טבעות שבתאי- גילויים חדשים

טבעות שבתאי עשויות בעיקרן מקרח מים- 90%-95% . מכיון שאבק ושברי מטאורידים סלעיים זיהמו את הטבעות, ההערכה היא שבעת היווצרותן הן הכילו קרח מים בלבד.

תכולת הטבעות
טבעות שבתאי עשויות בעיקרן מקרח מים- 90%-95% . מכיון שאבק ושברי מטאורידים סלעיים זיהמו את הטבעות, ההערכה היא שבעת היווצרותן הן הכילו קרח מים בלבד. ההרכב הנוכחי של הטבעות שונה מההערכה שהיתה מקובלת ואשר על פיה בחלקים החיצוניים של מערכת השמש, מחצית מתכולת הטבעות היתה קרח מים והמחצית השניה תערובת של סלעים שמקורם בחלקים החיצוניים של מערכת השמש. באופן דומה הצפיפויות הנמוכות של הירחים הסמוכים לשבתאי מעידות על כך שבגופים אלה תכולה חריגה של קרח. על פי ההערכה הקודמת מקור הטבעות הוא בירח קטן שהתנגש בשביט. התוצאה, טבעות שתכולתן היא תערובת של קרח וסלע (1). חשוב לציין שהתמונה הכללית על הטבעות תעשה רק אחרי שחללית הקסיני תסיים את משימתה ב-2015.

טבעת B

צילומיה של טבעת זו חשפו פרטים חדשים. תיאור הממצאים יעשה לגבי כל תצלום בנפרד,

1. תצלום PIA11669 – מרווח קסיני (division Cassini) אזור שצפיפותו נמוכה נמצא בין טבעת A לטבעת B . לאורך ובמקביל לשפה החיצונית של טבעת B מצויה תצורה הדומה ליתוב-סימן זווית (chevron) באורך 20,000 ק”מ. תצלומים שנעשו במהלך יום השוויון ( equinox ) (היום בו השמש היא מעל קו המשווה של שבתאי) הראו שבמקום זה מצויים מבנים אנכיים לטבעת וגובהם 3.5 ק”מ. התברר שקיימים שני chevrons בשפה החיצונית של הטבעת שאינם מושפעים אפילו לא מאחת משלושת התבניות המסתובבות ( rotating patterns) מסביב לטבעת, המעוותות את שפת הטבעת או מדפוס שהיה ידוע כי הוא מושפע מהירח מימס. התברר ש- chevron אחד מקיף את שבתאי כאילו היה גוף עצמאי. על כן, ההערכה שאליה הגיעו החוקרים היא שמדובר בירחונים המצויים סמוך לשפה של הטבעת ומקיפים אותו באופן עצמאי. הירחונים בתצלום זה גדולים למדי כדי להשפיע על חומר הטבעת בסמוך להם, דחיסתו וזריקתו בכיוון אנכי למישור הטבעת. ההערכה זו נתמכת על ידי גילוי שנעשה לפני כן של גוף באורך 300 מטר בשפה החיצונית של הטבעת (2).

2. תצלום PIA12794- במהלך סדרת תצלומים שנמשכה 9 שעות נצפתה השפה החיצונית של הטבעת. בוצעו 301 תצלומים. התברר כי השפה החיצונית נעה פנימה והחוצה באופן מורכב ואורך הגל של כל תנודה כזו מקצה לקצה הוא 200 ק”מ. המסקנה שאליה הגיעו החוקרים היא ש-4 תנודות גליות ( scalloped patterns) נעות באופן עצמאי מסביב לטבעת. תבנית אחת שלה שתי אונות נוצרת בשל השפעות כבידתיות של הירח מימס. ירח זה גורם לשינויים במסלולי החלקיקים בשל תבנית החוזרת על עצמה בעקבות שינוי במסלולים של החלקיקים בטבעת.

הדפוסים האחרים אחד בעל אונה אחת והשאר בעלי שתי אונות והשלישית בעלת שלוש אונות מקיפים את הטבעות במהירויות שונות כל אחד. נראה כי מדובר במודוסים (modes) טבעיים של תנודות בטבעת במקום זה. דפוסים אלה מונעים על ידי תהליך הנקרא יציבות יתר צמיגה (viscous over stability). בתהליך זה תנועות קטנות ואקרעיות של חלקיקים מעבירות אנרגיה לתוך הגל הנע החוצה ופנימה– מהשפה הפנימית החוצה עד לשפה החיצונית- ומכאן בחזרה פנימה. תנועה זו פנימה והחוצה מאפשרת לדפוסים אלה לגדול ולהראות כמו עיוות השפה החיצונית של הטבעת (4).

טבעת C

תופעה דמוית צונמי נצפתה על ידי הקסיני בטבעת C. נראו גלים של חלקיקי קרח המתנשאים לגובה של 1.6 ק”מ המקיפים את הטבעות. הגלים שנצפו נוצרו על ידי הירח טיטן שכוח המשיכה שלו מושך אותם כלפי מעלה C. גלים אלה יוצרים פסגות גבהות ומרווחים גדולים. גלים אחרים לא נוצרים בכלל בהשפעת שום ירח. נראה גם שהמרווחים גדלים ונעלמים באופן מחזורי (5).

