שבתאי: סיכום ביניים של ממצאי הקסיני. חלק ג'

והפעם נתחקה אחר המתרחש בקטבים ואחר פליטות כוכב הלכת שבתאי בתחום הרדיו. כתבה אחרונה בסדרה

לחלק א'

לחלק ב'

טמפרטורות

סדרה של תצלומים מטלסקופים על כדור הארץ ב-2.4.2004 באינפרה אדום מדדה טמפרטורות באטמוספירה של שבתאי. התחממות בחצי הכדור הדרומי היתה צפויה מכיון שבתקופה זו שרר קיץ באזור זה.מה שלא היה צפוי היה שינויי טמפרטורה בקווי הרוחב בטרופוספירה.התחממות חדה סמוך לקו הרוחב S° 70 מ-

C ° 185 – ל-C° 184 ­ עד ל- C° 182­ מעל לקוטב(35).

למרות שבמשך תקופה של יותר מ-10 שנים של חשיכה חורפית בקוטב הצפוני נמצא בו כתם חום(hot spot) דומה לזה הנמצא בקוטב הדרומי הקיצי. היתה זו הפתעה מוחלטת לחוקרים.באשר לקוטב הדרומי ההערכה היתה שהחום קשור לאור הבא מהשמש.תצפיות באינפרה אדום הראו שלמערבולת המוצלת בקוטב הצפוני מבנה וטמפרטורת דומים לקוטב הדרומי הקייצי. במרכזם של כתמי החום ישנה הפחתה בפוספין(מימן זרחני phosphine),אי יציבות הנגרמת מתנועות אוויר לחלק הנמוך יותר של האטמוספירה, הטרופוספירה.המערבולות בשני הקטבים הן בעלות תוחלת חיים ארוכה ואין להן שום קשר לחום המגיע לקטבים מאור השמש. הכתמים החמים הם תוצר לתנועת אוויר כלפי הקטבים הנדחס ומחומם כאשר הוא שוקע עמוק בתוך האטמוספירה. למרות הדמיון בין שני הקטבים יש הבדל ביניהם. (36).

קוטב צפוני

בקוטב הצפוני התגלתה צורה לא שגרתית של משושה.למעשה חלליות הוויג'ר הבחינו בה לראשונה ברזולוציה נמוכה. התצורה משתרעת לעד לקו רוחב N° 78 ..סדרה של תצלומים שנעשתה במשך 12 יום ב-30.10-11.11.2006 הראתה שתצורה זו לא זזה ממקומה.אין היא נמצאת בתנועה כמו עננים. עומקה הוא לפחות 75 ק”מ(לחץ אטמוספרי של 3 בר) ומיקומה מתחת לעננים כפי שנצפה על ידי הוויג'רים(37 ). בתצלומים ליליים של הקוטב המשלבים אור נראה ואינפרה אדום מגלים כי אזור זה הוא דינמי.באחד הצילומים המשושה מוקף בצבע כחול.צבע זה מעיד על פליטה של חלקיקים מעוררים לגובה האטמוספירה. חלקיקים אלה חוזרים אליה בעוצמה לאורך קווי השדה המגנטי רב העוצמה של שבתאי. הצבע הכחול הוא למעשה זוהר הקוטב. הצבע האדום באורך גל של 5 מיקרון מעיד על החום הנוצר במעמקים החמים של שבתאי(38). מדידות מאוחרות יותר הראו שאורך כל צלע של המשושה הוא 12,500 ק”מ ועומקו 100 ק”מ.מה מקורו של המשושה לא ברור והועלו מספר אפשרויות להסברת התופעה. על פי השערה אחת במרכז המשושה נמצא צילינדר מסתובב של גז הנמתח לאורך אלפי קילומטרים עמוק לתוך שבתאי והדפנות המעוננות של תצורה זו הן תוצאה לאינטראקציה עם גז המסתובב סביב עצמו במהירות נמוכה יותר בקצוות הצילינדר שאינו מסתובב סביב עצמו כה מהר. על פי הסבר אחר המשושה הוא תוצר לאינטראקציה בין תנועות גליות באטמוספירה לבין גז הדוחף אותן כלפי מעלה(39 ). מהירות הרוח בקו רוחב N°88.3 היא 520 קמ”ש.בתוך המשושה נמצאים עננים הנעים במהירות הגבוהה מ-500 קמ”ש.מעל הקוטב נמצא באחת התצפיות ענן באורך 600 ק”מ(40 ).

