צדק – ממצאים מהשנים האחרונות

תצלומים שנעשו על ידי טלסקופ החלל האבל ב-2014 הראו שהכתם האדום הגדול, כפי שהוא מכונה  הצטמק לעומת גודלו כשביקרה בו החללית וויאג’ר בשנות השמונים

אטמוספירה

על כדור הארץ המימן הוא גז שקוף וחסר צבע. על צדק הוא הופך למה שהוא מוזר ביותר וזאת בשל התנאים המיוחדים לכוכב לכת זה. צדק הוא כוכב לכת גזי בעיקרו. ככל שיורדים יותר לעומקה של האטמוספירה, הלחצים האטמוספריים והטמפרטורות עולים. עם הירידה לעומקים הגדולים, המימן הופך לנוזלי ולאחר מכן למוצק . אין מדובר בהבחנה ברורה כמו על כדור הארץ, בין אדי מים, גופי מים ושלג. על פי אחת ההערכות בעומק שבין 10,000 ל -13,000 ק”מ הטמפרטורה מגיעה ל-5000 מעלות והלחץ האטמוספרי הוא פי 2-1 מיליון מזה של כדור הארץ. המימן בתנאים אלה מקבל אפיונים מתכתיים והוא הופך למתכת מוליכה (CONDUCTIVE METAL). בחלקים נרחבים בעומקים אלה, האפיונים המתכתיים שלו ומהירות הסיבוב העצמית של צדק (10 שעות) יוצרים סביב צדק שדה מגנטי שאורכו 720 מיליון ק”מ, הגדול ביותר במערכת השמש. הוא יוצר שדה חשמלי בעוצמה של 10 מיליון אמפר וזוהר בשני הקטבים (1).

בשל תנאיו אלה של צדק הועלתה סברה שההליום מתעבה (condense) לטיפות והוא מתנהג כמו גשם. אכן דבר מוזר מאוד, גשם של הליום. בתחילה ההליום מתעבה לערפל בשכבות העליונות של האטמוספירה כמו ענן וככל שהטיפות נעשות גדולות יותר הן יורדות לעומקים גדולים יותר כמו ענן גשם. טיפות ההליום נוצרות 13. 000 – 10,000 ק”מ מתחת לפסגת ענני המימן. בתנאים של לחצים אטמוספריים וטמפרטורות אדירים המימן גם הוא במצב צבירה נוזלי או במצב מעבר שבין גז לנוזל. גשם ההליום מעורב עם ניאון וזה מה שמסביר את הרחקתו של ההליום מהשכבות העליונות של האטמוספירה (2).

בקטבים נמצאו מולקולות של אצטילן. גילוין של מולקולות אלה מאפשר הבנה של הריאקציות הכימיות בינן לבין אור השמש (3). באשר למקור המים באטמוספירה העליונה של צדק היו לא מעט חילוקי דעות בין החוקרים בשל מיעוט הידע. מקור המים בשכבות הנמוכות של האטמוספירה הוא עמוק בתוך צדק. מקורם של המים בשכבות הגבוהות הוא חיצוני לצדק. נבדקו מספר מקורות אפשריים. התצפיות הראו שהפיזור שלהם באטמוספירה אינו הומוגני והם מרוכזים בעיקר בחצי הכדור הדרומי. התצפיות שנעשו על ידי טלסקופ החלל הראו כי מקורם הוא פגיעתו של השביט שומייקר לוי בצדקב-1994 וכי 95% מהמים הם משביט זה, (4).

