איזו חללית תירש את קאסיני בחקר סודות שבתאי וירחיו?

החללית קאסיני צללה מוקדם יותר החודש אל תוך ענק הגזים שבתאי, בסיום גרנדיוזי של אחת המשימות הפוריות והמוצלחות ביותר של נאס"א. לזכות החללית עומדות תגליות רבות ומרתקות, אך גם תעלומות חדשות שהחוקרים כלל לא העלו על דעתם, כשהחללית יצאה למסעה לפני 20 שנה. לאחרונה הוצעו מספר משימות המשך לקאסיני, ובהן רחפן שיתור את פני השטח הקפואים של הירח טיטאן או חללית ש"תטעם" את הגייזרים שנובעים מהאוקיינוס התת-קרקעי של הירח אנסלדוס.

הדמיה של הצעת המשימה Dragonfly, לשליחת רחפן שיוכל לעוף באטמוספירה הצפופה והקפואה של הירח טיטאן של שבתאי. מקור: APL/Mike Carroll.
הדמייה של הצעת המשימה Dragonfly, לשליחת רחפן שיוכל לעוף באטמוספירה הצפופה והקפואה של הירח טיטאן של שבתאי. מקור: APL/Mike Carroll.

האם אוקיינוס המים הגלובלי שמתחבא מתחת למעטה הקרח של הירח אנסלדוס שורץ חיים חוצנים? האם חיים אקזוטיים יכולים להתקיים באגמי המתאן הנוזלי של הירח טיטאן, בטמפרטורה של 179- מעלות צלזיוס? מה הרכבה של האטמוספירה של שבתאי, ומה היא יכולה ללמדנו על האופן בו נוצר והתפתח ענק הגזים? כיצד ומתי נוצרו והתפתחו הטבעות היפייפיות שלו?

אלו רק חלק מהשאלות שקאסיני הותירה ללא מענה לאחר התרסקותה אל תוך האטמוספירה של שבתאי ב-15 בספטמבר. רגע אובדן הקשר עם החללית במרכז הבקרה היה עצוב ומרגש מאד עבור חוקרי, מהנדסי ומעריצי המשימה – אך זהו לא הסוף לחקר תעלומות שבתאי.

בשנים האחרונות הוצעו מספר רב של הצעות לחקר התעלומות החדשות משבתאי, חלקן מעשיות יותר וחלקן פחות. כך למשל, היו כאלו שהציעו לשלוח צוללת לתור את אגמי המתאן הנוזליים של טיטאן, וחלק הרהרו על קדיחה דרך מעטה הקרח של אנסלדוס ולהחדיר צוללת אל תוך האוקיינוס התת-קרקעי המסתורי שלו. אלו הצעות שאולי ניתן יהיה לפתחן אם לא הייתה הגבלה של תקציב, אך זהו לא המצב.

האם יש הצעות מעשיות יותר, שנאס"א עשויה להעניק להן מימון? מספר הצעות כאלו הוגשו למשימה הבאה בתוכנית "הגבולות החדשים" של נאס"א, במסגרתה שוגרו בעבר החלליות ניו הורייזונס לפלוטו, ג'ונו לצדק, ואוסיריס-רקס לאסטרואיד קרוב-ארץ. תוכנית זו מאפשרת משימות מחקר פלנטרי בעלות "בינונית" של מיליארד דולר, כאשר עלותן של המשימות ה"זולות" של תוכנית דיסקברי נעה בין 600 ל-700 מיליון דולר, ומשימות ה"פלאגשיפ" (כמו קאסיני) עולות בין 2 ל-3 מיליארד דולר.

חלק מההצעות שהוגשו מבקשות להנחית נחתת על הקרקע הלוהטת של נוגה; הצעה אחרת רוצה לשלוח נחתת שתחזיר לכדור הארץ דגימה מהירח; ומספר הצעות כוללות משימה להחזרת דגימה לכדור הארץ מפני שטחו של גלעין של שביט, כשאחת מהן אף מבקשת לחזור לאותו שביט שחקרה החללית רוזטה, השביט 67P/צ'וריומוב-גרסימנקו.

מבין ההצעות המרתקות הללו יש גם מספר הצעות לא קטן לחקר שבתאי עצמו, או חקר ירחיו אנסלדוס וטיטאן.