טבעת F

בטבעת F נמצאו עצמים צפופים דיים שקיבלו את השם “כוח משיכה עצמי” (self gravity). בהשוואה לירח פרומתאוס הם יכולים למשוך לכיוונם יותר חלקיקים וכדורי קרח. שאלה שהתעוררה היא איך כדורי הקרח שבטבעת יכולים לשרוד בשל מיקומם. ההסבר לכך הוא שהטבעת מצויה בנקודת האיזון בין כוחות הגיאות של שבתאי לבין כוח המשיכה העצמי שלהם. על פי גישה אחרת טבעת זו במצבה הנוכחי היא כנראה בת 1 מיליון שנה, אך כל מספר מיליוני שנים היא מתמלאת על ידי ירחונים הבאים מהטבעות העיקריות וכי כדורי השלג הנוצרים ומתפרקים הם בעלי תוחלת קיום של מספר חודשים. הממצאים יכולים גם לתת מענה ביחס למקורו של גוף בקוטר 5-10 ק”מ שנצפה לראשונה ב-2004 החודר לעיתים לתוך הטבעת ויוצר סילונים של שברים (6).

הרושם שהתקבל אצל החוקרים הוא שהטבעת הרבה יותר דינמית ממה שחשבו עד כה. מצויים בה גופים בסדרי גודל שונים בין 0.8 ק”מ עד לירחים כמו פרומתאוס שאורכם 160 ק”מ היכולים ליצור בטבעת ערוצים, גלונים ( ripples ) וכדורי שלג בטבעת זו.. חלק מכדורי השלג התפרקו בשל התנגשויות או כוחות גיאות במהלך תנועתם סביב שבתאי. הקטנים שבהם יכולים להתקיים לאורך זמן. הממצאים מצביעים על כך שחלק מהגופים הקטנים שורדים את ההתנגשויות האלה וכי הם משנים את מסלוליהם ונעים לכל רוחבה של הטבעת. עצמים קטנים פוגעים בשאר חלקי הטבעת במהירות של 6.4 קמ”ש. ההתנגשויות זורקות אל מחוץ לטבעת חלקיקים זוהרים ויוצרות שובלים באורך שנע בין 40-180 ק”מ (7).

להבים

במשך מספר שנים נעשה מעקב אחר תופעה שהתגלתה בשנים האחרונות בטבעת A. מדובר בגופים קטנים עם תצורות של להבים משני צידיהם ולכן קיבלו את השם ירחוני להבים ( propeller moonlets ). אחד מהם קיבל את השם סיקורסקי. אורכו 50 ק”מ . על סמך מעקבים אחר תנועתו הגיעו למסקנה היכן ימצא בהמשך התצפיות. בצילום שנעשה ב-5.6.2012 התברר שהוא נמצא במרחק של ° 6 מהצפי (13,000 ק”מ). פער זה בין התחזית לבין מה שנצפה הוא כנראה בשל אינטראקציה בין הירחונים לבין הטבעות היוצרת את הלהבים (8). בצילום שנעשה ב-15.12.2006 זוהה ירחון-להב שקיבל את השם Bleriot. אורכו של גרעין הירחון הוא 110 ק”מ (9).

בתצפיות שנעשו ב-2010 זוהתה קבוצה נוספת של ירחונים להבים בטבעת A. הלהבים שנצפו גדולים פי מאות מהלהבים שנצפו קודם לכן. אורכם יכול להגיע לאלפי קילומטרים ורוחבם למספר קילומטרים. הירחונים שנמצאו זורקים חומרים עד לגובה של 0.5 ק”מ מעל ומתחת למישור הטבעת. נראה שמצויים עשרות להבים מסוג זה. 11 מהם צולמו מספר פעמים בין השנים 2005-2009. הלהב שקיבל את השם Bleriot נראה ביותר מ-100 תצלומים. במהלך 4 שנים אלה. הלהבים הגדולים שינו את מסלולם, אם כי לא ברור מה הסיבות לכך (10) .

להב אחר קיבל את השם Earhast ואורכו 0.8 ק”מ. באחר התצלומים (PIA12790 ) ירחון זה נמצא בסמוך למרווח Encke שבטבעת A. אורכו כ-1 ק”מ . צורתו הנצפית כמו בשאר הירחונים תלויה בזווית שבה צופים בו (11).

השפעת הירחים הקטנים על הטבעות

בחלק מהתצלומים אפשר להבחין בהשפעתם של הירחים Pan ו-Dephins על מה שקורה בשפות הטבעות אליהן הם סמוכים. הירח Dephins אורכו 8 ק”מ והוא מצוי בתוך מרווח Keeler שבטבעת A . הוא בעל מסלול נטוי ביחס למישור הטבעת וכוח המשיכה שלו גורם לתנודות של חלקיקים המצויים בטבעת היוצרים את השפה של מרווח Keeler . ירח זה מעצב גם את השפה לתצורה של גלים בעלי שני רכיבים כל אחד. רכיב אחד אופקי (רדיאלי) ורכיב שני מחוץ למישור הטבעת. החומר שבשפה הפנימית של המרווח נע מהר יותר מהירח עצמו וחלקיקי החומר נעים לפני הירח. הגלים המצויים בשפה החיצונית נעים לאט יותר מהירח ולכן החלקיקים עוקבים לו בתנועתו (12). הירח השני Pan אורכו 28 ק”מ והוא נע בתוך מרווח Encke שבטבעת A. כוח המשיכה יוצר מעוררים כהים ( dark wakers ) על חלקי הטבעת שמתחתיו (13).

