אנסלדוס – ממצאים חדשים. חלק א'

מבין ירחיו של שבתאי, לאחר טיטן אנסלדוס הפך לירח המסקרן ביותר מבחינה גיאולוגית. ככל שהגיעו יותר תצלומים, כך גדל יותר ויותר העניין בו

מבוא

מבין ירחיו של שבתאי, לאחר טיטן אנסלדוס הפך לירח המסקרן ביותר מבחינה גיאולוגית. ככל שהגיעו יותר תצלומים, כך גדל יותר ויותר העניין בו. פני השטח הלכו ונחשפו אט אט במלואם עד לקבלת תמונה גלובלית מלאה.עם סיומה של תוכנית קסיני המקורית, נבנתה תוכנית פעולה חדשה ואחת ההחלטות היתה לבצע מספר טיסות מעבר נוספות ליד ירח זה. באחת מטיסות אלה העיזו להתקרב לכדי 25 ק”מ מפני הקרקע והגיאולוגיה התבררה כעשירה במיוחד. הרזולוציות הגבוהות של התצלומים הגיעו לסדר גודל של מטרים ספורים לפיקסל.

אטמוספירה

ההפתעה הגדולה ביותר היתה נוכחות אטמוספרית. מכיון שמדובר בגוף קטן מאוד, 500 ק”מ קוטר ברור שאין מדובר במעטפת גזית המקיפה את הירח. מה שנצפה היו גייזרים של מים בקוטב הדרומי. גייזרים אלה פולטים כמויות גדולות של אדי מים ואלה יוצרים תופעה דמוית אטמוספירה לזמן קצר. זאת למעשה אטמוספירה מקומית וקצרת זמן. אישוש להנחה זו ניתן בבדיקות שנעשו בעזרת כוכבים ש”חלפו” ליד הירח. המדובר בשני כוכבים. הראשון הוא Bellartrix, כאשר עבר בסמוך לאנסלדוס ב- 11.7.2005. מנקודת מבטה של החללית האור שלו עומעם בקרבתו לירח.כאשר התגלה בצידו השני של הירח לא היה שום עמעום של האור הבא ממנו. הכוכב השני הוא Lambda Scorpius אשר עבר ליד הירח בפברואר אותה שנה והאור שלו לא עומעם בכלל (1). כן התברר שהאטמוספירה משתנה בין טיסת מעבר אחת לשניה.ההערכה היא שמקורם של שינויים אלה הוא ברמות שונות בפעילות הגייזרים בקוטב הדרומי הגורמים לשינויים אטמוספריים אלה (2).

המרכיב העיקרי של החומר הנפלט מגייזרים אלה הוא מים המתחלקים לשני סוגים. קרח מים טהורים הבאים מפני השטח וקרח מים מעורבים עם חומרים אחרים הבאים מתוך הירח. מדובר בחלקיקים קטנים מאוד בסדר גודל של 1/10, 000 אינטש הפורצים החוצה במהירות של 1280 קמ”ש והמגיעים למרחק של 1500 ק”מ מפני הירח.מרכיבים אחרים הנפלטים בכמויות זעירות הם CO ו- CO2. אמוניה, מתאן ואתילאן (3, 4).

החלקיקים, גרגרי הקרח ואדי המים הפורצים החוצה קטנים מדי מכדי ליצור איזו שהיא אינטראקציה בינם לבין עצמם, אינם יכולים להגיע לקרקע במהירות.הירידה היא איטית. ההערכה היא שהשינוי במהירות מתרחש מתחת לקרקע לפני שהם נפלטים החוצה.עומקם של הסדקים דרכם הגייזרים פורצים החוצה הוא מאות מטרים ובמקומות מסוימים הטמפרטורות והלחץ של טיפות המים נופלים וגורמים לעיבוי (condensation) שלהם לגרגרי קרח וליצירת התערובת של אדי מים ואבק.הצפיפות הנדרשת להאצת הגרגרים למהירות בה אפשר לצפות, מחייבת טמפרטורות מים נוזלים היכולים להתקיים יחד עם קרח מים ואדי מים בתוך הקרום הקפוא של הירח. תנאים אלה מאפשרים לאדי המים ולחלקיקי האבק לפרוץ החוצה ביחד.חלקיקים אלה עוברים בינם לבין עצמם התנגשויות רבות ובינם לבין דפנות הסדקים, מה שגורם לחיכוך ולהאטת מהירות לפני שהם פורצים החוצה.ככל שהחלקיקים גדולים יותר, כך קטנה יותר מהירות היפלטותם החוצה (5 ).

