سياره بعد از مشتري وقبل از اورانوس و ششمين سياره منظومه شمسي بوده و بعد از سياره مشتري بزرگترين سياره منظومه به حساب مي آيد.يک حلقه زيبا آنرا از بقيه سيارات متمايز کرده است.
زحل دورترين سياره اي است که ستاره شناسان باستان آن را مي شناختند. در 1610ميلادي گاليله، ستاره شناس ايتاليايي، اولين کسي بود که زحل را با تلسکوپ ديد. در کمال شگفتي، او دو زائده در دو طرف سياره مشاهده کرد. او آنها را به شکل دو کره مجزا رسم کرد و گفت به نظر مي رسد زحل، سياره اي سه تايي است. در رصدها و طرح هاي بعدي، او دو جسم جانبي زحل را مانند دسته هايي که به سياره متصل اند، رسم کرد. در 1659 ميلادي هويگنس، ستاره شناس هلندي، با تلسکوپي که از تلسکوپ گاليله قوي تر بود، زحل را رصد کرد و اعلام کرد در اطراف زحل حلقه باريک و مسطحي وجود دارد. در 1675، ستاره شناس ايتاليايي، ژان-دومينيک کاسيني، شکافي را بين دو حلقه زحل، که اکنون آنها را حلقه هاي A و B مي ناميم، مشاهده کرد. اکنون مي دانيم که اثرات گرانشي ميماس، يکي از اقمار زحل، شکاف 4800 کيلومتري کاسيني را به وجود آورده است.
زحل نيز مانند مشتري، بيشتر از هيدروژن و هليوم تشکيل شده است. حجم آن 755 بار بيشتر از زمين است. بادهاي جو بالايي زحل در مناطق استوايي، تا سرعت 500 متر بر ثانيه نيز حرکت مي کنند( براي مقايسه، بادهاي طوفاني شديد زمين در لايه هاي بالايي جو 110 متر بر ثانيه است). اين بادهاي پرسرعت با گرمايي که از درون سياره مي آيد، ترکيب مي شوند و نوارهاي زرد رنگ و طلايي رنگ سطح زحل را تشکيل مي دهند.
مجموعه حلقه هاي زحل، بزرگترين و پيچيده ترين حلقه ها در منظومه شمسي هستند که تا صدها هزار کيلومتر از سياره فاصله گرفته اند. در اوايل دهه 1980ميلادي، دو فضاپيماي ويجر متعلق به ناسا کشف کردند که بيشتر حلقه هاي زحل از يخ آب تشکيل شده اند؛ آنها همچنين ساختارهاي مواج روي حلقه ها، حلقه هاي کوچک و ... ، اشکال تيره اي در حلقه ها که با سرعتي متفاوت از سرعت ساير مواد حلقه اطرافشان به دور سياره مي گردند، کشف کردند. مواد حلقه اندازه هاي گوناگوني، از چند ميکرومتر تا چند ده متر، دارند. دو قمر کوچک زحل، درون شکاف بين دو حلقه اصلي قرار دارند.
تا کنون 56 قمر زحل کشف شده است و احتمالا بسياري از آنها هنوز ديده نشده اند. بزرگترين قمر زحل ، تيتان، کمي از سياره عطارد بزرگتر است. ( تيتان دومين قمر بزرگ منظومه شمسي است؛ گانيمد، قمر مشتري، مقام اول را دارد.) تيتان جو ضخيمي از هيدروژن دارد که احتمالا شبيه به جو زمين در مدتها پيش است. مطالعه و بررسي بيشتراين قمر، اطلاعات بسياري درباره شکل گيري سيارات، و احتمالا اولين روزهاي زمين، به ما مي دهد.
زحل اقمار کوچک بسياري نيز دارد. هريک از اين قمرها در نوع خود بي نظير و يکتا هستند؛ از انسلادوس که سطحش به طور مداوم در حال تغيير است، تا ياپتوس که يک روي آن به سياهي قير و نيمکره ديگرش به سفيدي برف است.
گرچه ميدان مغناطيسي زحل به شدت ميدان مشتري نيست اما 578 بار از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر است. زحل، حلقه هايش و بسياري از اقمار آن، درون مغناط کره زحل، ناحيه اي در فضا که ذرات باردار در آن بيشتر تحت تاثير ميدان مغناطيسي زحل هستند تا بادهاي خورشيدي، قرار گرفته اند. تصاوير تلسکوپ فضايي هابل نشان مي دهد در مناطق قطبي زحل شفق هايي مانند شفق هاي قطبي زمين تشکيل مي شود. شفق هاي قطبي زماني تشکيل مي شوند که ذرات باردار در امتداد خطوط ميدان مغناطيسي وارد جو سياره شوند. ويجر 1 و2 در 1981 ميلادي از کنار زحل گذشتند و تصاويري از آن به زمين ارسال کردند. مرحله بعدي تکميل دانش ما از زحل در حالي که کاسيني و هويگنس به تحقيقات خود ادامه مي دهند، ادامه دارد. کاوشگر هويگنس در ژانويه 2005 ميلادي بر سطح تيتان فرود آمد و داده هايي را از سطح و جو اين قمر جمع آوري کرد. کاسيني در طي ماموريت 4 ساله اش، براي بررسي اقمار، حلقه ها و مغناط کره آن، بيش از 70 دور زحل خواهد گشت. فضاپيماي کاسيني-هويگنس از پروژه هاي مشترک ناسا، سازمان فضايي اروپا و سازمان فضايي ايتاليا است.
گردش
زحل علاوه بر گردش انتقالي خود به دور خورشيد، حول محور عمودي فرضي خود نيز در گردش است. زاويه اين محور 27 درجه مي باشد.
