سفر به زحل: ارباب حلقه‌های منظومه شمسی

زحل از نظر فاصله با خورشید ششمین سیاره و از نظر ابعاد دومین سیاره‌ی بزرگ در کل منظومه‌ی شمسی است. زحل را به خاطر داشتن هزاران حلقه‌ی زیبا و منحصربه‌فرد می‌توان ارباب حلقه‌های منظومه‌ی شمسی نامید. زحل هم مانند مشتری یک غول گازی با شعاع ۹ برابر زمین است این در حالی است که چگالی آن یک هشتم زمین است. زحل با نام اساطیری ساترن بر اساس خدای کشاورزی روم نام‌گذاری شده است.

ساختار داخلی زحل ترکیبی از آهن، نیکل و سنگ است (ترکیب‌های سیلیکونی و اکسیژنی). هسته با یک لایه‌ی هیدروژن فلزی احاطه شده است، لایه‌ی میانی هیدروژن مایع و هلیوم مایع است و در نهایت یک لایه‌ی بیرونی گازی وجود دارد. دلیل رنگ زرد ملایم زحل وجودکریستال‌های آمونیاک در جو فوقانی آن است. جریان الکتریکی داخل لایه‌ی هیدروژن فلزی باعث افزایش میدان مغناطیسی این سیاره شده است. قدرت میدان مغناطیسی مشتری بیست و یک برابر زحل است. جو خارجی این سیاره آرام و بدون تلاطم است. سرعت باد در بعضی مناطق زحل به ۱۸۰۰ کیلومتر در ساعت می‌رسد که از مشتری بیشتر است.

تاکنون ۶۲ قمر برای زحل کشف شده‌اند که از میان آن‌ها ۵۳ قمر نام‌گذاری شده‌اند. بزرگ‌ترین قمر زحل تایتان، دومین قمر بزرگ در منظومه‌ی شمسی و حتی از سیاره‌ی عطارد هم بزرگ‌تر است. تایتان تنها قمر در کل منظومه‌ی شمسی است که از یک جو قابل توجه برخوردار است.

شکل‌گیری

زحل هم مانند دیگر سیاره‌های منظومه‌ی شمسی تقریبا ۴.۶ میلیارد سال پیش از یک سحابی خورشیدی تشکیل شد. این سحابی، ابری بزرگ از گاز و غبار سرد بود که احتمالا از برخورد یک ابر یا موج سوپرنوا به وجود آمده است.

به طور کلی دو نظریه در مورد شکل‌گیری سیاره‌ها در منظومه‌ی شمسی وجود دارد. اولین و قابل قبول‌ترین نظریه، نظریه‌ی تجمع هسته است که در مورد سیاره‌های سنگی تا حد زیادی به واقعیت نزدیک است اما در مورد غول‌های گازی مانند زحل با مشکلاتی روبه‌رو می‌شود. دومین نظریه، نظریه‌ی ناپایداری دیسک می‌تواند در مورد غول‌های گازی درست باشد.

مدل تجمع هسته

تقریبا ۴.۶ میلیارد سال پیش، منظومه‌ی شمسی ابری از گاز و غبار موسوم به سحابی خورشیدی بود. جاذبه باعث شد مواد شروع به چرخش کنند در مرکز این چرخش خورشید به وجود آمد.

با ظهور خورشید مواد باقی مانده به یکدیگر پیوستند. ذرات کوچک‌تر با نیروی جاذبه به ذرات بزرگ‌تر تبدیل شدند. بادهای خورشیدی عناصر کوچک‌تر از جمله هیدروژن و هلیوم را از مناطق نزدیک‌ به خورشید دور کردند و به‌این‌ترتیب مواد سنگین و سنگی در نزدیکی خورشید منجر به شکل‌گیری دنیاهای سنگی شدند.

اما در فاصله‌ای دورتر بادهای خورشیدی تأثیر کمتری بر عناصر سبک‌تر داشتند و به‌این‌ترتیب غول‌های گازی مثل زحل به وجود آمدند. شهاب‌سنگ‌ها، ستاره‌های دنباله‌دار، سیاره‌ها و قمرها به همین شکل ایجاد شدند.

می‌توان گفت زحل تقریبا به طور کامل از گاز سبک هیدروژن تشکیل شده است و البته بخش قابل توجهی از آن را هم هلیوم تشکیل می‌دهد. ردپای کوچکی از عناصر دیگر هم در جو آن دیده می‌شود. زحل برای جذب این گازها در این مدل باید هسته‌ی بزرگی داشته باشد. به این ترتیب نیروی جاذبه‌ی هسته‌ی سنگین عناصر سبک‌تر را قبل از دور شدن آن‌ها توسط بادهای خورشیدی به سمت خود جذب کرده است.

