החללית קסיני מסיימת משימה של כמעט 20 שנה בחקר כוכב הלכת המסקרן, שהניבה ממצאים רבים על שבתאי, טבעותיו וירחיו
ב-15 באוקטובר 1997 שוגרו הגשושיות קסיני והויגנס למשימה משותפת של סוכנויות החלל של ארצות הברית ואירופה, לחקור את שבתאי, כוכב הלכת השני בגודלו במערכת השמש שלנו. שבתאי הוא מערכת מסקרנת במיוחד, המורכבת מכוכב הלכת, שמונה טבעות של חלקיקי קרח ואבק ועשרות ירחים, בראשם טיטאן – הירח השני בגודלו במערכת השמש כולה (אחרי גנימדס, ירחו הגדול של צדק). קסיני יועדה לסייר בין מרכיבי המערכת הזו, ואילו הגשושית הויגנס, על שמו של האסטרונום ההולנדי שגילה את טיטאן, הייתה אמורה להיפרד ממנה ולנחות על הירח המסקרן, בעל אטמוספרה משלו.
ההיסטוריה של חקר שבתאי
קסיני היא החללית הראשונה שנועדה לחקור בפירוט רב את מערכת שבתאי, אף שכמה חלליות ביקרו שם לפניה. בספטמבר 1979 פיוניר 11 הייתה החללית הראשונה שצפתה בשבתאי, ממרחק 21 אלף ק"מ. חלליות פיוניר שוגרו לחקור את צדק ואת החלל שמעבר לו. פיוניר 11 גילתה על קיומה של טבעת שלא ידעו עליה קודם לכן (טבעת F). היא גם הייתה הראשונה שגילתה את השדה המגנטי של שבתאי ומדדה את עוצמתו, וכן מדדה את הטמפרטורה על טיטאן וגילתה שהיא נמוכה מהצפוי.
בנובמבר 1980 הגיעה לשבתאי וויאג'ר 1, אחת משתי חלליות שמשימתן העיקרית הייתה לחקור את גבולות מערכת השמש ואף לצאת ממנה, ובדרכן הן נשלחו למשימות מחקר סביב כוכבי הלכת המרוחקים. וויאג'ר 1 התקרבה למרחק 124 אלף קילומטר משבתאי, והייתה הראשונה שצילמה תמונות ברזולוציה גבוהה של כוכב הלכת, הירחים והטבעות. הגשושית התקרבה גם אל הירח טיטאן ומצאה כי יש לו אטמוספרה עבה המסתירה את פני השטח שלו מפני אור נראה.
וויאג'ר 2 הגיעה לשבתאי כמה חודשים לאחר מכן, באוגוסט 1981, וממרחק 101 אלף קילומטר שלחה עוד צילומי תקריב של שבתאי וסביבתו. היא חקרה את האטמוספרה של שבתאי ומדדה את הטמפרטורה והצפיפות באזורים שונים.
בזכות המידע שהפיקו וויאג'ר 1 ו-2 אושר גילויים של שלושה ירחים של שבתאי, שנוספו ל-14 הירחים שהתגלו קודם, בנוסף חזו לראשונה בתופעה הנקראת ה"ספוקס", מאפיין של הטבעות הנראה כעננים המרחפים מעליהן. ביולי 2004, לאחר מסע של שבע שנים, הגיעו קסיני והויגנס לשבתאי. כעבור שלושה חודשים נפרדו למשימותיהן השונות – קסיני לחקר כוכב הלכת, ירחיו וטבעותיו, והויגנס לנחיתה על טיטאן, הירח הגדול ביותר של שבתאי.
גישושים ראשונים. שבתאי וטבעותיו בצילום של החללית וויג'אר-1 | מקור: נאס"א
מסע בין כוכבי לכת
התחנה הראשונה במסע של קסיני היתה דווקא בכיוון ההפוך משבתאי, לעבר מרכז מערכת השמש שלנו. באפריל 1998 עשתה החללית יעף סביב כוכב הלכת נוגה כדי לצבור תאוצה בעזרת הכבידה שלו. תמרון כזה נקרא מקלעת כבידתית והוא מאפשר לחסוך בדלק.
לאחר שנה של הקפה סביב השמש חזרה החלליות ליעף נוסף סביב נוגה, ובהמשך עשתה יעפי כבידה דומים סביב כדור הארץ וצדק. לאחר מסע של שבע שנים הגיעה אל שבתאי ב-2004.
המשימה הראשונה של קסיני נמשכה ארבע שנים ומטרתה המרכזית הייתה חקירת כוכב הלכת וירחיו הגדולים, בראשם טיטאן. במהלך המשימה עשתה קסיני 45 מעברים קרובים לטיטאן, והגיעה עד למרחק 950 קילומטר מפני השטח שלו, שאותם חקרה באמצעות מכ"מ. בנוסף היא עשתה תשעה מעברים קרובים ליד ששה מהירחים האחרים. כדי לכוון את החללית מרחוק ליעדים השונים סביב שבתאי, השתמשה קסיני בתמרוני מקלעת כבידתית סביב טיטאן, כאשר תיקונים נעשים בעזרת מנועי הדחף של החללית.
לאחר סיום המשימה הראשית, הוארכה משימתה של קסיני עוד פעמיים – "Equinox" מיולי 2008 עד אוקטובר 2010 ו-"Solstice" מאוקטובר 2010 עד אפריל 2017. באפריל השנה התחיל "הסיום הגדול" – סדרת יעפים בין שבתאי לטבעותיו, שבסופם תתרסק החללית במכוון לתוך כוכב הלכת, בספטמבר 2017.
עם קסיני שוגרה גם החללית הויגנס, שמשימתה הייתה כאמור לנחות על פני טיטאן, הירח הגדול ביותר של שבתאי במטרה ללמוד על פני השטח שלו. בדצמבר 2004 נפרדה הויגנס מקסיני ולאחר שלושה שבועות הגיעה לטיטאן והחלה בצניחה לפני השטח של הירח. במהלך כמה שעות של הנמכה הדרגתית העבירה הנחתת מידע רב על האטמוספרה של טיאטן ופני השטח שלו. היא גם הצליחה לשרוד יותר זמן מהצפוי והמשיכה לשלוח נתונים שעה אחרי שנחתה על פני השטח הקפואים של הירח, שם הספיקה לצלם תעלות המתנקזות לנהרות רחבים אשר נראו יבשים וכנראה נוצרו משטפונות של מתאן ואתאן. בניתוחי התמונות נראו בקצה אתר הנחיתה שתי דיונות חול המורכבות ככל הנראה מפחמימנים.
ערוצים של זרימת מתאן, ודיונות של חומרים פחמניים. פני השטח של טיטאן בצילום של הנחתת הויגנס | מקור: נאס"א
האוקיינוס של אנקלודס
בין הגילויים המפתיעים של כוכב הלכת וסביבתו, אנקלדוס מקבל מקום של כבוד. זה הירח השישי בגודלו של שבתאי, קוטרו 505 ק"מ ופני השטח שלו הם קרח הבוהק בצבע לבן. זה הגוף הבוהק ביותר במערכת השמש.
בפברואר 2005 במהלך המעבר הראשון של החללית במרחק 1,265 ק"מ מהירח, קלטו מכשירי המדידה של קסיני הפרעות בשדה המגנטי של שבתאי באזור זה. החוקרים הניחו שההסבר נעוץ בתופעה מתחת לפני השטח של אנקלדוס, והמשיכו לחקור אותו בסדרה של מעברים קרובים מאוד לפניו. ביולי 2005 חלפה החללית רק 173 ק"מ מאנקלדוס, וזיהתה בכמה מכשירי מדידה התרחשות פנימית מתחת לציפוי הקרח בקוטב הדרומי של הירח. ממצאים נוספים שאספה קסיני עזרו למדענים לגלות כי קיים אוקיינוס נוזלי של מים מלוחים מתחת לפני השטח הקפואים. הממצא הצית את דמיונם של חוקרים רבים, משום שהוא מעלה אפשרות לקיום חיים בסביבה המימית באנקלדוס.
ניתוח ההרכב של אדי המים מעיד על אוקיינוס נוזלי מתחת לקרח. סילוני האדים של אנקלדוס בצילום של קסיני | מקור: נאס"א
הקשר בין הירחים לטבעות
המעברים החוזרים של קסיני סמוך לאנקלדוס הובילו לממצא מעניין נוסף: עדויות של זרמי חלקיקי קרח דמויי גייזר הנפלטים מאזור הקוטב הדרומי של הירח. רוב החומר יוצא מהאוקיינוס של אנקלדוס וחוזר אליו, אך חלקו נמלט מהכבידה של הירח, נלכד בכבידה של שבתאי עצמו ויוצר את טבעת E של כוכב הלכת.
את הטבעות של שבתאי ראה לראשונה גלילאו גליליי כבר לפני כ-400 שנה. הן מורכבות בעיקר מקרח ואבנים, קצתם בגודל אלפיות המילימטרים ואחרים מגיעים למאות מטרים.
הטבעות וירחים של שבתאי מושפעים אלה מאלה. אנקלדוס הוא לא הירח היחיד שחחומר הנפלט ממנו מזין את הטבעת. גם חומר הנפלט מהירח פיבי מרכיב טבעת בשם זה. חלקיקים מטבעת פיבי מתנגשים בירח יאפטוס ויוצרים את הכתם הכהה בצדו האחד, הבולט על צבעו הלבן. ברוב הירחים הפנימיים של שבתאי, שמסלוליהם בתוך הטבעות, ניתן למצוא חלקיקים מן הטבעות, אשר התנגשו בפני השטח של הירח והפכו לחלק ממנו.
