הבדלים בין גרסאות בדף "שבתאי"

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
שורה 30: שורה 30:
  
 
הטמפרטורה בליבתו של שבתאי מגיעה לכ- 12,000 קלוין. שבתאי (כמו גם כוכב הלכת צדק) פולט מעט יותר אנרגיה מאשר הוא מקבל מהשמש. מקור האנרגיה העודפת הינו, ככל הנראה, אנרגיה פוטנציאלית כבידתית. אפשרות נוספת, הנחקרת כיום, היא הפקת אנרגיה על ידי טיפטוף של הליום (Helium Rainout), שהינו כבד יותר ממימן, דרך ליבת המימן והפקת אנרגיה מחיכוך בין טיפות ההליום והמימן.
 
הטמפרטורה בליבתו של שבתאי מגיעה לכ- 12,000 קלוין. שבתאי (כמו גם כוכב הלכת צדק) פולט מעט יותר אנרגיה מאשר הוא מקבל מהשמש. מקור האנרגיה העודפת הינו, ככל הנראה, אנרגיה פוטנציאלית כבידתית. אפשרות נוספת, הנחקרת כיום, היא הפקת אנרגיה על ידי טיפטוף של הליום (Helium Rainout), שהינו כבד יותר ממימן, דרך ליבת המימן והפקת אנרגיה מחיכוך בין טיפות ההליום והמימן.
 +
 +
[[תמונה:Saturn_Rings_Mimas.jpg|שמאל|250px|ממוזער|ההמיספרה הצפונית של שבתאי בגוון כחול, כפי שצילמה קאסיני דרך טבעות כוכב הלכת. הירח בתמונה הוא מימס]]
  
 
באטמוספרת שבתאי ניתן להבחין בפסי אטמוספרה רחבים, אך בולטים פחות מפסי האטמוספרה הנצפים על כוכב הלכת צדק. אטמוספרת שבתאי עשירה (כ-93%) במימן וענייה בהליום (כ-6%), ביחס להרכב הסולרי (27% הליום). בסיס שכבת העננים עשויה אמוניה וניתן למצוא בה גם מתאן, אתאן, אציטילן, פוספין, גבישי קרח מים וחומרים נוספים הנותנים לשבתאי את צבעו הכתמתם. מהירות הרוחות באטמוספרת שבתאי הינה כ- 400 מטר לשנייה באזור קו המשווה והן נושבות בכיוון מזרח-מערב. לשבתאי שדה מגנטי שעוצמתו באטמוספירה הינה כ-0.2 גאוס (לשם השוואה, עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ על פני הקרקע הינה כ 0.5 גאוס).
 
באטמוספרת שבתאי ניתן להבחין בפסי אטמוספרה רחבים, אך בולטים פחות מפסי האטמוספרה הנצפים על כוכב הלכת צדק. אטמוספרת שבתאי עשירה (כ-93%) במימן וענייה בהליום (כ-6%), ביחס להרכב הסולרי (27% הליום). בסיס שכבת העננים עשויה אמוניה וניתן למצוא בה גם מתאן, אתאן, אציטילן, פוספין, גבישי קרח מים וחומרים נוספים הנותנים לשבתאי את צבעו הכתמתם. מהירות הרוחות באטמוספרת שבתאי הינה כ- 400 מטר לשנייה באזור קו המשווה והן נושבות בכיוון מזרח-מערב. לשבתאי שדה מגנטי שעוצמתו באטמוספירה הינה כ-0.2 גאוס (לשם השוואה, עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ על פני הקרקע הינה כ 0.5 גאוס).
 
