שבתאי: סיכום ביניים של ממצאי הקסיני. חלק א'

ביוני 2008 הסתיימה תוכנית העבודה המקורית של חללית הקסיני. מכיון שהחללית תפקדה לשביעות רצונם של מתכנניה והחוקרים,הוחלט להאריך את פעילותה בשנתיים עם אופציה לשנתיים נוספות עד לשנת 2012. ממצאים רבים, בחלקם מפתיעים, שודרו ארצה. מכלול זה של נתונים מאפשר מבט גלובלי על כוכב לכת זה. כתבה ראשונה בסדרה

אחרי שסקרנו בסקירות הקודמות את הטבעות המרהיבות של שבתאי הגיע הזמן גם לטפל בכוכב הלכת שבתאי בכבודו ובעצמו.

מהירותו הצירית של שבתאי

מדידת מהירותו הצירית של שבתאי היתה בעייתית במשך שנים מכיון שהוא מכוסה בעננים ולא ניתן לצפות במה שנמצא מתחתם. חסרה היתה נקודת ייחוס מוצקה שעל פיה אפשר יהיה לבצע מדידה מסוג זה. לכך חשיבות רבה מכיון שהיא מאפשרת ללמוד רבות על מבנהו הפנימי של הכוכב. אמנם היתה הערכה לגבי מהירותו הצירית של שבתאי,אך חסר היה בה מימד הדיוק. הגישה שהוחלט להשתמש בה היא גלי רדיו הנוצרים על ידי השדה המגנטי של שבתאי.מזה זמן רב היה ידוע שמטענים חשמליים הלכודים בשדה זה פולטים גלי רדיו בתדירות של 100 קילוהרץ.השדה המגנטי עצמו נוצר בתוך כוכב הלכת,כך ששינויים בפליטת גלי הרדיו יכולים ללמד על מהירותו הצירית של שבתאי.שיטה זו התבררה כמוצלחת שעה שמדדו את מהירותו הצירית של צדק. בטכניקה זו השתמשו כאשר חלליות הוויג'ר חלפו ליד שבתאי והתוצאה שהתקבלה היתה 10 שעות,39 דקות ו-24 שניות. מדידה נוספת שנעשתה 15 שנה מאוחר יותר על ידי חללית היוליסס הראתה שפליטת גלי הרדיו משתנה לאורך זמן והבדיקות שנעשו על ידי הקסיני הראו שהמהירות הצירית של שבתאי היא 10 שעות, 45 דקות ו-45 שניות. המשמעות היתה שבמהלך השנים בין מעברי החלליות , מהירותו הצירית של שבתאי הואטה ב-6 דקות. היה ברור שמה שהוא משפיע על פליטת גלי הרדיו משבתאי. ההאטה במהירות הסיבוב של שבתאי לא נראתה סבירה.נדרש לכך הסבר.על פי הסבר אחד שינויים במהירות רוח השמש גורמים לשינויים בפליטת גלי הרדיו.על פי הסבר שני, חלקיקים מהגייזרים של אנצלדוס משפיעים על השדה המגנטי בכך שהם גורמים להם להיגרר סביב שבתאי.בדיקת הנתונים הראתה שהסיבה המשמעותית היא רוח השמש. התברר שישנו דפוס על פיו חל שינוי קבוע בפליטת גלי הרדיו הקצרים כל 25 יום,קרוב מאוד לזמן ההקפה של השמש סביב עצמה,כל 26 יום,אם כי דרוש הסבר נוסף כדי להגיע לתשובה מלאה(1 ).

שדה מגנטי ורצועות קרינה

התברר שלשדה המגנטי של שבתאי יש יותר מן המשותף עם השמש מאשר עם כדור הארץ. ניתן להסביר זאת בכך שחלק מהשדה המגנטי המפקח על פליטת גלי רדיו נע לעבר קווי רוחב גבוהים יותר בשני העשורים האחרונים.השערה זו מבוססת על העובדה שהשדה המגנטי של השמש אינו מסתובב השמש כמו עם גוף מוצק.משך הסיבוב משתנה עם השתנות קווי הרוחב.בתרגומם של גלי הרדיו לקולות הם נשמעים כמו פעימות לב(2 ).במרחק של 5 רדיוסים של שבתאי נמצאה תופעה שזוהתה בעבר בסמוך לכדור הארץ ובסמוך לצדק. אלקטרונים הנעים משבתאי והלאה ונקראים בשל כך אלקטרונים אנטי פלנטריים.התברר שהתופעה מתרחשת בקטבים, במקום בו זוהר הקוטב הוא בעוצמה נמוכה ומתנגש עם קווי השדה המגנטי שגם הם בעוצמה מינימלית. רוחב הפריסה של האלקטרונים אלה הוא °10 מה שמאפשר לחוקרים למקם את נקודת ההיווצרות המדויקת מעל לקוטב בתוך טווח מרחק מקסימלי של 5 רדיוסי שבתאי(3 ).

