צדק – סיכום ממצאים של כל החלליות שחקרו אותו – חלק ראשון: השאלות המדעיות המסקרנות

תחילתה של סקירה מקיפה על כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש, שמסתבר שהוא גם הנחקר ביותר, ולו רק בגלל שלמזלנו הוא מסייע לחלליות הממשיכות הלאה, לקבל תנופה

מבוא

שתי חלליות הוויג'ר אשר בטיסתן סקרו את כל כוכבי הלכת הגזיים, צדק, שבתאי אורנוס ונפטון סיפקו מידע חדש לגבי גופים אלו, מידע שלא ניתן היה להשיגו באמצעות תצפיות ארציות. אומנם חלו שיפורים משמעותיים בציוד הטלסקופי לרבות ה-adaptive optics, אך המבט מקרוב מטבע הדברים מספק מידע שאין אפשרות להשיגו בתצפיות הנעשות ממרחק של מאות ומיליארדי קילומטרים, מה עוד שמדובר בתצלומים הנעשים ברזולוציות גבוהות.

המידע החדש שחלליות אלה סיפקו נתן תאבון גדול לקהילה האסטרונומית. יותר ויותר תקציבי מחקר הופנו לעבר צדק. שעות תצפית רבות נעשו באמצעות טלסקופ החלל האבל והלווין CHANDRA x-ray. גולת הכותרת במחקרו של כוכב הלכת הענק נעשתה באמצעות חללית הגלילאו אשר הוכנסה למסלול סביבו ובכל שנות פעילותה צילמה ומדדה אותו ללא הפסק. בנוסף לכך היא צוידה בחללית בת, חללית זו, כמוסה PROBE, נכנסה לתוך האטמוספרה ומדדה אותו עד להמעכותה (בשל הלחצים הגבוהים במעמקי האטמוספרה).

חלליות אחרות הן הקאסיני, ה-New horizon והיוליסס. אלה חלליות אשר שוגרו, הראשונה לפלוטו והשניה לשמש. בכדי לקצר את זמן טיסתן ליעדיהן הן חלפו ליד צדק מתוך מטרה לנצל את כוח המשיכה שלו שיאיץ את מהירות טיסתן. במהלך מעברן ליד הכוכב הן צילמו ומדדו אותו, מה שאיפשר ביצוע מדידות בו זמנית או עם הגלילאו או בתצפיות מכדור הארץ. טכניקה לא שגרתית אשר פותחת דלת לאפשרויות תצפיתיות חדשות היא מקפת המאדים ה-MRO. ב-11.1.2007 כוונה המצלמה בעלת הרזולוציה הגבוהה של המקפת לעבר צדק. מכיוון שהמאדים בחלק מזמן תנועותיו מסביב לשמש, קרוב יותר לצדק מכדור הארץ, כושר הרזולוציה של מצלמה זו (מצלמה אשר מצלמת את קרקע המאדים ברזולוציה של 25 ס”מ לפיקסל) משתווה לתצלומים של טלסקופ החלל האבל (1). חללית היוליסס היא חללית אשר נועדה לחקור את הקטבים של השמש ובכדי לעשות זאת היא שוגרה לעבר צדק, היא עשתה שימוש בכוח המשיכה שלו על מנת לשנות את זווית הנטייה ביחס למישור המילקה. היא תומרנה כך שתחלוף מעל הקטבים של צדק ומשם נותבה לשמש כך שתחלוף מעל הקטבים שלה. טיסת מעבר זו נוצלה כדי לבצע תצפיות בצדק עצמו. לווין ארצי נוסף שמכשיריו כוונו לעבר צדק הוא Far ultra violet spectroscopic explorer (2).

דוגמאות למחקר משווה בין חלליות וטלסקופים

התצפיות בנות מאות שנים על צדק וממצאי חלליות הוויג'ר כמו בכל מחקר אסטרונומי נתנו מענה מלא או חלקי לשאלות ביחס לכוכב לכת זה ובה במידה עוררו שאלות חדשות להן קיוו לתת תשובות בין שזה בתצפיות טלסקופיות ובין שזה בעזרת חלליות הצופות עליו. הטכניקות שנעשה בהן שימוש, הן תצפית בו זמנית על ידי חלליות הנמצאות בקרבתו ותצפית מכדור הארץ.

