ונוס אקספרס – ממצאים חדשים חלק ראשון

ישנן תופעות על כדור הארץ שעוצמתן בנוגה גבוהה הרבה יותר. החללית האירופית ונוס אקספרס העומדת לסיים את חייה גילתה רבות מהן

החללית האירופית ונוס אקספרס עומדת בקרוב לסיים את חייה כמטאור באטמוספירת נוגה לאחר שסוכנות החלל האירופית איבדה את השליטה עליה בשל גמר מלאי הדלק שלה.

החללית פעלה במשך שמונה וחצי שנים והניבה תובנות רבות על השכן השמימי הקרוב ביותר לכדור הארץ שמשום מה זוכה לאפליה מול מאדים במספר המשימות הנשלחות אליו. בסקירה זו, בת שני החלקים נביא את עיקר הממצאים שהניבו שמונה שנות מחקר אלה.

פיצוצים באטמוספרה
לאחרונה התברר שלמזג האוויר בחלל (יש דבר כזה) בקצה החיצוני של המגנטוספרה של כדור הארץ יש משמעויות גם מבחינת המתרחש באטמוספרה של נוגה. התברר שלפיצוצים הענקיים שנצפו במגנטוספרה של כדור הארץ הנקראים אנומליות של זרם חם hot flow) anomalies) יש מקבילות גם אצל נוגה, אלא שהן כה גדולות עד שביכולתן לעטוף את כוכב הלכת כולו ומתרחשות כמה פעמים ביום. ההבדל בין שני כוכבי הלכת הוא שלנוגה אין מגנטוספרה שתגן עליו מפניה של רוח השמש. כל מה שיש לכוכב הלכת הזה היא היונוספרה שתגן עליו מפני תופעה זו. על הנוגה קיים איזון עדין בין היונוספרה לבין רוח השמש (1).

יונוספרה
תצפיות שעשתה חללית הפיוניר ונוס ב־1978 הראו שליונוספרה של נוגה יש שני מצבים. מצב אחד שבו קווי השדה המגנטי ארוכים ומצב שני שבו אין קווי שדה מגנטי ארוכים. במקומם מצויים מבנים מגנטיים קטנים רבים המוכרים בשם חבלי שטף flux ropes)). תצפיות שעשתה הוונוס אקספרס בשנים 2008 – 2009 גילו מצב שלישי גם כן מגנטי, אבל עם חבלים של שטף גבוה (giant flux ropes). במצב זה מצויים שדות מגנטיים חזקים בקוטר של מאות קילומטרים. לא ברור איך הם נוצרו (2).

פיוניר ונוס גילתה תופעה מוזרה ביותר. ביונוספרה קיים חור, אזור שהצפיפות בתוכו נמוכה מאוד בהשוואה לסביבתו. במשך 30 שנים לא נצפתה תופעה דומה עד לכניסתה של החללית ונוס אקספרס למסלול סביב נוגה. מסלול טיסתה של החללית מסביב לכוכב הלכת שונה מזו של קודמתה. הוא גבוה יותר. התברר שחור זה עדיין קיים וכי מצויים חורים נוספים, אם כי גדולים יותר המגיעים לעומקים גדולים יותר ממה שחשבו וכנראה נפוצים יותר מהצפוי. כאשר פיוניר ונור צפתה בתופעה השמש הייתה במקסימום שלה (maximum (solar וכאשר ונוס אקספרס צפתה בכך השמש הייתה במינימום שלה (solar minimum). להבנת התופעה יש להתחשב באופי הריאקציה של נוגה עם הסביבה שלה בחלל, בה רוח השמש היא מאוד דומיננטית. החלקיקים של רוח השמש הנמצאים בתוך השדה המגנטי יכולים להשפיע על חלקיקים טעונים ועל שדות מגנטיים אחרים שנתקלים בהם בדרכם. כדור הארץ מוגן מכך על־ידי השדה המגנטי החזק שלו ולנוגה אין שדה מגנטי. מסיבה זו, בהגיע רוח השמש לנוגה היא מצטברת ביונוספרה ויוצרת שכבה מגנטית דקה וחלשה יותר מזו של כדור הארץ.

