ממצאים של חוקרים ישראלים השותפים לצוות המחקר של החללית ג'ונו מגלים כי האטמוספרה של צדק עמוקה הרבה יותר ממה שחשבו עד כה ומשרטטים מפה חדשה של מבנה כוכב הלכת

אחת המשימות של החללית ג'ונו  של נאס"א, שנכנסה לפני כשנה וחצי למסלול סביב כוכב הלכת צדק, הייתה לנסות ולגלות מה עומק האטמוספרה שלו. כשאנו מתבוננים בכוכב הלכת אנו רואים את הפסים המאפיינים אותו, המורכבים מעננים של גזים שונים, שרוחות עזות מעיפות אותם במהירות עצומה, ובכיוונים מנוגדים בקווי רוחב שונים. אבל עד איזה עומק מגיעים הפסים האלה? ומה יש מתחתם? רוב החוקרים העריכו כי עומק האטמוספרה הוא כמה עשרות או כמה מאות קילומטרים. מחקר חדש בהובלת מדענים מישראל מגלה כי האטמוספרה של צדק עמוקה הרבה יותר, כ-3000 קילומטרים, והמסה שלה היא בערך אחוז אחד מהמסה של כוכב הלכת כולו. הממצאים האלה המתפרסמים בכתב העת Nature, מקרבים את המדענים לפענוח ההרכב הפנימי של צדק, ולפתרון החידה אם יש לו ליבה מוצקה.

זרמים עמוקים. האטמוספרה של צדק בתמונה המורכבת מצילומים רבים שהעבירה ג'ונו | מקור: NASA, JPL
זרמים עמוקים. האטמוספרה של צדק בתמונה המורכבת מצילומים רבים שהעבירה ג'ונו | מקור: NASA, JPL

חיים בהרמוניה

החוקרים, בראשות פרופ' יוחאי כספי מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת במכון ויצמן למדע, השתמשו במדד בשם הרמוניות כבידתיות. זה כלי פיזיקלי המאפשר לבחון עד כמה גוף מסוים סוטה מצורה של כדור מושלם ואחיד, מבפנים ומבחוץ. חוקרים מחלקים את ההרמוניות האלה לשני סוגים עיקריים: הזוגיות, המסומנות J2, J4, J6  וכן הלאה – משקפות את מידת הסטייה מצורה כדורית, בעוד האי-זוגיות, J3, J5, J7  וכו', משקפות חוסר סימטריה בין חלקים שונים של הכדור. אם נתבונן על פני השטח של כדור הארץ למשל, נראה שהמחצית הצפונית שלו מכילה הרבה יותר יבשה, בעוד המחצית הדרומית מכילה הרבה יותר מים. זו דוגמה לחוסר סימטריה שמאפיינות ההרמוניות האי-זוגיות.

בניגוד לכדור הארץ המוצק והסלעי, צדק עשוי מגז. אין לו פני שטח, אין הרים או אוקיינוסים, ולכן לא צפוי להיות חוסר סימטריה. אם יהיה חוסר סימטריה כזה, הרי שמקורו בתנועת הרוחות. כספי פיתח שיטה לתרגם מדידות כבידה של צדק למהירות רוחות בשכבות השונות של האטמוספרה, ועמית המחקר בקבוצתו ד"ר אלי גלנטי שכלל אותה. במאמר שפרסם ב-2013 הראה כספי כי מדידות של ההרמוניות האי-זוגיות יאפשרו לחשב בשיטה הזו את עומק תנועת הרוחות, וכך למדוד למעשה את גודל האטמוספרה. בעומק שבו הרוחות מפסיקות לנוע, אפשר להסיק שהאטמוספרה נגמרת (או למעשה – מתחילה), והשכבות הנמוכות מסתובבות יחד, כמו כדור אחד, שהפיזיקאים מכנים אותו "גוף צפיד".

ההרמוניות הזוגיות משקפות את הסטייה מצורה כדורית, והאי-זוגיות את חוסר הסימטריה בין שני חלקי הכדור | איורים: James Tuttle Keane, Caltech
ההרמוניות האי-זוגיות משקפות את חוסר הסימטריה בין שני חלקי הכדור | איורים: James Tuttle Keane, Caltech

מסה אדירה

כדי למדוד את ההרמוניות הכבידתיות דרושות מדידות נקודתיות של הכבידה בקווי הרוחב השונים של צדק. איך עושים זאת? בעזרת משדר רדיו שנמצא על החללית ג'ונו. החללית שולחת אות רדיו לכדור הארץ ומהירות הגעת האות מעידה על שינויים קלים בתאוצה של החללית, בהשפעת הכבידה המקומית. מדידת השינויים הזעירים האלה במרחק 800 מיליון ק"מ מאתנו, מאפשרת לחשב את הכבידה בקווי הרוחב השונים של צדק.