רוב החלקיקים חוזרים לקרקע, אבל החלקיקים הקטנים ביותר בורחים מהירח.כתוצאה מלחץ הקרינה (האור) והאינטראקציה עם המגנטוספירה של שבתאי הם יוצרים את טבעת E, טבעת המתחדשת כל הזמן בשל אספקה המגיעה אליה באמצעות תהליכים גיאולוגיים המתרחשים מתחת לפני הקרקע של אנסלדוס (6). להפתעת החוקרים התברר שחלק מהחלקיקים הנפלטים מגיעים גם לשפה החיצונית של טבעת A.הפלסמה היוצרת את הענן דמוי הכעך מסביב לשבתאי “נחטפת” עלי ידי טבעת זו כמו ספוג הסופח אליו את הפלסמה (7).

החום הנוצר בתוך הירח הוא גבוה דיו לאפשר לקרח המים לעבור מיידית לפאזה גזית כמו בשביטים שעה שהם מתקרבים לשמש.ההערכה היא שמקור החום בתוך אנסלדוס קשור לכוחות גיאות. שתי ההתרחשויות דומות ומאפשרות מיקום הפתחים דרכם הגזים הנפלטים הן אצל אנסלדוס והן אצל שביטים (8).

הגייזרים ומקורם

מבחינה גיאוגרפית הגייזרים פורצים החוצה מ-3 קניונים גדולים הקרויים “רצועות הנמר” (Tiger Strips). ברור שמקור הגייזרים הוא מים חמים, כנראה בסדר גודל אוקייני. השאלה המתבקשת היא מה מחמם את המים.ההערכה היא שלמסלולו של הירח סביב שבתאי תפקיד חשוב בחימום המים. מסלולו של הירח הוא אקסצנטרי, לפעמים הוא מתקרב לשבתאי ולפעמים מתרחק ממנו וכוח המשיכה של שבתאי משתנה לאורך זמן, הגם שזה נעשה בצורה מחזורית. נוצרים כוחות גיאות הגורמים ל”רצועות הנמר” לנוע קדימה ואחורה.על פי מודל זה המים אינם חייבים להיות סמוך לפני השטח, אלא עמוק יותר. אוקיינוס הנמצא מתחת לקרום הקרח.מיקום זה מאפשר לקליפת הקרח להתעוות בעוצמה המאפשרת תנועה לאורך הקניונים. אם הקרח נמצא בדיוק מעל על הקצה הסלעי העליון של הירח, כוחות הגיאות לא יצרו מספיק תנועה בקניונים כדי ליצור חום.מכניקה זו של חיכוך תואמת למחקרים קודמים על פיהן הירח מכוון את עצמו כדי למקם את ה- Hot Spots בקוטב הדרומי. על פי ההערכה עובי שכבת הקרח הוא 5 ק”מ ויכול להגיע לעשרות קילומטרים והתנועה לאורך הקניונים היא בשיעור של 0.5 מטר במהלך הקפה של אנסלדוס את שבתאי, אורכו של מחזור גיאות. החיכוך גורם לכוחות הגיאות לנוע לאורך קווי הסידוק קדימה ואחורה ולהתחכך אחד נגד השני.בצורה זו הם יוצרים חום רב הגורם לחלק מהקרח להפוך מיידית לאדי מים ולגבישי קרח. הקרח התת-קרקעי מתחמם סמוך לסדקים הפעילים, קרוב למקום בו הגזים פורצים החוצה (9).

גישה זו התבררה כבעייתית כאשר תצפית לעבר הירח ב-2007 הראתה שכמות האדים הנפלטת מהקניונים גדולה יותר ממה שציפו במועד בו אמורים לפעול כוחות הגיאות.הגם שגישת החיכוך לא נשללה לחלוטין הועלתה אפשרות אחרת לפתרון הבעיה.באחד המחקרים נבנה מודל מתמטי המתייחס לפתחים כאל נחירים המתעלים אדי מים ממאגר נוזלי לפני השטח של הירח.באמצעות אור מהבהב של כוכב ואשר הגייזרים חוסמים אותו, התברר שאדי המים יוצרים סילון צר מידות.הועלתה אפשרות שרק טמפרטורה קרובה לנקודת ההפשרה של קרח מים יכולה לתמוך במהירויות הגבוהות של סילוני אדי המים (10).

נקודה חשובה וראויה לציון היא שבמקרים רבים בהם בדקו את הגיייזרים שעה שהסתירו כוכב ש”עבר” במקום בטכניקה של ליקוי, נמצאו 4 סילוני גז כל אחד עם צפיפות שונה של אדי מים.צפיפות אדי המים גבוהה פי 2 ממעטפת הגז המקיפה כל סילון גז (11).