תצפיותיה של ונוס אקספרס הביאו להנחה שאין מדובר בחורים, אלא בתצורות צילנידריות ארוכות של לחץ נמוך המתחילות בקרקע ומגיעות לחלל. נראה שמדובר במבנים מגנטיים הגורמים לכך שחלקיקים טעונים נדחפים מהקרקע כלפי מעלה כמו משחת שיניים הנסחטת אל מחוץ לשפופרת. לא ברור מה טיבם של מבנים מגנטיים אלה ואיך הם נוצרו(3).

רוח השמש
המדידות שעשתה החללית שפכו אור על האינטראקציה שבין רוח השמש והנוגה. באחת התצפיות כאשר צפיפותה של רוח השמש הייתה נמוכה, היונוספרה של נוגה הייתה מוארכת במורד הזרם והיא נראתה כמו זנב ארוך של שביט. בדרך כלל צפיפותה של רוח השמש היא 5- 10 חלקיקים לסמ”ק בקרבת מסלולו של כדור הארץ ולפעמים רוח השמש נעלמת כפי שקרה במאי 1999. תופעה לא שגרתית זו בסמוך לכדור הארץ נמדדה לא מעט. היו מעט מאוד הזדמנויות לחקור זאת ליד נוגה. הזדמנות נדירה כזו הייתה ב־שלושה וארבעה באוגוסט 2010, בעקבות סדרה של מסות גדולות שנזרקו מהעטרת של השמש. החללית האמריקנית STEREO- B הבחינה בכך שצפיפותה של רוח השמש ליד כדור הארץ נופלת באופן חד ל־0.1 חלקיקים לסמ”ק ונשארת כך במשך יום שלם. הוונוס אקספרס יכלה לעקוב אחר האינטראקציה בין רוח השמש הדלילה והיונוספרה של נוגה. מכשיריה של החללית הראו שצפיפותה של רוח השמש ליד נוגה יורדת ל־0.2 חלקיקים לסמ”ק. כאשר הלחץ הדינמי קטן פי 50 מלחץ נורמלי. התברר שזנב היונוספרה בצד הלילה לא קיים יותר בתקופה זו של רוח השמש הדלילה. התצפיות שנעשו בעבר הראו שאספקת הפלסמה בלילה נעשית על־ידי תנועה של פלסמה לאורך ה־terminator מצד היום באמצעות מפלי הלחץ של הפלסמה. הזרם לעבר צד הלילה ובו יונים של חמצן חיובי מתרחש בגובה 150 – 300 ק”מ ומהירות הזרם מספר ק”מ לשנייה. ב־4 באוגוסט 2011 דפוס זה הופרע. כאשר החללית חלפה מאחורי ה־terminator בגבהים שבין 300 – 1500 הראו המכשירים שהפלסמה של + 0 (חמצן מיונן) נעה לאט יותר מהנורמלי לגבי אזור זה (4).

רוחות
ניטור באולטרה סגול אִפשר למדוד את הרוחות רבות העוצמה המקיפות את נוגה בפסגת העננים, 70 ק”מ מעל לקרקע. ניתוח מעמיק של הרוחות אִפשר למדוד שינויים ארוכי טווח ויומיים (במונחים של נוגה), שינויים בין הקפה אחת של נוגה להקפה עוקבת אחריה ושינויים מחזוריים. בקווי רוחב נמוכים נעה הרוח בכיוון מזרח מערב ומהירותה 338 קמ”ש. אם מביטים מהקוטב הצפוני כיוון התנועה הוא עם כיוון השעון ואם מסתכלים מהקוטב הדרומי הכיוון הוא נגד כיוון השעון. אותה רוח שציינו מגיעה לשיאה בקווי הרוחב 40 – 50 דרום 367 קמ”ש. מקו רוחב 50 מעלות לכיוון דרום. מהירות הרוח יורדת בצורה חדה. המשמעות היא שלרוח בפסגת העננים לוקח חמישה ימים להקיף את נוגה בקו המשווה ושלושה ימים בקווי רוחב בינוניים. הרוח בגוש המרידיאנים העיקרי מקו המשווה לקוטב עולה הדרגתית מאפס קמ”ש בקו המשווה ל־36 קמ”ש בקו הרוחב 50 דרום. בקווי רוחב גבוהים הרוח המרידיאנית יורדת בהדרגה ומגיעה לאפס קמ”ש סמוך לעין המהירה של מערבולות הקוטב.