שאלות שעוררו עניין רב הן:

1. מה גורם לצבע הבהיר של העננים כמו הפיגמנט האדום של הכתם האדום, גווני הזהב או גווני החום?
2. אופי הצירקולציה של רצועות העננים בכיוון מזרח מערב.
3. מה יוצר ומחזק את מערכות מזג האוויר אדירות המימדים? (3)
4. חללית הגלילאו חלפה ליד צדק באוקטובר 2000 והקאסיני בדצמבר 2000. ממצאי מעברים אלה מאפשרים השוואה והבנה טובה יותר ביחס לשינויים ברוח השמש כאשר היא עוברת בסמוך לצדק. ניתן ללמוד איך רוח השמש משפיעה על השדה המגנטי של צדק ועל הילכדות חלקיקים טעונים בשדה זה. ממשימות קודמות לעבר צדק ידוע שהמגנטוספירה של כוכבי הלכת מתרחבת ומתכווצת בהשפעת רוח השמש. מחקר השוואתי באמצעות הקאסיני והגלילאו מאפשר לראות מה בדיוק עושה רוח השמש לאטמוספירה. (4)
5. זוהר הקוטב – בהשוואת תצפיות מהטלסקופ האבל, הקאסיני, הגלילאו ותצפיות מכדור הארץ לעבר המגנטוספירה ורוח השמש, נצפה שטף חלקיקים המתרחק מהשמש ומוטה לתנועה מסביב לשדות מגנטיים של כוכבי לכת. התנועה של התלהטות זוהר הקוטב (auroral glows) מאפשרת שני דברים:
א. ללמוד אילו אפיונים שלהם קשורים למגנטוספירה מכיוון שהם נעים בעקבות סיבובו של השדה המגנטי מסביב לכוכב הלכת.
ב. ללמוד על החלקיקים הקשורים להשפעות רוח השמש, מכיוון שהמיקום שלהם קשור לשמש.
כן התברר שהתזמון והמיקום של אחד מהכתמים הבוהקים של זוהר הקוטב שצולם על ידי הטלסקופ האבל תואם לפולס של אלקטרונים שהתגלו על ידי חללית הגלילאו באטמוספירה (5).
תצפית משולבת אחרת נעשתה בפברואר 2003 במשך 4 יממות על ידי לווין הצ'נדרה. במהלך תצפית זו ההאבל כוון לעבר מטרה זו לפרק זמן של שעה וחצי באורכי גל אולטרה סגוליים (6).

טכניקות צילום

התצפיות הנפרדות של החלליות והשילוב ביניהן נעשו בצורות שונות על מנת להשיג את מירב המידע האפשרי. יוצגו כאן מספר טכניקות ששימשו לצורך זה.

1. הקאסיני בדרכה לשבתאי צילמה את צדק חודשים לפני המעבר לידו, בזמן המעבר ב-30.12.2000 ולאחר מכן, במהלך כל יממה של צדק, בוצעו 6 תצלומים או יותר במספר פילטרים ספקטרלים ובמרווחי זמן שונים. על מהלך זה חזרו כל מספר יממות של צדק, כך שאפשר היה לקבל כיסוי של כל חלק מפניו לפחות פעם בכל 20 שעות. הצילומים המכסים יממה של צדק חוברו ביחד כדי ליצור מפה צילינדרית מקו רוחב N°75 ל-75°S ב-°360 קווי אורך. התוצאה: התקבל סרט בן 84 מפות שווה ערך ל-168 יממות של צדק. במפות אלה אפשר להבחין בתנועות המתחלפות של זרמי הסילון בכיוון מערב ובכיוון מזרח בתצורה של טבעות קונצנטריות מסביב לקוטב ובתנועות המשווניות בפינות. הכתמים הכהים הנעים נגד כיוון השעון סמוך לקו המשווה הם hot spots, מקומות בהם שכבת העננים היא דקה.