بعد از مشتري، زحل سريعترين گردش وضعي در بين سيارات ديگر منظومه شمسي را دارد. يکبار گردش اين سياره به دور خود تنها 10 ساعت و 39 دقيقه به طول مي انجامد. به دليل اين حرکت گردشي سريع، قطر استوايي اين سياره 13.000 کيلومتر از قطر قطبي آن بيشتر است.
سطح و جو
بيشتر دانشمندان معتقدند که اين سياره يک غول گازيست و هيچ سطح جامدي ندارد. به هرحال، به نظر مي رسد که زحل داراي يک هسته داغ و جامد آهنيست.
اطراف اين هسته متراکم، هسته خارجي قرار گرفته که احتمالا ترکيبي از آمونيا، متان و آب مي باشد. يک لايه از هيدروژن به شدت فشرده پيرامون هسته خارجي وجود دارد. در بالاي اين لايه، منطقه اي چسبناک (شربت مانند) متشکل از هيدروژن و هليوم جاي گرفته است. هيدروژن و هليوم در نزديک سطح به شکل گاز در مي آيند و با اتمسفر زحل که عمدتا ترکيبي از همين دوعنصر است مخلوط مي شوند.
يک لايه فشرده از ابر کل سطح زحل را پوشانده است. در تصاوير به دست آمده از اين سياره مناطق و کمربندهاي رنگي قابل تشخيصند. چنين مناطقي احتمالا به خاطر تفاوت دما و ارتفاع ابرها در قسمتهاي مختلف ظاهر مي گردند.
گياهان و حيوانات مقيم زمين نمي توانند در زحل دوام بياورند. دانشمندان شک دارند که گونه زيستي در اين سياره يافت شود.
دما
انحراف محور عمودي اين سياره منجر به اختلاف ميزان تابش خورشيد به قسمتهاي مختلف آن و در نهايت ايجاد فصول شده است. هر فصل در اين سياره 5/7 سال طول مي کشد چرا که مدت زمان يکبار گردش زحل به دور خورشيد 29 برابر زمين است.
دماي زحل هميشه از دماي زمين سردتر است زيرا اين سياره از خورشيد دورتر است. ميانگين دما در بالاي ابرها 175- درجه سانتيگراد مي باشد.
دما در اعماق ابرها بيشتر مي شود. سياره زحل تقريبا 5/2 برابر حرارتي که از خورشيد دريافت مي کند را در فضا متساطع مي نمايد. بسياري از ستاره شناسان معتقدند که اين حرارت در فرايند فرو رفتن هليوم به درون هيدروژن مايع به وجود مي آيد.
چگالي و جرم
در بين همه سيارات منظومه شمسي، زحل کمترين چگالي را دارد. چگالي اين سياره تنها يک دهم چگالي زمين و دو سوم چگالي آب است. به همين دليل يک تکه از اين سياره نسبت به تکه اي برابر از زمين بسيار سبکتر است و در روي آب شناور مي ماند.
گرچه چگالي اين سياره بسيار کم است اما وزن آن پس از مشتري، از ديگر سيارات بيشتر است. جرم زحل 95 بار از جرم زمين بيشتر مي باشد. نيروي گرانش اين سياره اندکي از گرانش زمين بيشتر است. يک جسم 100 گرمي در زمين، در زحل 107 گرم مي باشد.
اقمار

علاوه بر حلقه ها، زحل داراي 25 قمر به قطر تقريبي 10کيلومتر و چندين قمر کوچکتر نيز مي باشد. بزرگترين قمر اين سياره تيتان نام دارد. قطر اين قمر 5150 کيلومتر (بزرگتر از سياره پلوتو) است. تيتان يکي از معدود اقمار موجود در منظومه شمسي است که داراي جو مي باشد. اتمسفر اين قمر حاوي حجم زيادي نيتروژن است.
بيشتر اقمار زحل داراي چاله هاي بزرگي هستند. براي مثال قمر ميماس (Mimas) چاله اي دارد که يک سوم قطر اين قمر را پوشانده است. قمر ديگر، لاپتوس (Iapetus)، داراي يک نيمه روشن و يک نيمه تاريک است. نيمه روشن اين قمر 10 برابر بيش از نيمه تاريک آن نور را باز مي تاباند. قمر هايپريون (Hyperion) بيشتر شبيه به يک استوانه چاق است تا يک کره.
فاصله متوسط از خورشيد 1/43 ميليارد کيلومتر
قطر استوا 120536 کيلومتر
مدت حرکت وضعي 10/23 ساعت
مدت حرکت انتقالي 29/46 سال زميني
سرعت مداري 9/64 کيلومتر در ثانيه
دماي ابر فوقاني 180- درجه سانتيگراد
جرم (زمين=1) 95/18
چگالي متوسط (آب=1) 0/69
جاذبه(زمين=1) 0/93
تعداد قمر 21
پدر مشتري

در وراي مشتري آخرين سياره از هفت سياره‌اي که براي پيشينيان ما شناخته شده بود، زحل قرار دارد، که به عنوان پدر مشتري نامگذاري شده است. زحل دومين سياره بزرگ مشتري گون منظومه شمسي است و توسط يک رشته از حلقه‌هاي بسيار زيبا که به دور آن حلقه زده‌اند، احاطه شده است. در آسمان شب زمين ، زحل به دليل اندازه بزرگ و آلبدو بالاي (50%) داراي جوي درخشان است. زيبايي آسمان زحل به خاطر نوارهاي روشن حلقه‌هاي اطراف آن و نيز به خاطر قمرهاي زيادش مي‌باشد.