مدل ناپایداری دیسک

اما نیاز به زمان کوتاه برای شکل‌گیری غول‌های گازی یکی از مشکلات مدل تجمع هسته است. بر اساس مدل‌ها این فرآیند در مدل تجمع هسته میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد. در عین حال مدل تجمع هسته با مسئله‌ی انتقال سیاره‌ها هم روبه‌رو می‌شود زیرا سیاره‌های کوچک در مدت کوتاهی در مدار دور خورشید قرار گرفتند.

بر اساس یک نظریه‌ی نسبتا جدید موسوم به ناپایداری دیسک توده‌های گاز و غبار در اوایل حیات منظومه‌ی شمسی به یکدیگر پیوسته‌اند به مرور زمان این توده‌ها فشرده شده‌اند و غول‌های گازی را شکل داده‌اند. این سیاره‌ها سریع‌تر از همتایان خود در مدل تجمع هسته تشکیل شده‌اند و زمان شکل‌گیری آن‌ها حتی به چندهزار سال هم می‌رسد.

خصوصیات فیزیکی و ترکیب

به این دلیل که بیشترین بخش زحل از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است، یک غول گازی است. زحل هم مانند مشتری سطح مشخصی ندارد اگرچه ممکن است یک هسته‌ی جامد داشته باشد. چرخش زحل باعث شده شکل این سیاره در قسمت قطب‌ها پهن شود و در استوا برآمده. مشتری، اورانوس و نپتون دیگر غول‌های گازی منظومه‌ی شمسی هم چنین شکلی دارند.

زحل تنها سیاره‌‌ی موجود در منظومه‌ی شمسی است که چگالی آن از آب کمتر است. اگر اقیانوس بزرگی وجود داشته باشد و زحل را در آن بیندازید روی آب شناور خواهد ماند. تقریبا کمتر از ۳۰ درصد هسته‌ی زحل چگال‌تر از آب است بااین‌حال چگالی این سیاره به طور کلی به ۰.۷۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌رسد. جرم مشتری ۳۱۸ برابر زمین است و این در حالی است که جرم زحل ۹۵ برابر جرم زمین است. به طور کل مشتری و زحل ۹۲ درصد از کل جرم سیاره‌ای را در منظومه‌ی شمسی تشکیل می‌دهند.

_{نمودار ترکیب‌های زحل}

بر اساس مدل‌های استاندارد سیاره‌ای، ساختار داخلی زحل مشابه ساختار داخلی مشتری است؛ یعنی یک هسته‌ی سنگی در مرکز که با هیدروژن و هلیوم احاطه شده است. ترکیب هسته‌ی زحل مشابه زمین است اما تراکم آن بیشتر است.

در سال ۲۰۰۴ دانشمندان جرم هسته‌ی زحل را ۹ الی ۲۲ برابر جرم زمین تخمین زدند. هسته‌ی زحل با لایه‌ی ضخیمی از هیدروژن فلزی مایع احاطه شده است، پس از این لایه‌ یک لایه‌ی مایع از هیدروژن مولکولی قرار گرفته که با افزایش ارتفاع کم کم وارد فاز گازی می‌شود. خارجی‌ترین لایه‌ در ارتفاع ۱۰۰۰ کیلومتری قرار دارد و از گاز تشکیل شده است.

فضای داخلی زحل بسیار داغ است و دمای هسته‌ی آن به ۱۱٬۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد هم می‌رسد. زحل ۲.۵ برابر انرژی دریافتی از خورشید را در فضا آزاد می‌کند. انرژی گرمایی مشتری بر اساس مکانیزم فشرده‌سازی جاذبه‌ای کند کلوین هولمهلتز (این مکانیزم وقتی رخ می‌دهد که سطح یک ستاره یا سیاره سرد شود.  فرآیند سردسازی باعث کاهش فشار می‌شود و ستاره یا سیاره کوچک می‌شود) به وجود می‌آید اما این فرآیند برای توصیف گرمایش زحل کافی نیست چرا که جرم زحل کمتر است.

یک مکانیزم دیگر تولید گرما بارش قطره‌های هلیوم در اعماق زحل است. با سقوط قطره‌ها روی هیدروژن کم تراکم، گرما آزاد می‌شود. قطره‌ها یک دیواره‌ی هلیومی دورتادور هسته‌ انباشته می‌شوند. باران الماس علاوه بر زحل در مشتری، اورانوس و نپتون هم رخ می‌دهد.

جو و ابرها

جو خارجی زحل شامل ۹۶.۳ درصد هیدروژن مولکولی و ۳.۲۵ درصد هلیوم است. به طور کلی ۷۵ درصد زحل را هیدروژن و ۲۵ درصد آن را هلیوم تشکیل می‌دهد و ردپایی هم از مواد دیگر مثل متان و آب منجمد را می‌توان در جو آن پیدا کرد. مقادیری از آمونیاک، استیلن، اتان،پروپان، فسفین و متان هم در جو زحل کشف شده‌اند. ابرهای فوقانی ترکیبی از کریستال آمونیاک هستند درحالی‌که ابرهای زیرین ترکیبی از آمونیوم هیدروسولفید یا آب هستند.