[[תמונה:cosmicrays.png|שמאל|250px|ממוזער|שרשרת התפרקות של פרוטון באטמוספירה]]
 
  
  

גרסה מ־22:12, 7 בפברואר 2009

SolarSystem1.jpg
שבתאי
Saturn Cassini.jpg
שבתאי, כפי שצולם ע"י החללית קאסיני (2004).
מידע כללי
סוג עצם: כוכב לכת
מיקום: מסלול סביב השמש
מאפיינים מסלוליים
רדיוס מסלול: 1,433,449,370 ק"מ
רדיוס מסלול: 9.582 י"א AU
אפהליון: 1,513,325,783 ק"מ
(10.116 י"א AU)
פריהליון: 1,353,572,956 ק"מ
(9.048 י"א AU)
אקסצנטריות: 0.05572
זמן הקפה: 29.66 שנים, 10,832 ימים
נטיית מסלול: 2.485°
מאפיינים פיזיים
בהירות: 0.5±0.7 מגניטוד
רדיוס בקו המשווה: 60,268±4 ק"מ
צפיפות ממוצעת: 1.638 גרם/סמ"ק
אלבדו: 0.47


בעריכה - דוד

כוכב הלכת השישי במרחקו מהשמש. שבתאי הינו כוכב לכת גזי והוא השני בגודלו ובמסתו במערכת השמש. שבתאי, המוכר לאנושות מקדמת דנא, מכונה בלועזית בשם סטורן (Saturn), המקבילה הרומאית לקרונוס, אביו של זאוס / יופיטר (שעל-שמו נקרא כוכב הלכת צדק) ובנם של אל השמים אוראנוס ואלת האדמה גאיה. הקישור העברי בין שבתאי ליום השבת מגיע מלעז (Saturday מלשון Saturn). כמו כל כוכבי הלכת הגזיים לשבתאי מערכת של טבעות, אך טבעותיו של שבתאי הינן הססגוניות והמרשימות ביותר ונצפות בקלות גם בעזרת טלסקופים קטנים. הראשון שצפה בהם היה גלילאו גלילי ב-1609. לשבתאי עשרות ירחים כאשר הגדול מביניהם, טיטן, הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש והוא הירח היחידי בעל אטמוספרה צפופה כשל כדור-הארץ. שלוש חלליות מחקר ביקרו בשבתאי (וויאג'ר 1, וויאג'ר 2 וקאסיני) וגשושית המחקר הויגנס אף נחתה על פניו של טיטן.


הרכב ומבנה

כוכב הלכת שבתאי הינו כוכב לכת גזי, וככזה אין לו פני שטח מוצקים וניתן לתארו ככדור גז גדול המוחזק תחת כובדו העצמי. צפיפותו של שבתאי (0.7 גרם לסמ"ק) אף נמוכה מזו של מים (1 גרם לסמ"ק) ולא היה בנמצא אמבט גדול מספיק, היה שבתאי צף להנאתו ולא שוקע... בחלקו החיצוני, הלחץ והטמפרטורה נמוכים מאד ומגיעים לכדי עשריות הבאר וכ-80 מעלות קלווין (193- מעלות צלזיוס), אך ככל שמתקרבים למרכזו של שבתאי הטמפרטורה והלחץ עולים ומשנים את מבנה החומר. ליבתו הסלעית (ככל הנראה) של שבתאי, מוקפת בשכבה של מימן מתכתי (Liquid Metallic Hydrogen). במצב זה הפרוטונים באטום המימן מצויים במבנה שריגי והמרחק האופייני ביניהם קטן מרדיוס בוהר. האלקטרונים של אטומי המימן נמצאים במצב חופשי ומתנהגים בדומה לאלקטרוני הולכה במתכות (ומכאן השם). ב-1996 הצליחו מדענים לייצר במעבדה מימן במצב צבירה מתכתי ולחקור את תכונותיו. מעל שכבת המימן המתכתי מצויה שכבה של מימן מולקולרי שרובו נמצא במצב צבירה נוזלי אודות ללחץ הגבוה. מעל שכבה זו המימן נמצא במצב צבירה גזי.

הטמפרטורה בליבתו של שבתאי מגיעה לכ- 12,000 קלוין. שבתאי (כמו גם כוכב הלכת צדק) פולט מעט יותר אנרגיה מאשר הוא מקבל מהשמש. מקור האנרגיה העודפת הינו, ככל הנראה, אנרגיה פוטנציאלית כבידתית. אפשרות נוספת, הנחקרת כיום, היא הפקת אנרגיה על ידי טיפטוף של הליום (Helium Rainout), שהינו כבד יותר ממימן, דרך ליבת המימן והפקת אנרגיה מחיכוך בין טיפות ההליום והמימן.

