פלוטו – סיכום ממצאים, חלק ראשון

סיכום הממצאים ממשימת ניו הורייזונס שחלפה בשנה שעברה בקרבת כוכב הלכת הננסי פלוטו

מבוא

חללית ה- New Horizons שוגרה ב– 19.1.2006 לעבר ככוכב הלכת פלוטו. לאחר 10 שנים ב- 14.7.2015 היא חלפה לידו כמתוכנן. זאת החללית היחידה שחקרה כוכב לכת זה. החללית לא נועדה להיכנס למסלול סביבו ולא לנחות על פניו. זאת היתה טיסת מעבר ומרחק במעבר היה 12.500 ק”מ. בנקודה זו הצילומים היו ברזולוציה של 72 מטר/פיקסל (1). במקביל למדידות של פלוטו שנעשו על ידי החללית כוונו אליו טלסקופים ארציים (2). כלל התצפיות מהחללית ומכדור הארץ משלימים זה את זה. מכיון שהחללית לא נכנסה למסלול סביב פלוטו, רק מחצית מפני השטח שלו צולמו. לקראת סיום משימתה של החללית באוקטובר 2015 התחילו בנאס”א לחשוב על מטרה נוספת. מכיון שנשאר בחללית מלאי קטן של דלק היה צריך להביא בחשבון יעד אופטימלי שיעמוד באילוץ זה. היעד שנבחר הוא גוף זעיר רצועת קוייפר שמרחקו מפלוטו 1.6 מיליארד ק”מ. הגוף שנבחר הוא 2014MU69. המפגש הצפוי איתו יהיה ב -1.1.2019 (3). גודלו של הגוף 50 – 40 ק”מ. ההערכה היא שגוף זה יספק מבט ראשוני על חומרי הגלם שיצרו את מערכת השמש.

אטמוספירה

לפלוטו, למרות ממדיו הזעירים, יש אטמוספירה. אם כי היא דלילה מאוד. הלחץ האטמוספרי הוא 1 מיליבר. כמו בכדור הארץ גם לאטמוספירה זו יש טרופוספירה (4). מאז שנות ה- 80 של המאה ה- 20 ידעו שלפלוטו יש אטמוספירה עשויה בעיקרה מחנקן עם עקבות של מתאן וכנראה גם CO2 . השנה של פלוטו ארוכה מאוד, היא שווה ל – 248. שנים ארציות וגם לו עונות שנה. עם בוא החורף האטמוספרה בהדרגה קופאת ומצטברת על הקרקע כמו שלג. עם בוא הקיץ כפי זה עכשיו (עם המעבר של החללית לידו) השלג הופך מידי לגז. עד להגעתה של החללית אפשר היה באמצעים טלסקופיים לבחון רק את השכבה העליונה של האטמוספרה. תצפיות אלה הראו הטמפרטורה בה היא 170 מעלות מתחת לאפס ב – 50 מעלות חמה יותר מהקרקע. רק לאחרונה טלסקופ של ESO גילה שהטמפרטורה באטמוספירה העליונה היא 180 מתחת לאפס. קצת יותר קר ממה שחשבו. התברר שככול שמגביהים האטמוספרה חמה יותר. השינויים הם בקצב של 5 – 3 מעלות לק”מ. כמות המתאן באטמוספירה היא מחצית האחוז ממנה. למרות כמותו הקטנה למתאן תפקיד חשוב בהתחממות האטמוספרה. התצפיות הראו שכמות המתאן באטמוספירה גדולה יותר ממה שחשבו ומייחסים זאת לכתמים גדולים של הגז על הקרקע (5).