اگرچه جو زحل شباهت‌های زیادی به جو مشتری دارد اما از دور یکنواخت به نظر می‌رسد. جو زحل یک الگوی نواری مشابه مشتری دارد. این نوارها در نزدیکی استوا عریض‌تر می‌شوند. ترکیب ابرها در نواحی مختلف متناسب با ارتفاع و افزایش فشار تغییر می‌کنند. زحل یکی از بادخیزترین نقاط در کل منظومه‌ی شمسی است و سرعت وزش باد در مناطق استوای آن به ۱۸۰۰ کیلومتر بر ساعت هم می‌رسد.

این سیاره از نظر سرعت باد در منظومه‌ی شمسی پس از نپتون رتبه‌ی دوم را به خود اختصاص می‌دهد. گاهی اوقات طوفان‌های سفید رنگ شدید لایه‌های ابری را متلاطم می‌کنند. یکی از این طوفان‌ها توسطتلسکوپ فضایی هابل در ۱۹۹۴ رصد شد. برای پی بردن به خصوصیات جوی زحل بهتر است آن را با زمین مقایسه کرد. یک تفاوت عمده بین جوهای زحل و زمین فشار جوی است.

شعاع زحل تقریبا ۹ برابر شعاع زمین است و با نفوذ به لایه‌های عمیق‌تر جوی فشار هم افزایش پیدا می‌کند. مشاهدات ناسا از این سیاره نشان می‌دهند فشار زحل در نزدیکی هسته ۱۰۰۰ برابر فشار روی زمین است و این فشار برای تبدیل هیدروژن به حالت مایع و سپس فلز جامد در هسته‌ی سیاره کافی است. سطوح فشار جوی متداول روی زمین را تنها می‌توان در مناطق فوقانی جو زحل پیدا کرد، در این بخش ابرهای یخی آمونیاک قرار دارند.

_{طوفان شش وجهی در قطب شمال زحل. این طوفان توسط فضاپیماهای وویجر در دهه‌ی ۸۰ کشف شد. به دلیل چرخش کند زحل به دور خورشید و تغییر کند فصل‌ها، مدت زیادی طول می‌کشد که نور قطب شمال زحل را روشن کند. در ژانویه ۲۰۰۹ فصل تابستان زحل شروع شد و نور خورشید دوباره قطب شمال سیاره را روشن کرد. در آن زمان کاسینی در مدار زحل قرار داشت و توانست به صورت دقیق‌ تر طوفان شش وجهی را بررسی کند.}

دمای جو زحل بین منفی ۱۳۰ درجه تا مثبت ۸۰ درجه‌ی سانتی‌گراد متغیر است. قطب شمال زحل دارای یک ویژگی جوی جذاب به نام جریان بادی شش‌وجهی است. این الگوی شش وجهی در ابتدا از تصاویر ارسال فضاپیمای وویجر مشاهده شد و سپس از فاصله‌ی نزدیک‌تر توسط کاسینی رصد شد. این شش وجهی که قطر آن به ۳۰٬۰۰۰ کیلومتر می‌رسد یک جریان مواج است که سرعت بادهای آن به ۳۲۲ کیلومتر بر ساعت می‌رسد و یک طوفان هم در مرکز آن قرار گرفته است. این طوفان در کل منظومه‌ی شمسی منحصربه‌فرد است. در قطب جنوب زحل هم شواهدی مبنی بر وجود جریان طوفانی وجود دارد اما هیچ موج شش وجهی دیده نمی‌شود. بر اساس گزارش‌های ناسا از کاسینی در نوامبر ۲۰۰۶، یک طوفان گردباد مانند در قطب جنوب زحل مشاهده شده است.

مگنتوسفر

زحل دارای یک میدان مغناطیسی داخلی با یک شکل متقارن و ساده است. مگنتوسفر یا مغناطیس‌کره‌ی زحل به مراتب از مگنتوسفر مشتری کوچکتر است. حلقه‌ها و بسیاری از قمرهای زحل هم در محدوده‌ی این مگنتوسفر قرار می‌گیرند، در این منطقه رفتار ذرات باردار بیشتر تحت تأثیر میدان مغناطیسی زحل است تا بادهای خورشیدی.

پدیده‌ی شفق قطبی زمانی رخ می‌دهد که ذرات باردار به شکل مارپیچی در جو سیاره و در راستای خطوط میدان مغناطیسی قرار بگیرند. روی زمین این ذرات باردار از بادهای خورشیدی سرچشمه می‌گیرند. کاسینینشان داد حداقل بعضی از شفق‌های زحل مشابه شفق‌های مشتری هستند و تحت تأثیر بادخورشیدی قرار ندارند.