ההמיספרה הצפונית של שבתאי בגוון כחול, כפי שצילמה קאסיני דרך טבעות כוכב הלכת. הירח בתמונה הוא מימס

באטמוספרת שבתאי ניתן להבחין בפסי אטמוספרה רחבים, אך בולטים פחות מפסי האטמוספרה הנצפים על כוכב הלכת צדק. אטמוספרת שבתאי עשירה (כ-93%) במימן וענייה בהליום (כ-6%), ביחס להרכב הסולרי (27% הליום). בסיס שכבת העננים עשויה אמוניה וניתן למצוא בה גם מתאן, אתאן, אציטילן, פוספין, גבישי קרח מים וחומרים נוספים הנותנים לשבתאי את צבעו הכתמתם. מהירות הרוחות באטמוספרת שבתאי הינה כ- 400 מטר לשנייה באזור קו המשווה והן נושבות בכיוון מזרח-מערב. לשבתאי שדה מגנטי שעוצמתו באטמוספירה הינה כ-0.2 גאוס (לשם השוואה, עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ על פני הקרקע הינה כ 0.5 גאוס).


טבעות שבתאי

שבתאי מוקף, במישור המשווה שלו (המישור הניצב לציר הסיבוב שלו סביב צירו), במערכת של טבעות ססגוניות הקלות לתצפית מהארץ גם בעזרת טלסקופים קטנים. גלילאו גלילי היה האדם הראשון שכיוון טלסקופ לכוכב הלכת שבתאי בשנת 1609. גלילאו הבחין שמשני צידי כוכב הלכת מצויים שני גופים נוספים הנוגעים בו – ועל-כן תיאר בספרו "שליח הכוכבים" כוכב כם "אזניים". אי היכולת של גלילאו להבחין בטבעות נבעה כתוצאה מהאיכות האופטית הירודה של הטלסקופים שלו. רק בשנת 1659, הבחין האסטרונום כריסטיאן הויגנס (Christiaan Huygens) בגאומטריה האמיתית של טבעות שבתאי. הגשושית שנחתה על טיטן, ירחו של שבתאי, מכונה על-שמו.

בסיס הטבעות מצוי בגובה של כ- 6,600 ק"מ מעל שבתאי והחלקים החיצוניים בגובה של כ- 121,000 ק"מ מעל שבתאי. הטבעות עשויות מסלעים (סילקטים ותחמוצות ברזל) וחלקיקי קרח (מים, אמוניה ומתאן). גודל החלקיקים האופייני משתנה בין טבעת לטבעת והוא נע בין מ"מ ועד כמה מטרים. גודל החלקיקים בטבעות עוקב אחר חוק חזקה (מספר החלקיקים מתכונתי לגודל החלקיק בחזקה של -2). רוב המסה של הטבעות נמצאת בחלקיקים שגודלם מעל ס"מ. הטבעות מכילות מעט מאד אבק מיקרוסקופי. יוצאות דופן בענין הינן טבעות E ו G העשויות מאבק מיקרוסקופי.

טבעות שבתאי קשורות קשר הדוק לירחים הפנימים של כוכב הלכת. בטבלה הבאה מצוינים, על פי סדר מרחק, מערכות הטבעות של שבתאי והירחים הפנימיים של כוכב הלכת. בין חלק מהטבעות מצויים רווחים, שנוצרו כתוצאה מאינטראקציה בין ירחי שבתאי והטבעות, שהבולט והידוע שבינהם הינו רווח קאסיני (ראה טבלה). הרווחים אינם ריקים מחומר, אך צפיפות החומר בהם קטנה יותר.