حرکت زحل
زحل با نيم قطر اطول 9.539AV و دوره تناوب گردش نجومي 29.458 سال ، در مداري با خروج از مرکز 557% که با دايرِة البروج زاويه 49.2 درجه مي‌سازد، مي‌گردد. از روي زمين قطر زاويه‌اي زحل در نقطه مقابله حدود 20 دقيقه است. مانند مشتري ، زحل داراي جو غليط پر از ابري است که به صورت جزئي مي‌چرخد. از مشاهدات انتقالات دوپلري در عرض سياره و با زمان بندي دقيق علامتهاي جوي ، دوره تناوب چرخش نجومي آن ، در نزديک استوايش 10 ساعت و 14 دقيقه و در عرضهاي جفرافيايي بالا 10 ساعت و 38 دقيقه محاسبه شده است. در اينجا هم مجددا چرخش جزئي مشابه مشتري داريم. استواي زحل به اندازه 26 درجه و 45 دقيقه با صفحه مداري آن زاويه مي‌سازد، بطوري که قطبهاي سياره در فاصله‌هاي زماني حدود 15 سال يک بار سمت زمين متمايل مي‌شوند. چرخش باعث پخي زياد (96%) زحل مي‌گردد، بطوريکه شعاعهاي قطبي و استوايي به نسبت 10/9 مي‌باشند.
مشخصات فيزيکي زحل
زحل شباهت قابل توجهي با مشتري دارد، ولي کمي کوچکتر است و جرم آن کمتر از جرم مشتري (95M). زحل کمترين چگالي حجمي را نسبت به ساير سيارات دارد. ساختار جو زحل با کمربندهايي که به موازات استوا امتداد دارند، مشابه است. آشفتگيهاي کمربندهاي زحل خيلي کمتر (تاکنون از روي زمين فقط 10 لکه مشاهده شده‌اند) از مشتري است. جو زحل احتمالا ترکيب خيلي مشابه‌اي با جو مشتري دارد. تاکنون متان (CH4) ، آمونياک (NH3) ، اتان (C2H6) ، فسفين (PH3) ، استيلن (C2H2) ، متيل استيل (C3H4) ، پروپان (C3H8) و هيدروژن مولکولي (H2) آشکار شده است.
ابرهاي زحل خيلي کمرنگ تر از ابرهاي مشتري به نظر مي‌رسند.ابرهاي مشتري اغلب به رنگ زرد کم رنگ و نارنجي هستند، به اين دليل که دما در زحل کمتر از مشتري است، ابرهاي زحل در لايه پايين تر جوش قرار مي‌گيرند. درون زحل احتمالا ترکيب مشتري را دارد. تخمينهاي نظري مقادير حدود 74% هيدروژن ، 24% هليوم ، %2 عناصر سنگين تر را پيشنهاد مي‌کند. اين ترکيب تقريبا مشابه ترکيبات خورشيد است. زحل ممکن است يک هسته سنگين کوچک به قطر 20 هزار کيلومتر و جرمي معادل 20M? را داشته باشد.
درخشانترين حلقه‌ها
درخشندگي حلقه‌هاي آ، ب، ج
بقدري است که مي‌توان آنها را
از زمين مشاهده کرد.
حلقه‌هاي زحل
حلقه‌هاي زحل با مدار زحل هم صفحه نيستند، بلکه زاويه‌اي با هم مي‌سازند. يکي از اثرات اين پديده در نظر ما تغيير گشادگي حلقه‌ها است. طي گردش 29 ساله زحل دور خورشيد ، دوباره مي‌توانيم حلقه‌ها را در گشادترين حالت ببينيم. غير از اين دو حالت ، حلقه‌ها از لبه ديده مي‌شوند و جز با تلسکوپ پر قدرت ، قابل مشاهده نيستند. از اين طريق معلوم شد که ضخامت حلقه‌ها فقط پنج کيلومتر است. حلقه‌هاي زحل از ميلياردها ذره ريز تشيکل يافته‌اند که اندازه بيشترشان چند سانتيمتر است. همه آنها ، مانند ماهواره‌هاي کوچک ، به دور زحل گردش مي‌کنند.
راز حلقه هاي زحل !
حلقه هاي زحل احتمالاً مسطح ترين ساختار شناخته شده در جهان دانش هستند. فاصله يک انتها تا انتهاي ديگر آنها به اندازه فاصله زمين تا ماه است، در حاليکه ارتفاع آنها خيلي بلندتر از يک گروه آکروبات که روي شانه هاي يکديگر ايستاده اند نمي باشد. براي مقايسه مي توان گفت اگر حلقه ها به ضخامت يک برگه کاغذ بودند کشيدگي آنها 3 کيلومتر مي شد.
هر چهار سياره غول منظومه شمسي ما داراي حلقه هستند، اما فقط زحل يک سيستم از حلقه هاي درخشان و عظيم دارد. آيا اين بي همتايي تصادفي است يا چيزي بيش از يک اتفاق مي باشد؟ حلقه هاي زحل چه چيز بيشتري درباره مبدأ منظومه شمسي و موارد مشابه در ديگر نقاط کهکشان ميتوانند به ما بگويند؟
اين پرسش و پرسشهاي ديگر منجر به ساخت فضاپيماي کاسيني (Cassini) متعلق به ناسا شد که در سال 1997 پرتاب و در جولاي 2004 وارد مدار زحل گرديد. کاسيني علاوه بر نقشه برداري درياچه هاي متان در قمر تايتان، شناسايي آبفشانهاي يخي (icy geyser) بيرون زده در قمر انسلادوس (Enceladus) و رديابي توفانها در جو زحل، مطالعات فراوان و گسترده اي بر روي سيستم حلقه ها و محيط آنها انجام داده است. اين بررسيها و مشاهدات به ماهيت ذرات حلقه ها، چگونگي برهم کنش آنها با يکديگر و با قمرهاي سياره و نقش غبار ريز در سيستم حلقه ها نور تازه اي بخشيده است. و همچون هميشه با اکتشافات جديد، سؤالات بيشتري مطرح مي شود.