קוטב דרומי

בתצפיות ארציות באינפרה אדום לעבר שבתאי מהטלסקופ Keck I שבהוואי התגלה כתם חום(hot spot) בדיוק מעל לקוטב הדרומי.על פי הערכת החוקרים מדובר במערבולת קוטבית ונמדדו בה הטמפרטורות הגבוהות ביותר עד למדידה זו. על כדור הארץ כתם חום כזה הוא דפוס מזג אוויר הקשור לזרם הסילון המתרחש באטמוספירה העליונה. המערבולת הקוטבית הארצית ממוקמת מעל מזרח צפון אמריקה וקנדה והיא זורקת אוויר ארקטי קר מעבר למישורים הצפוניים של ארה”ב.המערבולת הקוטבית באנטרקטיקה לוכדת אוויר ויוצרת כימיה לא שגרתית כדוגמת האפקטים שמהם מתפתח האוזון. מערבולות קוטביות נמצאות גם על צדק,מאדים ונוגה והם קרים יותר מסביבתם. התצפיות על שבתאי גילו מערבולות חמות יותר.אין לכך שום מקבילה על כדור הארץ.התחממויות אטמוספריות ממין זה על כדור הארץ הן קצרות זמן ועל שבתאי הן נצפו לפחות שנתיים.יכול להיות ששינויי החום קשורים לאור השמש הנספג באטמוספירה העליונה. גישה זו היא ההסבר לצבע השחור,כתם החום באור הנראה, ובו הטמפרטורות הגבוהות ביותר שנמדדו על שבתאי, אבל אין בכך כדי להסביר מדוע החלקיקים עצמם מרוכזים בחלק הדרומי של שבתאי ובמיוחד סביב הקוטב הדרומי.משיכת אוויר יבש פנימה לאטמוספירה יכולה להסביר אפקט זה התואם לתצפיות על ענני הטרופוספירה.לאישושה של השערה זו יש צורך בתצפיות נוספות 41).

אחד התצלומים ב- 5.11.2007 נעשה באורך גל 5.04 מיקרון. באורך גל זה החום הפנימי של שבתאי יוצר זהירה פנימית בה העננים העמוקים נראים בהצללה ולכן כתמים כהים מייצגים עננים עבים שעה שאזורים בהירים מייצגים התבהרויות בעננים.בתצלום אחר המערבולת הקוטבית בהירה ונקייה כמעט מעננים. הכתמים הכהים מגלים ענני קונבקציה עבים המתחבאים בעומקים של 50-125ק”מ (באזורי לחץ של 2-5 בר) מתחת לאובך. בקצה של האזור הקוטבי במקום בו מתחיל האובך הכחול-ירקרק, נראית טבעת של ענן מקיפה את הכוכב.רואים גדילים של ענן חוטי הנע בתנועה ספירלית לתוך הטבעת,מה שמעיד על תנועה בכיוון צפון דרום בתוך האטמוספירה(42 ).בתצלום שנעשה ב-16.6.2008 רואים במלואו את הציקלון הנמצא בקוטב,עם העין שבמרכזו והוא משתרע עד לקו רוחב S ° 70 ורדיוסו 15,000 ק”מ(40 ).

תצלום מה-14.7.2008הוא אחד הצילומים המפורטים ביותר של המערבולת הקוטבית.בתצלום זה רואים תצורות שנראו בתצלומים קודמים כמו עננים תפוחים בעלי רזולוציה נמוכה הם למעשה סערות קונבקציה חזקות היוצרות טבעת פנימית. אלה מבנים קונבקטיים (convective structures).מתחת לאובך האטמוספרי אחד המבנים העמוקים עלה למעלה ויצר מערבולת קטנה משלו .העין דומה לעין של הוריקן ארצי אך בקנה מידה גדול יותר.העין היא חמה בדומה למקבילה לה על כדור הארץ ונעולה מעל לקוטב,שעה שהוריקן ארצי נמצא בתנועה.