מחליפים חומרים. צילום של קסיני שתיעד פליטת סילון אבק מטבעת F של שבתאי (בצד ימין) | מקור: נאס"א
הספוקס
המסע סביב שבתאי וחקירת והטבעות מקרוב אפשרו לנו לקבל מידע על תופעה מסתורית שהתגלתה 30 שנה קודם לכן בתצפיות של חלליות וויג'אר – ה"ספוקס", הנראים כצללים או עננים מעל הטבעות, ומקורם אינו ידוע. ה"ספוקס" נוצרים ונעלמים בלי סיבה ברורה לעין, ועד 2005 קסיני לא הצליחה לחזות בהם כלל. כאשר התגלו שוב, ניסו מדענים לאשש את התיאוריה שמדובר בחלקיקי אבק בעלי מטען אלקטרוסטטי הנמצאים מעל ומתחת לטבעות ומקיימים אינטראקציה עם השדה המגנטי של שבתאי, היוצרת את תופעת הריחוף. עוד נטען כי ה"ספוקס" מושפעים מעונות השנה בשבתאי, והם נעלמים ומופיעים בהתאם למיקומו של שבתאי סביב השמש. עד כה הממצאים לא הצליחו לאשר לחלוטין את התיאוריה, אך זה ההסבר המקובל כיום.
כמו צללים החולפים מעל הטבעות. צילומים של קסיני שהצליחו לתעד את ה"ספוקס" | מקור: נאס"א
סיום המשימה
לאחר 13 שנה של חקר שבתאי, מתכלים משאביה של החללית קסיני ומשימתה מגיעה לסופה הבלתי נמנע. מעט מאוד דלק נשאר לתיקון ושינוי המסלולים, ובלעדיו לא תהיה דרך לשלוט במסלול החללית מרחוק והיא עלולה להתנגש באחד מגרמי השמיים הסובבים את שבתאי. לכן הוחלט לסיים את המשימה בצורה יזומה ולא להאריך את המשימה בפעם השלישית. ב-15 בספטמבר 2017, כמעט 20 שנה לאחר עזיבתה את כדור הארץ, תצלול קסיני לתוך האטמוספירה של שבתאי, והחוקרים מקווים שתצליח להעביר מידע מדויק יותר על הרכב האטמוספירה ופנים כוכב הלכת, בטרם תימעך סופית בלחץ הגזים המרכיבים אותו.
רגע לפני הסוף, יצאה החללית לחקור אזור אחר שלא נחקר קודם לכן. ב-26 באפריל 2017 היא התחילה בסדרת מעברים בין שבתאי לטבעות הפנימיות שלו, ברווח שרוחבו כ-2,000 ק"מ. למרות שאזור זה צפוי להיות ריק מחלקיקים גדולים יותר מגרגירי אבק, במהירות הטיסה של קסיני כל חלקיק יכול לעשות נזק משמעותי לגשושית ולכן בצלילה הראשונה כאמצעי זהירות מפני הלא נודע השתמשה קסיני באנטנה המעוצבת בצורת צלחת כמגן. לאחר מכן ביצעה החללית כמה מעברים נוספים בין שבתאי לטבעות הפנימיות, והעבירה תמונות מרהיבות של כוכב הלכת, מאזור שלא ראינו קודם.
קסיני אפשר לנו ללמוד על סופות ענקיות בשבתאי, להכיר את השדה המגנטי סביבו, להבין יותר טוב את הטבעות, ולגלות עולם יוצא דופן בטיטאן. אך ככל שאנחנו יודעים יותר, אנחנו נחשפים למסתורין הרב של כוכב לכת זה. בזכות גילוי האוקיינוס התת קרקעי באנקלדוס והאגמים בטיטאן, מתכננת נאס"א משימה חדשה "Ocean World", בתקווה לחקור את האוקיינוסים על ירחי שבתאי או צדק, בחיפוש אחר סימני חיים.
"קסיני-הויגנס היא משימת חקר יוצאת מן הכלל, שחוללה מהפכה בהבנה והידע שלנו על מערכת השמש החיצונית", אומר פרופ' אלכסנדר הייז (Hayes) מאוניברסיטת קורנל, אחד החוקרים השותפים במשימה. "מהנחתת הגשושית על טיטאן וגילוי נוף דומה מאוד לכדור הארץ, ועד גילוי עדויות לקיום אוקיינוס עם פוטנציאל לקיום חיים בעזרת הגייזרים של אנקלדוס, קסיני הראתה שוב ושוב שתמיד יש משהו חדש ולא צפוי הממתין ממש מעבר לפינה".