حلقه هاي اصلي زحل عبارتند از: خارجي ترين حلقه A، حلقه متراکم و درخشان B و حلقه داخلي C که ظريفتر و نازکتر است. بخش کاسيني بين حلقه هاي A و B خالي نيست بلکه مواد رقيقي مشابه حلقه C دارد. حلقه F نواري باريک و مغشوش بلافاصله بيرون حلقه A است و سه حلقه غبارآلود عبارتند از حلقه D (داخل حلقه C)، حلقه G (بيرون F) و حلقه E (بيرون G ).

قمرها و ديسکها
حلقه هاي زحل تنها راه ما براي نزديک شدن به يک ديسک آستروفيزيک است. منجمان ستاره هاي نزديک زيادي را کشف کرده اند که توسط ديسکهاي جوان گازي يا ديسکهاي پيرتري از غبار احاطه شده اند. منظومه شمسي ما احتمالاً روزگاري شبيه اين ستاره ها بوده است. ما مي توانيم با مشاهده و رصد از راه دور و مدلهاي نظري بيشتر درباره آنها ياد بگيريم، اما فقط در زحل مي توانيم روند تغييرات ديسکها را به صورت مستقيم و با جزئبات بررسي کنيم.
يکي از علايق خاص دانشمندان بررسي برهم کنش بين ديسک و يک جرم سنگين – يک قمر يا ماهک (moonlet) در مورد زحل، و يا يک سيارک يا سياره حول يک ستاره مي باشد. کاسيني به روشهاي مختلف چنين پروسه هايي را روشنتر نموده است.
دو قمر هر يک به عرض چندين کيلومتر در شکافهاي بيروني حلقه A گردش مي کنند. پن (Pan) در شکاف انکه (Encke) به عرض 320 کيلومتر و دفنيس (Daphnis) در شکاف کيلر (Keeler) به عرض 35 کيلومتر. پن و دفنيس چرخش ذرات کوچک حلقه را که با آنها عبور مي کنند به وسيله گرانش مغشوش مي کنند، همان گونه که يک سيارک در ديسک دور يک ستاره جوان ايم کار را انجام مي دهد و بدين ترتيب نقشهاي دالبر شکل در لبه هاي شکاف ايجاد نموده و دنباله هايي توليد مي کنند که در حلقه پراکنده مي شود.
لبه هاي شکاف بيش از آنچه نظريه پردازان پيش بيني کرده اند پيچيده است. کاسيني لبه هاي موج دار شکاف انکه را رصد کرده است که هم در فرکانس و هم در دامنه تغيير و نوسان دارند. آنها هرگز به طور کامل از بين نمي روند. بسياري از لبه هاي حلقه هاي ديگر از جمله حلقه A، B و شکاف کيلر شکلهاي پيچيده تري از آنچه انتظار مي رفت دارند. علت اين پيچيدگي واضح و روشن نيست. رديابي آنها ممکن است به کشف ماهک کوچکي در نزديکي آنها منتهي شود يا درک ما را از فرايندهاي خالي شدن شکافها اصلاح کند.
قمرهاي بزرگتر خارج از حلقه هاي اصلي در موقعيتهايي از حلقه که با مدار قمر در تشديد (Resonance) هستند موجهاي مارپيچ متراکمي به وجود مي آورند. تشديد را ميتوان با مثال هل دادن تاب در زمين بازي درک کرد. اگر تاب را به طور نامنظم هل دهيد، گاهي هنگام حرکت آن به جلو و گاهي در زمان برگشت به عقب، در اينصورت تاب خيلي بالا نمي رود و هيچ چيز جالبي رخ نمي دهد. اما اگر با فرکانس طبيعي تاب آنرا هل دهيد به طور فزاينده اي بالا و بالاتر مي رود و کودک را شاد مي کند.
قمرها مي توانند اثر مشابهي روي ذرات حلقه ها داشته باشند، به عنوان مثال هنگاميکه يک تکه صخره يا يخ در مدت زماني که يک قمر پنج بار مي چرخد، شش بار گردش کند، هر بار گذر قمر نيروي مشابهي به آن وارد مي کند. وقتي نيروها روي هم جمع مي شوند، چرخش ذرات طولاني تر مي گردد و از ديد ساير اشياء به داخل و خارج حرکت مي کنند. هنگاميکه ميليونها ذرات حلقه در يک منطقه بدين صورت مغشوش مي شوند، يک موج متراکم مارپيچي توليد مي کنند که به سمت دور از ناآرامي منتشر مي شود.
امواج متراکم از همان فيزيکي پيروي مي کنند که بازوهاي مارپيچي را در کهکشانها بالا مي برد، هرچند مبدا آنها متفاوت هستند. اندازه گيري ارتفاع، شکل و طول موج اين امواج مي تواند به روشن شدن اطلاعاتي درباره چگالي سطحي حلقه (جرم در واحد سطح) و جرم قمر ايجاد کننده اغتشاش منجر شود و بعلاوه ضخامت عمودي حلقه را معين مي کند. نتايج فضاپيماي کاسيني نشان مي دهد که چگالي سطحي حلقه A در نزديکي شکاف انکه بيشترين مقدار را دارد و به سمت داخل و خارج آن کاهش مي سابد. اندازه گيريهاي موج متراکم، ضخامت عمودي بخش کاسيني را حداکثرچند متر تعيين مي کند و حلقه A بايد ضخامتي کمتر از 10 تا 15 متر (30 تا 50 فوت) داشته باشد.