מבנים קונבקטיים מטבעם הם אזורים קטנים של עליית אוויר אינטנסיבית,אך האוויר הנקי של עין המערבולת מראה שבדרך כלל זהו אזור של ירידה מטה. לקונבקציה חלק חשוב במאזן האנרגיה של כוכב לכת מכיון שעליית החום נושאת איתה חום מתוך פנים הכוכב.בהוריקנים ארציים הקונבקציה מתרחשת בקירות של העין.כך גם בשבתאי.צילום העין נעשה באורך גל בו גזים כמו מתאן הם שקופים,מה שאפשר מבט לעבר עננים עמוקים יותר.צילומים של “רצועות מתאן”( methane bands) של מערבולת הקוטב הדרומי מראים שענני הקונבקציה לא מגיעים למעלה,לבסיס הסטרטוספירה כדוגמת ענני קונבקציה ארציים(43 ).

צילומים באינפרה אדום באור היום בעונת הקיץ מראים שבאזור כולו נמצאים מאות כתמי עננים כהים. כמו בחצי הכדור הצפוני,גם כאן העננים הם תהליכים דמויי סערות. 100 ק”מ מתחת לעננים מתרחשות סופות רעמים והן מכילות כנראה אמוניום הידרוסולפידי וגם תערובת של חומרים הבאים ממעמקי האטמוספירה. בניגוד לכך רוב האובך והעננים של שבתאי עשויים מאמוניה המתעבה(condense) בגבהים(44 ).

זוהר הקוטב

מתצפיות ממושכות לעבר הקוטב הדרומי התברר שגם בו מתרחשת תופעת זוהר הקוטב.התצפיות היו מהטלסקופ האבל ומהקסיני.תצפיות באולטרה סגול קלטו זוהר קוטבי במשך מספר שבועות.הקסיני קלטה פליטת גלי רדיו מאותו אזור. תוך כדי מדידת רוח השמש התברר שהזוהר הקוטבי של שבתאי שונה מזה הארצי. הזוהר של שבתאי יכול לנוע מסביב לקוטב במשך ימים ובימים אחרים הוא יכול להשאר נייח.על כדור הארץ הזוהר נמשך מספר שעות .להפתעת החוקרים התברר שלשדה המגנטי של השמש ולרוח השמש השפעה על הזוהר הקוטבי,הרבה יותר ממה שחשבו.כאשר שילבו תצלומים מהאבל ותצלומים מהקסיני של רוח השמש,נמצא כי הלחץ של רוח השמש מניע את הזוהר הקוטבי. על כדור הארץ השדה המגנטי של השמש הנישא ברוח השמש הוא הגורם העיקרי המניע את הזוהר הקוטבי.במבט מהחלל הזוהר נראה כמו טבעת המקיפה את אזור הקוטב, באותו מקום בו נמצא הקוטב המגנטי.כאשר הזוהר הקוטבי של שבתאי נהיה בהיר יותר ועוצמתו גוברת ,קוטר טבעת האנרגיה המקיפה את הקוטב קטן.על כדור הארץ,כאשר הזוהר נהיה בהיר יותר, אזור הקוטב מואר למספר דקות, טבעת האור מתעממת ומתחילה להתרחב.זוהר הקטבים של צדק לא מושפע מרוח השמש והוא נהיה בהיר יותר פעם בחודש.הזוהר בשבתאי נהיה בהיר יותר במקום בו הלילה של שבתאי מוחלף באור יום(45 ).בתצלומים מה- 21.5.2005 התברר שאורות הזוהר באזורי הקוטב מגיבים לשינויים ברוח השמש. כמו על כדור הארץ זוהר הקטבים בשבתאי מתרחש בקטבים וישנם גם כתמים ופסים .באזורים אלה הזוהר נמשך לפחות שעה,אם כי אפשר להבחין בתוכם בשינויים קטנים. על כדור הארץ האור בא מאטומי חמצן ומולקולות של חנקן. על שבתאי מקור האור הוא באטומי ומולקולות מימן(46 ).