مدار و چرخش

در مقایسه با زمین، حرکت زحل به دور خورشید کند است اما حرکت آن به دور خود سریع‌تر است. زحل با سرعت تقریبی ۳۵٬۴۰۰ کیلومتر بر ساعت به دور خورشید می‌چرخد. این سرعت تقریبا یک سوم سرعت حرکت زمین به دور خورشید است. طول سال زحلی طی یک دوره‌ی کامل گردش به دور خورشید برابر با ۲۹.۵ سال یا ۱۰٬۷۵۵ روز زمینی است.

بااینکه حرکت زحل به دور خورشید کند است اما حرکت آن به دور محور خود بسیار سریع‌تر از زمین است و گردش به دور خود را در کمتر از نیم روز زمینی به پایان می‌رساند. به این دلیل که قطر زحل تقریبا ۱۰ برابر قطر زمین است، هر نقطه‌ روی استوای آن ۲۰ برابر سریع‌تر از نقطه‌ی متناظر در استوای زمین حرکت می‌کند. این چرخش سریع باعث می‌شود زحل فرم بیضی پیدا کند به‌طوری‌که در قسمت قطب‌ها مسطح و در استوا عریض شود. روز زحل برابر با ۱۰ ساعت و ۳۸ دقیقه در زمین است.

حلقه‌ها: ترکیب، خصوصیات، شکل‌گیری

حلقه‌های برجسته و درخشان زحل آن را به سیاره‌‌ای منحصربه‌فرد در کل منظومه‌ی شمسی تبدیل کرده است. حلقه‌های زحل به مدت قرن‌ها نظر ستاره‌شناسان را به خود جلب کرده‌اند. وقتی گالیله برای اولین بار در ۱۶۱۰ به رصد زحل پرداخت، تصور می‌کرد حلقه‌ها قمر‌های بزرگی هستند که در دو طرف سیاره قرارگرفته‌اند او در طی هفت سال رصد و کاوش تغییر شکل حلقه‌ها و حتی ناپدید شدن آن‌ها را ثبت کرد (براساس زاویه و انحراف با زمین).

بر اساس مشاهدات گالیله، استوای زحل نسبت به مدار آن به دور خورشید دارای انحراف ۲۷ درجه‌ای است (مشابه انحراف ۲۳ درجه‌ای زمین). با چرخش زحل به دور خورشید، در ابتدا یک نیم‌کره و سپس نیم‌کره‌ی دیگر به سمت خورشید قرار می‌گیرند. این انحراف باعث تغییرات فصلی (مشابه زمین) می‌شود و وقتی زحل به نقطه‌ی اعتدالین(equinox) می‌رسد، استوا و صفحه‌ی حلقه‌ی هم‌تراز با خورشید قرار می‌گیرند. نور خورشید به لبه‌های حلقه برخورد می‌کند. عرض حلقه‌ها به طور کلی ۲۷۳٬۶۰۰ کیلومتر است اما ضخامت آن‌ها فقط ۱۰ متر است.

در سال ۱۶۵۵ ستاره‌شناس دیگری به نام کریستیان هویگنس نشان می‌دهد اجرام حلقه جامد هستند و در ۱۶۶۰ ستاره‌شناس دیگری نشان می‌دهد حلقه‌ها از ماهواره‌ها یا قمرهای کوچکی تشکیل شده‌اند (دیدگاهی که به مدت ۲۰۰ سال تأییدنشده باقی ماند).

در عصر مدرن کاوشگر پایونیر ۱۱ در سال ۱۹۷۹ از میان صفحه‌ی حلقه‌ای زحل عبور کرد. در دهه‌ی ۱۹۸۰، وویجر ۱ و وویجر ۲ به بررسی سیستم حلقه‌ای این سیاره پرداختند. در سال ۲۰۰۴، مأموریت کاسینی هویگنس ناسا اولین کاوشگری بود که وارد مدار زحل شد و مشاهدات دقیقی را نه تنها از خود سیاره بلکه از سیستم حلقه‌ای آن ثبت کرد.

ترکیب و ساختار حلقه

حلقه‌های زحل از میلیاردها ذره شامل شن تا اجرام بزرگ در اندازه‌ی کوه ساخته شده‌اند. بیشترین بخش ذرات از آب منجمد تشکیل شده است. وقتی با یک تلسکوپ آماتور به زحل نگاه می‌کنید حلقه‌ی آن یک‌تکه به نظر می‌رسد اما این حلقه در واقعیت از چند قسمت تشکیل شده است. حلقه‌ها به ترتیب کشف نام‌گذاری شده‌اند بنابراین حلقه‌های اصلی از دورترین نقطه تا نزدیک‌ترین نقطه به صورت A، B و C نام‌گذاری می‌شوند. عرض شکاف A  تقریبا ۴۷۰۰ کیلومتر است که به آن بخش کاسینی هم گفته می‌شود این شکاف حلقه‌های A و B را جدا می‌کند.