מכתשים

מיפויו של אנסלדוס הראה הבדל משמעותי בין חצי הכדור הצפוני לחצי הכדור הדרומי מבחינת צפיפות המכתשים. האזור הנמצא סמוך לקוטב הצפוני הוא הקדום יותר מבחינה גיאולוגית ובו צפיפות המכתשים היא הגבוהה ביותר. בחצי הכדור הצפוני נמצא אזור רחב מאוד ומכותש המתחיל בקו המשווה המתחיל בצד הפונה לשבתאי, מגיע לקוטב ונמשך עד לקו המשווה בצד השני של הירח. האזור הסמוך לקו המשווה ולקווי רוחב בינוניים בין קו אורך W ° 90 (בצד הפונה לשבתאי) ובין קן האורך W ° 270 (בצד הנסתר משבתאי) צפוף פחות במכתשים ופני השטח מאופיינים באזורים סדוקים ושבורים.

בחצי הכדור הדרומי אזור מכותש שבין קווי אורך °180 – °0 נמשך דרומה מקו המשווה, אך מקו רוחב S °55 עד לקוטב במקום מכתשים מוצאים מערכת של סדקים ושברים מסביב לקוטב.בקוטב עצמו כמעט ואין מכתשים (12).

המכתשים שבחצי הכדור הצפוני נמצאים בשלבים שונים של שבירה וניכר כי היתה בהם פעילות טקטונית וכנראה עברו שלב של התחממות מלמטה.רבים מהמכתשים חתוכים על ידי סדקים קטנים ומקבילים. אפשר להבחין בצורות שונות של מכתשים.בחלקם מוצאים תבליטים כדוריים ובתוך אלה מכתשים קטנים יותר, מה שרומז על כך שקרום הקרח באזור זה היה חם יותר בעבר (13). המכתשים הם קטנים. המכתש הגדול ביותר, מכתש עלי באבא, קוטרו 39.2 ק”מ.

סדקים ושברים

התצלומים מראים כי חלקים רבים מפני השטח של אנסלדוס משופעים בסדקים ושברים, מה שמעיד על היסטוריה טקטונית עשירה של הירח.תופעה אשר דומה לה מבחינה מורפולוגית מוצאים בגנימד ירחו של צדק. פעילות גיאולוגית זו יכולה לשמש כמפתח טוב באשר לשינויים הרבים שחלו על פני השטח של הירח.כר נרחב למחקרים סטרטיגרפיים. קרוב לוודאי שסדקים אלה נוצרו בעקבות כוחות גיאות שהופעלו על ידי שבתאי ו/או שינויים במבנה הפנימי של הירח. תופעה בולטת הנמצאת בקוטב הדרומי היא 3 קניונים, אלה “רצועות הנמר” אותם הזכרנו קודם. אורכם כ-128 ק”מ, רוחבם 1-2 ק”מ והמרווח ביניהם 40 ק”מ. רשתות רחבות של קמטים מפרידות בין פני השטח ה”צעירים” של הקוטב הדרומי לבין פני השטח העתיקים הסמוכים לקו המשווה המקיפים את הירח סמוך לקו הרוחב S ° 55. קו הגבול של הקוטב הדרומי נחתך על ידי סדקים בתצורות דמויות משפך, אי רציפויות המתעקלות כלפי צפון.מסבירים אותן בכך שהן נוצרו על ידי לחצי מתיחה המקבילים לקווי רוחב.דפוסי סידוק מוצאים גם באזורים עתיקים ומכותשים וגם באזורים צעירים. מצויות גם מערכות סידוק בחצי הכדור הצפוני וכיוונם צפון-דרום ומזרח-מערב שנוצרו סמוך לציר הגיאות.ציר הגיאות הוא קו הנמשך מקו אורך ° 0 עד לקו אורך ° 180. יכול להיות שהם נוצרו כתגובה ללחצי גיאות על ידי שבתאי ( 14, 15). המעברים הסמוכים של הקסיני עד למרחק של 25 ק”מ מפני השטח באוקטובר 2008 אפשרו לראשונה מבט מפורט פנימה לדפנות של הקניונים ובמקומות מסוימים בקרקעיתם.