گورخر در حلقه A
ذرات منفرد ديسک همواره سعي مي کنند به صورت ذرات بزرگتر گرد هم آيند، در حاليکه نيروهاي کشندي (tidal) مي خواهند آنها را از هم جدا نمايند. حلقه A خيلي نزديک به حد روچ سياره (Roche limit) است، فاصله اي که اين تلاش هميشگي براي نبرد به تعادل مي رسد. به دليل آنکه ذرات به طور دائم با يکديگر جمع شده و بعد جدا مي شوند، نقشهاي گورخري که به آن «شيارهاي خود گرانشي» مي گويند (self-gravity wakes) در حلقه A نمايان ميشوند.
اين ساختارها اولين بار از مطالعات ويجر (Voyager) درباره ويژگي عجيب حلقه A شناسايي شد: ناظر، حلقه را به سمت جلو-چپ و عقب-راست اندکي درخشانتر و در بين آنها تيره تر مي بيند. اين اثر عجيب نتيجه اين واقعيت است که حلقه ها در زمانيکه از عرض دنباله ديده مي شوند نور بيشتر و هنگاميکه در امتداد دنباله مشاهده مي گردند نور کمتري را منعکس مي کنند.
دانشمندان کاسيني با اندازه گيري درخشندگي حلقه ها از منظرهاي متفاوت، شکل مدلي براي اين شيارها ساختند و دريافتند که آنها چند متر ارتفاع و چند ده متر عرض دارند. آنها با ربط دادن شکل مدل با اندازه شيارها مي توانند حدود دقيقتري براي بزرگي عمودي حلقه A مشخص نمايند.
آبفشانها و کمانها
بيشتر ذرات يخي که در حلقه هاي اصلي زحل موجودند اندازه اي از يک تيله تا يک خانه دارند. اثرات الکتروومغناطيس ذرات غبار کوچکتر را به دورتر جارو مي کند، بنابراين دانشمندان به مناطق کمي در حلقه هاي اصلي که غبار باقي مي ماند توجهي خاص دارند، زيرا ممکن است محل شکل گيري فعاليتهاي فعلي باشند.
بهترين وضعيت براي آشکار سازي غبار، مشاهده حلقه ها در نور پخش شده از جلو در زمان قرار گرفتن حلقه بين ناظر و خورشيد است. شايد هنگام تميز کردن يک قفسه نيز به اين مطلب توجه کرده باشيد. براي مشاهده غبار در امتداد سطح به سمت منبع نور نگاه مي کنيد. کاسيني نيز هنگاميکه در سمت زحل و مقابل خورشيد است همين کار را انجام مي دهد تا غبار پشت نور را مشخص تر نمايد.
فعاليت مداوم حلقه F در نتيجه دو قمر نگهبان آن مقدار زيادي غبار را تکان مي دهد و آن را به درخشان ترين جزء حلقه در نور تابيده شده از پشت تبديل مي کند. ويژگي برجسته ديگرآن است که حلقه داخلي D و حلقه هاي خارجي G و E تقريباً از ساير زواياي ديد غير قابل رؤيت هستند.
حلقه D به ندرت مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجا که اين حلقه بين حلقه هاي اصلي و بالاي ابرهاي زحل قرار گرفته به طور غير منتظره اي پويا و ديناميک است. برجسته ترين حلقه کوچک (ringlet) که توسط ويجر مشاهده شده به اندازه 200 کيلومتر به سمت داخل حرکت کرده و به ميزان قابل ملاحظه اي تاريک شده است. اين يکي از تغييرات خيلي کمي است که در طي 25 سال با فضاپيما تاييد شده است. حلقه D نه تنها به نظر مي رسد که داراي پيچ و تاب است بلکه پيچش آن با گذشت زمان بيشتر مي شود. محققان با تعيين سرعت پيچش و استنتاج و برون يابي به اين نتيجه رسيدند که اين چين خوردگي در حدود سال 1984 به صورت يک تغيير مکان ساده عمودي آغاز شده که احتمالاً بر اثر يک سيارک يا برخورد دنباله دار ايجاد شده است.
حلقه E که قمر انسلادوس (Enceladus) را در برمي گيرد بزرگترين حلقه زحل است، اگرچه کم نورترين حلقه نيز مي باشد و در نبود نور زمينه، مشاهده آن از ساير حلقه ها سخت تر است. کاسيني تأييد کرده است که اين حلقه از کريستالهاي بسيار ريز يخ آب تشکيل شده است که از آبفشانهاي قطب جنوب اين قمر به بيرون پرتاب شده اند.