רחפן שיטוס על גבי טיטאן

בתמונה ניתן לראות את טיטאן (הירח הגדול יותר), שהוא גדול ירחיו של שבתאי, ומאחוריו את הירח הקטן דיון והטבעות של שבתאי. ניתן להבחין שלטיטאן אטמוספירה משמעותית המקיפה אותו. האובך הכתום במעלה האטמוספירה שלה מסתיר את פני השטח של הירח בתחום האור הנראה. האטמוספירה הצפופה וכוח המשיכה הנמוך של טיטאן מספקים תנאים אידיאליים לתעופה. צולם על ידי קאסיני בשנת 2013.
בתמונה ניתן לראות את טיטאן (הירח הגדול יותר) ומאחוריו את הירח הקטן דיון, הטבעות של שבתאי ושבתאי עצמו ברקע. ניתן להבחין באטמוספירה העבה של טיטאן, שהאובך הכתום בה מסתיר את פני השטח של הירח בתחום האור הנראה. האטמוספירה הצפופה וכוח המשיכה הנמוך של טיטאן מספקים תנאים אידיאליים לתעופה עבור משימה כמו Dragonfly. צולם על ידי קאסיני בשנת 2013. מקור: NASA, Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA.

המשימה הנועזת והמרתקת ביותר שהוצעה עבור תוכנית הגבולות החדשים היא ללא ספק "Dragonfly" (שפירית בעברית). ההצעה מבקשת להנחית על הירח טיטאן רחפן מסוג קוואדקופטר כפול (בעל ארבה רוטורים עליונים וארבעה רוטורים תחתונים – מה שהעניק למשימה את שמה, שכן לשפיריות יש שני זוגות כנפיים).

טיטאן הוא הירח היחיד במערכת השמש עם אטמוספירה צפופה ומשמעותית. למעשה, הלחץ האטמוספרי בפני השטח שלו גדול מעט יותר מזה שבכדור הארץ. ביחד עם כוח המשיכה הנמוך שלו (14% מזה של כדור הארץ) – טיטאן מספק תנאים אידיאליים לתעופה.

במרחק העצום של טיטאן מהשמש, יחד עם האטמוספירה שמסתירה את טיפת האור שמגיעה אליו, הרחפן לא יוכל להשתמש באנרגיה סולארית בכדי לפעול. במקום זאת דרגון פליי ישתמש בגנרטור רדיואיזוטופי תרמואלקטרי, שמפיק חשמל על בסיס החום שנפלט מחומר רדיואקטיבי. יתרון מרכזי של גנרטור כזה היא יכולתו לפעול שנים רבות. חלליות אחרות שהשתמשו בגנרטור כזה, למשל, הן קאסיני שפעלה במשך 20 שנה (והייתה יכולה לפעול עוד שנים רבות לולא נשלחה אל מוות מכוון בתוך שבתאי) וחלליות הוויאג'ר, שעדיין פעילות לאחר 40 שנה.

צפו בהרצאה קצרה על המשימה:

בזכות יכולת התעופה שלו, דרגון-פליי יוכל לנוע מעל מכשולים בעייתיים ולגמוא מרחקים גדולים בהרבה מאשר רכבי שטח רובוטיים שנשלחו למאדים או לירח. הוא יוכל לחקור, במשימה אחת, אזורים גיאולוגיים שונים לחלוטין בטיטאן – מדיונות של "חול" פחמימני בקו המשווה (שמקורו במתאן הרב באטמוספירה) ועד אגמי המתאן הנוזלי בקטבים.

המרחק העצום של טיטאן מכדור הארץ יצריך שהרחפן יוכל לפעול באופן אוטונומי לגמרי. זו כנראה הסיבה שלמרות שכבר בעבר הוצעו הצעות דומות לחקר טיטאן, רק כעת משימה כזו הפכה למעשית – הודות להתקדמות הטכנולוגית המשמעותית בטכנולוגיית הרחפנים והמזלט"ים בשנים האחרונות.

כדי לחקור את האטמוספירה, פני השטח ומבנהו הפנימי של טיטאן, דרגון פליי יבצע מספר סוגי מדידות: ספקטרומטר מסה ישתמש בדגימות מפני השטח והאטמוספירה כדי לקבוע את ההרכב הכימי שלהם; ספקטורמטר קרני גמא ימדוד את ההרכב הכימי הכללי של פני השטח; מערכת של חיישנים אטמוספריים תמדוד את הלחץ האטמוספרי, טמפרטורה ורוחות; מדידות סייסמוגרפיות יחקרו את המבנה הפנימי של טיטאן; וכמובן – מערך של מצלמות יאפיין את הגיאולוגיה האקזוטית של טיטאן.

