אנסלדוס-עולם חדש קטן

מה משמעות גילוי האטמוספירה והמים על אנסלדוס? 

24.6.2005

מאת: חיים מזר

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/mazarenceladus.html

כדי לצפות בתצלומים המופיעים במאמר יש ללחוץ על קישור זה. מספרי הזיהוי של התמונות זהים לאלו שבקישור זה”

מבוא
הרביעי מבין ירחי שבתאי שהקסיני חלפה לידו הוא אנסלדוס.זהו ירח קטן,קוטרו 500 ק”מ וקרובים לו במידותיהם הם מימס ירח אחר של שבתאי שקוטרו 392 ק”מ ומירנדה ירח של אורנוס שקוטרו 484 ק”מ.התצלומים הראשונים מירח זה הגיעו ארצה כאשר וייג'ר 2 חלפה במרחק 90,000 ק”מ ושדרה 22 תמונות.למעשה החללית בצעה יותר תצלומים,אך חלק מהם בעלי הרזולוציה הגבוהה של 2 ק”מ לפיקסל (בל נשכח שמדובר בטכנולוגיה של שנות ה-70 של המאה ה-20) הלכו לאיבוד. צולמו 43% מפני השטח ,בעיקר מאותו חלק מפני הירח שאינם נראים מכיוונו של שבתאי וחלק מהקוטב הצפוני.

הקסיני עברה ליד אנסלדוס ב-17.2 במרחק של 1180 ק”מ וצילומיה היו ברזולוציות שבין 1.5 ק”מ לפיקסל עד ל-70 מטר לפיקסל וב-9.3 חלפה במרחק 500 ק”מ והרזולוציות היו גבוהות יותר, בין 300 מטר לפיקסל עד ל-40 מטר לפיקסל. זהו המעבר הקרוב ביותר המתוכנן במהלך פעילותה של הקסיני. מעבר שלישי צפוי ב-14.7 שנה זו ומעבר רביעי ב-12.3.2008 במרחק 1000 ק”מ. הכוונה היא להגיע לכיסוי ומיפוי מלא של הירח.

מבחינת תנאי היסוד האסטרונומיים שלו,אנסלדוס מקיף את שבתאי פעם ב-33.4 שעות במרחק 238,000 ק”מ וצפיפותו היא 1.2 גרם/סמ”ק. צפיפותו הנמוכה יכולה להעיד על נוכחות מים גדולה בו.

אטמוספירה?

בשני המעברים ליד הירח החללית גילתה פעילות חריגה בשדה המגנטי של שבתאי. קווי השדה התעקמו מסביב לירח. הפלסמה במגנטוספירה של שבתאי מואטת ומוסטת על ידי הירח ועוטפת אותו. אפשר היה להבחין כי השדה המגנטי מתנדנד. תופעה כזו יכולה להתרחש כאשר מולקולות מיוננות יוצרות אינטראקציה עם השדה המגנטי תוך כדי תנועה מסביב לקווי השדה. משמעותה של תגלית זו היתה מפתיעה.לאנצלדוס למרות קוטנו יש אטמוספירה(Cassini finds 17.3.2005: web ).מהיכן באה אטמוספירה זו? ההערכה היתה שמדובר ביוניזציה של אדי מים וכי קיימת פעילות של גזים מסביב לירח. מהיכן הם באים? הועלו מספר אפשרויות. הגזים הם תוצר לפעילות של וולקניזם וגייזרים, הגזים נפלטים מפני השטח או שהם באים מתוך הכוכב עצמו. יש גם להביא בחשבון ששלושת המקורות פועלים בו זמנית.