مرموزترين حلقه زحل احتمالا حلقه غبارالود و کم نور G است که فضاي بين حلقه هاي اصلي و حلقه E را پر مي کند. حلقه هاي A تا D يک مجموعه واخد را تشکيل مي دهند، E به وضوح از انسلادوس سرچشمه مي گيرد و F محصور بين قمرهاي پرومتوس (Prometheus) و پاندورا (Pandora) است. در مقابل حلقه G فاقد هيچ قمر پدر يا هرگونه دليلي براي وجود است. اما کاسيني يک سرنخ حياتي پيدا کرده است: يک کمان (arc) که حدود 10 درصد از محيط حلقه را اشغال مي کند. اين کمان پنج بار درخشانتر از مابقي حلقه است و با قمر ميماس (Mimas) در حالت تشديد قرار دارد. اين قمر در زمانيکه کمان هفت دور به گرد زحل مي چرخد، شش بار آن را دور مي زند. کمانهاي پايدار قبلاً فقط در حلقه هاي نپتون مشاهده شده بودند و آنجا نيز احتمالاً تشديد سبب مي شود که ذرات در محيط حلقه پخش شوند. آيا ممکن است اين کمان، قمر پدر حلقه G يا کمربندي از ماهکهاي پدر را پنهان کرده باشد؟
حلقه B: سرزمين پره ها
حلقه B مشابه حلقه A مملو از ساختارهاي شعاعي متراکم است. اما برخلاف موجهاي متراکم مارپيچ در حلقه A، بيشتر ظاهر حلقه B با نواحي مشخص پديده تشديد ارتباط ندارند. بنابراين منشأ آنها بدون توضيح باقي مانده است. دشواري مطالعه حلقه B با به هم فشردگي زياد ذرات آن در هم آميخته، به نحويکه به دليل کم بودن فاصله بين آنها آزمايشهاي استتار (Occultation) راديويي و ستاره اي ويجر موفق به نفوذ در آن نگرديد. سرانجام آنتن راديويي قوي کاسيني در سال 2005 باارسال سيگنال قوي خود از حلقه B به زمين به طور مستقيم توانست از اين سد عبور کند. تحليل اطلاعات فرستاده شده همچنان ادامه دارد، اما نتايج اوليه حاکي از وجود ساختارهاي ريز حتي در متراکم ترين بخشهاي حلقه B مي باشد.که جلوي عبور 99درصد از نور را مي گيرد.
حلقه B همچنين به دليل وجود پره ها در آن مشهور است. پره ها، طرحهاي شعاعي شبح مانندي هستند که اولين بار در زمين رصد شدند و بعدها توسط فضاپيماي ويجر1و2 مورد تأييد قرار گرفتند. پره ها به طور ناگهاني ظاهر مي شوند و خيلي بيشتر از زمانيکه حرکت مداري کپلري بايد اجازه دهد (ذرات داخلي پره ها بايد سريعتر از ذرات خارجي آن گردش کنند) بدون تغيير مي مانند. کاسيني در اولين سال خود در زحل موفق به مشاهده و برسي يک پره هم نشد، نتيجه اي نااميد کننده تا فرا رسيدن اثرات فصلي. به نظر مي رسد پره ها طي بهار و پاييز زحل به صورت بارزتر ظاهر مي شوند، چرا که در اين زمان نور خورشيد با زاويه غير عمود به پره مي تابد.
سرانجام در سپتامبر 2005 ظهور مجدد بزرگ پره ها اتفاق افتاد و اخيراً هرگاه که ديد کاسيني مناسب بوده مشاهده شده اند. پره هايي که تا کنون مشاهده شده اند در مقايسه با آنچه در سال 1980 تا 1981 توسط ويجر ديده شده اند ضعيفتر و از نظر تعداد کمتر هستند. دانشمندان انتظار دارند که آنها با رسيدن به نقطه اعتدال در سال 2009 قوي شوند.
فرايند شکل گيري پره ها مبهم باقي مانده است، هر چند ميدان مضناطيسي قوي زحل تقريباً به طور يفين در حفظ و پايداري شعاعي آنها دخيل است. گروه کاسيني اميدوار است که فيلمهاي با سرعت بالا سرانجام پره ها را در لحظه شکل گيري شکار خواهد کرد و منجر به حل اين مسأله خواهد شد.
حلقه F
درست آن سوي حلقه هاي اصلي، يک نوار باريک وجود دارد که حلقه F نام دارد. اين حلقه از هر طرف به قمر هاي نگهبان محدود است: قمر پرومتوس و پاندورا به ترتيب به عرض متوسط 102 و 84 کيلومتر ( 63 و 52 مايل ). به نظر مي رسد هر يک از اين دو قمر با پراکندن ذرات نزديک، مواد حلقه را از آن دور مي کنند. در نتيجه عرض متوسط حلقه فقط 1500 کيلومتر است.
اما نه حلقه و نه قمرهاي نگهبان آن مدارهاي دايروي ندارند. از منظر حلقه F پرومتوس و پاندورا در رقصي ثابت و مداوم به داخل ، بيرون، بالا و پايين حرکت مي کنند. اين حرکتها بايد توانايي قمرها را در نگهداشتن حلقه ها در بين آنها مختل کند، اما همچنان حلقه محدود به آنها مي باشد. در نتيجه هسته مرکزي حلقه شامل تعداد بيشماري گره و پيچ و تاب است، چرا که قمرها به طور مداوم آ نرا تحت تاثير قرار مي دهند. قمر پرومتوس که داخل قرار دارد اغلب وارد مرزهاي حلقه F مي شود و هر بار يک شيار باريک در آن مي کند. پرومتوس در سال 2009 به هسته حلقه نفوذ مي کند، اتفاقي که مطمئناً جنجالي بزرگ به پا خواهد کرد.
تصاوير کاسيني بيشتر آشکار کرده اند که کناره هاي موازي در حلقه F با يکديگر در يک تک بازوي فشرده مارپيچ در ارتباط هستند، که ممکن است از برخوردي بين يک ماهک کوچک و هسته حلقه به وجود آمده باشد.

بالا رفتن غبار
حلقه هاي اصلي در مناطقي که مملو از غبار است خودنمايي مي کنند. اين نواحي در فضاهاي پهناور بدون غبار، برجسته و مشخص و از اين رو سزاوار توجه مي باشند.
