب الأرض، من بين جميع الأجرام الفضائية في المجموعة الشمسية. ويكاد يعكس القمر (انكلادوس) - وهو أكثر أقمار زحل الجليدية ضياء ونعومة - كل ضوء الشمس الساقط عليه، ويتميز هذا القمر بوجود حفر قديمة استدارت بمرور الزمن، وحفر حديثة ذات حواف حادة نسبيا وسهول واسعة وربما حتى براكين ثلجية، مما يعني أن النشاط الجيولوجي يعيد باستمرار تشكيل سطحه، بتسويته وطمس أي حفر به. وهناك ظاهرة غريبة فوق هذا القمر، إذ ينبثق الماء من الباطن الساخن لـ (انكلادوس) من خلال القشرة السطحية الثلجية، وينتشر على سطحه مكونا سهولا منبسطة، كما تفجر هذه الظاهرة بلورات الثلوج في الفضاء، بما يحدد دائما حلقة زحل الخارجية الخافتة (هـ).

أما القمر (تيثيس) فهو عبارة عن كرة ثلجية كثيرة الحفر، وأكبر حفرة يبلغ قطرها مئات الكيلومترات، وقد صورت مركبتا الفضاء (فويجر) واديا ضيقا متشعبا طويلا، وربما تجمد (تيثيس) منذ وقت طويل من سطحه إلى مركزه، وعندما تجمد قلبه المائي تمدد فتشققت قشرته فأحدثت هذه التضاريس.

ويبلغ القمر (ديون) نفس حجم (تيثيس) تقريبا، ويبعد عن زحل بنحو نصف بعد (تيثيس) عنه، وهناك قمر قزم يشاركه مداره. ويبدو أن (ديون) عبارة عن كرة مغطاة بالثلوج وبها حوالي 40% من الصخور ولهذا القمر علامات سطحية توحي بوجود تاريخ جيولوجي نشط أكثر مما لتوأمه (تيثيس).

ويتميز القمر (يابيتوس) - وهو أحد الأقمار الكبيرة لكوكب زحل - بتفاوت كبير في اللمعان عبر أرجاء سطحه، فنصف الكرة المواجه لاتجاه حركته المدارية، أعتم خمس مرات من نصف الكرة الآخر. وهذا الاختلاف الهائل في اللمعان قد يرجع إما لأسباب داخلية، مثل التدفقات البركانية فوق أجزاء من سطحه أو لأسباب خارجية مثل تراكم الغبار الكوني الذي قد يتولد من اصطدامات النيازك والكويكبات الضخمة بالأقمار القريبة منه. ويوجد بالقمر (ميماس) أعداد كبيرة جدا من الحفر، ويسجل سطحه الاصطدامات التي حدثت له من الأجرام الفضائية الشاردة في فجر تاريخ المجموعة الشمسية، وتكون نسبة الثلوج نحو 75% من كتلة (ميماس). وهناك حفرة عملاقة على هذا القمر قطرها 130 كيلومترا وتعادل نحو ثلث حجمه، ويبلغ عمقها عشرة كيلومترات ولها جدران محيطة ترتفع إلى خمسة كيلومترات ولا شك أن هذه الحفرة نتيجة اصطدام مروع كاد يفتت القمر (ميماس).

ويعتبر (ريا) ثاني أكبر قمر لزحل، ويبلغ حجمه أربعة أمثال حجم (ميماس) وله نصف كرة لامع أمامي، ونصف كرة معتم خلفي بخطوط متألقة، ولعلها علامات على النشاط الداخلي إثر تكون الأقمار مباشرة وربما طمست الاصطدامات مع النيازك والكويكبات بعد ذلك هذه الخطوط على نصف الكرة الأمامي، تاركة تلك التي على الجانب الخلفي. كما يوجد على القمر (ريا) حفر صغيرة على سطحه يصل قطر كل منها إلى كيلو مترين، وكذلك تلال جليدية منخفضة مقفرة، ويتألق القمر بضوء مائل إلى الزرقة في الضياء الخافت للشمس البعيدة. ونصل إلى أبعد الأقمار التابعة لكوكب زحل، إنه (فوبي) المنعزل، الذي يبعد عن زحل بمسافة 13 مليون كيلومتر، ولعله كان كويكبا سيارا اصطاده الكوكب العملاق في قبضته، والغريب في أمر (فوبي) أنه القمر الوحيد الذي يدور في اتجاه عكس باقي أقمار عائلة كوكب زحل. وعندما نودع العملاق الغازي كوكب زحل، نجد أنفسنا لا نفكر في شيء إلا في المنظر الباهر لحلقاته الرائعة الغامضة، والرقصات المدارية الفريدة لأقماره الخفية. غاز الهيوم بين المجرات قال علماء الفلك في هولندا إنهم تعرفوا على المادة الموجودة بين المجرات في الفضاء وهي غازا الهليوم والهيدروجين. وذكرت مجموعة من علماء الفلك برئاسة بن جيكوبسون من وكالة الفضاء الأوربية في نوردويك بهولندا في تقرير نشر في مجلة نيتشر العلمية في عدد شهر يوليو إن الاكتشافات التي توصلت لها تؤكد نظرية الانفجار العظيم الذي ظهر على أثره الكون. وتقول النظرية إنه خلال ثلاث الدقائق الأولى بعد الانفجار أحدثت التفاعلات النووية أخف عنصرين معروفين للإنسان وهما الهيدروجين والهليوم. وجاء في التقرير: "رصد غاز الهليوم في المراحل الأولى للكون يمثل تأكيدا حاسما له وزنه لنظرية التصادم العظيم للتخليق النووي".