תופעה זו לא נצפתה על ידי וויג'ר 2 כאשר חלפה על יד הירח. אפשר להסביר זאת בשתי דרכים.אפשרות אחת היא שגילויה של תופעה זו חרג מגבולות יכולת המדידה של מכשירי החללית והאפשרות השניה היא שבמהלך אותה תקופה בין 1981 ,מועד המעבר של החללית ליד הירח, עד היום קרה דבר מה שהביא להיווצרותה של האטמוספירה. מה שברור הוא שבשל מימדיו הקטנים של הירח תוחלת החיים של האטמוספירה היא קצרה, אלא אם כן קיימת פעילות מתמדת בתוך הכוכב המאפשרת אספקה רציפה של גזים. אישוש לקיומה של האטמוספירה יכול להתבצע מכדור הארץ. לשם כך יש לעקוב אחר תנועת הירח באמצעות טלסקופים חזקים המצויידים בטכנולוגיה של Adaptive Optics או באמצעות טלסקופ ההאבל. כאשר הירח מסתיר איזה שהוא כוכב יש לראות אם קיים איזה שהוא איחור בהגעת האור מכוכב זה. אם זה מה שאכן יקרה, יהיה ברור שלירח יש אטמוספירה. רצוי יהיה לבצע מספר מדידות מסוג זה. מדידות אלה תאפשרנה גם למדוד את צפיפות האטמוספירה. מה שברור שמדובר בצפיפות נמוכה מאוד כמו זו של פלוטו. הלחץ האטמוספרי של פלוטו הוא 6 ˉ 10 בר. מהירותו הצירית של הירח היא 47 קמ”ש דומה לזו של פלוטו 44.9 קמ”ש. וויג'ר 2 בעוברה ליד הירח מדדה טמפרטורה של C º 200- בצד המואר על ידי השמשMorison 1982 ) ( . כאשר הקסיני עברה ליד פבה טווח הטמפרטורות שנמדד היה בין C º161- מיד אחרי הצהריים עד ל–195ºC סמוך לפני הזריחה. יש בכך כדי לתת אינדיקציה לגבי הפרשי טמפרטורות גם על אנצלדוס. מהם הגזים של האטמוספירה? מכיון שעל פלוטו נמצאים חנקן ו- CO2 יכול להיות שגם גזים אלה מרכיבים את האטמוספירה של אנסלדוס. קיומה של אטמוספירה זו,אם אכן מדובר בכך, יכול להעיד שאטמוספירות יכולות להתקיים גם על גופים קטנים אחרים המערכת השמש ואולי על צרס הגדול שמבין האסטרואידים.

חלקיקי אבק

בשני המעברים הראשונים של החללית נספר מספר רב מאוד של חלקיקי אבק שפגעו בה. עוביים של חלקיקים אלה לא עולה על זה של שערת אדם, כך שלא נגרם לה שום נזק. במעבר הראשון נמדדו אלפי פגיעות במשך 39 דקות. מקורם של החלקיקים הוא בענני אבק מסביב לירח או מטבעת E . בחודשים הקרובים ייעשו מדידות כדי למצוא את מקורם.

אמוניה ומים

צפיפותו הנמוכה של הירח והבהירות הרבה של פני השטח עוררו את המחשבה שנוכחות סיליקטים על פני השטח קטנה מ-15% (Squyers et al 1983 ). ההערכה היתה שצפיפות הקרום היא נמוכה מידי מכדי לאפשר למים נוזלים להגיע לפני השטח. הועלתה אפשרות שחייבים להיות מתחת לפני השטח חומרים נדיפים אחרים שיורידו בצורה משמעותית את הצפיפות של הנוזלים שיתפרצו לעבר פני השטח. האפשרות שחשבו עליה היתה שילוב של אמוניה ומים. המודל שנבנה הוא שבמהלך השנים עם התקררותו של הירח רק המים הנקיים התגבשו מתוך תרכובת המים-אמוניה. ריכוז האמוניה יעלה באופן הדרגתי בחומר השאריתי הפנימי של הירח. המדידות שהוויג'ר עשתה לא גילו שום נוכחות של אמוניה על פני אנסלדוס. גם המיפוי שנעשה על ידי הקסיני באור הנראה ובאינפרה אדום לא גילו שום עקבות לא של אמוניה ולא של CO2. לעומת זאת כן התגלו מישורים רבים מכוסים בקרח מים (Saturn's moons 18.2.2005 :web ). לאור העובדה שהקסיני בצעה מדידות אלה במרחק קטן יותר מאלה שבוצעו על ידי וויג'ר 2 פוחתים הסיכויים למציאת אמוניה על פני השטח, אם כי זה לא שולל את האפשרות שהאמוניה נמצאת בתוך הקרום.

יכול להיות שלמישורי קרח אלה קשר עם תופעות היוניזציה של אדי המים אותם הזכרנו קודם לכן. המסקנה המתבקשת היא שחייבת להיות אספקה של אדי מים. מהיכן הם באים? יכול להיות שירח זה עדיין פעיל מבחינה גיאולוגית. בתוכו ישנם זרמי קונבקציה אשר ביחד עם תהליכים טקטוניים סודקים את פני השטח והראיה לכך שעל פני הירח נצפו חריצים רבים ומסוגים שונים,ה-grooves . משעה שמתרחש סידוק פורצים מים רבים החוצה אל פני השטח. המים במרביתם קופאים, אבל אחוז קטן מתאייד ויוצר את תופעת היוניזציה שנצפתה על ידי הקסיני.