לפני הגעתה של החללית היה ידוע שפלוטו מאבד חנקן מהאטמוספרה שלו בקצב של מאות טונות לשעה. השאלה שהתבקשה היא מהיכן הוא מקבל אספקה מתמדת של הגז. ההערכה היא שהחנקן מועלה אל פני השטח מפנימו של כוכב הלכת כנראה באמצעות גייזרים או קריאוולקניזם (6). מבחינת החנקן ממצאי החללית הפתיעו את החוקרים. התצלומים הראו שעל פני הקרקע מצוי אגם קפוא של חנקן באורך של 30 ק”מ. בתצלומים נראים גם ערוצים שזרם בהם בעבר כנראה חנקן נוזלי. עד כמה שזה יכול להישמע מוזר לפלוטו היו בעבר נהרות של חנקן, מזכיר את נהרות המתאן של טיטן, מה שמעורר מחשבה שהחנקן הנוזלי מבחינת הפעילות הגיאולוגית שלו מזכיר בלייה של מים על כדור הארץ. המשמעות היא שבעבר האטמוספרה היתה מסיבית יותר וכך גם הלחץ האטמוספרי היה גדול יותר ומשום מה היא הידלדלה. בכך היא מזכירה את האטמוספרה של המאדים. יש להביא בחשבון שפלוטו נטוי בזווית של 120 מעלות מעבר לזווית הנטייה של כדור הארץ 23.5. יכול להיות שבעבר הרחוק היו על פלוטו גשמים של חנקן במקומות הגבוהים (7). החוקרים הגיעו למסקנה שבעבר פסגת האטמוספרה היתה גבוהה פי 7 או 8 מאשר קוטרו של פלוטו לעומת 2.5 פעמים כיום. בריחת המולקולות מהאטמוספרה נמוכה ממה שחשבו עד כה. והמנגנון האחראי לכך זהה של כדור הארץ והמאדים (8). בזרימה החוצה מהאטסמוספירה מצויים אטומים ניטרליים היכולים להחליף אלקטרונים עם היונים החיוביים של, החנקן והפחמן מרוח השמש (9). אור השמש מקנה לאטמוספירה צבע כחול מאותן סיבות שזה על כדור הארץ (10).

עונות השנה

מסלולו של פלוטו סביב השמש הוא אקסצנטרי ביותר בפריהליון שלו מרחקו מהשמש 30 יחידות אסטרונומיות ובאפיהליון מרחקו מהשמש 50 יחידות אסטרונומיות, לכן קיימים הבדלים משמעותיים ביותר בין הקיץ לחורף מבחינת הטמפרטורות. תצפיות שנעשו מ- Mauna Kea שבהוואי הראו שהטמפרטורה על הקרקע היא 233 מעלות מתחת לאפס במקום 223 מעלות מתחת לאפס. מדידות אלה מתאימות למודל שעל פיו הטמפרטורות על פלוטו הן למעשה נקודת איזון בין הקרח שעל הקרקע לבין אטמוספירת החנקן שלו ולא רק בשל קרינת השמש. אור השמש הפוגע בקרקע הופך חלק מקרח החנקן לגז, יותר מבחינה זו מאשר חום השמש עצמו. הפוגע בקרקע. דומה לדרך בה אידוי מים יכול לקרר את הקרקע (11).

מסלולו של פלוטו גורם לכך שעונת הקיץ שלו קצרה מאוד. לקראת הקיץ הגזים הקפואים עוברים סובלימציה מהירה. מקור הצבע של הקרקע באזורים מסוימים הוא תוצר של ההידרוקרבונטים השאריתיים שמקורם משפעתה של הקרינה האולטרה סגולית של השמש (12). תצפיות טלסקופיות שנעשו בין 2002 – 1988 שמסת האטמוספרה מוכפלת במשך השנים. הסיבה לכך נעוצה בהתחממות ובסובלימציה של החנקן עם כניסת הקיץ. תצפיות באמצעות הטלסקופ האבל בין השנים 2003 – 2002 נתנו בידי האסטרונומים כלי חשוב ביותר בהבנת חילופי העונות של פלוטו והשינויים המתרחשים באטמוספירה. כאשר השוו בין תצלומים אלה לתצלומים שנעשו ב- 1994 החוקרים שמו לב לכך שהקוטב הצפוני נעשה בהיר יותר והקוטב הדרומי נעשה כהה יותר. שינויים אלה מעידים על תהליכים מורכבים המשפיעים על ניראותם של פני השטח. בכללותו של דבר מדובר בכוכב לכת דינמי מאוד מבחינה אקלימית (13).