מקפת שתחקור מרחוק את האוקיינוס התת-קרקעי של טיטאן

תרשים המציג את המבנה הפנימי המשוער של טיטאן: אטמוספירה חיצונית עשירה במתאן ותרכובות אורגניות אחרות; הקרום החיצוני שמורכב מקרח מים; אוקיינוס גלובלי מים נוזליים; שכבת קרח פנימית יותר שנוצרת בשל תנאי הלחץ העצומים בעומק הרב; ליבה סלעית "ספוגה" במים. מקור: Kelvinsong / Wikimedia.
תרשים המציג את המבנה המשוער של טיטאן: אטמוספירה חיצונית עשירה במתאן ותרכובות אורגניות אחרות; הקרום החיצוני שמורכב מקרח מים; אוקיינוס גלובלי של מים נוזליים; שכבת קרח פנימית יותר שנוצרת בשל תנאי הלחץ העצום בעומק הרב; ליבה סלעית המכילה גם מים. מקור: Kelvinsong / Wikimedia.

ייתכן מאד ששמעתם כבר על האוקיינוסים שמתחבאים מתחת לשכבות הקרח החיצוניות של ירחים כמו אנסלדוס של שבתאי או אירופה של צדק – אך אלו אינם הירחים היחידים במערכת השמש שמכילים שכבת מים נוזליים פנימית, ובין הירחים הללו נמנה גם טיטאן.

הסיבה המרכזית שבגללה טיטאן פחות מוכר בשל מאפיין זה, היא כנראה מפני שבניגוד לאנסלדוס ואירופה, החוקרים אינם בטוחים האם אוקיינוס המים העמוק שלו מקיים אינטראקציה עם שכבת סלע פנימית יותר או עם פני השטח. אינטראקציה כזו נדרשת כדי לספק את הרכיבים הכימיים הנוספים, מלבד מים, שחיוניים לחיים.

חקר האוקיינוס העמוק הזה, ושאלות נוספות בקשר לטיב האטמוספירה ופני השטח של טיטאן, הם אלו שעומדים במרכז הצעה נוספת לחקר הירח המסתורי.

ההצעה מבקשת לשלוח לטיטאן גשושית בשם OCEANUS, על שם אל הים אוקיינוס מהמיתולוגיה היוונית. החללית תיכנס תחילה למסלול סביב שבתאי, ומאוחר יותר למסלול בן שנתיים סביב טיטאן עצמו.

לחללית יהיו שלושה מכשירים ייעודיים כדי לבצע את משימתה – מצלמת אינפרא-אדום, תדר אור שמסוגל לחדור את שכבת האובך הכתומה שאופפת את טיטאן; מכ"ם אלטימטרי למיפוי טופוגרפי; ספקטרומטר מסה, שיקבע את ההרכב הכימי של האטמוספירה, כאשר החללית תעבור בתוך השכבות העליונות שלה ותדגום אותה ישירות. מדידה נוספת תתבצע באמצעות תשדורת הרדיו של החללית עם מרכז הבקרה בכדור הארץ, על מנת למפות את השדה הכבידתי ומבנהו הפנימי של הירח.

בניגוד לקאסיני או לרחפת דרגון פליי, החללית המוצעת (כמו גם המקפת הבאה שמתוארת בכתבה זו) תשתמש בלוחות סולאריים כדי לספק את תצרוכת החשמל שלה. עד לשנים האחרונות שיטה זו נחשבה לבלתי אפשרית, שכן שבתאי רחוק בערך פי 10 מהשמש מאשר כדור הארץ. במרחק עצום כזה, תא פוטו-וולטאי יוכל להפיק בערך מאית מהחשמל שיוכל להפיק בכדור הארץ. שיפורים בטכנולוגיה סולארית בשנים האחרונות הפכו אפשרות זו למעשית יותר.

מקפת שתדגום מהחלל את התפרצויות הגייזרים של אנסלדוס

סילוני המים הפורצים לחלל מקוטבו הדרומי של אנסלדוס, בצילום של קאסיני. מקור: NASA/JPL/SSI; Mosaic: Emily Lakdawalla.
סילוני המים הפורצים לחלל מקוטבו הדרומי של אנסלדוס, בצילום של קאסיני. מקור: NASA/JPL/SSI; Mosaic: Emily Lakdawalla.

