שבתאי – ממצאים חדשים חלק שני

מה מתכננת נאס”א לחללית קאסיני לקראת סיום פעילותה

לחלק הראשון של הסקירה

הבזק אור
בסרט אנימציה באינפרה אדום שהופק על יסוד תצלומים של סערה גדולה שהתרחשה בין ינואר 2011 למארס 2012 בחצי הכדור הצפוני רואים הבזק אור גדול מאוד. כאשר עננים מתפרצים בסערה שבטרופוספרה הסוערת מתפרצים גלי חום הנעים מאות קילומטרים כלפי מעלה ומשקיעים (depositing) שם את האנרגיה שלהם בתצורה של שתי משואות אור של אוויר חם בסטרטוספרה. משואות אלה נעו סביב שבתאי בכיוון מערב. הגדולה שביניהן נעה מהר יותר והקיפה את הקטנה עד שהן התמזגו לפרק זמן קצר לממדי ענק, גדולים יותר מהכתם האדום של צדק. מערבולת זו נראתה רק באינפרה אדום והקיפה את שבתאי במשך 120 יום. ההערכה הייתה שהיא תתפוגג עד סוף 2013 (1).

סערת ענק
המעקב אחר סערה זו נעשה באמצעות חללית הקסיני וטלסקופים מכדור הארץ. בשל ממדיה קיבלה הסערה את השם great spring time storm. המעקב אחר התפתחותה בדצמבר 2010 מהרגע שבו החלה התערבלות עננים עמוק בתוך האטמוספרה עד לגובה של מאות קילומטרים מעל העננים שבסטרטוספרה שני כיסי האוויר החמים שהוזכרו קודם לכן המשואות – התמזגו מאוחר יותר למערבולת שנעה מסביב לחצי הכדור הצפוני מאז אמצע 2011. ההערכה הייתה שלגלי הסערה תפקיד חשוב בהעברת האנרגיה לאורך האטמוספרה. הטמפרטורה שנמדדה במערבולת הייתה 221 מעלות קלווין יותר מהטמפרטורה שמסביב לה 70 – 80 מעלות קלווין, ואורכה בשיאה 62,000 ק”מ, כ־1/4 מהיקפו של שבתאי בקווי הרוחב הבינוניים. הסערה שנצפתה באותו זמן בטרופוספרה באור הנראה שככה כמעט לגמרי. מיולי 2011 המערבולת החלה אט־אט להתכווץ ולהתקרר. ההערכה הייתה שהיא תיעלם בתוך כמה שנים. ההערכה הייתה שלמזג האוויר בחלק התחתון של האטמוספרה השפעה גדולה על השכבות העליונות, מאות קילומטרים כלפי מעלה כמו שקורה באטמוספרה של כדור הארץ (2).

מחזוריות הסערה
פעם בשנת שבתאי אחת (30 שנים ארציות) מתרחשת סערה אדירת ממדים המשפיעה על האטמוספרה בקנה מידה גלובלי. סערות אלה מוכרות בשם כתמים לבנים גדוליםgreat) white spots). הסערה הראשונה נצפתה ב־1876 והשישית ב־2010. הסערה התחילה כענן לבן קטן וזוהר בקווי הרוחב הבינוניים בחצי הכדור הצפוני. היא גדלה במהירות ונשארה פעילה במשך יותר מ־7 חודשים. במהלכה של תקופה זו עננים לבנים התערבבו זה בזה עד שהתקבלה טבעת מערבולתית ששטחה אלפים של מיליוני קילומטרים מרובעים. מהירות הרוחות הגיעה ל־500 קמ”ש. מודלים מתמטיים ממוחשבים הראו שהמוקד של סערה זו מצוי עמוק באטמוספרה, 300 ק”מ מעל לעננים שנראים באור הנראה. הסערה מעבירה כמויות גדולות מאוד של גז לח באדי מים למקומות הגבוהים ביותר באטמוספרה ויוצרים עננים הנראים באור הנראה, ומשתחררות כמויות גדולות של אנרגיה. אנרגיה זו באה במגע אלים עם הרוחות הדומיננטיות של שבתאי ונוצרות סערות שמהירותן 500 קמ”ש. על אף עוצמת הסערה היא אינה יכולה להתגבר על רוחות הנושבות באופן קבוע באותו כיוון בדומה לסערות על כדור הארץ ולמרות זאת המגע הוא אלים (3).

