החללית ג’ונו המגיעה הבוקר לצדק, תחקור בין היתר האם יש לכוכב הלכת הענק ליבה

מסלולה המתוכנן יהיה אליפטי מאוד והוא יביא אותה קרוב לקטבים – גובה של כ-4,300 ק”מ ועד למסלולו של קליסטו, הירח הגדול המרוחק ביותר של צדק – כלומר לגובה של 1.9 מיליון ק”מ.

החללית ג’ונו מגיעה היום (5 ביולי בסביבות 05:15 בבוקר) לצדק, מסלולה המתוכנן יהיה אליפטי מאוד והוא יביא אותה קרוב לקטבים – גובה של כ-4,300 ק”מ ועד למסלולו של קליסטו, הירח הגדול המרוחק ביותר של צדק – כלומר לגובה של 1.9 מיליון ק”מ.

המסלול תוכנן כך שהחללית תימנע ממגע ממושך מדי עם חגורת הקרינה של צדק, אך עדיין תאפשר לה לבצע מחקרי תקריב של אטמוספירת הקטבים, המגנטוספירה והשדה הגרביטציוני. החללית תבלה מעל שנה וחצי (עד פברואר 2018, אם לא יוחלט להאריך את הפעלתה). היא תקיף את צדק 37 פעמים כאשר משך כל הקפה 14 יום.

למעשה ג’ונו כבר החלה לחקור את השדה המגנטי של צדק לאחר שב-24 ליוני חלפה דרך גל ההלם שבכניסה למגנטוספירה של צדק, ולאחר מכן חצתה איזור בעל צפיפות נמוכה של המגנטוספירה. בכך היא עברה את הסביבה המאופיינת על ידי רוח השמש לזו שנשלטת על ידי המגנטוספירה של צדק. המכשירים של ג’ונו עשויים לספק מידע מעניין אודות השינוי הפתאומי בצפיפות החלקיקים.

לפני כשנה הרצתה פרופ’ רוית חלד מאוניברסיטת תל אביב על כוכבי הלכת הגזיים הגדולים – צדק ושבתאי ועל משימת החללית ג’ונו לצדק בפני חברי האגודה הישראלית לאסטרונומיה. הקטעים הבאים לקוחים מתוך הרצאתה בעיבוד קל. ניתן גם לצפות בוידאו של ההרצאה.

חלד היא חלק מהצוות המדעי של הגשושית ג’ונו של נאס”א אשר תחקור את כוכב הלכת צדק. כמו כן היא אחת מהמדענים הראשיים בצוות המחקר של הגשושית Jupiter Icy Moon Explorer של סוכנות החלל האירופית וגם חברת צוות המחקר של טלסקופ החלל PLATO של סוכנות החלל האירופאית, האמור להיות משוגר ב-2024.

“פלנטות ענקיות חשובות הן בגלל המסה והן בגלל ההשפעה שלהן על הגופים הקטנים במערכת השמש.”

צדק הוא כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, המסה שלו שווה ל-318 מסות ארץ והרדיוס שלו 71,492 מסות ארץ.  מבחינת ההרכב הכימי, הוא דומה יותר לכוכב כמו השמש משום שהוא מורכב בעיקר ממימן והליום, אבל יש בו גם חומרים כבדים (באסטרופיזיקה מגדירים חומרים כבדים – אלו הכבדים מהליום, כלומר כמעט כל היסודות והתרכובות שלהם).  חומרים כבדים יכולים להיות מים, סלעים וכו’.

השאלה שאנו שואלים על בסיס יום יומי היא כמה חומרים כבדים יש לנו. השאלה הנוספת האם יש לכוכב הלכת ליבה ואם כן מה הרכבה? סלעים, אולי מים? שאלת הליבה חשובה משום שמודלים שונים נותנים תחזיות שונות ולכן יש חשיבות לעצם קיומה של ליבה.