מכתשים

בתצלומים החדשים של אנסלדוס , הקסיני חשפה לעיני החוקרים חלקים נוספים מפני נשטח שלא נצפו על ידי וויג'ר 2. אמנם נצפו מכתשים נוספים,אך אלה לא שינו את התמונה הכללית באשר לגודל המכתשים ופיזורם על פני השטח. בחלק מהצילומים הכיסוי הצילומי הגיע במקומות מסוימים עד לקו הרוחב S º 65 לעומת וויג'ר 2 שכיסתה חלק מהקוטב הצפוני. חללית זו צילמה 50% מהקוטב הצפוני עד לקו הרוחבN º 55 . כאן נמצא חלק גדול מהמכתשים שצילקו את פני השטח. יש להביא בחשבון שבצילומים עתידיים של הירח על ידי הקסיני ימצאו מכתשים גם בקוטב הדרומי ,אם כי קשה לחזות את גודלם ואת צפיפותם. מרבית המכתשים נמצאים בין קווי הרוחבN º ºN-9057 ומקו אורך 30º ועד לקו אורך 215º . שני ריכוזים נוספים נמצאים אחד בין 30ºN-57ºN וקווי האורך 160º-270ºוריכוז שני נמצא בין קווי הרוחב 25ºN-90ºN וקווי האורך330º 30º- .המכתש הגדול ביותר על ירח זה קוטרו 35 ק”מ בניגוד לירחים אחרים של שבתאי שיש עליהם מכתשים בקוטר 100 ק”מ ויותר. רק למכתשים ספורים יש תבליט במרכזם. לאף מכתש אין קרניים,חומר שנזרק החוצה ממקום הפגיעה בצורה רדיאלית כמו על ירח כדור הארץ. במכתש Dunyazad הנמצא ב-35ºN 115º ואשר קוטרו 21 ק”מ נמצאת בליטה בצורת כיפה שדומה לה נמצאת במכתש Har שעל קליסטו ירחו של צדק(תצלומים 1,2 ). ספירת מכתשים שנעשתה על ידי וויג'ר 2 בגבולות כושר הרזולוציה הראתה שבתוך השטח שצולם 43% -משטח הירח נספרו 453 מכתשים שקוטרם עולה על 5.66 ק”מ. רבים מהמכתשים שצולמו על ידי וויג'ר 2 הם רדודים בהשוואה לירח כדור הארץ. הרזולוציה הגדולה של החללית עד ל-40 מטר לפיקסל מאפשרת לראות מכתשים קטנים יותר עד לסדר גודל של מאות מטרים. ממבט ראשוני ניתן לראות שמכתשים קטנים אלה דומים למקבילים להם על הירח של כדור הארץ.

פעילות טקטונית

תצלומיה של הוויג'ר 2 מעידים על מקטע של הירח העשיר בפעילות טקטונית,grooves באורך עשרות קילומטרים. אזור זה ברובו תחום בין קו המשווה עד קו רוחב 30ºN ומקו האורך 335º עד קו אורך180º . בצפונו של המתחם נמצאים שני grooves סינוסיאדליים, Samrakand Sulci במערב ו- Harran Sulci במזרח. במרכז נמצא קומפלקס של grooves קצרים ומשני צדדיו מישורים. כך הם נראו על ידי המצלמות של החללית בהתחשב בגבולות הרזולוציה שלהן. ממערב לו Sarandib Planitia וממזרח לוDiyar Planitia . צפונית מערבית ל-Harran Sulci נמצאים 3 רכסים מקבילים זה לזה באורך של כ-100 ק”מ כל אחד. נראה שאזור זה עבר תהליך של קימוט בדומה לקימוט האלפיני על כדור הארץ. צפונה ל-Samrakand Sulci נראית תצורה זרימתית המגיעה עד לקוטב הצפוני. תצורה זו צרה בקצה הדרומי שלה ובקצה הצפוני(סמוך לקוטב הצפוני). רוחבה המקסימלי הוא סמוך לקו הרוחב 57ºN 65.5 ק”מ. זה נראה כמו זרימה של לבה. מה שיכול לתמוך באפשרות זו הוא חיתוכם של מכתשים שהזרם עבר דרכם וכיסה את חלקם.

מחקרים שונים נעשו כדי למדוד את גובה התבליט של הירח. חלק מהמדידות הראה שהתבליט הוא בין 500-1500 מטר מעל פני השטח ומדידות אחרות הראו שגובהו המקסימלי של התבליט הוא 2000 מטר(Kargel 1996 ). הרושם הוא שאי אחידות זו מקורה ברזולוציות של התצלומים שלא אפשרו להגיע לתמימות דעים.

