שבתאי, שר הטבעות של מערכת השמש, לא מפסיק להדהים אותנו. למרות שזה נושא למחקר במשך עשרות שנים, מחקר עדכני חשף תופעה בלתי צפויה ומרתקת לחלוטין: הטבעות המפורסמות שלו לא רק מעטרות את כדור הארץ, אלא גם שינוי וחימום האטמוספירה העליונה שלו. תגלית המשכתבת מחדש את מה שידענו עד כה על כוכב הלכת השני בגודלו במערכת השמש.
תופעה זו, שלא נראתה מעיניהם במשך עשרות שנים, אושרה הודות לשיתוף הפעולה בין מספר משימות חלל של נאס"א ו-ESA. המפתח היה במידות של קרינה אולטרא - סגולה וכיצד הוא חושף שינויים בהרכב ובטמפרטורה של האטמוספירה של שבתאי. הכל מצביע על כך שחלקיקים קטנים מהטבעות זורמים לכדור הארץ, ומשנים את המבנה האטמוספרי שלו.
שבתאי: ענק גז בעל אישיות ייחודית
עם מערכת הטבעות המרשימה שלו ונפח שהופך אותו לכוכב הלכת השני בגודלו במערכת השמש, שבתאי הוא קולוס חלל אמיתי. הוא ממוקם במרחק של כ-1.426 מיליארד קילומטרים מהשמש וקוטרו המשווני עולה על 120.000 קילומטרים. נוצר בעיקר על ידי מימן והליום, חסר משטח מוצק. עם זאת, ישנה השערה שניתן למצוא במעמקיה ליבה מוצקה המורכבת מברזל, ניקל וחומרים כבדים אחרים.
האווירה שלו, נסערת על ידי רוחות חזקות שיכולות להגיע עד 1.800 קמ"ש, מציגה פסים גלויים של בז', צהוב ואפור, היכן שהם יוצרים סופות מסיביות ובלתי צפויות. אחת התופעות המוזרות ביותר שנצפו היא משושה בקוטב הצפוני שלו, מבנה יציב שנוצר על ידי זרם סילון מסתובב ללא הרף של אוויר.
הטבעות של שבתאי: הרכב, מבנה ותעלומות
שבע הטבעות העיקריות של שבתאי, מסומנות A, B, C, D, E, F ו-G, הם לא ממוקמים בסדר אלפביתי לפי המרחק שלו מהכוכב, אבל לפי הגילוי שלו. הם מורכבים בעיקר חתיכות קרח, סלעים ואבק, חלקם בגדלים מינימליים, ואחרים גדולים כמו הר. חלקיקים אלה מקיפים את שבתאי בדיוק מדהים, ויוצרים מחזה חזותי שאין שני לו בקוסמוס.
על פי הנתונים האחרונים, הטבעות אינן נצחיות. ההערכה היא שהם נוצרו לפני בין 10 ל-100 מיליון שנה, וכי הם עלולים להיעלם בעוד כ-300 מיליון שנה בגלל תופעת ה"גשם הטבעתי" המכונה "גשם טבעתי", שבה חומר מהטבעת נופל לכיוון כדור הארץ בגלל כוחות כבידה ואלקטרומגנטיים.
הגילוי הבלתי צפוי: טבעות מחממות את האטמוספירה של שבתאי
במשך יותר מ-40 שנה, אסטרונומים ואסטרופיזיקאים התעלמו מפרט חיוני. התערבותו של האסטרונום הייתה הכרחית לוטפי בן ג'פל ושנים של איסוף נתונים כדי לאשר זאת הטבעות מייצרות חום באטמוספירה העליונה של הפלנטה. תופעה חדשה לחלוטין במערכת השמש.
הכל התחיל כאשר עודף של קרינה אולטרא - סגולה שהתבטא כקו ספקטרלי של מימן חם. אנומליה זו נלכדה על ידי מכשירים על סיפון משימות איקוניות כגון וויאג'ר 1 ו-2, קאסיני, חוקר האולטרה-סגול הבינלאומי וטלסקופ החלל האבל.