ככל הנראה טבעות שבתאי אינן יציבות ואורך החיים שלהם הינו מיליוני שנה בלבד. נראה כי תהליך ההיווצרות שלהם קשור בהתפרקות של שביט או אסטרואיד כתוצאה ממעבר קרוב לשבתאי וקריעתו ע"י כוחות הגאות העצומים של כוכב הלכת (ראה גם רדיוס רוש).

למרות האמור למעלה, הצורה שבה נוצרו טבעות שבתאי איננה ברורה. טבעות שבתאי הינן מאסיביות לפחות פי 1000 ממערכות הטבעות של כוכבי הלכת הגזיים האחרים. מסתן הכוללת של טבעות שבתאי גדולה מסה"כ המסה של ירחי שבתאי הפנימיים למסלולו של הירח מימאס.

בטבעות שבתאי ניתן להבחין במגוון תופעות הקשורות בתהליכים דינמיים מורכבים המתרחשים בטבעות:

טבעות שזורות (Braided rings) – תופעה הנגרמת כתוצאה מהשפעה כבידתית של ירחים על הטבעות. בתמונה נראה חלק מטבעת אף, כפי שצולמה על ידי החללית וויג'אר 2 של סוכנות החלל האמריקאית NASA

שבילי טבעות (Wakes) – שבר טבעת מסביב לירח רועה (Shepherd moonlet). הירחים הפנימיים משמשים כרועים לחלקי טבעות ולמעשה רועים אחריהם את שברי טבעות.

כישורי טבעות (Spokes) – באופ תאורטי טבעות שבתאי אמורות להיות אחידות למדי. הסיבה לאחידות היא התנגשויות קלות בין החלקיקים בטבעות המפזרות את האנרגיה בין החלקיקים בצורה אחידה. באזורים הצפופים, כל חלקיק בטבעת עובר כ-1000 התנגשויות כל הקפה. למרות זאת, נצפות אי אחידויות בטבעות (הנראות כאזורים כהים) שמשתנים כל העת. משמאל, סרטון שצולם על ידי החללית וויג'אר 2 שבו נראים כישורי טבעות נעים על פני הטבעות ומשנים את צורתם (צילום NASA).

גלי צפיפות בטבעות (Density waves) – הירחים הפנימים של שבתאי משפיעים על הטבעות. מסלולים מסוימים של חלקיקים בטבעות (כאלו שזמן ההקפה שלהם את שבתאי הינו כפולה שלמה של זמן המחזור של אחד הירחים) נעשים אליפטיים (עם אקצנטריות של לא יותר מ- 0.001) ויוצרים גלי צפיפות לוליניים (ספירליים). ההסבר לתופעה מצוי ככל הנראה בכוחות אלקטרוסטטים הפועלים בין החלקיקים בטבעות.

גלי עיקום בטבעות (Bending waves) – מישור ההקפה של הירח מימאס (Mimas) את שבתאי נטוי בזווית של כ-1.5 מעלות למישור הטבעות. כתוצאה מהנטייה בין שני המישורים מימאס מפעיל כוח בכיוון הניצב למישור הטבעות, הגורם לגלי עיקום שכתוצאה מהן הטבעות נעשות עבות במקצת. עוביין של טבעות שבתאי כ-1 ק"מ והוא מוסבר בעיקר על ידי גלי עיקום בטבעות.

בתמונה (למטה) נראות טבעות שבתאי כפי שצולמו על ידי החללית קאסיני, של סוכנות החלל האמריקאית NASA, המקיפה את שבתאי. ניתן להבחין בכך שכל אחת מהמערכות העיקריות של הטבעות מורכבת בעצמה מעשרות או מאות טבעות. האליפסה השחורה הנראית על מישור הטבעות הינה צילו של שבתאי. הנקודה הקטנה בצד שמאל של התמונה הינו הירח אפימתאוס (Epimetheus).

ירחי שבתאי

לשבתאי מספר גדול של ירחים, וגם עתה ממישיכים להתגלות מסביבו ירחים קטנים נוספים המקיפים אותו. נכון ל 8 במאי 2005, ידועים 47 ירחים המקיפים את שבתאי. הירח הגדול ביותר של שבתאי, טיטן, הינו הירח היחידי במערכת השמש שלו אטמוספרה משלו. טיטן התגלה על ידי כריסטופר הויגנס, בשנת 1655.