שתי הצעות נוספות מבקשות לחקור את הירח אנסלדוס של שבתאי. ירח קטן זה, שקוטרו עומד על לא יותר מכ-500 ק"מ, התפרסם בזכות הגייזרים העצומים שלו, הפורצים מהקוטב הדרומי. גייזרים אלו משפריצים אל עבר החלל החיצון חלקיקי קרח שמקורם מהאוקיינוס הפנימי שלו, המסתתר מספר קילומטרים מתחת לשכבת הקרח החיצונית של הירח.

הגייזרים של אנסלדוס הם בגדר מתנה עבור החוקרים שרוצים לחקור את תכולת האוקיינוס הפנימי של הירח הקטן, ולחפש, למשל, תרכובות אורגניות שיעידו על קיום חיים. הן מאפשרים לחסוך משימה מורכבת למדי עד בלתי אפשרית בטכנולוגיה של היום, של קידוח מספר קילומטרים דרך שכבת הקרח בכדי להגיע לאוקיינוס.

קאסיני עצמה כבר עשתה זאת למעשה, אך מכיוון שלמתכנניה לא היה כל מושג לקיום הגייזרים כשפיתחו אותה בשנות ה-80 וה-90, ספקטרומטר המסה של החללית לא היה מפותח מספיק כדי לזהות תרכובות הספציפיות, ויכל למדוד רק את היסודות שמרכיבים אותן.

רק לגבי הצעה אחת פורסמו פרטים. ההצעה, המכונה Enceladus Life Finder (או בקיצור – ELF), תצוייד בשלושה ספקטרומטרי מסה שונים, וכן במצלמה לתיעוד פני השטח. החללית לא תיכנס למסלול סביב אנסלדוס, אלא, בדומה לקאסיני, תשאר במסלול סביב שבתאי ותבצע יעפים רבים בקרבת הירח הקטן.

גשוש שיצלול אל תוך האטמוספירה של שבתאי

איור משנת 1995 המתאר את משימת הגשוש ששלחה החללית גלילאו לתוך האטמוספירה של צדק. המשימה המוצעת SPRITE תהייה דומה מאד באופיה למשימת הגשוש הזה, אך תהייה בעלת טכנולוגיה מפותחת יותר ותשוגר לענק גזים אחר, שבתאי, שהאטמוספירה שלו לא נמדדה בצורה יסודית עד כה. מקור: NASA / Ken Hodges.
איור משנת 1995 המתאר את משימת הגשוש ששלחה החללית גלילאו לתוך האטמוספירה של צדק. המשימה המוצעת SPRITE תהייה דומה מאד באופייה למשימת הגשוש הזה, אך תהייה בעלת טכנולוגיה מפותחת יותר ותשוגר לענק גזים אחר, שבתאי, שהאטמוספירה שלו לא נמדדה בצורה יסודית עד כה. מקור: NASA / Ken Hodges.

כנראה שעבור חוקרי שבתאי לא היה מספיק לשלוח אל מותה את קאסיני בצלילה אל תוך האטמוספירה של שבתאי, מפני שאחת ההצעות מבקשת לעשות זאת שוב.

לפי ההצעה, המכונה Saturn PRobe Interior and aTmosphere Explorer (בקיצור – SPRITE), גשוש ישלח לשבתאי במטרה לצנוח אל תוך האטמוספירה השבתאית במשך שעה וחצי, עד אשר יגיע ללחץ גבוה מדי וישבק חיים.

ראוי לציין שקאסיני לא באמת חקרה לעומק את האטמוספירה של שבתאי במהלך צלילת המוות שלה, שכן היא לא הספיקה לחדור אל תוך האטמוספירה הצפופה יותר, מה גם שמכשיריה לא היו מיועדים לכך.

הגשוש מזכיר מאד במחינת משימתו את הגשוש שצורף לחללית גלילאו שחקרה את צדק ושלחה אותו לתוך האטמוספירה של מלך כוכבי הלכת ב-1995: הגשוש יחדור לאטמוספירה באמצעות מגן חום שיאפשר לו לשרוד את החדירה לאטמוספירה, ולאחר מכן יפתח את המצנח שלו ויחל בצניחה איטית מטה ומטה, בעולם ללא קרקע מוצקה.

הגשוש המוצע ישלח לשבתאי על גבי חללית-אם שתצלם מרחוק את האתר שאליו יצנח הגשוש ותשלח את המידע שיאסוף לכדור הארץ.