על הקרקע מצויים קרח של חנקן, מתאן ו- CO. בגלל דלילותה הרבה של האטמוספרה גזים אלה לא עוברים לקראת הקיץ למצב צבירה נוזלי ומכאן לגז, אלא ישירות לגז. מבין גזים אלה החנקן הוא הנדיף ביותר. מסיבה זו הסובלימציה שלו היא המהירה ביותר, לאחר מכן בא ה- CO ולבסוף המתאן. כאשר מקררים חנקן אל מתחת ל- 237 מעלות צלזיוס מתחת לאפס אטומי החנקן משנים את הפאזה הגבישית שלהם מגביש הקסאגונלי (6 פאתי ) לגביש קובי (קובייתי). עם ההתחממות הפאזה הגבישית מתהפכת. תופעה זו מוכרת בקרח של גזים נדיפים. המתאן עובר שינוי גבישי ב – 252 מעלות מתחת לאפס וה- CO בטמפרטורה של 212 מעלות מתחת לאפס. לקרח האתאן שגם הוא נמצא על הקרקע יש שתי פאזות גבישיות ב- 183 מעלות מתחת לאפס וב- 183.4 מעלות מתחת לאפס (14).

הקרח לסוגיו על פלוטו

המרכיב הדומיננטי של הקרח על פלוטו הוא זה של החנקן. התברר שקרח זה יכול לנוע על הקרקע כמו קרחונים על כדור הארץ. אם אכן זה כך, יתכן שבמקומות בהם קרח החנקן נמצא בתנועה ימצאו גם מורנות (השערת הכותב – חיים מזר). להערכת החוקרים יכול להיות שבדומה למחזור המים על כדור הארץ, על פלוטו ישנו מחזור של חנקן. חנקן זה במהלך הסובלימציה שלו יוצר שכבות אובך באטמוספירה של פלוטו (15).

אחד החוקרים העלה השערה על פיה אגמי החנקן קיימים למעלה מ – 800 או 900 מיליון שנה. מקורם של אגמי החנקן קשור לזווית הנטייה של פלוטו, 120 מעלות. על פי אחד המודלים נטייתו של פלוטו לפני מיליוני שנים הייתה גדולה יותר. באם פלוטו היה כוכב לכת שוכב כמו אורנוס, זווית נטייה זו גרמה לכך שחלקים גדולים מפני השטח היו חשופים זמן רב יותר לאור השמש, מה שהביא להפשרת קרח החנקן ולגרום לו לזרום על פני השטח. על פי הערכתו של אותו חוקר בעתיד רחוק יותר מיליוני שנים מהיום שוב תהיה זרימה של חנקן נוזלי. השאלה איך זה יתאפשר בכלל בשל דלילותה של האטמוספרה (16).

מכשירי החללית אישרו את קיומו של קרח המתאן על פני השטח. מקורו של המתאן על פלוטו הוא כנראה חומר שאריתי מאותה ערפילית שממנה נוצרה מערכת השמש (17). פיזורו של קרח המתאן על פני השטח אינו הומוגני. ישנו ריכוז גדול שלו באזור שקיבל את השם Sputnik Planum. ריכוז אחר של המתאן וקטן יותר נמצא במקום אחר דרומית מערבית לו שקיבל את השם Cthulhu Regio (צ’טולו רגיו (18). קרח המתאן מצוי גם במישורים בהירים ובשפה של מכתשים. מקורה של בהירות זו לא ידוע (19).