גלי רדיו

כפי שאוזכר קודם לכן בפרק ברקים התברר ששבתאי פולט גלי רדיו.הקסיני החלה לגלות גלי רדיו כאשר היתה במרחק 161 מליון ק”מ ממנו וכי עוצמתם גדולה פי מיליון מאלה הנוצרים על ידי ברקים על כדור הארץ. על כדור הארץ ברקים מתגלים בתדר AM טכניקה שנעשב בה שימוש גם על ידי הקסיני.מה שהפתיע את החוקרים היו השינויים בקצב פליטת גלי הרדיו,10 ימים 45 דקות ו-45 שניות ± 36 שניות.זהו גם אורך היממה של שבתאי.המיוחד בשבתאי מבחינה זו הוא שהציר המגנטי שלו תואם לציר הסיבוב שלו.המשמעות היא שלא קיימת שום השראה תנודתית בשל סיבובו סביב צירו(wobble rotation) בשדה המגנטי,כך שחייב להיות אפקט שניוני(secondary effect) המפקח על גלי הרדיו(47 ).

אחת התצורות שזוהתה בחצי הכדור הדרומי בשדרת הסערה קיבלה את השם סערת הדרקון והיא היתה מקור רב עוצמה לפליטת גלי רדיו ב- 7-9.2007 . גלי הרדיו מסערה זו דומים להתפרצויות קצרות של חשמל סטטי הנוצר על ידי ברקים על כדור הארץ.הקסיני גילתה התפרצויות אלה כאשר הסערה עלתה מעל האופק בצד הלילי של שבתאי כפי שהיא נראתה מהחללית. ההתפרצויות נפסקו כאשר הסערה נכנסה לתחום היום. התפרצויות אלה והיפסקותן חזרו על עצמן במספר רב של סיבובי שבתאי סביב צירו במשך מספר שבועות. מחזוריות דמוית שעון זו מראה שהסערה והתפרצויות גלי הרדיו קשורים זה לזה.ההערכה היתה שסערת הדרקון היא רעם אדיר מימדים שהמשקעים (precipitation ) שלו מחוללים חשמל כפי שזה קורה על כדור הארץ.יכול להיות שהסערה יונקת את האנרגיה שלה ממעמקי האטמוספירה . שאלה שהתעוררה היא מדוע פרצי הרדיו מתחוללים כאשר סערת הדרקון היא מתחת לקו האופק בצד הלילה ומסתיימת בצד היום ועדיין בתחום שדה הראייה של החללית. הסבר אפשרי הוא שמקור הברק נמצא ממזרח לענן הנראה.קרוב לוודאי שהוא נמצא עמוק יותר,מקום בו הזרמים הם בכיוון מזרח יחסית לזרמים הנמצאים בפסגת העננים.אם הסבר זה הוא הנכון,אזי מקור הברק יופיע מעל לקו האופק הלילי וירד מתחת לקו האופק היומי לפני הענן הנצפה.השערה זו יכולה להסביר את התזמון של סערה נראית יחסית להתפרצויות רדיו.

סערת הדרקון מעוררת ענין גם בשל סיבה נוספת.בבדיקת תצלומים של האטמוספירה במשך מספר חודשים,התברר שהסערה מתרחשת בחלקים של האטמוספירה שקודם לכן יצרו סערות קונבקציה בהירות וגדולות.הסופה היא בעלת תוחלת חיים ארוכה המתרחשת עמוק בתוך האטמוספירה באופן מחזורי ,מעיפה כלפי מעלה להבות בוהקות בלבן הדועכות עם הזמן.תצפית שהתקיימה ביולי 2004 היתה גם כן קשורה לפרצי רדיו חזקים. תצפית קודמת לכן במרס 2004 הבחינה ב-3 סערות אליפטיות קטנות שנפלטו מאחת הזרועות של סערה גדולה.שתים מסערות אלה התמזגו זו עם זו. זרם הרוח הצפוני נשא את הסערה השלישית לכיוון מערב והקסיני איבדה מגע איתה.סערות כהות וקטנות כמו אלה נמתחות בדרך כלל עד שהן מתמזגות עם זרמים נגדיים לכיוון צפון ודרום. זרמים קטנים אלה הם “מקור המזון” לתצורות אטמוספריות גדולות לרבות אליפטיות גדולות וזרמים בכיוון מזרח ומערב. אם מקורן של הסערות הקטנות הוא מברקים אדירי מימדים, הרי שביחד הן יוצרות “שרשרת מזון” האוספת את האנרגיה הבאה ממעמקי האטמוספירה ועוזרת לתחזק זרמי אנרגיה רבי עוצמה(48 ).