قمر پن در شکاف انکه فضاي خود را با چند حلقه کوچک غبارآلود مشترک است. اينها شامل تعدادي پيچ خوردگي و کمان هستند که به همراه پن گردش مي کنند، اگرچه بي نظمي آنها از حلقه F کمتر است. کاسيني مشاهده کرده است که اين توده هاي حلقوي کوچک در مقياس زماني چند ماهه حرکت مي کنند. برخي هنگام مواجهه با پن جهت خود را تغيير مي دهند و بعضي نابود مي گردند. دانشمندان در تلاشند تا اين اثرات را درک کنند. آيا همه آنها به دليل وجود پن است يا قمرهاي ديگري هم در اين شکاف هستند؟
مورد چشمگير ديگر در حلقه ها، حلقه کوچکي است که به تازگي در شکاف کاسيني شناسايي شده است. دوربينهاي ويجر بايد مي توانستند اين حلقه کوچک را ببينند اما موفق به انجام اين کار نشدند. وقتي براي اولين بار اين حلقه کوچک ديده شد يکي از محققان گفت: «به اين حلقه کوچک جذاب نگاه کنيد!». اين جمله سبب شد نام خودماني آن «حلقه کوچک جذاب» گذاشته شود. اما اين حلقه کوچک در شرايط درست به يک غول تبديل مي شود. هنگاميکه حلقه کوچک جذاب در نور پخش شده از جلو که غبار را نوراني مي کند ديده مي شود همه ناحيه را تحت الشعاع خود قرار مي دهد و آنقدر درخشان مي شود که برخي عکسهاي کاسيني را اشباع کرده است.
طيف نگاري زيرقرمز چشمي کاسيني و طيف سنج نقشه برداري زير قرمز تأييد مي کند که ماده موجود در حلقه کوچک جذاب مشابه مواد حلقه F و حلقه هاي کوچک شکاف انکه هستند، اما با مواد ساير حلقه هاي اصلي متفاوت مي باشند. چرا حلقه کوچک جذاب متفاوت است و چطور به اين صورت در آمده است؟ آيا به تازگي به وجود آمده است؟ ممکن است نتيجه اختلال و تزاحم يک ماهک باشد که مخفي مانده و شکاف را براي اولين بار باز کرده است.
سن و منشأ
کاسيني چندين ماهک به اندازه زمين فوتبال کشف کرده است. برخي را از روي اغتشاشهاي پروانه اي شکل که در حلقه A ايجاد مي کنند و بعضي ديگر را با مشاهده جلوگيري از نور ستاره که از حلقه F عبور مي کند شناسايي نموده است. اين ماهکها فضاي خالي بين قطعاتي به اندازه خانه در حلقه هاي اصلي و قمرهاي کاملاً بالغ را که حداقل چندين کيلومتر پهنا دارند به يکديگر ارتباط مي دهند.
اندازه اين قطعات متوسط حکم مي کند که آنها هسته هاي يخي متراکم دارند، هر چند مطمئناً دفعات زيادي در چرخه به هم پيوستن و جدا شدن بازسازي شده اند. در صورتيکه حلقه ها در اثر نيروي کشند يا فروپاشي در اثر برخورد يک قمر در حدود اندازه ميماس (عرض 400 کيلومتر) و يا شايد جرم ديگري از منظومه شمسي به وجود آمده باشند، هسته هاي متراکم تشکيل مي شود. بر مبناي يخهاي خيلي تازه که در همه جاي سيستم حلقه ها ديده مي شود، ميزان مهاجرت قمرهاي بزرگتر که سيستم حلقه ها را حفظ مي کنند و علائمي که نشان مي دهد حلقه ها حتي در حال حاضر نيز تغيير مي کنند، چنين اتفاقي ممکن است نسبتاً تازه رخ داده باشد، شايد حدود 100 ميليون سال قبل.
از سوي ديگر برخي محققان گمان مي کنند که حلقه ها ميلياردها سال عمر دارند و به گونه اي خود را دوباره بازيابي مي کنند. کاسيني به يافتن پاسخ براي چنين سؤالاتي ادامه مي دهد، مثلا با مشاهده و بررسي تغيير در مدار قمرها در طول دوران مأموريت خود تا بفهمد آيا آنها به نوعي مهاجرت مي کنند که در مدت ميلياردها سال قابل پيگيري و ادامه دادن نيست.
حلقه هاي زحل بيش از آنچه انتظار داشتيم پرکار هستند. قمرها شکاف ايجاد کرده و توليد موج مي کنند در حاليکه آبفشانها و برخوردهاي سخت توليد غبار مي نمايند. حلقه ها همچنان زيبايي باشکوه خود را به طور پيوسته حفظ مي کنند.

گسيختگي کاسيني
شکاف پر شده
قبل از کشف کاسيني ، ستاره شناسان
حلقه‌هاي زحل را بصورت حلقه‌اي
پيوسته تصور مي‌کردند.
در سال 1675 ميلادي (1504 شمسي) جوواني دومينيکو کاسيني ، اخترشناس ايتاليايي ، کشف کرد که حلقه زحل از دو حلقه تشکيل يافته است و ميان آن دو جدايي وجود دارد. اين جدايي گيستختگي کاسيني ناميده مي‌شود و در اثر کشش گرانشي قمر غول پيکر تيتان بوجود آمده است. مطالعات بعدي نشان داده‌اند که در اطراف زحل ، بر روي هم چهار حلقه وجود دارد. داخلي ترين آنها بسيار کم نور و تقريبا با بالاي ابرها در تماس است. قطر حلقه نوراني بيروني به 140000 کيلومتر مي‌رسد.
قمرهاي زحل
20 قمر تاکنون براي زحل شناسايي شده‌اند، که 13 قمر از زمين و هفت قمر ديگر بوسيله کاوشگرهاي فضايي کشف شده‌اند. قمرهاي کوچک زحل به شکل سيب زميني بوده و شکلهاي نامنظمي دارند. احتمال مي‌رود که قمرهاي کوچکتر ديگري نيز کشف شوند. سطح بسياري از قمرها پوشيده از گودالهاي شهابسنگي است. در سطح ميماس ، يکي از قمرهاي کوچک زحل ، گودالي بزرگ به نام هرشل وجود دارد که 130 کيلومتر (81 مايل) وسعت داشته و يک سوم اين قمر را پوشانده است.
زحل داراي بيشترين قمر در بين سيارات منظومه شمسي است. دانشمند هلندي ، کريستين هوينگس (95 – 1629)، در سال 1655 اولين قمر زحل را کشف کرد. تيتان از لحاظ بزرگي دومين قمر و يکي از سه قمري است که در منظومه شمسي داراي جو هستند. تصور مي‌شود که قسمت اعظم آن ازسنگ و بقيه از يخ تشکيل شده باشد. جوي که دائما سطح تيتان را پوشانده است، حاوي نيتروژن و ساير مواد شيميايي است. اختر شناسان به تازگي قمر جديدي از سياره زحل را شناسايي کرده‌اند که بسيار کوچک است (حدودآ 2 کيلومتر). در اين صورت تعداد قمرهاي زحل به 21 قمر تغيير مي‌کند.

ميدان مغناطيسي زحل
ميدان مغناطيسي داراي يک گشتاور کلي برابر 35/1 گشتاور مشتري است. اما اين مقدار به حد کافي قوي است که يک ميدان مغناطيسي سپهر مشتري گون با کمربندهاي تابشي مشابه زمين ايجاد کند. گشتاور دو قطبي مغناطيسي با ميل يک درجه نسبت به محور چرخش زحل قرار مي‌گيرد که اين مقدار با انحراف مشخص محورهاي مغناطيسي مشتري و زمين تفاوت آشکار دارد. مغناطيس سپهر زحل ذرات بسيار کمتري از ذرات مغناطيس سپهر مشتري را در خود جاي مي‌دهد.
دو دليل عمده اين تفاوت شامل کمبود يک منبع محلي ذرات بار دار که در مورد مشتري توسط فورانهاي آيو توليد مي‌شوند و حلقه‌هاي قابل رويت زحل که بطور موثري ذرات باردار را جذب کرده و مغناطيس سپهر داخلي را از ذرات باردار خالي مي‌کنند، است. در خارج لبه حلقه‌ها چگالي ذرات باردار به سرعت افزايش مي‌يابد و در حدود 5Rs تا 10Rs به يک قله مي‌رسد. در اينجا ، ذرات باردار بطور محکم به ميدان مغناطيسي در حال دوران سريع جفت مي‌شوند. اين برهمکنش ، لايه‌اي از پلاسما به ضخامت تقريبا 2Rs ايجاد مي‌کند که تا حدود 15Rs ادامه مي‌يابد.در وراي اين مقدار ، مغناطيس سپهر شکل خود را از دست مي‌دهد. اندازه آن با دماي خورشيد تغيير مي‌يابد.
پرواز به زحل
در سال 1973، ايالات متحده فضاپيمايي را به منظور بررسي دو سياره مشتري و زحل به فضا فرستاد. نام اين فضاپيما پايونير-ساتورن (Pioneer-Saturn) بود. اين فضاپيما در سال 1974 به زحل رسيد. پايونير-ساتورن اطلاعات علمي و تصاوير خوبي از زحل به زمين ارسال کرد. اين اطلاعات و تصاوير به اکتشافاتي در مورد دو حلقه بيروني زحل کمک کرد.
پايونير-ساتورن همچنين توانست ميدان مغناطيسي زحل که 1000 مرتبه از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر مي باشد را کشف کند. اين ميدان قوي، مگنتوسفر (منطقه نيروهاي مغناطيسي قوي) بزرگي را اطراف اين سياره به وجود آورده است. به علاوه، اطلاعاتي که اين فضاپيما ارسال کرد نشان داد که درون مگنتوسفر اين سياره کمربندهاي تشعشعي وجود دارند. اين کمربندها متشکل از الکترونها و پروتونهاي پر انرژي قابل مقايسه با کمربندهاي ون آلن زمين مي باشند.
در سال 1977، ايالات متحده دو سفينه ديگر به نامهاي ويجر1 (Voyager) و ويجر2 را براي مطالعه زحل و ديگر سيارات ارسال کرد. در 12 نوامبر 1980، ويجر1 در فاصله 126.000 کيلومتري زحل و در تاريخ 25 آگوست 1981، ويجر2 در فاصله 101.000 کيلومتري اين سياره قرار گرفتند.
دو سفينه ويجر وجود هفت حلقه زحل را تائيد کردند. آنها نشان دادند که اين حلقه ها خود از حلقه هاي بسيار باريک تشکيل شده اند. به علاوه اطلاعات و تصاوير تهيه شده توسط آن دو سفينه نه قمر زحل را کشف يا تائيد نمودند. آنها همچنين وجود حجم عمده نيتروژن در اتمسفر قمر تيتان را تشخيص دادند.
در سال 1997، ايالات متحده سفينه کاسيني را براي مطالعه اين سياره، حلقه ها و قمرهايش فرستاد. اين سفينه در سال 2004 شروع به گردش دور زحل نمود. اين سفينه، کاوشگري به نام هايگنس (Huygens) را با خود، به منظور فرود آمدن در سطح تيتان، حمل مي کرد. هايگنس توسط آژانس فضايي اروپا ساخته شد.

منابع :
سياره زحل http://daneshnameh.roshd.ir
زحل http://020.ir
اطلاعات جامع در باره زحل http://aftab.ir
حلقه‌هاي زحل http://daneshnameh.roshd.ir
زحل http://www.haftaseman.ir
راز حلقه هاي زحل ! http://forum.p30world.com
زحل جواهر منظومه شمسي http://www.persianstar.com