המגנטוספירה של שבתאי היא יוצאת דופן במבנה ובהתנהגות שלה.מבחינת הדינמיקה היא דומה לזו של צדק.במקומות מסוימים הכימיה שלה דומה לפלסמה של אדי מים המקיפים שביטים .הובחנו 4 אזורים פלסמתיים השונים זה מזה במבנה הכימי שלהם ולהם תכונות המאפיינים נוזלים.לכדור הארץ שני אזורים כאלה,אחד המקבל פלסמה מהיונוספירה והשני מקבל אותה מרוח השמש.עד למרחק של 24,000 ק”מ הפלסמה הארצית מסתובבת עם כדור הארץ. בשבתאי פלסמה זו מגיעה למרחק של 1.6 מליון ק”מ ובתוך המרחב הזה נמצאים טיטן,רוב ירחי הקרח והטבעות. כולם הם ספקי פלסמה בהרכבים כימיים שונים.התברר שלשבתאי 3 מקורות פלסמה שלכדור הארץ אין וקיימת ביניהם אינטראקציה כימית ואלקטרומגנטית.לכך מספר תוצאות.הירחים והטבעות מכוסים כל פעם מחדש בתערובות כימיות שונות וחלק מהאטמוספירה של טיטן נגרע.

בעזרת אנרגיה אולטרה סגולית מהשמש, הפלסמה מתחדשת כל הזמן.פוטונים מהשמש ואלקטרונים מהפלסמה פוגעים בפני השטח,של הירחים ובטבעות.עוצמת הפגיעה היא גבוהה עד כדי שחרור יונים ומולקולות כמו מים ולעיתים גם חנקן הקבור בתוך הקרח. החומר המיונן מואץ על ידי מהירות הסיבוב הגבוהה של השדה המגנטי של שבתאי בצורה מחזורית.במרחקים גדולים במגנטוספירה ,הפלסמה עשויה מיונים של מים הנקרעים מפני השטח של הירחים בדומה לאלה הנמצאים בעטרה של שביטים(4).

צבע כוכב הלכת

בתצפית ארצית על שבתאי באמצעות טלסקופ ביתי הכוכב נראה צהוב.קסיני במבט קרוב הראתה מה שהוא אחר.צבע השמיים הוא כחול.המולקולות באטמוספירה העליונה מפזרות את אור השמש.למרות שהאטמוספירות של כדור הארץ ושבתאי שונות זו מזו מבחינת ההרכב שלהן,התוצאה היא אותה. קיימים צבעים נוספים,אבל הכחול הוא הדומיננטי.שם התופעה הוא פיזור ריילאי (Rayleigh scattering).הכחול שולט בחצי הכדור הצפוני.בחצי הכדור הדרומי הצבע השולט הוא צהוב.יכול להיות שהשמים בחצי כדור זה מעוננים יותר ומכאן צבעם השונה(5 ).אחת הדרכים בהן משתמשים החוקרים למעקב אחר אטמוספירת הכוכב היא תצפית חוזרת על מקומות שונים והפקת סרטים מרצפים של תצלומים.דרך אחרת היא הצללות.מאחר ושכבת העננים העליונה והאובך אינם מאפשרים מבט עמוק לתוך האטמוספירה ,שולבו צילומי אור נראה ואינפרה אדום בשיטה המאפשרת מבט פנימה .בדרך זו העננים הפנימיים מוארים על רקע פליטת החום מתוך פנימו של הכוכב(6 ).

מקורות

1.”The planetary scientists close to Saturn’s elusive rotation” 12.12.2007

http://www.spaceflightnow.com/news/n0712/12saturnrotation

2.”Saturn lighting rotation discoveries made” 20.12.2004

http://www.spaceflightnow.com/cassini/041220lighting.html

3.”Cassini detects backward electrons on Saturn” 8.3.2006

http://www.saturndaily.com/reports/ Cassini_Detects_ Backward_ Electrons _On_ Saturn.html

4.”Saturn’s uniquely complex magnetosphere” 24.2.2005

http://www.spacefkightnow.com/cassini/050224magnetosphere.html

5.Philips T.-“Blue skies on Saturn” 23.2.2005

http://www.spacedaily.com/news/cassini-05zb.html

6.”Chinese lantern technique helps track clouds at Saturn” 6.10.2006

http://www.saturndaily.com/reports/ Chinese_ Lantern _Technique_ Helps_ Track_ Clouds_ At_ Saturn_999.html