צבעו האדום של האזור Cthulhu Regio מקורו כנראה בתולין המכסה אותו. צילומים של ההרים הגבוהים מראים שהם מכוסים בחומר בהיר יותר.. ההערכה היא שמדובר במתאן כאשר הוא הופך לקרח, מה שמחזק את ההערכה שעל פיה המתאן פועל כמו מים באטמוספירה של כדור הארץ. ההופך לכפור בגבהים (20). הרמות הדרומיות ל- Piri Rupe עשירות במתאן. הסובלימציה של המתאן כנראה גורמת לכך שהחומר עמוק בסלעים עובר תהליכים ארוזיביים. סלעים אלה נסוגים דרומה בגלל איבוד משמעותי של חומר סלעי (21).

להפתעת החוקרים התברר שיש על פלוטו יותר קרח מים ממה שחשבו. מוצאים אותו במקומות רבים בהרים, באזורים טקטוניים ובמכתשים. קרום הקרח קרוב מאוד לפני השטח והוא נמצא מתחת לקרומי החנקן, המתאן וה- CO. לעומת זאת לא מוצאים אותו במישורי Sputnik Planum(22). כמות הקרח ב- Piri Planitia גדולה יותר מאשר ברמות. הוא נמצא מתחת לקרח המתאן (21).

פעילות הקרחונים

התצלומים מראים שהקרח לסוגיו איננו סטטי, עומד במקום. קיימת זרימה של קרחונים בדומה לכדור הארץ וגם היא איטית ואכן בצילומים מעידים על עמקים שעברו בלייה. חלק מעמקים אלה נראים כמו העמקים התלויים המצויים ב – Yellowstone שבוויומינג, ארה”ב (23). הקרחונים הם גדולים מאוד ואורכם מגיע למספר קילומטרים. הם ממוקמים לרוחב המישור שקיבל את השם Sputnik Planum ההערכה שהקרחונים הסמוכים להרים קטנים יותר. במהלך הזמן גושי הקרח נשברים , מדרדרים מההרים ונעים בעקבות הקרח העשיר בנתרן. זרמי קונבקציה מחזירים אותם לכיוון “קו החוף”, מקום בו הם יוצרים מצבורי קרח שאורכם 20 ק”מ. גוש אחד כזה מידותיו הם 60 על 35 ק”מ והוא סודק הרבה קרחונים (24).

לחלק השני בסדרה

לחלק השלישי בסדרה

מקורות
1. Nola Taylor – “Pluto’s hidden ocean” 18.11.2011
2. “Assessing Pluto from afar” 10.6.2014
3. “Maneuver directs New Horizons towards next potential target” 24.10.2015
4. Pluto: in depth
5. “The lower atmosphere of Pluto revealed” 3.3.2009
6. “SWRI scientists study Nitrogen provision of Pluto’s atmosphere” 12.8.2015
7. Stannon Hull – “Frozen lake on Pluto points to a warmer time” 31.3.2016
8. Stephen Clark “Weird mountains on Pluto may be volcanoes” 9.11.2015
9. “New Horizon’s team releases detail slice of Pluto” 19.12.2015
10. – “Weights in on New Horizons Pluto discoveries” 20.11.2015
11. “Pluto colder than it should be” 3.1.2006
12. “Pluto the full news release story” 9.1996
13. “Hubble catches Pluto changing with the years“ 5.2.2010
14. Will Grundy – “Its just a phase :Changes on Pluto’ s surface” 11..10.2014
15. Stephen Clark – “Hunting sunset vista shows foggy hazes on Pluto” 17.9.2015
16. Evan Gough – “Ancient Pluto may had lakes and rivers of Nitrogen” 22.3.2016
17. George Dvorsky – “New Horizons has detected Methane on Pluto” 7.1.2015
18. Stephen Clark – “Secrets behind posted far from being answered” 24.9.2015
19. “New snakeskin image and more from New Horizons” 25.9.2015
20. Bob King – “Clouds seen on Pluto for the first time” 5.3.2016
21. “What’s eating at Pluto?” 15.3.2016
22. Stephen Clark – “Water ice abounds in Pluto’s frigid bedrock” 29.1.2016
23. “New Horizons team releases detailed slice Pluto” 19.12.2015
24. Sean O’Kane – “NASA discovers icebergs on Pluto” 4.2.2016