פסי הטיגריס של אנקלדוס

אחד המקומות המרתקים ביותר במערכת השמש הוא אנקלדוס, הירח השישי בגודלו של כוכב הלכת שבתאי: הוא התגלה כבר ב-1789, קוטרו הוא כ-500 ק"מ, ומרחוק הוא נראה כפנינה לבנה וחלקה. במהלך 13 השנים שבהן החללית קסיני חקרה את המערכת השבתאית, מ-2004 עד 2017, נחשפו בו בין השאר מעין "פסי טיגריס" – ארבעה עמקים מקבילים בקוטב הדרומי של הגוף השמימי. מחקר חדש מציע כעת הסבר למקורם של הפסים המשונים, ומייחס אותם לכוחות הגאות הפועלים על הירח ולהבדלי הטמפרטורה בתוכו.

לאנקלדוס יש אוקיינוס גלובלי, כלומר כזה שמקיף את הירח כולו, ועומקו מגיע ל-30-25 קילומטר. האוקיינוס נמצא כולו מתחת לפני הקרקע ומכוסה במעטה חיצוני של קרח בעובי של 40-30 קילומטר. אף על פי שהטמפרטורה על פני השטח של הירח היא כ-200 מעלות צלזיוס מתחת לאפס בממוצע, האוקיינוס אינו קופא בזכות כוחות הגאות החזקים שמפעילים עליו שבתאי ואחד הירחים האחרים.

כוחות גאות הם הכוחות המופעלים על גוף בעל נפח (שאינו נקודתי). צידו של אנקלדוס הקרוב לשבתאי נמשך אל ענק הגז יותר מצידו הרחוק וכך נוצר כוח ש"מותח" את הגוף השמימי. אם נוסיף לכך את העובדה שמסלולו אליפטי מעט, נגלה שמידת המתיחה הזאת משתנה לאורך מסלולו סביב שבתאי. כתוצאה מכך הירח נמתח ומתכווץ בהתמדה, וכידוע, כשמכופפים משהו פעמים רבות, אזור הכיפוף מתחמם.

החום המופק מהתהליך הזה מספיק כדי לשמור על האוקיינוס במצב צבירה נוזלי. כך קרה שהירח עשוי מליבה סלעית, שסביבה אוקיינוס מים נוזלי המוקף בתורו בקליפת הקרח העבה שמעניקה לאנקלדוס את מראהו דמוי הפנינה.

ליבה סלעית, אוקיינוס, ושכבת קרח חיצונית. המבנה הייחודי של אנקלדוס | איור: NASA/JPL-Caltech

בקוטב הדרומי של הירח יש ארבעה עמקים ארוכים וכמעט מקבילים, המתמשכים לאורך של כ-130 ק"מ. המבנה הייחודי שלהם העניק להם את הכינוי "פסי הטיגריס", אם כי שמותיהם הרשמיים הם עמק אלכסנדריה, עמק קהיר, עמק בגדד ועמק דמשק – על שם מקומות המופיעים בספר "אלף לילה ולילה". הדבר המפתיע באמת הוא שכאשר קסיני חלפה ממש מעליהם, התמונות שהיא צילמה חשפו שנפלט מהם חומר, קצת בדומה לגייזרים על פני כדור הארץ. נראה לפיכך שהאוקיינוס הנוזלי מוצא כך דרך לפרוץ החוצה מקליפת הקרח העבה.

חוקרים משקיעים מאמץ רב לפענח את התהליכים המתרחשים בפסי הטיגריס הללו, שכן התגלה שנפלטים מהם לא רק מים אלא גם מתאן, פחמן דו-חמצני, חנקן ואפילו חומרים אורגניים – אבני היסוד של החיים. כתוצאה מכך אנקלדוס הוא המועמד המוביל במערכת השמש למציאת חיים מחוץ לכדור הארץ, אפילו יותר ממאדים.

אדי המים המכילים את אבני היסוד של החיים. הגייזרים של אנקלדוס בצילום מהחללית קסיני | NASA/JPL/Space Science Institute

מאין הגיעו העמקים?

איך נוצרו ארבעת הפסים הארוכים הללו, ומדוע כולם מתרכזים דווקא בקוטב הדרומי של הירח? הסבר אפשרי הציעו לאחרונה דגלאס המינגווי (Hemingway) ממכון קרנגי למדע בוושינגטון ועמיתיו, במאמר בכתב העת Nature Astronomy. לטענתם, פסי הטיגריס נראים כך פשוט מפני שהם עשויים קרח.

למה הכוונה? אותם כוחות גאות ששומרים על האוקיינוס הפנימי במצב נוזלי גם גורמים לכך שקליפת הקרח תהיה דקה במיוחד קטבים. מתחת לשכבת הקרח יש מים נוזליים חמים הרבה יותר ממנה, כך שהשכבה החיצונית רוצה להתכווץ מהקור, אבל השכבה החמה שמתחתיה לא מאפשרת לקרח להתכווץ. לפי המינגוויי ועמיתיו, במצב הזה הקרח נמתח ומתבקע. מכיוון שהקרח בקטבים דק יותר, צפוי שהוא יתבקע, ובמקרה זה קרה דווקא בקוטב הדרומי ולא בצפוני.

פסי הטיגריס בצבעים מודגשים | צילום: (NASA/JPL-Caltech/SSI/Lunar and Planetary Institute, Paul Schenk (LPI, Houston

לפי החוקרים, מרגע שנוצר הבקע הראשון הוא צמצם את הלחץ על הקוטב הצפוני ומנע מבקיעים נוספים להיווצר גם בו. בינתיים הבקע בדרום התרחב והחלו להיפלט ממנו מים דרך הגייזרים שצילמה החללית קסיני. חלקם קפא על פני הירח בסביבת אותו בקע ראשוני, והעמיס משקל נוסף על הקרח החלש ממילא בסביבתו.

על סמך ניתוח הכוחות הפועלים בשלב זה סביב השבר והתכונות המכניות הידועות של קרח הסיקו המינגוויי ועמיתיו שבמצב הזה ייווצרו שברים נוספים במקביל לשבר הראשון ובמרחק של כ-35 ק"מ ממנו – בדומה למרחק שנצפה בפועל. שברי המשנה הללו נוצרים כשמספיק לחץ מצטבר על הקרח. הם אף יכולים ליצור שברי משנה נוספים משל עצמם בעקבות אותם לחצים שהובילו להיווצרותם, וחוזר חלילה.

המודל הזה מצליח להסביר את דגם הפסים הייחודי על סמך עקרונות פיזיקליים בסיסיים של מאזן טמפרטורות, כוחות ותכונות החומר, ובתוך כך גם מספק תחזית למדידות עתידיות: אם הוא נכון, אזי פסי הטיגריס האמצעיים עתיקים יותר מהחיצוניים – תכונה שאולי נצליח לבדוק בהמשך. מדובר בעוד צעד חשוב להבנת הירח אנקלדוס – שעשוי להיות המקום הראשון שבו נגלה חיים מחוץ לכדור הארץ.