עמוק וסוער: כך נראה כוכב צדק מתחת למעבה העננים

הקוטב הדרומי של צדק כפי שנקלט בעדשת המצלמה של ג'ונו, צילום: נאס''א - באדיבות מכון ויצמן למדע

מי היה הראשון שגילה את צדק? גלילאו גלילֵיי היה אמנם הראשון שהפנה לעברו טלסקופ בתחילת המאה ה-17, אך כוכב הלכת הגדול במערכת השמש היה מוכר לאדם גם מאות שנים קודם לכן.

» רוצים לקבל עדכונים נוספים  הצטרפו אלינו לפייסבוק

למעשה, שמו הנוכחי באנגלית ניתן לו כבר על ידי הרומאים במאה הראשונה לפני הספירה על-שם יופיטר מלך האלים (וביוון העתיקה קראו לו על-שם זאוס). עם זאת, מאז ימי הקדמונים ועד משימת החלל ג'ונו של סוכנות החלל האמריקאית נאס"א, ההיכרות עם כוכב הלכת נותרה שטחית: איש לא ידע מה קורה מתחת למעטה העננים הסמיך.

כעת, בעזרת נתונים חדשים שהתקבלו מהחללית המקיפה את צדק כל 53 יום מאז יולי 2016, 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 האטמוספירה של צדק המאופיינת בזרמי סילון חזקים?

בשלושה מאמרים שהתפרסמו ביום רביעי השבוע, 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.


מסביב לצדק ב-95 דקות: המצלמה של ג'ונו מתעדת את השתנות פני השטח של כוכב הלכת בעודה מקיפה אותו מהקוטב הצפוני (תצלום ראשון מימין) ועד הקוטב הדרומי (אחרון משמאל), צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע

הסערות אדירות-הממדים על פני צדק אשר משתוללות כבר אלפי שנים, מהוות שכבה אטמוספרית אדירה. מהחישוב של פרופ' יוחאי כספי, מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת, המוביל את אחד המאמרים שיתפרסמו מחר ב-Nature, ושותפו לקבוצת המחקר, מדען הסגל ד"ר אלי גלנטי, עולה כי מסת האטמוספירה של צדק מהווה כ-1% מהמסה של צדק כולו. "זה יותר מכל מה שחשבו וממה שהיה מוכר בכל פלנטה אחרת במערכת השמש. לשם השוואה, האטמוספירה של כדור הארץ היא פחות ממיליונית מהמסה של כדור הארץ", אומר פרופ' כספי הנמנה על הצוות המדעי המוביל את משימת החלל לצדק, לצד קבוצה מצומצמת של כ-40 מדענים מכל העולם.

משדה כבידה לשדה רוחות

חישוב עומק הרוחות וממדי האטמוספירה של צדק התאפשר הודות לשילוב בין מדידה מדויקת של שדה הכבידה באמצעות הסטת דופלר של גל רדיו הנשלח מהחללית אל כדור הארץ, לבין מודל תיאורטי של פרופ' כספי המחבר בין שדה הכבידה לשדה הרוחות. המדידות הראשונות שהגיעו מג'ונו הציגו אסימטריה בשדה הכבידה של צדק בין צפון לדרום – בדומה לאסימטריה ברוחות שניתן לזהות כבר ברמת העננים.

פרופ' כספי מסביר: "לכאורה, אין סיבה לכך ששדה הכבידה של צדק יהיה אסימטרי בין צפון לדרום. שדה הכבידה של כדור הארץ הוא אסימטרי, בגלל הנוכחות של יבשות שהיא אסימטרית בין חצי הכדור הצפוני והדרומי. אבל במקרה של צדק מדובר, בקירוב, בכדור גז המסתובב בחלל, אז מנין האסימטריה? ההנחה היא כי אסימטריה זו נובעת מאסימטריה בזרמים באטמוספירה". ואולם יצירת הזיקה בין האסימטריה בכבידה לאסימטריה בזרמי הסילון הייתה רק נקודת המוצא לחישוב עומק הרוחות.

כדי לחשב כבידה של גוף פלנטרי פחוס כמו צדק, ולתאר כיצד היא משתנה עם קו הרוחב מצפון לדרום, המדענים עושים שימוש ב"מומנטים כבידתיים" – סדרה של קבועים חסרי ממדים (Jn) המתארים את התפלגות המסה בכוכב. "כשהמשימה לצדק אושרה ויצאה לדרך, אף אחד לא דיבר על המומנטים הכבידתיים האי-זוגיים אשר מייצגים אסימטריה בין צפון לדרום – כולם חשבו שהמספרים האלה הם אפס", מספר פרופ' כספי. בהתאם לכך, המטרה המקורית של ג'ונו הייתה למדוד את המומנטים הכבידתיים הזוגיים מעל J10 – עד רמה זו הצורה של הפלנטה (למשל הפחיסות שלה) היא הדומיננטית ביותר, ומעליה – אם הרוחות עמוקות מספיק – הזרימה שלהן נהפכת למשמעותית יותר. בניגוד לתכנון המקורי, פרופ' כספי הציע למדוד ולחשב את המומנטים הכבידתיים האי-זוגיים (J3, J5, J7, J9) במקום לחכות למדידות המסובכות יותר מעל J10.


עוד מימי גלילאו, חגורות העננים הכהות והבהירות הן סימן ההיכר של צדק. כעת מסתבר כי הן מגיעות לעומקים של כ-3,000 קילומטרים, צילום: באדיבות מכון ויצמן למדע

פרופ' כספי טען כי גם אם הרוחות אינן עמוקות במיוחד עדיין יש סיכוי די טוב שרגישות המדידה של ג'ונו תאפשר לחשב מומנטים אלה: "היתרון במומנטים הכבידתיים האי זוגיים הוא שאם יש סיגנל הוא מגיע רק מהרוחות – לכן זהו סיגנל מושלם כדי לדעת מה עומק הרוחות. ב-2013 אמרנו: 'אפילו אם הרוחות הן 100 ק"מ עומק – ולא 3,000 ק"מ כפי שהתברר – הן ייתנו סיגנל משמעותי. וככל שהרוחות יהיו עמוקות יותר – המספרים יהיו גדולים יותר'".

ואז הגיעה המדידה של ג'ונו: 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 לאיזור שבו הם, ככל הנראה, נעצרים על ידי השדה המגנטי. "לא ידענו מראש עד כמה עמוקות יהיו הרוחות ועד כמה אדירה תהיה המסה של האטמוספירה – 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. ד"ר גלנטי מסכם את הממצאים: "בשורה התחתונה, אפשר לומר כי הפרופיל שאנחנו רואים בחוץ – הפסים המוכרים על פני צדק – ממשיכים אל תוך הפלנטה לעומק של 2,000-3,000 ק"מ. 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 שהאטמוספירה כל כך עמוקה".

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.

אומר פרופ' כספי: "זו המדידה החד-משמעית ביותר שהגיעה בינתיים מג'ונו. ממצאים אחרים, הנוגעים למשל לשדה המגנטי ולליבה, דורשים עוד נתונים אשר מצטברים ככל שג'ונו מקיפה את צדק. במקרה הזה שאלנו שאלה וענינו עליה באופן מלא. יותר מכך, המודל התיאורטי 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 ומנערים את המודל שוב ושוב במשך חודשים, אבל התוצאה נותרת חד-משמעית".

במאה ה-17, התצפיות של גלילאו גליליי היוו פריצת דרך אשר תרמה להבנה כי כדור הארץ אינו במרכז היקום. על תגלית זו לצד תגליות אחרות, שילם גלילאו בחייו. גם אם דרמטיים – וטרגיים – פחות, לגילויים החדשים אודות האטמוספירה 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 התיאורטיים הקיימים.