בסמוך לכניסתה של הקסיני למסלול סביב שבתאי התגלתה הופעה גרגרית בשפה החיצונית של טבעת A, הופעה גרגרית זו נוצרה כנראה בהשפעת ההידוק הכבידתי ( gravitational clumping ) של הגרגרים זה לזה. בתצלוםPIA12722 . רואים כי במהלך תנועתם של הגרגרים סביב שבתאי הם מצויים באי שקט תנודתי בהשפעת כוחות המשיכה של הירחים הקטנים Janus ו- pimatheus . התהודה הכבידתית ( gravitational (resonance של ירחים אלה בשפה החיצונית של הטבעת באופן מחזורי גורמת לכך שהחלקיקים הגרגריים נצמדים זה לזה. אורך גושי החלקיקים בתצלום זה יכול להגיע למספר קילומטרים. הגדול שבהם אורכן 10 ק”מ. הידוק דומה של חלקיקים מצוי בשפה החיצונית של טבעת B, מקום בו לתהודה של הירח מימס יש השפעה דומה על המסלול של חלקיקי הטבעת זו (14).

בתצלום PIA12784 רואים מניפות כהות מעל הגרעין של טבעת F . הן מצויות בסמוך לערוצים אלכסוניים (diagonal channels) הנוצרים על ידי הירח פרומתאוס. רואים שמניפות אלה מתפתחות כסדרה של ערוצים בתוך החלקיקים של טבעת F. נראה שיש להם מקור משותף והם מופצים מהטבעת החוצה בצורה רדיאלית לכל הכיוונים. הרושם הוא שהתנודות הכבידתיות בחומר הטבעת נוצרות בשל השפעת ירחון או גושי חומר. המסלולים של הירחון או גושי החומר הם פחות או יותר אליפטיים בהשוואה לשאר חלקיה של טבעת זו. גוף זה נמצא בתוך הטבעת וגורם לכך שערוצי המניפות יתקבצו אלה לאלה (15). בחלק מהתצלומים אפשר לראות חלקיקי קרח בטבעת F מתגבשים לכדורי קרח גדולים. כאשר הירח פרומתאוס יוצר תנודות רבות בטבעת. כוח המשיכה שלו חובט בחומר הטבעת שמסביבו ויוצר ערוצים מעוררים ( wake channels), הגורמים מצידם להיווצרות גושים שאורכם 20 ק”מ.

מהירות תנועתו של פרומתאוס במהלך הקפתו את שבתאי גדולה יותר ממהירותם של החלקיקים המצויים בטבעת. כתוצאה ממהירותו הגבוהה הוא מושך אליו חלקיקים באותו מקטע של הטבעת פעם ב-68 יום. בכל מעבר כזה חלק מחלקיקים אלה נמשכים על ידו וחלק מהם שורדים כל מפגש כזה. אלה אחרונים יכולים לגדול יותר ולהיות יציבים (6).

מקורות

1. “Huge collision may have formed Saturn’s rings and inner moons” 13.12.2010
http://www.spacedaily.com/reports/ Huge_ Collision_ May _Have_ Formed _Saturn’s _Rings_ And_ Inner_ moons_999.html

2. PIA11669: Strange things afoot in the B ring
http://photojournal/jpl.nasa.gov/catalog/ PIA11669

3. Lindblad resonance – http://en.wikipedia.org/wiki/ Lindblad- resonance

4. PIA12794: Galactic behavior for the outer B ring:
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12794

5. “Scientist spot Tsunamis in Saturn’s rings” 8.10.2010
http://ednetpower.com/xe/23083

6. “Cassini sees moon building giant snowballs in Saturn ring” 23.7.2010
http://www.spacedaily.com/reports/ Cassini _Sees_ Moon_ Building_ Giant_ Snowballs _ In _Saturn _Ring_999.html

7. “Cassini sees objects blazing trails in Saturn ring”24.4.2012
http://www.spacedaily.com/reports/ Cassini _Sees_ Object_ Blazing_ Trails_ In _ Saturn _Ring_999.html

8. PIA14198: Hello again
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA14198

9. PIA12789: Tracking propeller
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12789

10. “Saturn propeller reflects solar system origins” 9.7.2010
http://www.spacedaily.com/reports/ Saturn_ Propeller_ Reflects_ Solar _System _Origins
_999.html

11. PIA12790: Sunlit propeller
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12790

12. PIA12622: Shadows from the wakes
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12622

13. PIA14608: Ring moon’s effects
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA14608

14. PIA12722: Equinoctial clumps
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12722

15. PIA12784: Multiple F-ring “fans”
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/ PIA12484