מגלים את הסודות של צדק

צדק הוא כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש שלנו, אבל גם 60 שנה אחרי תחילתו של עידן החלל איננו יודעים עדיין לענות על כמה משאלות היסוד הנוגעות אליו. למשל האם יש לו ליבה מוצקה? מה עומק האטמוספרה שלו? ומה עוצמת השדה המגנטי שלו?

החללית האמריקאית ג'ונו, שנכנסה למסלול סביב צדק בשנה שעברה, אמורה לנסות לענות על השאלות האלה ועל שאלות רבות נוספות. כעת פרסם צוות חוקרים בינלאומי ממצאים ראשונים מהמשימה המדעית של החללית. תמצית שלהם הופיעה המאמר בכתב העת Science, וכ-40 מחקרים מפורטים מתפרסמים בימים אלה בגיליון מיוחד של כתב העת Geophysical Research Letters.

ליבה מדוללת

צדק הוא כוכב לכת מסוג ענק גזי, כלומר אין לו קרקע מוצקה והוא עשוי מגז דחוס, בעיקר מימן והליום. אחת המשימות של ג'ונו הייתה לנסות ולגלות אם בתוך כדור הגז, שקוטרו 140 אלף קילומטר, שוכנת גם ליבה מוצקה. כדי לעשות זאת נעזרים החוקרים במשדר גלי רדיו, ומודדים בדיוק רב את הגלים שהוא משדר מהחלק במסלולו הקרוב ביותר לאזורים שונים של כוכב הלכת. שינויים בדפוס הגלים עשויים להעיד על הבדלים מקומיים בכבידה, ולכן להצביע על המבנה הפנימי של צדק.

בנוסף, המדידות מושפעות מהתפלגות המסה כתוצאה מזרימה של גזים בתוך כוכב הלכת. את המחקר המתבסס על המשדר הזה מוביל ד"ר יוחאי כספי ממכון ויצמן למדע, עם עמית המחקר ד"ר אלי גלנטי.

המשדר הופעל בשתי ההקפות הראשונות של החללית סביב צדק, שעל נתוניהן מבוססים המאמרים הראשונים, וממצאי הכבידה לא התאימו לאף אחד מהמודלים שחוקרים הציעו בעבר. המסקנה הראשונית העולה מהממצאים היא שלצדק אמנם יש ליבה, איך היא אינה מוצקה, אלא דלילה יחסית ומגיעה בערך עד אמצע המרחק בין מרכז כוכב הלכת לפניו.

"המודל שאנו מציעים כעת הוא קצת מהפכני", אמר כספי בריאיון לאתר מכון דוידסון. "אנו מקווים לאמת אותו באמצעות מדידות נוספות במעברים הבאים. המדידות של ג'ונו מדויקות בשני סדרי גודל לעומת אלה שהיו לנו בעבר, והבאות צפויות להיות מדויקות עוד יותר, כאשר מסלול החללית יהיה בזווית שתיטיב את המדידה".

חוקרת נוספת העוסקת במבנה הפנימי של צדק היא פרופ' רווית חלד מאוניברסיטת ציריך ואוניברסיטת תל אביב. "הממצאים של ג'ונו פותחים מחדש את ההגדרה של 'ליבה' בכוכבי לכת גזיים ענקיים", אמרה חלד לאתר דוידסון. "מתברר שאין גבול ברור לאזור הזה שאנו יכולים להגיד ששם מסתיימת המעטפת ומתחילה הליבה עצמה. המדידות רומזות שהמסה של צדק אינה מפוזרת בצורה אחידה, ובמרכז כוכב הלכת יש ריכוז של חומרים כבדים, אבל הצפיפות הולכת ועולה בהדרגה ככל שמתקדמים פנימה, ולא משתנה בבת אחת". מדידה נוספת שבה משתתפת חלד עוסקת בנקיפה (פרצסיה) של הקטבים של צדק - כלומר הסטייה שלהם מציר הסיבוב. "אנו מצפים לנתונים מההקפות הבאות, שיוכלו להעיד על שדה הכבידה, ולגלות לנו פרטים על פיזור המסה בתוך כוכב הלכת", היא מסבירה.

חלד עוסקת גם בחקר תהליכי היווצרותם של כוכבי לכת כאלה, ושותפה בניתוח הנתונים של הרכב האטמוספרה של צדק, העשויים להסגיר פרטים על ההיסטוריה שלו. "מדידה מדויקת של כמות אדי המים באטמוספרה תוכל לסייע לנו להבין אם צדק נוצר במסלול שבו הוא נמצא כעת, או שבעבר היה רחוק יותר מהשמש והתקרב אליה", היא אומרת. "כמובן שחקר המבנה הפנימי של צדק וחקר תהליכי היווצרותו שזורים זה בזה, ואנו מצפים להרבה מידע מעניין במדידות הבאות".

מגנטיות חזקה

כספי שותף בצוות הניהול של החללית, הכולל עשרות חוקרים מארצות הברית ומאירופה, ובהם אלה העומדים בראש קבוצות המחקר המפעילות את המכשירים המדעיים של החללית ומנתחות את נתוניהם. עשרות המאמרים שהם מפרסמים כוללים ממצאים רבים ומפתיעים על כוכב הלכת המסקרן.

