מבט קרוב יותר על יפטוס

יפטוס המרוחק מבין ירחיו הגדולים של שבתאי היווה תמיד חידה בשל ההבדלים בין צדו האחד – הבהיר וצדו השני – הכהה. התקרבות קאסיני אליו הוסיפה לתעלומה ובין היתר העלתה את חידת שרשרת ההרים בקו המשווה המהווה מעין חומה גדולה

ב-10.9.2007 חללית הקסיני ביצעה את המעבר הקרוב ביותר ליד יפטוס. המרחק המינימלי לפני השטח של הירח היה 1300 ק”מ.זאת היתה הטיסה המתוכננת הקרובה ביותר במסגרת תוכנית העבודה של הקסיני. עם סיום פעילותה המתוכננת של הקסיני ביוני 2008, משימתה הוארכה בעוד שנתיים ויכול להיות שתהיה הארכה לשנתיים נוספות, סך הכל עד שנת 2012. במקטעים מסוימים במעברה הקרוב של החללית סמוך לירח באזור קו המשווה הרזולוציה הגיעה עד ל-20 מטר לפיקסל. זאת יכולת המאפשרת מבט מקרוב על תופעות שנצפו קודם לכן ב- 31.12.2004(יום בו מרחק המעבר המינימלי של החללית היה 123,000 ק”מ), אבל ביתר פירוט.קוטרו של יפטוס הוא 1468 ק”מ,מרחק מסלולו משבתאי הוא 3.54 מיליון ק”מ ומקיף אותו פעם ב-80 יום. יפטוס הוא המרוחק ביותר מבין ירחיו הגדולים של שבתאי. מכיון שהוא מראה לשבתאי רק צד אחד לשבתאי,היממה שלו היא ארוכה במיוחד-80 יום.

התבליט באזור קו המשווה

אחת התופעות הבולטות שהקסיני זיהתה על יפטוס במעברה הראשון היא קו רכס בקו המשווה.המדידות הראו כי אורכו של קו הרכס הוא 1300 ק”מ,גובהו 13 ק”מ ורוחבו 20 ק”מ.על מדרונות התבליט ועל פסגתו נמצאו מכתשים. בטיסת המעבר הקרובה נמצא כי במקומות מסוימים גובהו של התבליט 20 ק”מ.התבליט איננו רציף והמופע שלו הוא מקטעים מקטעים(תמונות .jpg5201W000 , W00035149.jpg ). בניסיון למצוא הסבר לשאלת היווצרותו של התבליט כורכים תופעה זו עם סיבובו האיטי של הירח סביב שבתאי( 18.7.07web : “Saturn moon” ).על פי מודל שהחוקרים בנו,יפטוס סבב סביב עצמו פעם ב-5 שעות והקיף את שבתאי פעם ב-16 שעות.תופעה המזכירה במקצת את תנועתו של מרקורי סביב השמש.כוכב לכת זה סובב סביב עצמו פעם ב-55 יום ומקיף את השמש פעם ב-88 יום.כל 3 סיבובים שלו סביב עצמו שווים ל-2 הקפות סביב השמש. סיבוב מהיר זה נתן ליפטוס תצורה פחוסה שהגדילה את פני השטח. במשך הזמן מהירות הסיבוב הצירית הואטה ל-16 שעות והקליפה החיצונית של הירח קפאה.יתרה מכך. פני השטח של הירח הקר קטנו והחומר העודף נהיה קשיח מדי מכדי לחזור פנימה לתוך גוף הירח.במקום זאת הוא נערם לשרשרת הרים בקו המשווה .בכדי שגלי הגיאות יאטו את יפטוס לקצב הסיבוב הצירי הנוכחי,פנימו של הירח חייב להיות חם יותר קרוב לנקודת ההתכה של מי קרח.