כאשר הקסיני ביצעה את טיסות המעבר שלה ליד אנסלדוס נתברר שהטקטוניקה של ירח זה הרבה יותר מסיבית ומורכבת ממה שחשבו. אזור שנמצא דרומית ל-Diyar Planitia ואשר תחום בין קווי הרוחב 0º-60ºS ובין קווי האורך 254º-296º בגבולות כושר ההפרדה של וייג'ר 2 נראה היה כמישור מתברר שהוא חרוש ב-grooves(צילום מס. 3 PIA06191 ). מערכת של חריצים באורך עשרות קילומטרים חוצים זה את זה. חריץ אחד הוא רחב במיוחד,5 ק”מ. מספר המכתשים כאן הוא קטן. המכתש הגדול הבולט כאן קוטרו 5 ק”מ ,הוא רדוד מאוד ונראה כאילו שהוא התמלא באבק. החריצים מפותלים ובחינה מדוקדקת של האופן בן הם חוצים זה את זה יכולה להעיד על הגיל היחסי שלהם. מי קדם למי ויש בהם כדי להזכיר את ה-grooves של גנימד ירחו של צדק. בצילום מס. 4 (הגדלת החלק הימני של תמונה מס. 3). נראות תצורות בולטות המתנשאות מעל לפני השטח.הן בעלות קשת רחבה ומשיקות זו לזו. יכול להיות שמדובר בשרידים של שני מכתשים. אם אכן מדובר במכתשים הם רדודים מאוד. בקצה המערבי של התצלום מוצאים קומפלקס של תבליטים המעידים על קימוט שאזור זה עבר והוא מסתיים בתצורת טרפז(צילום מס. 5 n00028194.jpg ) ובתוכו grooves מקבילים אחד לשני ו-groove אחד חוצה אותם בכיוון צפון מזרח-דרום מערב. תצורה טקטונית סגורה נוספת נמצאת בקצה המזרחי שלDiyar Planitia (צילום מס. 6 ). לתצורות אלה אין שום מקבילה במערכת השמש. גובה התבליט כאן הוא 50-100 מטר. יש כאן מספר מכתשים ומבחינים כי עברו בלייה כל שהיא.

דרומית למכתש Dunyazad נמצאה תופעה חדשה, קווי סידוק צרים ומקבילים בכיוון צפון דרום החוצים מכתשים למלוא אורכם(צילום מס. 7 PIA06217 ), תופעה שגם היא לא נצפתה בשום מקום במערכת השמש. בקווי הרוחב הדרומיים של אנצלדוס בצילום מס. 8(PIA060207 ) רואים ריכוז של מכתשים שחלקם עברו בלייה ו-grooves צרים באורך קילומטרים ספורים.

דיון

מקורם של ה-grooves הוא ממתיחה של הקרקע לכיוונים מנוגדים.התוצר הסופי הוא שקיעת קרקע לאורך עשרות מטרים עד לעשרות קילומטרים. על כדור הארץ מוצאים בקעים שאורכם יכול להגיע לאלפי קילומטרים ודוגמה מוכרת מאזורנו הוא השבר הסורי-אפריקני שאורכו 2000 ק”מ. במקרה זה מדובר בתנועה של פלטות. האם זה מה שקרה על אנצלדוס? אפשרות כזאת אכן נדונה בעבר (Kargel 1983 ). התצלומים שהקסיני שדרה ארצה מראים שה-grooves לרבות ה-Samrakand Sulci וה-Harran Sulci הם בעלי אופי מקומי. אין הם בעלי מימדים גלובליים כדוגמת הקניון Ithaca Chasma שעל תטיס ירח אחר של שבתאי. ה-grooves רדודים וחוצים אחד את השני בזוויות שונות ,מה שאומר שאותן מתיחות תוך קרומיות פעלו בכיוונים שונים. מהאופי בו הם חותכים “ושוכבים” זה על זה אפשר לבנות מפה סטרטיגרפית וקביעת סדר התרחשותם. מיפוי כזה כיום יהיה חלקי בלבד. מיפוי מלא יתאפשר רק כאשר הירח יצולם במלואו.