פליטת גלי רדיו נקראת קרינה קילומטרית של שבתאי( Saturn Kilometric Radiation )והיא נוצרת ביחד עם זוהר הקטבים.מה שמענין הוא שפליטת גלי הרדיו של שבתאי וכדור הארץ דומים(49 ). מבנה הגלים מראה שקיימים מספר מקורות קטנים של גלי רדיו הנעים לאורך קווי השדה המגנטי העוברים דרך אזורי זוהר הקוטב(50 ).

סערות חשמליות

סערות חשמליות על שבתאי דומות לסופות רעמים על כדור הארץ,אך בקנה מידה גדול יותר. קוטרן של הסערות על שבתאי אלפי קילומטרים ואותות הרדיו הנוצרים על ידי הברקים חזקים אלפי מונים מאלה הארציים. אם הסערות שניצפו ב-2004 וב-2006 נמשכו כל אחת חודש,הסערה שהתחוללה ב- 2008 נמשכה מספר חודשים.סערה זו נצפתה בשדרת הסערה.הקסיני צפתה בסערה כל פעם כשנכנסה לשדה הראיה כל 10 שעות -40 דקות.כל מספר שניות הסערה פולטת אות רדיו הנמשך עשירית שניה האופייני לברקים ולהתפרקויות חשמליות אחרות. גלי רדיו אלה נקלטים גם כאשר הסערה היא מעבר לקו האופק מנקודת מבט של הקסיני(17 ).

פרצי אנרגיה

תופעה יוצאת דופן היכולה להעיד על מה שמתחולל בתוך שבתאי היא פרצי אנרגיה רבי עוצמה ואשר עדיין אין להם שום הסבר.הדבר היחידי שאפשר כרגע לעשות הוא למיינם על פי המופע הצורני שלהם ולהמחשה תוצגנה מספר דוגמאות.

1.כתמים בהירים באורך עשרות אלפי קילומטרים הפורצים מתוך האטמוספירה לחלל(51 ).

2. הבזק אור היוצא מתצורה דמוית פתח(52 ).

3. אלומת אור הוצאת מתצורה דמוית זרקור לאורך הטבעות כולן או חלקן (53 ).

4. אלומת אור עבה(54 ).

לחלק א'

לחלק ב'

מקורות:

35.PIA07008 : Saturn’s hot spot

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07008

36.”Hot cyclones churn at both ends of Saturn”

http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=24418

37.PIA09188 :Saturn’s active north pole

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA09188

38.PIA09185 :Saturn’s north pole hexagon and aurora

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA09185

39.Mounting mysteries at Saturn keep scientist guessing” 27.8.2007

http://www.alien-earth.org/news/item.php?keyid1377&category=2&page=1

40.PIA11216 : Infrared images of Saturn’s poles

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11216

41.”saturn’s strange hot spot explained” 5.2. 2005

http://www.holoscience.com/news.php?=article=1xz2g6tn&pf-YES

42.PIA11214 : Saturn’s south polar region revealed

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11214

43.PIA11104 : Convection in Saturn’s southern vortex

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11104

44.”Giant cyclones at Saturn’s pole swirl mystery” 13.10.2008

http://www.spaceflightnow.com/news/n0810/13saturn

45.”NASA spacecraft help solve Saturn’s mysterious auroras” 17.2.2005

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

46.PIA06436 : Saturn’s auroras

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA06436

47.”Saturn lightning, rotation discoveries made” 20.12.2004

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

48. PIA06197 : The Dragon Storm

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA06197

49.”Saturn’s radio emissions could be mistaken for Halloween sound track” 26.7.2005

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

50.PIA07966 :Eerie sounds of Saturn’s radio emissions

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07966

51.http://saturn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/raw/casJPGBrowseS12W00008604.jpg

52.W00026901.jpg

http://saturn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/raw/raw-images-details.cfm?feiImageID=116605

53.W00040489.jpg

http://saturn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/raw/ raw-images- details.cfm?feiImageID= 138958

54. http://saturn.jpl.nasa.gov/multimedia/images/raw/ raw-images-ist.cfm?StartlRow&=17&cadeq=1&browseLatest=1&storedQ=1661569