תוחלת החיים של מקור החום חייבת להיות מוגבלת בזמן בכדי לאפשר לקרום הירח להתקרר במהירות ולקבל תצורת “בוגרת”.על פי הערכות שונות מקור החום בא מסלעים שבתוכם איזוטופים רדיואקטיביים בעלי זמן קיום קצר –אלומיניום 26 וברזל 60 המתנוונים במהירות במונחי זמן גיאולוגיים. מכיון שאיזוטופים אלה מתנוונים בקצב ידוע אפשר לתארך את יפטוס בדומה לתיארוך שנעשה באמצעות פחמן 14.חישוב על פי אלומיניום 26 הראה שגילו של יפטוס הוא 4.5 מיליארד שנה.איזוטופים כאלה נמצאו במטאוריטים שונים בחלק הפנימי של מערכת השמש.

הבעייתיות במודל זה היא מרחקו של יפטוס משבתאי. מרחק של 3.5 מיליון ק”מ. אם ניקח ירח אחר של שבתאי,ראה בעל סדר גודל דומה,קוטרו 1530 ק”מ(קצת יותר גדול),הוא מקיף את שבתאי פעם ב-4.5 ימים ומרחק מסלולו משבתאי 524,000 ק”מ.כאשר בודקים את יחס המרחקים של כוכבי הלכת מהשמש ואת יחס המרחקים הירחים של כוכבי הלכת,בכל קבוצה יחס זה מתכנס בדרך כלל לערך הקטן מהמספר 2(מזר 34:2002 ).יפטוס חורג במספר סדרי גודל מהערך 2.מתבקשות מכך שתי אפשרויות. על פי אפשרות אחת ,יפטוס היה בעבר קרוב יותר לשבתאי.יתכן והוא באמת הקיף אותו פעם ב- 16 שעות ומסיבה כל שהיא נזרק למסלול מרוחק יותר אולי בשל התנגשות עם גוף אחר. האפשרות השניה היא שיפטוס בא ממקום אחר במערכת השמש.אולי הקיף כוכב לכת אחר,נזרק מתוך מסלולו והחל לנוע במערכת השמש עד שנלכד על ידי כוח המשיכה של שבתאי. ושוב חוזרת השאלה מה מקורו של התבליט.

הבדלי הכהות בין שני צידי הירח

התופעה הבולטת ביותר שנצפתה על ירח זה משעה שכוונו אליו טלסקופים היא שצד אחד בהיר מאוד והצד השני כהה מאוד.החלק הכהה של הירח פונה לעבר שבתאי והצד הבהיר איננו חשוף לכוכב הלכת.צורתו של האזור הכהה היא אליפטית.קצה אחד נמצא בקו האורך º330 והקצה השני נמצא בקו האורך °240. טווח הכיסוי הוא של º 270 .התיחום הצפוני הוא בין קווי הרוחב N°60 -N °55 והתיחום הדרומי הוא ב-S °55 . שמו של האזור Cassini Regio. במעבר שהקסיני ביצעה ב-2007 התברר שהאזור זרוע במכתשים. 3 מכתשים גדולים מובחנים היטב ,אחד בקוטר 424 ק”מ ,זהו מכתש Falsairon,השני קוטרו 580 ק”מ ושמו Turgis. מכתש זה נמצא בחלק התחתון המזרחי והוא גובל בתבליט של קו המשווה.מכתש גדול נוסף שמו Malprimis בקוטר 377 ק”מ נמצא בין קווי האורך °150 -° 95 . כהות הצבע באזור זה איננה אחידה. המרקם של פני השטח מראה גוונים.המפה שהוכנה בעקבות הצילומים של יפטוס( PIA08406 web ) מחדדת את השאלה שמלווה את החוקרים לאורך שנים בדבר מקורה של הכהות. האם היא תוצאה של תהליכים גיאולוגיים שהביאו להפלטות חומר החוצה או שמדובר בחומר שהגיע ליפטוס מירחים אחרים ואם כן מאילו?