حلقه‌های باریک‌تر دیگر با بهبود فناوری تلسکوپ کشف شدند. وویجر ۱ داخلی‌ترین حلقه موسوم به D را در ۱۹۸۰ کشف کرد. حلقه‌ی F هم خارج از حلقه‌ی A قرار گرفته است. درحالی‌که حلقه‌ی G و E حتی در فاصله‌ی دورتر هستند. خود حلقه‌ها هم از تعدادی شکاف و ساختارهای مشخص تشکیل شده‌اند. بعضی از آن‌ها قمرهای بسیار کوچک زحل هستند درحالی‌که بعضی دیگر ستاره‌شناس‌ها را گیج می‌کنند.

زحل تنها سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی نیست که از سیستم حلقه‌ای برخوردار است. مشتری، اورانوس و نپتون هم حلقه دارند اما حلقه‌ی زحل از برجسته‌ترین نوع حلقه‌ است.

نظریه‌های شکل‌گیری حلقه

فرضیه‌های مختلفی در مورد نحوه‌ی شکل‌گیری حلقه‌های زحل وجود دارند. بعضی دانشمندان تصور می‌کنند دنباله‌دارها یا شهاب‌سنگ‌های عبوری به دام جاذبه‌ی زحل افتاده‌اند و قبل از رسیدن به آن دچار فروپاشی شده‌اند.

_{دلیل درخشندگی زیاد حلقه‌های زحل این است که بخشی زیادی از حلقه ها را ذرات و قطعات یخی تشکیل می‌دهند. اندازه‌ی این ذرات از قطعات کوچک تا کوه‌های یخی بزرگ متغیر است. این ذرات یخی در حلقه‌ی زحل خوشه‌های یخی را تشکیل می‌دهند و نور زیادی را منعکس می‌کنند.}

یک احتمال دیگر نشان می‌دهد حلقه‌ها زمانی ماه‌های بزرگی بودند که به دور این سیاره می‌چرخیدند. زحل دارای حداقل ۶۲ قمر است. تنها یکی از قمرهای آن یعنی تایتان قمر بزرگی است. بقیه‌ی قمرها اجرام کوچکی هستند و تنها ۱۳ قمر آن بیشتر از ۵۰ کیلومتر هستند. جاذبه‌ای این قمرها بر ساختار حلقه‌های زحل تأثیر می‌گذارند و در عین حال نشانه‌هایی را در مورد شکل‌گیری حلقه‌ها ارائه می‌دهند.

قمرها

حداقل ۶۲ قمر برای زحل کشف شده‌اند. این قمر‌ها اندازه‌ها و ترکیب‌های مختلفی دارند بعضی از آن‌ها کاملا سنگی، برخی یخی و برخی ترکیبی از سنگ و یخ هستند. سفر این قمرها حول زحل از نصف روز تا بیش از چهار سال زمینی متغیر است.

یکی از قمر‌های زحل، تایتان ۹۶ درصد از جرم کل قمرهای این سیاره را تشکیل می‌دهد. بعضی از قمرهای زحل در میان شکاف‌های حلقه‌ای و بعضی دیگر در فواصل دورتر حرکت می‌کنند. تعداد زیادی از ماه‌ها با یکدیگر در تعامل هستند و با مدار یکدیگر رزونانس دارند. ماه‌های بزرگ‌تر ممکن است ماه‌های کوچکتر را به دام بیندازند و آن‌ها را نزدیک به خود نگه‌دارند.

اولین ماه زحل در ۱۶۵۵ کشف شد. بیش از ۲۰۰ سال بعد، هفت ماه دیگر هم برای زحل کشف شدند. تا سال ۱۹۹۷ ستاره‌شناسان روی زمین موفق به کشف ۱۸ ماه شدند. مأموریت فضاپیمای کاسینی و همین‌طور پیشرفت‌های فناوری در تلسکوپ‌های زمینی باعث کشف بقیه‌ی ماه‌ها شد.