לא בכל מעבר סמוך לכוכב הלכת אפשר להפעיל את המשדר, משום שפעילותו מתנגשת עם מכשירים אחרים, אבל במעבר השלישי של החללית, בדצמבר 2016, הגיע תור הפעלתו של המשדר. כספי ועמיתיו, חישבו את הנתונים והופתעו לגלות כי האטמוספרה של צדק עמוקה בהרבה מרוב המודלים והתחזיות. "המדידה נתנה לנו ארבעה מספרים בלתי תלויים, J7, J5, J3 ו-J9,  וכולם הראו שעומק הרוחות הוא בין 1,500 ל-3,000  ק"מ. חזרנו על המדידות במעבר השישי, במאי 2017, ושוב קיבלנו את אותם הנתונים בדיוק", אומר כספי. "מדידות הכבידה שיקפו התפלגות לא אחידה של מסה בין חצי הכדור הצפוני של צדק לחצי הכדור הדרומי, והדבר היחיד שאינו אחיד שם זו זרימת הרוחות. עכשיו אנו יודעים מה העומק של הזרימה הזו, ויודעים לחשב שמסת האטמוספרה של צדק היא בערך אחוז אחד מהמסה של כוכב הלכת כולו, וזה המון. בכדור הארץ המסה של האטמוספרה היא בערך מיליונית מזו של כוכב הלכת".

התקדמות לקראת פתרון השאלה אם יש לצדק ליבה, ומה גודלה. פרופ' יוחאי כספי | צילום: איתי נבו
התקדמות לקראת פתרון השאלה אם יש לצדק ליבה, ומה גודלה. פרופ' יוחאי כספי | צילום: איתי נבו

הבנה עמוקה

המאמר של כספי ועמיתיו מתפרסם לצד שני מאמרים נוספים בגיליון, שגם עליהם חתומים כספי וגלנטי, המנתחים ממצאים של החללית ג'ונו מצדק, ומשלימים זה את זה. מחקר בהובלת לוצ'יאנו יס (Iess) מאוניברסיטת ספיאנצה האיטלקית מפרט את נתוני המדידה וההבדלים בין חצי הכדור הדרומי והצפוני בצדק. מחקר אחר בהובלת טריסטרן גיו (Guillot) מניס שבצרפת בוחן את התפלגות המסה של צדק באמצעות מדידת ההרמוניות הזוגיות, וקובע כי בעומק של יותר מ-3,000 קילומטר, צדק אכן מתנהג כגוף צפיד. מאמר נוסף בגיליון אינו קשור ישירות לשלושת מאמרי ההרמוניות, ומנתח את המבנה של סערות ציקלוניות בקטבים של צדק. 

"הממצאים האלה מקרבים אותנו לענות על השאלה הגדולה, אם יש לצדק ליבה ומה גודלה", מסביר כספי. כשיודעים מה גודל האטמוספרה, אפשר לדעת מה גודלה של שאר הפלנטה, ולכן לחשב אם יש לחלק הזה ליבה בעלת תכונות שונות משאר הגז שמרכיב את כוכב הלכת. "מה שמסתמן בינתיים הוא שיש לכוכב הלכת ליבה גדולה יותר ממה שחשבנו עד כה, אבל לאו דווקא מוצקה אלא מורכבת כנראה מיסודות כבדים יותר מהמימן וההליום שמרכיבים את האטמוספרה ואת רוב כוכב הלכת עצמו. עם זאת, נראה שאין גבול ברור לליבה, ויש כנראה מעבר הדרגתי בינה לבין הגז שמסביבה".

הממצאים החדשים מג'ונו לא רק שופכים אור חדש על ההרכב של כוכב הלכת הענקי והמסקרן, אלא גם עשויים לשפר את ההבנה של תהליכים באטמוספרה שלנו. בהעדר גורמים כמו אוקיינוסים, יבשות והרים, צדק הוא מעין מעבדה מושלמת להבין כיצד נוצרים זרמי הרוחות, וכיצד הם מתנהגים בלי הפרעות חיצוניות. החוקרים מקווים כי המשך איסוף הנתונים של ג'ונו יסייע לחקור עוד היבטים של האטמוספרה של צדק, כמו למשל הבנה טובה יותר של מבנה הסערה האדומה הגדולה, המשתוללת באטמוספרה של צדק כבר מאות שנים, וישפר את ההבנה שלנו לגבי תהליכים בכוכב הלכת הענקי ומקביליהם במקומות אחרים במערכת השמש.

0 תגובות