האזורים הבהירים של יפטוס נמצאים בקווי הרוחב הגבוהים ובמרווח שבין קצותיו של
Cassini Regio. בחלק הדרומי של הירח בין קווי האורך °280 – °240 נמצא מכתש בקוטר 504 ק”מ ופחוס ושמו Engelier. ככל שמתקדמים מהאזורים הבהירים לאזור הכהה הבהירות נחלשת בהדרגתיות עד שהיא הופכת לכהה .בקו אורך °330 בקצה המזרחי של Cassini Regio נמצא מכתש בקוטר 244 ק”מ ושמו Naimon כהה בקרקעיתו ובמרכזו כתם עגול ובהיר.מכתש עם “היפוך צבעים” נמצא סמוך לקוטב הצפוני. קרקעיתו היא כהה,הכהות החזקה ביותר על הירח ומסביבו שני משטחים בהירים שבהירותם היא החזקה ביותר על פני הירח. מזרחה להם נמצאים שני מכתשים אחד בתוך השני מכוסים בחומר בהיר להוציא חלק מהדופן הפנימי של המכתש הפנימי וממזרח להם נראה מכתש נוסף וקרקעיתו היא בצבע מעבר בין הבהיר של הסביבה ובין אפרפר( PIA08206web ).יפטוס כולו מכוסה במכתשים. מספר המכתשים שקוטרם גדול מ-200 ק”מ הוא 8.

מים ו- CO2

המגמה הרווחת באשר למקור הצבע הכהה של יפטוס היא כי הוא “יובא” מירחים אחרים שכיוון תנועתם סביב שבתאי הפוך לזה שלו. ברגע שהצד הפונה לשבתאי נהיה כהה מאוד,חלה הפרדת חום מהירה של פני השטח.אזור כהה סופג יותר מחום פני השטח ומתחיל להתחמם,כך שקרח המים מתחיל להתאדות.האדים נדחסים (condense )באזור הקר ובצד הקרוב ביותר היכול להיות בקטבים ובקווי רוחב נמוכים בצד הנסתר משבתאי.החומר הכהה מאבד קרח מים ונהיה כהה יותר והחומר הבהיר צובר קרח ונהיה בהיר עוד יותר בתהליך הנקרא מסלול המראה(Runaway Process).. מכיון שמספר המכתשים הקטנים על יפטוס החופרים בשכבת הקרח הבהיר הוא קטן, ההערכה היא ששכבת החומר הכהה היא דקה,אם כי קיימים מקומות בהם שכבה זו היא עבה יותר.נראה שהחומר הכהה שוכב על פסגתם של האזורים הבהירים.עובדה התומכת בגישה זו היא חומר שאריתי תוצר לסובלימציה של קרח מים(“Cassini is” 8.12.07web ).

הממצאים מראים שהאזור נהיה נקי יותר מקרח מים עם התנועה צפונה או דרומה מקו המשווה ומהאזור של האזור הפונה לשבתאי לצד השני.תנועת הקרח מעלה באזורים אלה את ריכוז החומר הכהה.אחת התוצאות המפתיעות מכך היא עליית הריכוז של CO2 מכיון שגז נדיף יותר ממים. המסקנה המתבקשת היא שהגז לכוד בקרקע ונוכחותו באזור המשווני היא יציבה(PIA10010:web ).

טמפרטורות

בשל היממה הארוכה של יפטוס מקומות שונים בתחום קו המשווה יכולים לצבור חום ביום ולהתקרר במידה בלתי רגילה בלילה. האזורים הכהים של יפטוס יכולים לספוג כמות גדולה של אור השמש ולהתחמם על ידה במידה רבה במהלך היום יותר מהאזורים הבהירים .ברוב הירחים של שבתאי פער הטמפרטורות בין צהרי היום לחצות הלילה הוא של C° 20 ואילו על יפטוס הוא הרבה יותר גדול. טווח הטמפרטורות הוא בין
C ° 165- בצהרי היום ל- C°235- בחצות הלילה.

במקטע שבין W °212 N °36 ל- W°220 S °22 הנמצא במקטע שבין הקצה מזרחי של Cassini Regio לקצה המערבי שלו נמצא כי הבדלי הטמפרטורות בקו המשווה הם בין C ° 145- באזורים הבהירים ל- C ° 160- באזורים הבהירים(PIA10012: web ).