הוא יכלול מספר ספקטורמטרים וחיישנים נוספים, שיאפשרו לו לקבוע את ההרכב הכימי של האטמוספירה ולמפות את סוגי שכבות העננים השונות. מטרה נוספת תהייה לקבוע את יחסי האיזוטופים של יסודות שונים – נתונים שיאפשרו לחוקרים לקבוע בדיוק רב יותר את אופן היווצרותו של שבתאי ומתי הוא, יחד עם שאר ענקי הגזים, החל לנדוד במערכת השמש כשהייתה צעירה. תופעת "נדידת כוכבי הלכת", מעריכים החוקרים, השפיעה באופן מהותי על אופן ההיווצרות של כוכבי הלכת הארציים, בהם כדור הארץ.

איזו משימה תיבחר?

הדמייה של קאסיני מתקרבת לשבתאי. החללית צללה החודש אל תוך שבתאי בסיום של משימה פורייה ומוצלחת ביותר, אך דווקא התגליות הרבות של החללית, כגון האוקיינוס התת-קרחי שמתחבא עמוק מתחת לפני השטח של הירחים טיטאן ואנסלדוס, או אגמי המתאן הנוזליבקטבים של טיטאן, העלו שאלות חדשות ומרתקות ביותר לגבי העולם המרוחק הזה. מקור: NASA/JPL-Caltech.
הדמייה של קאסיני מתקרבת לשבתאי. החללית צללה החודש אל תוך שבתאי בסיום של משימה פורייה ומוצלחת ביותר, אך דווקא התגליות הרבות של החללית, כגון האוקיינוס התת-קרחי שמתחבא עמוק מתחת לפני השטח של הירחים טיטאן ואנסלדוס, או אגמי המתאן הנוזלי בקטבים של טיטאן, העלו שאלות חדשות ומרתקות ביותר לגבי העולם המרוחק הזה. מקור: NASA/JPL-Caltech.

כל ההצעות המפורטות לעיל מנסות לענות על שאלות ותעלומות מרכזיות שנותרו ללא מענה במשך שנים רבות, אך רק אחת מהן תוכל להיבחר בתחרות למשימה הבאה של תוכנית "הגבולות החדשים".

נאס"א צפויה להכריז בהמשך השנה על שלושה פיינליסטים מבין ה-12 שהוגשו לתחרות, כאשר הזוכה המאושרת תוכרז רק בשנת 2019, עם יעד שיגור מתוכנן ב-2025.

ייתכן מאד שנאס"א תבחר בסופו של דבר את אחת מההצעות הנוספות שהוגשו לתחרות, ושאינן קשורות כלל לשבתאי וירחיו. נאס"א כבר שנים רבות הזניחה את חקר נוגה, וייתכן שתעדיף הפעם לבחור את אחת משתי ההצעות לחקר כוכב הלכת. אפשרות נוספת היא שממשל הנשיא דונלד טראמפ יעדיף לקדם את חקר הירח במסגרת מדיניות החלל המתהווה שלו, מה שיעניק עדיפות להצעה לשלוח נחחת להחזרת דגימה מהירח.

שיקולים אלו לא יהיו היחידים שישפיעו על ההחלטה של נאס"א. הסוכנות תצטרך לקבוע גם מה מידת הסיכון של כל הצעה, הן מבחינת הצלחת המשימה והן מבחינת עיכובים בלוח הזמנים ועמידה בדרישות התקציב. ייתכן שמשום כך יש חיסרון להצעה נועזת כמו הרחפן דרגון פליי לטיטאן, שמבקשת להשתמש בטכנולוגיה שמעולם לא נוסתה עד כה בחקר החלל.

גם אם בסופו של דבר לא תיבחר אף משימה לשבתאי או אחד מירחיו – אל תאמרו נואש. טלסקופ החלל החלל ג'יימס ווב, מצפה החלל הגדול ביותר שצפוי להיות משוגר בשנה הבאה – יחקור את שבתאי וירחיו מרחוק. בין היתר, הוא יוכל לחקור את ההרכב הכימי של האטמוספירה של טיטאן, לנטר את התפתחות ענני המתאן שלו ולחקור את האטמוספירה של שבתאי ושאר ענקי הגזים.

ראו עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

2 תגובות

  1. אפשרות נוספת שכדאי לחשוב עליה היא כדורים פורחים שיצוידו בגונדולות ובהן ציוד מחקר שירחפו באטמוספירות של שבתאי ושל טיטן. הרוסים עשו את זה על כוכב הלכת נוגה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן