חוקרים ישראלים חישבו את עומק האטמוספרה של שבתאי

כמו גיבורת אופרה, שמפיקה את צליליה השמימיים ביותר רגע לפני שהיא נפרדת מהקהל בפעם האחרונה, כך יצאה גם החללית קאסיני ל"גראנד פינאלה" שלה - השם הרשמי של משימת המחקר שלאחריה צנחה אל האטמוספרה של כוכב-הלכת שבתאי ועלתה בלהבות. שירת הברבור של גשושית המחקר מבית היוצר של נאס"א וסוכנות החלל האירופית, הקרויה על-שמו של ג'ובאני דומניקו קאסיני - אסטרונום בן המאה ה-17 ממולדת האופרה - הייתה וירטאוזית במיוחד: כמו חוט המושחל במיומנות למחט ממרחק של מיליארד וחצי קילומטרים הוחדרה הגשושית הקשישה במרווח שבין שבתאי למערכת הטבעות שלו והקיפה את כוכב-הלכת 22 פעמים מקוטב לקוטב.

פרופ' יוחאי כספי מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת ושותפו לקבוצת המחקר, מדען הסגל ד"ר אלי גלנטי, הובילו את אחד מהניסויים של משימת הפרידה וחישבו לראשונה את עומק האטמוספרה של כוכב-הלכת השני בגודלו במערכת השמש. המדענים מצאו כי זרמי הסילון בשבתאי, החזקים ביותר במערכת השמש עם רוחות המגיעות לעוצמה של כ-1,500 קילומטר לשעה, חודרים לעומק של 9,000 קילומטרים מתחת למעטה העננים של כוכב-הלכת. שותפיהם למחקר מאיטליה ומארצות הברית גילו כי הטבעות המזוהות עם שבתאי צעירות במיוחד - בנות 100 מיליון שנה לכל היותר. ממצאים אלה מתפרסמים הערב (יום ה') בכתבי-העת המדעיים Science ו-Geophysical Research Letters.

בחודשים שלפני ה"גראנד פינאלה", הדעות היו חלוקות כיצד ראוי לסיים את שליחותה של קאסיני מקץ 20 שנה בחלל. דבר אחד היה ברור: החללית אינה יכולה להישאר במערכת של שבתאי מחשש שתיפול על אחד הירחים ותגרום לזיהומו. אפשרות בולטת שנשקלה הייתה לתת לגשושית לנוע אל מחוץ למערכת השמש בדומה לחללית ווייאג'ר, שממשיכה לשייט ברחבי היקום 40 שנה לאחר ששוגרה לראשונה.

על אף הפיתוי, מדידות ראשונות שהגיעו מגשושית אחרת - ג'ונו המקיפה את צדק מאז יולי 2016 - היטו את הכף. המדידות המוצלחות של ג'ונו, הובילו להחלטה לשלוח את קאסיני למשימה אחרונה ונועזת בהשראתה.

פרופ' כספי וד"ר גלנטי, שמובילים את אחד הניסויים המרכזיים במשימת החלל ג׳ונו, נקראו לדגל במטרה לגלות עד כמה עמוקים זרמי הסילון החזקים המאפיינים את שבתאי. פרופ' כספי מספר: "בנאס"א היו להוטים לשחזר את ההצלחה של צדק. זה היה אתגר גדול - אתה בא עם שיטה שעבדה לך במקום אחד, וצריך להעמיד אותה תוך זמן קצר למבחן במקום אחר, מורכב יותר; מורכב גם בשל תכונות ייחודיות של שבתאי - למשל מידת הפחיסות שלו - וגם בגלל שהמדידות היו פחות מוצלחות, שהרי להבדיל מג'ונו, המכשור בקאסיני לא נועד לכך".

אחת התמונות האחרונות שצילמה קאסיני(צילום: נאס"א)

בדומה לג'ונו וצדק, חישוב עומק הרוחות וממדי האטמוספירה של שבתאי התאפשר הודות לשילוב בין מדידת שדה הכבידה באמצעות הסטת דופלר של גל רדיו שנשלח מקאסיני אל כדור הארץ, לבין מודל תיאורטי של המדענים המחבר בין שדה הכבידה לשדה הרוחות. "בניגוד לצדק, היינו חייבים לשתף פעולה עם הקבוצות שחקרו את המבנה הפנימי של שבתאי. ביחד גילינו שהאטמוספרה מגיעה לעומק של 9,000 קילומטר - פי-שלושה יותר מאשר בצדק. בשתי הפלנטות, הנתון חופף לעומק שבו השדה המגנטי מתחיל להיות משמעותי", אומר ד"ר גלנטי.

"במלים אחרות, לא מצאנו רק מה עומק הרוחות, אלא גם הגענו להבנה של חשיבות השדה המגנטי בעצירתן. התיאוריה שלנו 'עבדה' פעמיים, מה שהופך אותה לחזקה הרבה יותר: בשני המקרים לקחנו את הרוחות על פני השטח, הטלנו אותן פנימה לכיוון מקביל לציר הסיבוב - ומצאנו שהן דועכות בנקודה שבה השדה המגנטי חזק מספיק כדי לעצור את הזרימה".

זיכרון טבעות

סימן ההיכר המפורסם ביותר של שבתאי הוא ללא ספק הטבעות שמקיפות אותו שעוביין כ-20 מטר בממוצע, והן מורכבות בעיקר ממים במצב קרח ומאבק קוסמי שהצטבר עליהן במהלך השנים.

אין כיום הסכמה מדעית על האופן שבו נוצרו טבעות אלה, אך בעקבות מדידות האחרונות של קאסיני התגלה כי הטבעות הן בנות 10 עד 100 מיליון שנה - כהרף עין ביחס להיווצרות מערכת השמש לפני כ-4.5 מיליארד שנה. הדינוזאורים שנכחדו מעל פני כדור-הארץ לפני 65 מיליון שנה, "הכירו" ככל הנראה גרסה אחרת של שבתאי - ללא מערכת הטבעות האיקונית.