תצפיות משנת 2010 הראו שהרצועה הכהה נעלמה. זאת הרצועה המשוונית הדרומית (south equatorial belt). ב-2009 היא כן נראתה. להעלמות זו יש היסטוריה. העלמות אחת נצפתהב-1973 כאשר היא צולמה לראשונה על ידי החללית פיוניר 10. וההעלמות השניה, גם כן זמנית, היתה בתחילת שנות ה – 90 . התפתחו מעליהם עננים לבנים בחצי הכדור הדרומי. באותו זמן התרחשו שינויים גלובליים בצדק (5). בעקבות העלמותה של השכבה וחזרתה הוחלט לחקור תופעה דומה שהתרחשה ברצועה הצפונית המשוונית. בין 2011 – 2010 היא היתה לבנה מאוד, בהירות שלא נצפתה מזה 100 שנים. בחודש מרס שנה זו היא התחילה שוב להתכהות. תצפיות שנעשו באינפרה אדום הראו התעבות (thicking) של השכבות הנמוכות. תצפיות באינפרה אדום הראו תצורות מוארכות בעננים הלבנים באזור הבהיר והן קיבלו את השם סירה שטוחה חומה (brown barges).

נעשתה תצפית גם בסדרה של תצורות כחולות – אפורות לאורך הקצה הדרומי של הרצועה הצפונית והן נראו בהירות והיבשות ביותר בכוכב הלכת. באור אינפרה אדום הן נראו כ – hot spots. מכיון שהן חשפו את יציאת הקרינה משכבה עמוקה באטמוספירה. הן נעלמו בין 2011 – 2010 והופיעו מחדש ביוני 2011 (6).
סרט שהופק מסדרת תצלומים שנעשו על ידי חללית הקסיני כאשר היתה בדרכה לשבתאי בשנת 2000 גילה גלים בזרמי הסילון באטמוספירה של צדק. בדומה לכדור הארץ גם לצדק זרמי סילון (jet streams), אלא שהם ישרים וצרים. מה שעשתה החללית בצילומיה היא התמקדות בזרם סילון אחד בחצי הכדור הדרומי. בבדיקת הסרט הבחינו בקו כהה של תצורות chevrons בצורה של האות V שנוצר בקצהו של זרם הסילון אשר נע בכיוון מערב מזרח ובשלב מאוחר יותר תצורה זו הפכה לתצורות גלוניות (ripples) כאשר כל chevron נע כלפי מעלה ומעלה – צפונה ודרומה. זהו למעשה החותם של גל רוזבי (rossby wave). ה – chevrons בזרם הסילון המהיר באים במגע עם גל הרוזבי האיטי וכאן מתנדים (oscillate) . התברר גם שה – chevrons קשורים לסוג אחר של גל באטמוספירה (gravity inertia waves). חקירתם שך גלים אלה יכולה ללמד על שכבות האטמוספירה העמוקות (7).

התברר שגל הרוזבי הוא שיוצר את ה – hot spots שגודלו של כל אחד מהם הוא כשטחה של צפון אמריקה. גל זה עולה ויורד באטמוספירה כמו סוס בקרוסלה. אותו סרט שהופק מסדרת הצילומים מכסה תקופה של חודשיים, כך שאפשר היה לעקוב אחר שינויים יומיים ושבועיים במהלכן של התופעות האטמוספריות. מכיון שה – hot spots יוצרים “שברים ” בעננים ניתן לצפות עמוק יותר באטמוספירה שבתנאים רגילים אי אפשר לעשות זאת. מכיון שהם חמים יותר מסביבתם, הם בהירים באינפרה אדום ומכאן שמם זה (8).

הכתם האדום
בתצפיות תרמיות שנעשו באמצעות טלסקופים רבי עוצמה בכתם האדום נראו מערבולות של אוויר חם ואזורים קרים שלא נראו קודם לכן בכתם האדום, מה שאפשר ליצור מפת מזג אוויר בעומק רב יותר באטמוספירה. התברר שכהותו של הכתם מקורה בגרעין חם בתוכו. התצלומים הראו גם “שבילים” (lanes)בקצוות של הכתם, מקומות בהם גזים יורדים לתוך אזורים עמוקים יותר באטמוספירה. אחד הממצאים המעניינים ביותר הוא שהאזור האדום – תפוז במרכז הכתם האדום החם ביותר בכתם. ב-4 – 3 מעלות יותר מאשר סביבתו, מספיק דיו כדי לאפשר צירקולציה של הסערה בדרך כלל נגד כיוון השעון. לראשונה אפשר לומר שקיים קשר הדוק בין תנאים סביבתיים וטמפרטורות – רוחות, לחץ אטמוספרי והרכב כימי – לבין צבעו של הכתם. יחד עם זאת יש לציין שעדיין לא ברור אלו כימיקלים יוצרים את הצבע האדום כהה של הכתם (9).