פני הקרקע ברזולוציות גבוהות

הודות לחשיפה הקרקע ברזולוציות גבוהות אפשר לצפות ולבחון בפרטים בסדר גודל של מטרים בודדים, מה שמאפשר ביצוע מחקרים לגבי ההרכב ומבנה הקרקע באזורים קטנים למאוד מבחינה טופוגרפית ומורפולוגית. בתצלום 06252 PIA אשר צולם ברזולוציה של 4 מטר לפיקסל נמצאו תצורות קרקעיות של מצולעים המזכירות את הצילומים ששידרה ארצה חללית הפניקס אשר נחתה סמוך לקוטב הצפוני של המאדים ונצפו גושי קרח בסדר של 10-100 מטר.מקורם לא ברור (16).בתצלום 10350PIA ברזולוציה של 5 מטר לפיקסל מהקוטב הדרומי אפשר להבחין בחומר רך במספר עמקים בין הגבעות המעוגלות.גובה התבליט במקום 250 מטר.כן נמצאו תצורות של כפתורים קטנים שרוחבם 10-50 מטר וגובהם 2-10 מטר ( 17). סמוך לאזור Cairo Sulcus נמצאו גושי קרח (18).התברר שעומקם של “רצועות הנמר” מגיע עד ל-300 מטר ולדפנות הפנימיים שלהם תצורת V. בחלקים מסוימים של קניונים אלה אפשר להבחין במשקעים נרחבים של חומר עדין ומסביב לקניונים גושי קרח באורך עשרות מטרים.לאורך מספר סדקים אפשר לראות כי היתה נפילה של חלקיקי קרח לקרקע.מוצאים אותם גם בין שני מקורות של גייזרים. ההערכה היא שמשעה שאדי מים חמים עולים למעלה דרך סדקים צרים, חלקיקי הקרח מתעבים ( condense) הם חוסמים פתחי יציאה פעילים, גייזרים חדשים יופיעו במקומות אחרים לאורך אותו סדק.לראשונה ניתנת בידי החוקרים האפשרות להבין עד כמה משקעים של התפרצויות טריות המכסים את הקרקע שונים ממשקעים של התפרצויות קודמות להן.לאורך תקופות גיאולוגיות מיקום התפרצויות אלה נע למעלה ולמטה לאורכם של “רצועות הנמר” (19).בתצלום 1112PIA נראים אזורים המכוסים כנראה בגרגרי קרח מחוספסים ובגושי סלעים שקשה להבחין בהם ברזולוציה של תצלום זה.תצלום זה הוא פסיפס של תצלומים ברזולוציות שונות ואפשר לראות שהקרח הגרגרי הגס והקרח המוצק מרוכזים לאורך קרקעית הסדקים והדפנות כמו גם לאורך החלקים המורמים של “רצועות הנמר” במקומות אחרים על אנסלדוס גרגרי קרח אלה מצויים בתוך מקטעים המבצבצים מתוך סלעים ובפסגות של רכסים (20).

מקורות

1.PIA03552: Enceladus atmosphere not global

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA03552

2.”Saturn moon is source of solar system largest planetary ring” 13.3.2006

http://www.saturndaily.com/reports/ Saturn_ Moon_ Is _Source _Of_ System_ Largest_ Planetary_ Ring_.html

3.”Cassini space spacecraft to dive into water plume of Saturn Moon” 11.3.2008

http://www.saturndaily.com/reports/ Cassini_Space_Spacecraft_To_Dive_Water_Plume_Of_Saturn_Moon_999.html

4.Stiles L.-“Tiny Enceladus may hold ingredients of life” 6.9.2005

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

5.”New theory sheds light on space enigma” 25.2.2008

http://www.saturndaily.com/reports/ New_ Theory_ Sheds_ Light _On_ Space _Enigma_999.html

6.”Multiple Cassini instruments capture Enceladus plume” 17.12.2005

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

7.”The giant sponge of Saturn” 6.2.2008

http://www.saturndaily.com/reports/ The_ Giant_ Sponge_ Of _ Saturn_999.html

8.”Cassini findings suggest complex story of venting at Enceladus’ south pole” 31.8.2005 http://www.spacedaily.com/news/cassini-05zzy.html

9.”Frictional heating explains plumes on Enceladus” 17.5.2007

http://www.saturndaily.com/reports/ Frictional _Heating_ Explains_ Plumes_ On_ Enceladus_999.html

10.”Source of geysers on Saturn’s moon may be underground water” 27.11.2008

http://www.saturndaily.com/reports/ Source_ Of_ Geysers_ On_ Saturn_ Moon_ May_ Be_ Underground_ Water_999.html

11.PIA10354: Stellar data on plume

http://photojournal.jpl.nasa, gov/catalog/PIA10354

12.PIA07220: Enceladus: north and south (southern polar projection)

http://photojournal.jpl.nasa, gov/catalog/PIA07220

13.PIA08409:The north polar region of Enceladus

http://photojournal.jpl.nasa, gov/catalog/PIA08409

14.PIA07722: Enceladus global patterns of fracture (southern polar projection)

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07722

15.”Cassini finds Enceladus Tiger Stripes are really cub” 31.3.2005

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

16.PIA06252: Boulder-strewns surface- narrow angle camera view

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA06252

17.PIA11350: South polar terrains of Enceladus –highest resolution view

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11350

18.”cassini returns pictures from Monday’s fly by of Enceladus 12.8.2008

http://www.spaceflightnow.com/news/n0808/12cassini/

19.”Tracing tiger stripes” 28.8.2008

http://www.saturndaily.com/reports/ Tracing_ Tiger _Stripes_999.html

20.PIA11112: Great southern land

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11112