עמוק וסוער: כך נראה צדק מתחת למעבה העננים

מדעני מכון ויצמן למדע המשתתפים במשימת החלל ג'ונו חישבו את שדה הכבידה, שדה הרוחות וגודל האטמוספירה של כוכב הלכת הגדול במערכת השמש
שתף: 
 
מאז שנת 1610, כשגלילאו גלילֵיי הפנה לראשונה את הטלסקופ שלו לעבר צדק, ועד שנת 2016, כמשימת ג'ונו של נאס"א הגיעה לכוכב הלכת, ההיכרות עם הענק הגזי נותרה שטחית: איש לא ידע מה קורה תחת מעטה העננים הסמיך. כעת, בעזרת נתונים חדשים שהתקבלו מהחללית המקיפה את צדק כל 53 יום, מדעני מכון ויצמן למדע ושותפיהם מפזרים את מסך העננים ומשיבים על אחת השאלות הוותיקות במדעים הפלנטריים: מה מהות הפסים שאותם ראה גלילאו לפני מאות שנים, ומה עומק האטמוספרה של צדק המאופיינת בזרמי סילון חזקים? בשלושה מאמרים שיתפרסמו מחר בכתב-העת המדעי Nature, מראים החוקרים כי רוחות הסילון החזקות ממזרח למערב – אותן חגורות עננים כהות ובהירות המזוהות עם צדק – עמוקות בהרבה מכפי ששיערו, ומגיעות לעומקים של עד 3,000 קילומטר.
 
הסערות על פני צדק, המשתוללות כבר אלפי שנים, מהוות שכבה אטמוספרית אדירה. מהחישובים של פרופ' יוחאי כספי, מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת, המוביל את אחד המחקרים, שזכה לתמיכת סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע, ושותפו לקבוצת המחקר, מדען הסגל ד"ר אלי גלנטי, עולה כי מסת האטמוספרה של צדק מהווה כ-1% מהמסה של צדק כולו. נשמע מעט? "זה יותר מכל מה שחשבו וממה שהיה מוכר בכל פלנטה אחרת במערכת השמש", אומר פרופ' כספי, "לשם השוואה, האטמוספרה של כדור הארץ היא פחות ממיליונית מהמסה של כדור הארץ". 
 
השתנות פני השטח של כוכב הלכת מהקוטב הצפוני (מימין) ועד הקוטב הדרומי (משמאל) |  קרדיט: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
 

מעבר לכל התחזיות

 
המדידות הראשונות שהגיעו מג'ונו הציגו אסימטריה בשדה הכבידה של צדק בין צפון לדרום וזו היתה תעלומה. "לכאורה, אין סיבה לכך ששדה הכבידה של צדק יהיה אסימטרי בין צפון לדרום", מסביר פרופ' כספי, "שדה הכבידה של כדור הארץ הוא אסימטרי בגלל נוכחות לא מאוזנת של יבשות בין חצי הכדור הצפוני והדרומי. אבל במקרה של צדק מדובר בכדור גז המסתובב בחלל, אז מנין האסימטריה? ההנחה היא כי חוסר האיזון בשדה הכבידה נובע מאסימטריה בזרמים באטמוספרה".
 
הזיקה בין האסימטריה בכבידה לאסימטריה בזרמי הסילון הייתה רק נקודת המוצא לחישוב עומק הרוחות. כדי לתאר כיצד הכבידה של כוכב לכת פחוס כמו צדק משתנה מצפון לדרום, המדענים עושים שימוש ב"מומנטים כבידתיים" –  סדרה של קבועים המתארים את התפלגות המסה בכוכב ומסומנים באות J. המומנטים הכבידתיים האי-זוגיים מייצגים אסימטריה בין צפון לדרוך אך כשהמשימה לצדק אושרה ויצאה לדרך, הם לא עניינו איש כי כולם חשבו שהערך שלהם הוא אפס. זו הסיבה שהמטרה המקורית של ג'ונו הייתה למדוד את המומנטים הכבידתיים הזוגיים מעל J10. בניגוד לתכנון המקורי, פרופ' כספי הציע למדוד ולחשב את המומנטים הכבידתיים האי-זוגיים (J3, J5, J7, J9): "היתרון במומנטים הכבידתיים האי זוגיים הוא שאם יש סיגנל הוא מגיע רק מהרוחות – לכן זהו סיגנל מושלם כדי לדעת מה עומק הרוחות". ב-2013 כספי ועמיתיו הניחו שאפילו אם הרוחות הן בעומק 100 ק"מ, ולא 3,000 ק"מ כפי שהתברר, הן ייתנו סיגנל משמעותי. המדידות של ג'ונו הגיעו לבסוף והוכיחו שהמציאות בכוכב הלכת הגדול במערכת השמש הן הרבה מעבר לכל התחזיות. 
 