תצלומים שנעשו על ידי טלסקופ החלל האבל ב-2014 הראו שהכתם קטן יותר ממה שחשבו. קוטרו עומד על 16,000 ק”מ והוא מעגלי. תצלומיהן של חלליות הוויג’ר הראו קוטר של 25,000 ק”מ לשנה ולא ברור מה גורם לכך. ההצטמקות היא בקצב של 1000 ק”מ בשנה(10).

בניסוי מעבדתי שילוב של אמוניה וגזים אצילים (ידוע שגזים אלה מצויים באטמוספירה) הופצץ בקרינה אולטרה סגולה מתוך מטרה לחקות את השפעתו של חום השמש על חומרים אלה המצויים במקומות הגבוהים ביותר, בעננים המצויים בתוך הכתם האדום. נוצר חומר אדמדם אותו השוו לכתם האדום כפי שנצפה על ידי החללית קסיני. באור הנראה ובאינפרה אדום, התברר שהתכונה של פיזור האור תואמת למודל שעל פיו מוגבלת לחלקים הגבוהים של הכתם. המסקנה אליה הגיעו היא שמקור צבעו של הכתם הוא בתרכובות כימיות הנשברות על ידי אור השמש ולא במקורות פנימיים כפי שחשבו עד כה.

ההערכה שהגובה הרב בו נמצא הכתם האדום מאפשר הגדלה והכהייה של הצבע האדום. הרוחות שבכתם מעבירות קרח אמוניה לגובה רב מאוד באטמוספירה, בו הוא נחשף לקרינה האולטרה של השמש. בנוסף לכך המערבולתיות של הכתם מונעת בריחה של חלקיקים אלה מהאטמוספירה (11).

מקורות
1. Dauna Coulter -” A freaky fluid inside Jupiter” 10. 8. 2011
http://www. spacedaily. com/reports/A_Freaky_Fluid_Inside_Jupiter_999. html
2. “Helium rain on Jupiter explains lack of Neon in atmosphere” 23. 2. 2010
http://www. spacedaily. com/reports/Helium_Rain_On_Jupiter_Explains_Lack_Of Neon_ In_ Atmosphere_999. html
3. PIA13699 : “Acetylene around Jupiter’s poles”
http://photojournal. jpl. nasa. gov/catalogPIA13699
4. “Herschel solves mystery of origin of water in the upper atmosphere of Jupiter”
23. 4. 2013
http://scitechdaily. com/herschel- solves- mystery-of- origin -of- water- in- the- upper -atmosphere-of-Jupiter
5. Shiga D. “Jupiter loses a stripe” 11. 5. 2010
http://www. newscientist/article/dn18889jupiter-loses-a-stripe. html
6. “Jupiter: Turmoil from below’ battering from above” 18. 10. 2012
http://www. spacedaily. com/reports/Jupiter-Turmoil_From_Below_Battering_From _Above_999. html
7. “Cassini spies wave rattling jet stream on Jupiter” 19. 3. 2012
http://www. spacedaily. com/reports/Cassini_Spies_Wave_Rattling_Jet_Stream_On _Jupiter_999. html
8. “Hot spots ride a merry go around on Jupiter” 14. 3. 2013
http://phys-org/news/2013-03-hot-spots-ride-a-merry-go-around-on-jupiter. html
9. “See spots on Jupiter see spot glow” 17. 3. 2010
http://www. spacedaily. com/reports/See_Spots_On_Jupiter_See_Spot_Glow_999. html
10. “Klotz Irene – “Jupiter giant spot shrinking Hubble images show” 15. 5. 2014
http://uk. reuters. com/article/2014/05/15/us-space-jupiter- idUKKBNODV1620140515
11. “Jupiter red spot is likely sunburn’s not a blush” 11. 11. 2014
http://saturn. jpl. nasa. gov/news/newsreleases/newsrelease20141111