להפרש טמפרטורות קטן זה יש השפעה גדולה על יפטוס. מכיון שבטמפרטורות של האזור הכהה כמות גדולה קרח מים הנפוץ מאוד ברוב פני השטח של ירחי שבתאי יכולה ללכת לאיבוד בשל אידוי לאורך מיליוני שנים. הטמפרטורה ביום מגיעה ל- C ° 145 – שכבה של 20 מטר קרח מים אובדת במשך מיליוני שנים. באזורים הבהירים בהם הטמפרטורה היא של C ° 160 – שכבה של 10 מטר של קרח מים מתאדה באותו פרק זמן. נראה שעם ההתאדות המוחלטת של הקרח מפני יפטוס השטח הכהה של הירח הופך לכהה יותר והאזורים הבהירים הסמוכים להם הופכים לבהירים יותר ובעקבות זאת מגדילים שינויים בהירים .תהליך זה מוגדר כהפרדת חום- Segregation Thermal. על פי מודלים שונים מים המתאדים באזור הכהה יכולים להצטבר בקווי רוחב גבוהים ובכך להסביר את בהירותם של הקטבים בצד הכהה של הירח הפונה לשבתאי.באותה מידה אפשר גם להסביר את האזור הכהה יחסית בקו המשווה בצד הנסתר של הירח (PIA10012: web).

דיון

הפריסה הרחבה של האזור הכהה עושה אותו לתופעה גיאולוגית במימדים גלובליים. זהו אזור זרוע במכתשים כולל 3 מכתשים בסדר גודל של מאות קילומטרים כאשר גם בתוכם מכתשים.הכהות של פני השטח איננה אחידה. היא הולכת ודועכת באזור הגבול בצפון ובדרום לכיוון הקטבים,מה שמחדד עוד יותר את השאלה באשר למקורה, חיצוני או פנימי.האם הוא בא מירחים אחרים או כתוצאה מתהליכים גיאולוגיים? קרקעיתו של מכתש Turgis כהה יותר משאר האזורים של Cassini Regio .סמוך לדופן הפנימי הדרום מזרחי מצוי מכתש בקוטר 121 ק”מ ושמו Malun. מה שמאפיין מכתש זה הוא המצאותן של מפולות סלעים במורדותיו המערביים של הדופן הפנימי,דומה לתופעה של מפולות הרים על כדור הארץ.קרקעיתו של מכתש Turgis היא מישורית פחות או יותר,מה שאומר שפני השטח של רצפת המכתש מולאו בחומר שפרץ החוצה מתוך קרום הירח ויישר אותה ולאחר מכן באה כתישה נוספת.תהליך דומה התרחש במכתש Malun ולאחר מכן באה מפולת הסלעים.גם רצפתו של מכתש Malun כהה אבל היא קצת יותר בהירה מקרקעיתו של המכתש בתוכו היא נמצאת.נתונים אלה מאפשרים ביצוע חתך סטרטיגרפי של מכתש Turgis בכללותו ולקבוע גיל יחסי שלו.

קרקעיתם של שני המכתשים הגדולים האחרים ב- Cassini Regio, Falsaron ו- Malprimis דומה בדרגת כהותה לזה של האזור בכללותו.אם מסתכלים על Cassini Regio כמכלול מתקבל הרושם כי הוא תוצר להיווצרותם של שני מכתשי ענק בסדר גודל גלובלי שטלטלו את הירח כולו ובתקופה מאוחרת נוצרו המכתשים אליהם התייחסנו קודם לכן. בעקבותיהם באו מאוחר יותר פרצי לבה מתוך קרום הירח בדומה לתופעות דומות על כוכבי לכת אחרים במערכת השמש ועל ירחיהם.על ירחים אחרים המכתשים הגדולים מרוחקים אחד מהשני מאות קילומטרים ויותר.על יפטוס דפנות מכתשים אלה משיקים זה לזה עד כדי יצירת שרשרת של רעידות אדמה שהביאו לפריצת לבה שהרסה וכיסתה את דפנותיהם המשיקות.יכול להיות שהתבליט הנמצא בקו המשווה הוא תוצר מאוחר יותר לפגיעות אלה.יתכן גם ומפולות הסלעים במכתש קשורות לכך. תמיכה אפשרית להשערה זו היא אם ימצאו ב- Cassini Regio מסקונים(ריכוזי מסה) כמו על ירח כדור הארץ.