ב-11 בדצמבר 2016 נרשמה המדידה הראשונה שאיששה את קיומם של המומנטים האי-זוגיים. ב-19 במאי המדידות חזרו על אותן התוצאות והבהירו למדענים כי זרמי הסילון ממשיכים פנימה אלפי קילומטרים עד לאזור שבו הם, ככל הנראה, נעצרים על ידי השדה המגנטי. "לא ידענו מראש עד כמה עמוקות יהיו הרוחות ועד כמה אדירה תהיה המסה של האטמוספרה – זה עדיין מפתיע אותנו. זה הרבה יותר ממה שחשבנו. רוב האנשים חשבו שזרמי הסילון שאנחנו רואים הם לא יותר מאשר שכבה דקה של עננים ומתחתיה עוד כמה עשרות קילומטרים. אחרי שהגיעה התוצאה הראשונה האיש שאחראי בנאס"א על המדידות היה מאוד סקפטי ואמר: 'אני חייב לראות עוד מדידה, כי אני מאמין שזה אפס'".
 
אבל בכך לא הסתפקו החוקרים. בהמתנה לתוצאות המדידה של ג'ונו, פיתחו בחמש השנים האחרונות פרופ׳ כספי וד"ר גלנטי מודל המאפשר לתרגם את שדה הכבידה לשדה רוחות, וכך לספק תיאור הרבה יותר מפורט ומתוחכם – לא רק מספר כללי לעומק הרוחות, אלא פרופיל שלם: כיצד הרוח משתנה כפונקציה של העומק, ומתי ואיך היא דועכת. "בשורה התחתונה, אפשר לומר כי הפרופיל שאנחנו רואים בחוץ – הפסים המוכרים על פני צדק – ממשיכים אל תוך הפלנטה לעומק של 2,000 עד 3,000 ק"מ", אומר ד"ר גלנטי, "ממצאים אלה רחוקים מלהיות מובנים מאליהם: הייתה בהחלט אפשרות שמדובר בשכבת עננים מאוד דקה שמתחתיה יש מבנה אחר לגמרי של רוחות, או שאולי בכלל שום דבר לא זז. לא היה ברור שהאטמוספרה כל כך עמוקה". 
 
 
חגורות העננים של צדק המגיעות לעומקים של כ-3,000 ק"מ | צילום: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

 

 

כמו כפפה ליד

 
במסיבת עיתונאים שערכה נאס"א במאי 2017 אמר סקוט בולטון, החוקר הראשי של משימת "ג'ונו", בהתייחס לנתונים הראשונים שהחלו להגיע מהחללית: "אנחנו מגלים כעת שרבות מההשערות שלנו לגבי מה שקורה במעמקי צדק היו שגויות, ואולי אפילו נאיביות". אמירה מרחיקת לכת זו זכתה לכותרות ברחבי העולם. עם זאת, בכל הנוגע לשדה הרוחות, ההשערות היו דווקא מדויקות ביותר. "זו המדידה החד-משמעית ביותר שהגיעה בינתיים מג'ונו", אומר פרופ' כספי שגם נמנה על הצוות המדעי המוביל את משימת החלל לצדק, לצד קבוצה מצומצמת של כ-40 מדענים מכל העולם. "שאלנו שאלה וענינו עליה באופן מלא. יותר מכך, המודל התאורטי שבנינו התאים למציאות שגילינו בצדק כמו כפפה ליד. כל ארבעת המספרים שחזינו למומנטים האי-זוגיים נמדדו במדויק. אנחנו כל הזמן צובטים את עצמנו כדי לוודא שלא מדובר בחלום אבל התוצאה נותרת חד-משמעית". 
 
במאה ה-17, התצפיות של גלילאו גליליי היוו פריצת דרך אשר תרמה להבנה כי כדור הארץ אינו במרכז היקום. גם אם דרמטיים פחות, לגילויים החדשים אודות האטמוספרה של צדק – ולגילויים הצפויים אודות המבנה הפנימי שלו – עתידות להיות השלכות על ההבנה כיצד נוצרים כוכבי לכת ואיך נוצרה מערכת השמש. בינתיים המדידות של ג'ונו ימשיכו לזרום לכדור הארץ לפחות עד שנת 2020 ויזינו את החוקרים בנתונים שיאפשרו לעדכן את המודלים התאורטיים הקיימים.  
 
 
סרטון מכון ויצמן למדע המדגים מה מהות הפסים שראה גלילאו כבר לפני מאות שנים, ומה עומק האטמוספירה של צדק המאופיינת בזרמי סילון חזקים

אולי תאהבו גם

{{new.img.alt}}
{{new.start}}
{{new.body}}