מיפוי זה עורר שאלות באשר לאופיין של הרוחות. על פי המודל המקובל רצועות הרוחות הנעות בכיוונים משתנים של מזרח מערב הם הקצה הגלוי של צילינדרים המסתובבים סביב עצמם עמוק באטמוספירה בכיוון צפון-דרום. הרוחות בכיוון מזרח מערב שנצפו בסרט זה לא מתאימות למודל. הצילינדירים שהקצוות שלהם אמורים ליצור רצועות אלה צריכים לעבור דרך החלקים הפנימיים ביותר של כוכב הלכת, מקומות בהם הצילינדרים בעלי סיבובים שונים סביב עצמם, לא יכולים להתקיים לאורך זמן. נראה שדפוס הרוחות של צדק הוא תמהיל של צילינדרים המסתובבים סביב עצמם סמוך לקו המשווה ומכניזמים אחרים של צירקולציות סמוך לקטבים (7). במעבר ליד צדק הקאסיני שידרה ארצה 26,000 תצלומים שלו, של הירחים שלו והטבעות. משך התצפית 6 חודשים (8).

2. בינואר ובפברואר 2007 חללית ה-New horizon חלפה ליד צדק וצילמה אותו. במקביל כוונו לעבר צדק גם הטלסקופ האבל ומצפה הכוכבים האירופי שבצ'ילה. שילוב זה איפשר לראשונה תצפית בכתם האדום הקטן. התצפיות מכדור הארץ נעשו באולטרה סגול ובאורכי גל בינוניים של האינפרה אדום. החוקרים שילבו בין המפות של תנועת העננים שנעשו על ידי ה-New horizon, תצלומים באור הנראה מהאבל ותצלומים באינפרה אדום הבינוני של הטלסקופ הארצי. טכניקה זו מאפשרת להבחין במבנים תרמיים ובדינמיקה שמתחת לעננים הנראים באור הנראה. תצפיות אלה איששו את ההנחה שהמבנה התרמי, מהירות הרוחות ומאפייני הרוחות של הכתם האדום הקטן דומים לאלה של הכתם האדום הגדול. שני כתמים אלה מגיעים לסטרטוספירה ולגבהים גדולים יותר מאשר סערות קטנות יותר על צדק (9). ה-New horizon שידרה ארצה 700 תצלומים של צדק, הירחים והטבעות שלו (10).

מקורות
1. “Mars orbiter views Jupiter” 31.1.2007
Http://www.spaceflightnow.com/news/n0701/31hirisejupiter
2. Clarck S. – “King of plants will propel probe to Pluto” 27.02.2007
Http://www.spaceflightnow.com/news/n0702/27jupiterflyby/
3. Milton B., Bond P. “Oxford scientists uncover the strange working of Jupiter's great red spot and other secrets of Juvian atmosphere” 27.03.1998
Http://www.jpl.nasa.gov/galileo/news13.html
4. “Galileo Millenium mission stutus” 19.06.2000
Http://www.jpl.nasa.gov/galileo/news/status/status000619.html
5. “Jupiter particles escape route found” 31.05.2001
Http://www.jpl.nasa.gov/galileo/news/release/press010531-1.html
6. Roy S. Watzke M. – “Chandra probes high-voltage auroras on Jupiter” 2.3.2005
Http://chandra.harvard.edu/press05_releases/press_030205.html
7. “Cassini image of Jupiter” 16.7.2001
Http://www.jpl.nasa.gov/jupiterflyby/gallery/gl_pages/cass_polar _sm.html
8. “Rising storms revise story of Jupiter's stripes” 10.3.2003
Http:// www.spacedaily.com/news/jupiter-clouds-03a.html
9. “Mighty winds blow in Jupiter's little red spot” 21. 5.2008
Http://www.spaceflightnow.com/news/n0805/21littleredspot/
10. “Jupiter encounter begins for new horizons spacecraft on route to Pluto” 11.01.2007
http://www.spacedaily.com/reports/Jupiter_Encounter_Begins_For_New_Horizons_Spacecraft_On_Route_To _Pluto_999.html