המודל המוצע לפיו הכהות החזקה של הצד הפונה לשבתאי מביאה להתחממותו לאורך טווחי זמן גיאולוגיים ובעקבות זאת להתאדותו של קרח המים בתהליך של סובלימציה ולהצטברותו במקומות אחרים הוא בעייתי. יפטוס הוא קטן מדי מכדי שתהיה לו אטמוספירה על כל המשמעויות המטארולוגיות שלה,מה עוד שבזמן הסובלימציה חלק גדול מאדי המים בורח מהר.שאלה נוספת המתבקשת ממודל זה היא מהו היחס הכמותי בין אדי המים הבורחים מהירח לבין אלה הקופאים מחדש.יש על כן לחשוב על אפשרות אחרת. אם נבחן את מכתש Engelier נראה שבמזרחו נמצאים שרידים של מכתש קדום יותר אותו הוא חתך.שניהם מכוסים בחומר בהיר הנמצא גם מסביבם ומכסה שטחים נרחבים.מבחינת החתך הסטרטיגרפי שכבה כיסוי זו נוצרה לאחר היווצרותו של מכתש Engelier .החומר הבהיר מופיע במקומות שונים בתצורת כתמים .ישנם מקומות בהם הוא נמצא בתוך מכתשים (תצלום . N00093117.jpg) ובמקומות אחרים הוא מכסה מישורים וגולש לתוך מכתשים(תצלום PIA08375 web ).הסבר אלטרנטיבי לתהליך הסובלימטיבי הוא קיומם של מקורות מים תת-קרקעיים,אולי אקוויפרים של מים או אוקיינוסים תת-קרקעיים של מים בדומה לאירופה ירחו של צדק.במקומות שונים מים אלה פרצו ואולי פורצים החוצה גם כיום,לא בצורה של גייזרים כמו על אנצלדוס ,אלא בעוצמות חלשות יותר וקפאו במהירות. כך שכבות הקרח הנערמות זו על גבי זו.גודל האזורים הבהירים יכול להעיד על משך תהליך פריצת המים החוצה.

תופעה דומה אך הפוכה היא של אזורים בהירים המכוסים בכתמים כהים(תצלומים PIA08374:web, PIA08373:web).יכול אמנם להיות מצב בו באזורים שונים ימצאו כתמים כהים רבים אבל ללא שום רציפות.הכתמים הם מבודדים. גם הם יכולים להיות תוצר של פריצת חומר החוצה מתוך קרום הירח מעין Hot Spots קטנים.

השוואת הטמפרטורות שנמדדו על ידי הקסיני במעברים שלה ב-2004 וב-2007 מאפשרת התחלה של בניית פרופילים חומניים בנקודות חמות על פני הירח תוך הבאה בחשבון של בהירות וכהות הקרקע.השוואה זו תאפשר מיפוי מינרלוגי ואיתורם המדויק של מקורות תרמליים בתוך הקרום שלו בהם נמצאו תופעות ה- Hot Spots.אם אכן כך הם פני הדברים השאלה המתבקשת היא האם יש בתוך הירח זרמי קונבקציה?

סיכום

סך כל התופעות שנמצאו על יפטוס הופך אותו בדומה לאנצלדוס (אם כי בירח זה מסיבות אחרות) לתופעה ייחודית לא רק בתוך המרחב של שבתאי,אלא גם במערכת השמש כולה.לקראת משימות עתידיות לעבר שבתאי כדאי לחשוב על חללית שתיכנס למסלול סביבו לרבות שני רכבי שטח שינועו אחד באזור הכהה ואחד באזור הבהיר.