לפי התיאוריה הסטנדרטית, כוכב לכת גזי נוצר סביב ליבה כמו כל כוכב לכת אחר, אבל כשהמסה של הליבה מספיק גדולה הוא סופח עוד חומרים וגדל להיות ענק. לפי המודל הזה אנו מצפים שתהיה ליבה במרכז. המודל השני נקרא יציבות גרוויטציונית לפי התיאוריה הזו היה איזור יציב בדיסקה הקדם פלנטרית, שסחף אליו מימן והליום מסביבו. לפי מודל זה, לא צפויה להיווצר ליבה.

כך שאם נוכל לתת הערכה למסת הליבה בצדק אולי נוכל להגיד איך צדק נוצר ואולי איך נוצרות פלנטות ענקיות ברחבי הגלקסיה והיקום.

תכונה נוספת של צדק היא סיבוב מאוד מהיר (תשע שעות ו-55 דקות וחצי). יש לנו דינמיקה אטמוספירית מאוד עשירה – בגלל העובדה שהוא עשוי מגז ומסתובב מהר מאוד. יש בו רוחות חזקות, שדה מגנטי חזק. אנו מעריכים שצדק הוא כוכב הלכת הראשון שנוצר במערכת השמש ובשל היותו מאסיבי הוא משפיע על ההיווצרות של כל הגופים האחרים במערכת השמש.

שאלה נוספת שאנו שואלים את עצמנו – האם יש בצדק מים (ולפיכך גם חמצן). החללית גלילאו לא גילתה סימני מים באטמוספירה התחתונה. האם צדק הוא כוכב לכת יבש או שיש מים אך הם מתרכזים במרכז כוכב הלכת.

אנחנו גם רוצים לדעת כמה חומרים כבדים ישנם בצדק גם אם רוב הרכבו מימן והליום. האם מסתם מגיעה ל-10, 20 או אולי 50 מסות ארץ. באטמוספירה העליונה המימן הוא מולקולרי. כשיורדים יותר למטה, מקבלים מימן מתכתי – מימן שמתנהג כמו מתכת, וכך גם נוצר השדה המגנטי בצדק.

הצבעים היפים שאנו רואים באטמוספירת צדק מקורם בעיקר בגז האמוניה. כאשר אנו חושבים שמתחת למעטה הזה יש גם ענני מים. המערבולות באטמוספירה מקורה בסיבוב המהיר של צדק .

הכתם האדום הגדול זו סופה שנמשכת למעלה מ-300 שנה  הסופות העצומות גם גורמות לברקים הרבה יותר חזקים מאשר בכדור הארץ. הם בהירים פי 100 מאשר אצלנו. רואים את הפסים הללו – הנעים בכיוונים הפוכים ובאמצע ביניהם יש טורבולוציה. מבחינת מסה השכבה הזו חסרת משמעות אבל מבחינת הדינמיקה האטמוספירית היא מאוד יפה ועשירה.

גם המגנטוספירה של צדק הכי מרשימה במערכת השמש. היא מגיעה עד למסלול של שבתאי. כאשר מה המקור של השדה המגנטי – תיאוריות של דינמו הן לא לגמרי קבועות אבל בגלל שיש לנו מימן מתכתי המסתובב מהר אנו מצפים שיהיה שדה מגנטי מאוד חזק. אם יש שדה מגנטי מאוד חזק, נוצרים שם תופעות זוהר הקוטב מזהירות.

אי אפשר לנחות עליו בגלל היותו כוכב לכת גזי אבל אפשר לערוך מהחלל מדידות של השדה המגנטי ושדה הכבידה. אין בו גם סיסמולוגיה בניגוד לכדור הארץ לכן אנחנו צריכים לחשוב על דרכים אחרות איך לקבל את המידע הזה.