در ۱۸۴۷، ستاره‌شناس بریتانیایی به نام سر جان هرشل پیشنهاد داد نام قمر‌های زحل از تایتان‌ها گرفته شوند. تایتان‌ها همزادهای اسطوره‌ای خدای یونانی کرونوس (ساترن برای رومی‌ها) هستند آن‌ها با خدایان اولمپیان به مبارزه پرداختند و نابود شدند. تنها ۵۳ قمر زحل اسم دارند؛ بقیه بر اساس سال کشف شناسایی می‌شوند. مهم‌ترین قمر‌های زحل عبارتند از: تایتان، دیون، انکلادوس، هیپریون، یاپتوس، میماس، ریا و تتیس

تایتان

تایتان بزرگترین قمر زحل و اولین قمر زحل است که کشف شده است. تایتان تنها قمر در منظومه‌ی شمسی است که جو قابل توجهی دارد. نیتروژن و متان حول این قمر گاهی به صورت باران متان بر سطح آن فرود می‌آیند. این جو تایتان را به یکی از بهترین کاندید‌های احتمالی حیات تبدیل می‌کند. تایتان از عطارد بزرگتر است اما جرم آن کمتر است. تایتان دارای دریاچه‌های هیدروکربنی و همین‌طور کوهستان‌های بلند است. ارتفاع بزرگترین کوه آن به ۳۳۰۰ کیلومتر می‌رسد. برای اولین بار کاوشگر هویگنس موفق شد روی سطح تایتان فرود بیاید. این اولین بررسی سطح یک قمر فرازمینی در کل منظومه‌ی شمسی بود.

انکلادوس

قطب جنوب انکلادوس منبع ذرات یخ و بخارآب است. دانشمندان در این بخش موفق به کشف تپه‌ای شدند که ذرات بخار و یخ را به داخل فضا فوران می‌کند. این جریان‌ها منبع مواد موجود در حلقه‌ی E زحل هستند. این فوران‌ها از ترک‌های بزرگ بیرون می‌آیند که به آن‌ها نوارهای ببری هم گفته می‌شود و بسته به موقعیت انکلادوس در مدار زحل عریض یا باریک می‌شوند.

مشاهدات جاذبه‌ای و محتویات این فواره‌ها نشان می‌دهند انکلادوس حاوی یک اقیانوس آب منجمد زیرزمینی در نزدیکی قطب جنوب است. بر اساس داده‌ها یک اقیانوس سراسری در سطح انکلادوس وجود دارد.

ماه‌های اسرارآمیز

انکلادوس و تایتان توجه زیادی را به خود جلب کردند اما مأموریت کاسینی دیدگاه‌های زیادی را در مورد ماه‌های دیگر زحل هم ارائه داد. به نقل از دانشمند پروژه‌ی کاسینی، لیندا اسپیلکر، تصور می‌رفت قمر میماس یک دنیای مرده و کهن باشد؛ اما دانشمندان کاسینی شواهدی مبنی بر وجود اقیانوس زیرزمینی یا حداقل یک هسته‌ی یخی پیدا کردند.

اسپیلکر می‌گوید میماس و انکلادوس هم اندازه هستند، اما انکلادوس برخلاف میماس دارای فوران‌های آبی است. دلیل این تفاوت هنوز مشخص نیست. کاسینی جوهای نازکی را حول قمرهای دیون و ریا هم کشف کرد. قمر هیپریون هیچ‌گونه جوی ندارد اما تنها جرم موجود در منظومه‌ی شمسی است که دارای سطح باردار است.

یکی از نیم‌کره‌های قمر لاپتوس به رنگ سفید برفی است درحالی‌که نیم‌کره‌ی دیگر آن مانند زغال سیاه است. لاپتوس دارای قفل جزر و مدی است بنابراین تنها یک سمت آن به زحل قرار دارد.کاسینی روی قمر دیگر تتیس شاهد یک قوس‌های قرمز رنگ اسرارآمیزی بود. این قوس به ویژگی‌های فیزیکی سطح این قمر یعنی دره‌ها وابسته نبود.

با تحلیل داده‌های کاسینی، اطلاعات بیشتری در مورد قمر‌های زحل به دست آمد و البته راز‌های حل نشده‌ی زیادی هم در مورد آن‌ها وجود دارد.

رصدها و کاوش‌ها

رصد و اکتشافات زحل را می‌توان به سه فاز تقسیم کرد. اولین دوره رصدهای باستانی (از جمله رصد با چشم غیرمسلح) قبل از اختراع تلسکوپ است. از قرن هفدهم مشاهدات پیشرفته‌ی تلسکوپی مستقر در زمین آغاز شدند. سومین فاز، بازدید کاوشگرهای فضایی بود، همزمان با این دوره رصدهای مستقر در زمین (از جمله با تلسکوپ فضایی هابل) هم ادامه یافت.

در ۱۶۱۰ گالیله اولین کسی بود که با تلسکوپ موفق به دیدن زحل شد. او یک زوج جرم را در دو طرف سیاره مشاهده کرد. این اجرام را به صورت دایره‌های مجزا ترسیم کرد و تصور می‌کرد قمرهای زحل باشند. در ۱۶۵۵ ستاره‌شناس هلندی به نام کریستین هویگنس با استفاده از یک تلسکوپ قدرتمندتر مشاهده کرد زحل با یک حلقه‌ی یکنواخت و باریک احاطه شده است. او بعدها در سال ۱۶۵۹ در اثر خود با عنوان Systema Staurnium تعریف دقیق‌تری از ظهور و غیاب منظم حلقه‌های زحل ارائه داد.