הרכסים הנמצאים מצפון ל-Harran Sulci מעידים על תהליכי קימוט שכמותם מוצאים על כדור הארץ. אולם איך אפשר להסביר את התצורות הסגורות? הרושם המתקבל שכל “קיר” של תצורה סגורה נוצר בתהליך “עצמאי” ובנפרד מ”הקירות” האחרים. אם נסתכל בצילום מס. 5 בתצורת הטרפז נבחין כי מימין לטרפז נמצא קו רכס שבכניסתו לתצורה מתפצל לשתי זרועות שמהן יוצאות זרועות נוספות הסוגרות את התצורה. יכול להיות שהקימוט החל בצד ימין רץ שמאלה ואחר כך מסיבה כל שהיא התפצל ונע לשני הצדדים עד לסגירתה של התצורה. זה נשמע מוזר מאוד, אך אסור לשכוח שאנו צופים בעולמות שונים שבהם מתרחשים תהליכים לא מוכרים על כדור הארץ. מה הם הכוחות שהביאו להתרחשותו של תהליך זה? נראה שיש צורך לפתח כלים חדשים להסביר תופעה גיאולוגית זו. נסיון להסביר את התצורה בתצלום מס. 6 הופך למסובך יותר מאחר שלתצורה 6 צלעות ובתוכה גם כן יש תהליכי קימוט.

בתצורה הזרימתית שמצפון ל-Samrakand Sulci כפי שציינו הזרימה חותכת מספר מכתשים. תופעה נוספת שמבחינים בה היא התלמים שבתוך החומר הזרימתי. מה קרה כאן? לבה בזרימתה מכסה כל מה שנקרה בדרכה ולכן יש למצוא הסבר לכך שהמכתשים כאן לא כוסו במלואם. אפשריים 3 הסברים. הסבר אחד הוא שהמכתשים יושבים על מדרון והלבה בזרימתה כיסתה את אותם חלקים היושבים על החלק התחתון של המדרון. הסבר זה יכול לתת רמז לגבי המבנה הטופוגרפי של המקום קודם להתפרצותה של הלבה וזרימתה. הסבר שני הוא שהמכתשים הם כה רדודים עד שהלבה במהלך זרימתה כיסתה את אותם חלקי מכתשים שנקרו בדרכה. הסבר שלישי ששתי האפשרויות התרחשו בו זמנית. מה שברור הוא שהתלמים הופיעו לאחר שנוזל הלבה נקרש. נראה שהיתה כאן סדרה של רעידות אדמה שסדקה את הקרקע. והנה אפשר להבחין על סמך היקשים אלה בסדר האירועים שהתרחשו במקום.

סידוק המכתשים שבתצלום מס. 7 הוא בכיוון צפון דרום ומוצאים אותו במקומות נוספים באזור מכותש זה. ה-grooves הם בכיוון מזרח-מערב וגם הם נחצים על ידי סידוק זה. השפה העליונה של המכתש הגדול בתמונה נחתכת על ידי groove, מה שאומר שהמכתש נוצר לאחר היווצרותו של ה-groove . מאחר שהן ה-groove והן המכתש כמו כל האזור מכוסים על ידי קווי סידוק אלה, ברור שקווי הסידוק נוצרו לאחר הופעתם של אלה על פני השטח. המעניין הוא שכל המכתשים באזור כולל ה-groove לא עברו שום דפורמציות לאחר היסדקותם. אין כאן שברי העתקה (Strike-slip ). נראה שהיתה כאן סדרה של רעידות אדמה שסדקה את האזור בלי להגיע לאותו סף שהביא להזזת “בלוקים” אחד ביחס לשני.

שאלה אחרת שיש לשאול היא מהיכן מגיעים מישורי הקרח. את התשובה יש למצוא בקריאו-וולקניזם. אמנם לא נמצאו על אנצלדוס הרי געש,אך יתכן שהיו ועדיין קיימים Hot-Spots הפולטים קרח מים ואלה קופאים מיידית עם הגיעם לפני השטח(להוציא את אותם מים שמתאדים). אם זה מה שאכן קרה ,אזי נערמו כאן זו על זו שכבות קרח בדומה לזרמי לבה הנערמים אחד על השני כתוצאה מהתפרצויות געשיות.

סיכום

לאור ממצאיה של החללית הוחלט לשנות את נתיב טיסתה לקראת מעברה ליד הירח ב- 14.7. במקום לחלוף במרחק 1000 ק”מ ממנו היא תחלוף במרחק 175 ק”מ מפני השטח .בשל העושר הגיאולוגי של ירח זה, אפשר יהיה בתום סיומו של מבצע הקסיני להשתמש בשפע הנתונים ליצירת מעבדה גיאולוגית וירטואלית לשם השוואה עם ירחים בסדר גודל דומה במערכת השמש כדי להבין תופעות גיאולוגיות שונות לא רק בקצה מערכת השמש ,אלא גם על כדור הארץ.