המדידות הראו שינויים משמעותיים במהירות הרוח בכל הקפה של נוגה. בקווי רוחב נמוכים השינויים בגוש האזורי העיקרי עולים ליותר מ־90 ק”מ. שינוי זה מתאים לשינויים דרמטיים בזמן הקפת האטמוספרה מ־3.9 ימים ל־5.3 ימים. במהלך הצירקולציה של האטמוספרה את נוגה. קו הרוחב של רוחות הסילון משתנה גם כן דרמטית מ־38 מעלות דרום ל־57 מעלות דרום. השינוי הדרמטי ביותר היה בעלייה הקבועה של מסת העננים העיקרית בקווי רוחב נמוכים בגבהים מ־300 ק”מ עד לכמעט 400 ק”מ מעל לקרקע, בתקופה שבין 2006 ל־2013. שינוי כזה דרמטי לא נצפה אף פעם. מהירות הרוח משתנה בטווח הזמן הקצר ובטווח הזמן הארוך. זה כולל שינויים הקשורים לשעון המקומי בשעת היום ולגובה השמש מעל לקו האופק.

הסברים לשינויים במהירות הרוח עדיין לא קיימים. בחלק מהמקומות מהירות הרוח בקו המשווה נעה מ־360 עד 396 קמ”ש לפחות מ־180 קמ”ש באזורי הקוטב, שעה שבמקומות אחרים מהירות הרוח היא כמעט קבועה. עד לקו רוחב 40 מעלות עם זרם סילון בולט בקו רוחב 50 מעלות דרום. הבדלי המהירויות שנצפו בין מסלולי הקפה עוקבים של החללית באזור רוחות הסילון יכולים להיות ב־100 קמ”ש. בין קו המשווה לקו רוחב 35 דרום המהירות משתנה בערך כל 4.8 ימים דומה למהירות הסיבוב הגבוהה בקו המשווה. נראה שמחזוריות זו קשורה לגלים באטמוספרה העליונה. ישנה עדות לתנודה מחזורית קטנה יותר המתרחשת כל שנת נוגה, מהירות הרוח האזורית (zonal) משתנה באופן מחזורי ביותר מ־72 קמ”ש כל 225 יום (5).

טמפרטורות

הטמפרטורה על הקרקע היא 450 מעלות ומהירות הרוח 3 – 4 קמ”ש ובפסגת העננים הטמפרטורה היא 70 מעלות מתחת לאפס ומהירות הרוחות 300 – 400 קמ”ש. ההערכה הייתה שקיים קשר מועט בין האטמסופרה סמוך לקרקע ולאטמוספרה העליונה בגובה 60 – 70 ק”מ. תצפיות שנעשו במשך עשרות שנים הביאו למסקנה שסוג הקשר הוא דמוי אוקיינוס בין האטמוספרה התחתית לשכבת העננים מעליה. האטמוספרה התחתית היא כמו פני השטח של אוקיינוס. גלונים (ripples) והרבה זרמי אוויר מתחתם הנראים בפסגת העננים מספקים רמזים באשר לתהליכים ולהשפעות שונות הבאים מלמטה.