کاوش‌های مدرن

در دوران مدرن، رصدهای تلسکوپ فضایی هابل ادامه یافت. فضاپیمای پایونیر ۱۰ اولین فضاپیمایی بود که از فاصله‌ی نزدیک موفق به رصد زحل شد، بعدها وویجر ۱ و ۲ مشاهدات دقیق‌تری را ارائه دادند. اما کاسینی تنها مدارپیمایی بود که اطلاعات دقیق‌تر و جامع‌تری را در مورد زحل ارائه داد و کاوشگر این فضاپیما به نام هویگنس برای اولین بار در سال ۲۰۰۵ روی سطح تایتان فرود آمد.

_{تصویر ثبت شده توسط وویجر ۲}

کاسینی هویگنس: بررسی سیستم زحل

فضاپیمای کاسینی از ۳۰ ژوئن ۲۰۰۴ گردش خود به دور زحل را آغاز کرد و تا ۱۵ سپتامبر ۲۰۱۷ به مأموریت خود ادامه داد، عمر این کاوشگر با برخورد به جو این سیاره به پایان رسید.

این مرگ عمدی و برای اطمینان از این بود که کاسینی ماه‌های احتمالی قابل سکونت زحل از جمله انکلادوس و تایتان را آلوده نمی‌کنند. در این مأموریت ویژگی‌هایی مثل فواره‌های آبی انکلادوس و قمرهای جدید زحل کشف شدند. کاسینی پروژه‌ی مشترک سازمان‌های فضایی متعدد بود و در مقابل کاوشگرهای قدیمی‌تر و بزرگتر ناسا از جمله پایونیر و وویجر قرار می‌گرفت. شرکای کاسینی، ناسا، سازمان فضایی اروپا و سازمان فضایی ایتالیا بودند.

کاسینی اولین فضاپیمایی بود که به صورت اختصاصی برای بررسی زحل و سیستم حلقوی آن گرفته شد. نام این مدارپیما از جوانی کاسینی، ستاره‌شناس قرن هفدهم گرفته شد، او اولین کسی بود که موفق به کشف چهار قمر زحل شد لاپتوس (۱۶۷۱)، ری آ (۱۶۷۲)، تتیس (۱۶۸۴) ودیون (۱۶۸۴).

_{کاسینی در سال ۲۰۰۴ پس از هفت سال از آغاز سفر خود در منظومه‌ی شمسی به زحل رسید. کاسینی مسافری به نام کاوشگر اروپایی هویگنز را با خود حمل می‌کرد که به بررسی قمرهای زحل به ویژه تایتان پرداخت. کاسینی پس از جمع‌آوری اطلاعات زیادی در مورد جو، قمرها و حلقه‌های زحل در سپتامبر ۲۰۱۷ به مأموریت خود پایان داد.}

قبل از رسیدن کاسینی به زحل چند پرواز توسط پایونیر ۱۱ (۱۹۷۹)، وویجر ۱(۱۹۸۰) و وویجر ۲ (۱۹۸۱) در مدار زحل انجام شده بود. از جمله اکتشافات این مأموریت‌ها پیدا کردن سطح تایتان بود که در طول‌ موج‌های قابل نمایش واضح نبود (به دلیل نبود جو ضخیم)، در این مأموریت‌ها حلقه‌های زحل به صورت دقیق‌تر بررسی شدند، بررسی دقیق حلقه‌ها از طریق تلسکوپ‌های مستقر در زمین امکان‌پذیر نبود.

کاسینی مستقیم به سمت زحل پرتاب نشد. بلکه مأموریت‌ آن کمی پیچیده‌تر بود. قبل از رسیدن به زحل سیاره‌های زهره (دو بار)، زمین ومشتری را بررسی کرد و به این صورت از جاذبه‌ی هر سیاره برای افزایش سرعت خود استفاده کرد. این فضاپیمای ۵۷۰۰ کیلوگرمی در ۱۵ اکتبر ۱۹۹۷ به فضا پرتاب شد. در آوریل ۱۹۹۸ به زهره رسید، در آگوست ۱۹۹۹ به زمین و در دسامبر ۲۰۰۰ به مشتری رسید.