לאחר השוואה וכיול הנתונים במשך שלושה עשורים, נקבע שפליטת UV זו נשארה קבועה, שוללת את השונות הסולארית ומצביעה ישירות על תופעות פנימיות בשבתאי. ההסבר הכי קוהרנטי הוא זה אבק וקרח מהטבעות, על ידי נפילה בקווי רוחב ספציפיים, משנים את הרכב והטמפרטורה של האטמוספרה..
כיצד בוצע המחקר ובאילו משימות היו מעורבות
המחקר בראשותו של בן-ג'פל דרש את אינטגרציה של נתונים ממשימות חלל מרובות. כל אחד מהם תרם חלק חיוני לפאזל:
- וויאג'ר 1 ו-2: הם זיהו לראשונה עלייה בקרינה האולטרה סגולה במהלך מעברם על ידי שבתאי בשנות ה-80.
- סייר אולטרה סגול בינלאומי: הוא סיפק תצפיות UV משנת 1978 ואילך.
- טל האבל: ספקטרוגרף ההדמיה שלו (STIS) סייע בכיול הנתונים הישנים והחדשים.
- קאסיני: המשימה השלמה ביותר, מבצעית בין 2004 ל-2017, שבה היא ממש צלל לאטמוספירה של כוכב הלכת בסוף חייה.
לאחר השוואה ספקטרום האור האולטרה סגול בין משימות, א עקביות מלאה בין הנתונים. עקביות זו הייתה הוכחה מוחלטת לכך שעודף הקרינה לא היה חפץ או טעות מדידה, אלא תופעה אמיתית בתוך שבתאי.
מה בדיוק גורם להתחממות הזו?
הניתוח מצביע על כך השילוב של מספר גורמים עומד מאחורי ההתחממות האטמוספרית הזו:
- פגיעות מיקרומטאוריט שמנערים חלקיקים מהטבעות.
- רוח סולארית שדוחף אבק קפוא לכיוון שבתאי.
- קרינה אולטרה סגולה מהשמש אשר מעורר חלקיקי טבעת, יוצר אינטראקציות כימיות.
- כוחות אלקטרומגנטיים שגוררים חלקיקים טעונים לכיוון הפלנטה.
כל החלקיקים הללו נכנסים לאטמוספירה של שבתאי בצורה של א מפל קבוע, משפיע בעיקר על מימן אטומי. אינטראקציה זו משנה את ההרכב ויוצרת א עלייה מדידה בטמפרטורה בגבהים ספציפיים.
יישומים עתידיים: האם נוכל לזהות כוכבי לכת עם טבעות?
אחד ההיבטים המעניינים ביותר של גילוי זה הוא היישום הפוטנציאלי שלו ב- חיפוש אחר כוכבי לכת. לפי בן ג'אפל, אם נוכל לזהות עודף דומה של קרינה אולטרה סגולה על כוכבי לכת אחרים במערכות כוכבים מרוחקים, נוכל להסיק על נוכחותן של טבעות כמו זו של שבתאי.
ממצא זה פותח את הדלת לצורת מחקר חדשה המכונה חפש את 'התרעות', שיכול להיות חיוני להבנת האבולוציה הפלנטרית במקומות אחרים ביקום והאינטראקציה בין האטמוספרות הפלנטריות והחומר הסובב.
בנוסף, חקירות מקבילות של משלחת קאסיני גילו זאת חלקיקים אלה יכולים להכיל חומרים אורגניים, מה שמעלה שאלות רבות לגבי מקורו והאפשרות שעשויים להימצא חומרים מורכבים במבנה הטבעות או על ירחים כמו אנצלדוס או טיטאן.
שבתאי, למרות היותו אחד מכוכבי הלכת הנחקרים ביותר, ממשיך להציע הפתעות בסדר גודל קוסמי. השפעת הטבעות שלו על האטמוספירה שלו לא רק מאתגרת מודלים קודמים של התנהגות פלנטרית, אלא יכולה גם להפוך למפתח לזיהוי מערכות דומות בפינות אחרות של החלל. מה שנראה פעם כמו קישוט אסטרונומי פשוט מתגלה כעת כתופעה פיזיקלית מורכבת, מלאה בהשלכות על האסטרופיזיקה המודרנית.