אחד הממצאים המפתיעים של ג'ונו קשור לשדה המגנטי של צדק. בגלל הצפיפות הגבוהה של הגז בכוכב הלכת, גרעיני האטומים נדחסים זה אל זה בכוח כה רב עד שהאלקטרונים שלהם נפלטים החוצה, ונותרים אזורים גדולים של חומר מיונן, כלומר בעל מטען חשמלי. החומר הזה מסתובב במהירות עצומה (למרות גודלו האדיר, צדק משלים סיבוב סביב עצמו בפחות מעשר שעות), וכך יוצר שדה מגנטי חזק מאוד. אולם הממצאים הראשונים מג'ונו מעלים שעוצמת השדה הזה כפולה ממה ששיערו החוקרים עד כה, והם מקווים שהמדידות הבאות יסייעו להסביר את הממצא המפתיע.

קטבים סוערים

החלליות המעטות שהתקרבו עד כה אל צדק, הקיפו אותו בעיקר באזורי קו המשווה שלו. ג'ונו היא החללית הראשונה שצילמה מקרוב את הקטבים של כוכב הלכת, וגם כאן הממצאים מפתיעים. הפסים שאנו רואים סביב צדק הם "זרמי סילון", כלומר תנועות של גזים ורוחות בכיוון כללי אחיד מסביב לכוכב הלכת (מערבה או מזרחה). החוקרים ציפו למצוא זרמים כאלה גם בקטבים, אך הופתעו כשצילומיהם חשפו סופות ציקלון רבות בצורת מערבולת, שקוטרן נע בין עשרות קילומטרים לאלפי קילומטרים. מהירות הרוח בהן מגיעה לעשרות מטרים בשנייה, והן מפוזרות במה שנראה כמו אי סדר בשני הקטבים.

"צדק אמור להיות זירה אידיאלית לחקר התנהגות של אטמוספרות, משום שבניגוד לכדור הארץ אין שם הבדלים בין ים ליבשה, אין השפעות של טופוגרפיה, אין פעילות ביולוגית או פעילות של האדם. המערכת אמורה להיות פשוטה וברורה, כדור גז הומוגני יחסית שמסתובב בחלל. לכן, לפי המודלים, ציפינו לראות זרמי סילון בקטבים", מסביר כספי. "הגילוי של הסופות הציקלוניות משנה את תפיסתנו על איך עובדות אטמוספרות באופן כללי, ומראה שהן יותר מורכבות מכפי ששיערנו".

גילוי מפתיע של סופות ציקלוניות. הקוטב הדרומי (מימין) והצפוני של צדק בצילומים של ג'ונו | מקור: J.E.P. Connerney et al., Science

אטמוספרה עמוקה

מכיוון שצדק עשוי גז, אין לו פני שטח כמו לכדור הארץ או לכוכבי לכת סלעיים אחרים. מי שינסה לנחות בו פשוט ישקע בתוך הגז עד שיימחץ בלחץ האדיר. בהעדר פני שטח, קשה לקבוע איפה מסתיימת שכבת העננים האופפת את צדק ומתחיל כוכב הלכת עצמו. אחד המחקרים של ג'ונו נועד לנסות לבחון עד כמה עמוקה האטמוספרה, כלומר באיזה לחץ אטמוספרי שכבות הגזים עדיין נעות עם הסופות וזרמי הרוחות, ומאיזה עומק השכבות יציבות יותר.

מדידות של החזר הטמפרטורה מהאטמוספרה, תופעה הנגרמת בעיקר מנוכחות של גז אמוניה, מאפשרת למדוד את השינויים בריכוז הגז הזה גם בשכבות עמוקות יחסית של האטמוספרה. החוקרים גילו כי תנודות שנראות על פני השטח מתקיימות – אם כי בעוצמה פחותה – גם בעומק של 200 בר, כלומר בערך 300 קילומטר מתחת לשכבת העננים, קצת פחות מחצי אחוז מעומק כוכב הלכת. "לפי הממצאים האלה נראה שהאטמוספרה עמוקה משמעותית מאזור העננים הנראה", אומר כספי.

ממצא מעניין נוסף מעלה כי סמוך לקו המשווה יש תנועה אנכית של אמוניה כלפי השכבות העליונות, מעין סילון שמפלס את דרכו אל פני השטח מעומק של כ-100 בר. החוקרים העלו את הסברה כי התופעה נובעת מהבדלי טמפרטורות, משום שאזור קו המשווה מקבל מעט יותר קרינת שמש מהאזורים הסמוכים לו, אבל הרעיון הזה כנראה לא מספק הסבר מלא לתופעה ודרוש עוד מחקר בעניין.

מכשיר נוסף של ג'ונו מודד באמצעות קרינה תת-אדומה את החום הפנימי שנפלט מצדק. החוקרים גילו כי פליטת החום אינה אחידה, אלא מרוכזת באזורים מסוימים שנראים כמעין פסים סביב כוכב הלכת. אחת הסברות היא שפליטת החום הזאת קשורה לתנועת החומר בין שכבות האטמוספרה, אך גם כאן דרוש עוד מחקר.

ג'ונו ממשיכה להקיף את צדק במסלול אליפטי מאוד, כדי להרחיק אותה ככל האפשר מהשדה המגנטי החזק שלו. כל הקפה כזו נמשכת כ-53 יום, ובשיאה חולפת החללית רק כמה אלפי קילומטרים מהענק הגזי. בחלק הרחוק יותר של ההקפה היא מגיעה עד למרחק של כ-300 אלף קילומטר ממנו. המשימה אמורה להימשך כשנתיים, אך מספר ההקפות המדויק יהיה תלוי בתפקוד מכשיריה בתנאים הקיצוניים של קרינה עזה ושדה מגנטי רב עוצמה. בינתיים, כבר בהקפות הראשונות סיפקה ג'ונו מידע רב, והחוקרים מקווים שהמידע שעוד יגיע יסייע לשפוך אור על צפונותיו של כוכב הלכת הענק והמסתורי.