کاسینی در نهایت در ۱ جولای ۲۰۰۴ در مدار زحل قرار گرفت. یکی از اهداف اصلی این مأموریت کشف قمرهای بیشتر برای زحل و کشف ساختار و رنگ‌ حلقه‌ها و همین‌طور کسب اطلاعات بیشتری در مورد قمرهای این سیاره بود. کاسینی مسافری به نام کاوشگر هویگنس داشت. هویگنس در ۱۴ ژانویه‌ی ۲۰۰۵ در سطح تایتان فرود آمد و به مدت ۲.۵ ساعت اطلاعاتی را به سمت زمین مخابره کرد.

در این مدت کوتاه، پژوهشگرها تصاویری از یک زمین سنگی و همین‌طور اطلاعاتی در مورد گازها و وضعیت بادهای موجود در جو و سطح تایتان به دست آوردند.

کاسینی دو قمر جدید برای زحل کشف کرد همچنین به وجود آب مایع روی سطح انکلادوس و فواره‌های یخی آن پی برد. جزئیات بیشتری را هم در مورد دریاچه‌ی متان تایتان منتشر کرد. از دیگر اکتشافات کاسینی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• خاکریزه‌های ۸۰ کیلومتری سطح لاپتوس
• نمای نزدیک از قمر ریا و کشف سطح گودالی آن.
• کشف یک حلقه‌ی بزرگ در فاصله‌ی تقریبی ۱۲ میلیون کیلومتری زحل که احتمالا از بقایای قمر فوئب تشکیل شده است

کاسینی روحت شاد!

آخرین داده‌های کاسینی در تاریخ ۱۵ سپتامبر ۲۰۱۷ به زمین مخابره شدند و سپس این کاوشگر بر اثر برخورد با جو زحل منهدم شد. این آخرین چرخش کاسینی به دور زحل پس از ۱۳ سال کاوش و بررسی آن بود. به گفته‌ی کارشناسان ناسا، کاسینی ۴۵ ثانیه پس از آخرین مخابره‌ی خود به دلیل گرما و اصطکاک ناشی از سقوط متلاشی شده است.

_{گالری تصاویر ثبت شده توسط کاسینی}

خیلی کوتاه پس از متلاشی شدن این کاوشگر، برنامه‌ریز مأموریت‌های آن اریک استارم به برنامه‌ی خود در مورد گزارش تجربیات خود و تیمش در این مأموریت اشاره کرد. این مأموریت به پایان رسیده است اما نتایج علمی آن تا ده‌ها سال بعد هم منتشر خواهند شد زیرا کل اطلاعات هنوز تحلیل نشده‌اند.

مأموریت‌های آینده

مأموریت‌های آینده به صورت دقیق‌تر به بررسی زحل و قمرهای آن می‌پردازند و اکتشافات کاسینی را مبنای کار خود قرار می‌دهند. پنج طرح پیشنهادی در ادامه‌ی مأموریت‌های New Frontier در نظر گرفته شده‌اند، فضاپیمای نیوهورایزونز برای بررسی پلوتو، جونو برای بررسی مشتری و فضاپیمای OSIRIS Rex از مأموریت‌های این برنامه بودند. پنج مأموریت آینده‌ی زحل عبارتند از:

SPRITE (کاوشگر جو و فضای داخلی زحل): این کاوشگر به داخل جو زحل پرواز می‌کند تا تقریبا به مدت ۹۰ دقیقه به بررسی ساختار و ترکیب آن بپردازد. کاسینی تنها چند دقیقه پس از ورود به جو دوام آورد اما این کاوشگر بیشتر دوام خواهد آورد.

Oceanus (اوکئانوس، خدای اقیانوس‌ها):

اسم این مأموریت از یک اسطوره‌ی یونانی به نام اوکئانوس یا خدای اقیانوس گرفته شده است. این مأموریت به بررسی پتانسیل‌ تایتان برای سکونت و مولکول‌های زیستی آن خواهد پرداخت.

Dragonfly

پرواز‌های دوره‌ای را به جو تایتان انجام خواهد داد تا به بررسی شرایط زیستی در سطح آن بپردازد.

Enceladus Life Finder

به بررسی فواره‌های یخی انکلادوس می‌پردازد و داده‌هایی را در مورد مولکول‌ها و ترکیب‌های احتمالی زیستی آن جمع‌آوری خواهد کرد.

Enceladus Life Signatures and Habitability (آثار زندگی و سکونت در انکلادوس)

از این پروژه اطلاعات کمی در دست است اما به بررسی فواره‌های یخی انکلادوس خواهد پرداخت که قبلا توسط کاسینی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.

برنده‌ی احتمالی این پروژه‌ها از میان ۱۲ مأموریت پیشنهادی New Frontiers (مأموریت‌های دیگر زهره، قمرها یا دنباله‌دارها را مورد بررسی قرار می‌دهند) در اواسط ۲۰۱۹ انتخاب خواهند شد و تا قبل از ۲۰۲۵ به مرحله‌ی اجرا خواهند رسید.