چرا سیاره مشتری مانند زحل دارای حلقه‌های بزرگ و درخشان نیست؟

با توجه به شباهت سیاره مشتری به همسایه‌اش زحل، طبیعی است که بپرسیم چرا این سیاره مانند زحل از حلقه‌های آشکار و درخشان برخوردار نیست؟ بااین‌حال مشتری حلقه‌های نازک و باریکی دارد که از گرد و غبار تشکیل شده‌اند و تنها در صورت وجود نور خورشید در پس‌زمینه، می‌درخشند. براساس پژوهشی جدید، این حلقه‌های باریک فاقد درخشش هستند، زیرا قمر‌های بزرگ گالیله مانع از انباشته شدن سنگ‌ها و غبار‌ها در اطراف مشتری می‌شوند. به گفته‌ی استفن کین، اخترفیزیکدان دانشگاه ریورساید کالیفرنیا:

این حقیقت که مشتری حلقه‌های درخشان‌تری نسبت به زحل ندارد تا مدت‌ها مرا آزار می‌داد. اگر مشتری چنین حلقه‌هایی داشت قطعاً با درخشش بیشتری برای ما ظاهر می‌شد، زیرا این سیاره از زحل به زمین بسیار نزدیک‌تر است.

کین و همکار او ژیزینگ لی، اخترفیزیکدان دانشگاه ریورساید برای بررسی فرضیه‌ی سیستم حلقوی غول‌آسا در اطراف مشتری در مقطعی از تاریخ، مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های اجرام مداری مشتری را اجرا کردند. شبیه‌سازی‌های یادشده حرکت مداری مشتری و چهار قمر بزرگ آن موسوم به قمر‌های گالیله را درنظر گرفتند که عبارت‌اند از: گانیمید (که حتی از عطارد بزرگ‌تر است و به‌عنوان بزرگ‌ترین قمر در منظومه‌ی شمسی شناخته می‌شود)، کالیستو، آیو و اروپا. پژوهشگر‌ها همچنین مدت‌زمان کافی برای شکل‌گیری یک سیستم حلقوی را در شبیه‌سازی‌های خود لحاظ کردند. براساس این مدل‌سازی، مشتری حتی در گذشته حلقه‌هایی مشابه زحل نداشته و بعید است در آینده هم داشته باشد. کین توضیح می‌دهد:

سیاره‌های غول‌پیکر و سنگین، قمر‌های سنگینی دارند و همین قمر‌ها مانع از شکل‌گیری حلقه‌های ماده می‌شوند. قمر‌های گالیله‌ی مشتری که یکی از آن‌ها بزرگ‌ترین قمر منظومه‌ی شمسی است، به‌سرعت هر حلقه‌ی بزرگ احتمالی را که در حال شکل‌گیری باشد، نابود می‌کنند.

سیاره مشتری دارای حلقه‌هایی باریک است که بخش زیادی از آن‌ها را غبار‌های دفع‌شده از قمر‌ها و موادی تشکیل می‌دهند که احتمالاً بر اثر رویداد‌های برخوردی به داخل فضا پرتاب شده‌اند. از سوی دیگر، بخش زیادی از حلقه‌های زحل را یخ تشکیل می‌دهد که احتمالاً قطعات دنباله‌دارها، سیارک‌ها یا قمر‌های یخی هستند که به دلیل گرانش زحل از هم پاشیده‌اند.
‌
می‌دانیم قمر‌های زحل نقشی حیاتی در شکل‌گیری و حفظ حلقه‌های آن ایفا می‌کنند؛ اما یک قمر یا چند قمر بزرگ هم می‌توانند از نظر گرانشی حلقه‌ها را مختل کنند و یخ‌ها را به خارج از مدار سیاره‌ای و منطقه‌ای نامعلوم هدایت کنند. گرچه اغلب افراد تصور می‌کنند زحل تنها سیاره‌ی دارای حلقه است، حلقه‌های اطراف سیاره‌ها حتی در منظومه‌ی شمسی بسیار رایج هستند. برای مثال علاوه بر مشتری، غول‌های یخی منظومه‌ی شمسی یعنی اورانوس و نپتون هر دو دارای حلقه‌هایی باریک از گاز و غبار هستند.

اورانوس نسبت به سیاره‌های دیگر دارای انحراف محوری شدید و محور مداری آن موازی با صفحه‌ی مداری است. موقعیت حلقه‌های این سیاره هم بر همین اساس تنظیم شده است. احتمالاً جرمی با اورانوس برخورد کرده و منجر به انحراف محوری آن شده یا احتمالاً زمانی این سیاره حلقه‌هایی عظیم داشته که عامل این انحراف بودند. البته حلقه‌ها محدود به سیاره‌ها نیستند. جرم کوچکی با عرض ۲۳۰ کیلومتر به نام چاریکلو که در مدار بین مشتری و اورانوس قرار دارد هم دارای حلقه است.

همچنین سیاره‌ی کوتوله‌ی هائومیا در کمربند کویپر دارای حلقه است. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند حلقه‌های اطراف جرم‌های یخی به دلیل برهم‌کنش گرانشی و برداشت یخ از این جرم‌ها رایج هستند.

مریخ هم احتمالاً در آینده حلقه‌دار شود. قمر مریخ، فوبوس هر سال اندکی به این سیاره نزدیک می‌شود. طی صد میلیون سال آینده این قمر به‌قدری به مریخ نزدیک می‌شود که براثر گرانش این سیاره از هم پاشیده می‌شود و حلقه‌ای با عمر کوتاه را تشکیل می‌دهد که ممکن است مجدداً متراکم شده و به قمر تبدیل شود. حتی حلقه‌های زحل هم ممکن است موقتی باشند و در آینده به‌صورت باران روی این سیاره فرود بیایند. اگر بتوانیم حلقه‌ها را با جزئیات بالایی بررسی کنیم می‌توانیم از آن‌ها برای چسباندن قطعات پازل تاریخ سیاره‌ای استفاده کنیم. کین بر این باور است:

برای ما ستاره‌شناس‌ها، حلقه‌ها مانند لکه‌های خون روی دیوار صحنه‌ی جرم هستند. وقتی به حلقه‌ی سیاره‌های غول‌پیکر نگاه می‌کنیم به شواهدی از رویداد‌های می‌رسیم که باعث جمع شدن این مواد شده‌اند.

به‌هرحال حالا که مشتری بزرگ حلقه‌های تماشایی ندارد، از حلقه‌های زحل لذت ببریم. این پژوهش توسط مجله‌ی Planetary Science Journal پذیرفته شده است و در پایگاه arXiv دردسترس قرار دارد.