התברר ששבתאי יכול להעלות חומרים שונים מעומק של יותר מ־160 ק”מ מהאטמוספרה. הסערה על שבתאי פועלת כמו זרמי קונבקציה הקטנים יותר של כדור הארץ. במקומות שבהם אוויר ואדי מים נדחפים לשכבות הגבוהות של האטמוספרה ובאות לידי ביטוי בנחשולי ענק של סערות רעמים. סערות אלה מעלות את החלקיקים של העננים בדומה להרי געש המעלים למעלה חומרים ממעמקים והם נראים מחוץ לאטמוספרה(4).

עם התפרצותה גדלה הסערה במהירות והגיעה לרוחב של 15,000 ק”מ באור הנראה. ממדיה היו כה אדירים שאפילו אסטרונומים חובבים יכלו לצפות בה. בטלסקופים שלהם. הסערה נראתה כמו כתם לבן וגדול הרוקד לאורך פניו של שבתאי. הממצאים החשובים מכלל המידע שהצטבר מהקסיני ומתצפיות ארציות מראים שהחלקיקים בפסגה של סערה זו עשויים משלושה סוגים של חומרים, קרח מים, קרח אמוניה וחומר נוסף. יכול להיות שמדובר באמוניום הידרוסולפידי (ammonium hydrosulfide). התצפיות תואמות לדיפרנציאציה של עננים שונים מסוגים שונים הנמצאים זה בצד זה. החוקרים משערים שבאטמוספרה של שבתאי מצויים שלוש שכבות של עננים, ענני מים בתחתית, באמצע עננים של אמוניום סולפיד ועננים של אמוניה בחלק העליון, קצת מתחת לאובך של הקצה העליון של הטרופוספרה העשויה מחומר לא ידוע המערבל כל דבר שנמצא מתחתיו. נוכחות קרח מים תומכת בהשערה שלפיה סערות אדירות ממדים (super storms) מונעות על־ידי התעבות של מים, 200 ק”מ מתחת לשכבת העננים הנראים. מים אלה עולים למעלה על־ידי זרמי קונבקציה חזקים הנוצרים בתחתית האטמוספרה. אדי המים מתעבים וקופאים תוך כדי עלייתם. באותו שהם עולים זמן הם מתכסים בחומרים נדיפים כמו אמוניום הידרוסולפיד ואמוניה עם ירידת הטמפרטורה (5).

לקראת סיום משימתה של הקסיני
התכנית שעליה חושבים באשר לפעילותה של הקסיני ב־2016 היא להעלות אותה מעל לקוטב הצפוני מחוץ לטבעת F, לדגום את פלומת המים מהגייזרים של אנצלדוס ולאחר מכן תדלג מעל הטבעות, תיכנס למסלול בין שבתאי לבין הטבעת הפנימית ביותר שלו ותבצע 22 הקפות מסביב לשבתאי עד לסיום פעילותה (6).
מקורות
1. PIA16190 : Infrared hotspots in a monster Saturn storm
http://photohournal.jpl.nasa.gov/PIA16190
2. “Saturn giant storm reveals the planet’s churning atmosphere” 26.10.2012
http://www.spacedaily.com/reports/Saturn_Giant_Storm_Reveals_The_Planet_ Churning_ Atmosphere_999.html
3. “Mystery of the gigantic storm on Saturn” 24.6.2013
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130634075753.htm
4. “Massive storm in Saturn throws water ice high in atmosphere” 3.9.2013

http://www.spacedaily.com/reports/Massive_Storm_In_Saturn_Throws_Water_Ice _High_ In _Atmosphere_999.html
5. “Massive storm pulls water ammonia ices from Saturn’s depths” 13.9.2013
http://www.spacedaily.com/reports/Massive_Storm_Pulls_Water_Ammonia_Ices _From _Saturn_depths_999.html
6. “Cassini names final mission phase its ground finale” 30.6.2014
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures20140630