עדויות מוקדמות של גלי האטמוספרה שנוצרו על־ידי זרמי האוויר מעט מעל תצורות טופוגרפיות גדולות סופקו ב־1985 על־ידי שני כדורים פורחים ששוגרו לנוגה על־ידי שתי חלליות רוסיות ששוחררו בגובה 54 ק”מ מעל הקרקע התנסו בטלטלות מעל לרמות הדרומיות של Aphrodita Terra. חללית הוונוס אקספרס סיפקה הוכחה להפצה כלפי מעלה של גלי גרביטציה מהקרקע לעבר שכבת העננים העיקרית. גלים אלה יכולים להתקיים רק באטמוספרה מרובדת ויציבה. הם יכולים להיות מוסעים מלמטה כלפי מעלה באמצעות זרמי קונבקציה או על־ידי זרמים אופקיים העוברים מעל מכשולים כמו הר, דומה בעיקרון ליצירת גלונים (ripples) בקרקעית של נהר כאשר הם חולפים מעל לסלע גדול (boulder).
חשיבותם של גלי הגרביטציה היא בכך שהם יכולים להעביר אנרגיה ומומנטום על־ידי הפצה אופקית ואנכית דרך האטמוספרה. זאת תופעה נפוצה בשכבות העליונות בכוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ. לפעמים הם בצורה של רכבות wave trains)), סדרה של גלים הנעים באותו כיוון והרווח בין גל אחד למשנהו הוא קבוע כמו קרונות של רכבת.
דיווח על גלים אלה באטמוספרה של נוגה היה בנובמבר 2012 כאשר צוות מחקר בין־לאומי עשה שימוש במכשיר הרדיו של החללית (radio science experiment) כדי למצוא פרופילים של האטמוספרה בגבהים של 40 – 90 ק”מ. נעשו 500 פרופילים בין 2006 ליולי עם הגעתה של החללית לנוגה עד 2011. מחקר זה אפשר חישוב הבדלים בלחץ האטמוספרי ובטמפרטורות בגבהים שונים ובמקומות שונים מעל הקרקע. ממדידות אלה של האטמוספרה העליונה ניתן ללמוד על תלות אפשרית של שינויי טמפרטורה קטנים ואנכיים בשעון המקומי ובקו הרוחב וללמוד על שינויים במעלות חום בודדות ועל אורכי גל אנכיים של 1 – 4 ק”מ והתגלה מספר גדול מאוד של גלי גרביטציה. התברר שהם נפוצים מאוד בקווי רוחב 60 – 75 מעלות והפעילות הרבה ביותר בצד המוגן של הרים מפני רוחות בחצי הכדור הצפוני. ממצאים אלה אושרו במחקרים אחרים של גלים שנצפו בפסגות העננים. בצילומים שנעשו על־ ידי ה־Visible Monitoring Camera. מכשיר זה זיהה ארבעה סוגי גלים, ארוכים, בינוניים קצרים וגלים בלתי־סדירים ארוכים. אורכם של הארוכים מאות קילומטרים. הם צרים ואורך הגל 7 – 17 ק”מ. לגלים הבינוניים חזית לא סדירה, אורכם יותר מ־100 ק”מ. ואורך הגל 8 – 21 ק”מ. הגלים הקצרים הגלים הקצרים רוחבם עשרות קילומטרים, אורכם מאות קילומטרים ואורך הגל 3 – 16 ק”מ. מקורם של הגלים הלא־סדירים הוא בהפרעות בממשק שבין הגלים. אחת המסקנות שאליהם הגיעו היא שלטופוגרפיה השפעה משמעותית על הצירקולציה של האטמוספרה. תופעה זו נצפתה במודלים שונים וזאת הפעם הראשונה שהתופעה נצפתה באופן מעשי (6).

מקורות
1. “Planet sized space weather explosion at Venus” 20.2.2014
http://www.spacedaily.com/releases/2014/140220194027.html
2. “A new state of Venus’s atmosphere” 27.12.2012
http://www.spacedaily.com/reports/A_New_State_Of_Venus_Atmosphere_999.html
3. “NASA research helps unravel mysteries of the Venusian atmosphere” 12.9.2014
http://www.spacedaily.com/reports/NASA_Research_Helps_Unravel_Mysteries_Of _The _Venusian_ Atmosphere_999.html
4. “The tail of Venus and weak solar wind” 1.2.2013
http://www.spacedaily.com/reports/The_Tail_Of_Venus_And_Weak_Solar_Wind_999.html
5. “Super hurricane force winds on Venus are getting stronger” 18.6.2013
http://sci.esa.int/science -e/www/object.index.cfm?fobjecid=51937
6. “Venus mountains create wave trains ” 13.1.2014
http://sci.esa.int/venus – express 53597- venus -mountains- create- wave -trains/