אף מכשיר לא ישרוד בתוך האטמוספירה של צדק. גם הגישושית שגלילאו שלחה הגיעה רק לגובה בו הלחץ האטמוספרי היה נמוך ולאחר מכן היא התפרקה. היכולת לחדור אל האטמוספירה היא אפסית.

וכאן אנו מגיעים למשימת החלל ג’ונו – חללית של נאס”א שיצאה מכדור הארץ באוגוסט 2011 היא מגיעה באמצע 2016, ותבצע משימה של שנה וחצי ובסיומה היא תתרסק לתוך צדק בפברואר 2018.  ג’ונו היא גם המשימה הראשונה למערכת השמש החיצונית המשתמשת באנרגית השמש (בכל המשימות עד כה היו כורים גרעיניים שייצרו חשמל).

הסיבה שהמסע לצדק אורך חמש שנים היא לא בגלל שאי אפשר להגיע מהר יותר, אם אנחנו רוצים שהחללית תיתפס בכוח המשיכה של צדק ותיכנס למסלול סביבו היא צריכה להגיע אליו במהירות איטית., אחרת היא תמשיך הלאה.

צדק זכה לביקורים רבים של חלליות – בשנות השבעים חלפו לידו פיוניר 10 ו-11, בשנות השמונים היו אלה וויאג’ר 1 ו-2,. בשנות התשעים חקרה אותו ממסלול סביבו החללית גלילאו וכעת מגיעה אליו ג’ונו, כאשר בשנות העשרים צפויה סוכנות החלל האיופית לשלוח לצדק את החללית JUICE .

למה צריך עוד חללית אם גלילאו בילתה שנים רבות בצדק?

אמנם גלילאו חקרה את צדק במשך הרבה שנים אבל ההבדל בין גלילאו לג’ונו הוא בגיאומטריה המסלולית. גלילאו הסתובבה סביב קו המשווה. בשל כך לא היה ניתן למדוד את שדה הכבידה, ולכן אי אפשר היה לומר דבר על המבנה הפנימי שלו. כדי למדוד את שדה הכבידה אנחנו צריכים מסלול פולארי – מקוטב לקוטב.

המשימה האירופית שצפויה בעשור הבא תחקור בעיקר את הירחים שיש בהם תהליכים מאוד מעניינים, ואולי תענה על השאלה האם יש מים ואולי חיים בירח אירופה.

בחללית מורכבים כמה מגנטומטרים שתפקידם למדוד את השדה המגנטי של צדק. ניתן גם לראות שקולטי השמש מאוד גדולים. כשאנחנו מתרחקים ל-5 יחידות אסטרונומיות אנחנו צריכים הרבה שטח כדי לקבל מספיק קרינה.

מטרות המשימה.

לדברי פרופ’ חלד, אפשר לחלק את מטרות המשימה לארבעה נושאים עיקריים:

• היווצרות – קביעת היחס בין מימן וחמצן (למעשה קביעת כמות המים). מידע על מסת הליבה על מנת להבין כיצד צדק נוצר.
• מודל פנימי – קביעת ההרכב של צדק וכיצד הוא משתנה כפונקציה של עומק. הבנת הדינמיקה (רוחות) ומיפוי השדה המגנטי ושדה הכבידה.
• אטמוספירה – מיפוי שינויים אטמוספריים, ושינויים בהרכב האטמוספירה, מידות החום. השאלה היא האם הרוחות הם תופעה אטמוספרית או שהם מגיעים יותר עמוק, ומה שאנחנו רואים זו רק חתימה של תופעה רחבה יות.ר
• מגנטוספירה – חקירת מבנה השדה המגנטי של צדק.

פרופ’ חלד מעריכה כי בעקבות המבצע תשתנה ההבנה שלנו על המבנה של כוכבי לכת גזיים ענקיים.

עוד בנושא באתר הידען:

ג’ונו מגיעה השבוע לצדק

שיא חדש לנאס”א: איך להפיק אנרגיה מהשמש במרחק 800 מיליון קילומטרים