בטבלה הבאה מופיעים הירחים הידועים של כוכב הלכת שבתאי, הפרמטרים הפיזקליים והמסלולים שלהם. רבים מירחי שבתאי הינם אסטרואידים קטנים שנלכדו בכח הכבידה שלו. ירחי לכידה אלו מקיפים את שבתאי (בד"כ) במסלולים אקסצנטריים, בעלי נטיית מסלול גדולה, ולעיתים בכיוון הפוך לזה שבו מסתובב שבתאי סביב צירו (ניתנים לזיהוי בטבלה בכך שנטיית המסלול שלהם גדולה מ-90 מעלות).

מקורות לאסטרואידים קרובי-ארץ
מקור תרומה יחסית זמן חיים ממוצע כ-NEO במיליוני שנה
תהודה 3:1 עם צדק 23 ± 8% 2.2
תהודה סקולרית ν6 37 ± 8% 6.5
חוצי מסלול מאדים 25 ± 3% 3.8
חגורה חיצונית 8 ± 1% 0.14
שביטים 6 ± 4% 45


תצפית בשבתאי

כוכב הלכת שבתאי הינו כוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש שהיה ידוע לאנושות לפני המצאת הטלסקופ. ניתן להבחין בשתאי בקלות בעין בלתי מצוידת ובאמצעות משקפת שדה טובה ניתן להבחין ברמז לקיום הטבעות סביבו. את טבעות שבתאי ניתן לראות באמצעות טלסקופי חובבים קטנים עם הגדלה של כ-25 ומעלה.

בדומה לשאר כוכבי הלכת, שבתאי נראה נראה כנע על רקע הכוכבים הרחוקים. המפה הבאה מראה את מסלולו של שבתאי על פני כיפת השמיים (ראה גם מפת שמיים חודשית) בין ינואר 2005 לינואר 2010. המפה משורטטת עבור שמי ישראל בתקופת החורף, בחצות לערך ומראה כוכבים עד דרגת בהירות 5. המיקום של יתר כוכבי הלכת אינם מצוינים על המפה.מסלולו של שבתאי מסומן בקו שחור ונקודות שחורות מסמנות את מיקומו אחת ל-30 יום.

מישור הטבעות של שבתאי, הניצב לציר הסיבוב של כוכב הלכת סביב צירו, נטוי בזווית של כ-25 מעלות למישור ההקפה של שבתאי את השמש. כתוצאה מכך הנטייה הנראית של טבעות שבתאי עבור צופה מכדור הארץ משתנה עם הזמן. בתמונה הבאה נראות מספר תמונות של כוכב הלכת שבתאי כפי שצולמו, על ידי טלסקופ החלל על שם האבל של סוכנות החלל האמריקאית NASA, במהלך שנות ה-90 של המאה ה-20. ניתן לראות שבתקופות מסויומות טבעות שבתאי פרושות עבור צופה מכדור הארץ, בעוד בתקופות אחרות הן מתיישרות עם הצופה ונראות כפס דק.

מישור הנטייה של הטבעות משתנה במחזוריות של כ-30 שנה (זמן ההקפה של שבתאי את השמש). הגרף הבא מראה את נטיית כדור הארץ במעלות ביחס למישור הטבעות, בקו אדום, ואת נטיית השמש (שכאמור מאירה את הטבעות) ביחס למישור הטבעות בקו כחול. הגרף מראה את מצב הטבעות בין שנת 2000 לשנת 2030. הגרף הוכן באמצעות תוכנת MATLAB.

הפעם הבאה שבו כדור הארץ והשמש יחצו את מישור הטבעות יתרחש בשנת 2009 ואז יראו הטבעות כפס דק עבור צופה מכדור הארץ (ויעלמו כמעט לחלוטין). הגרף הבא, מראה תמונת תקריב של הגרף מלמעלה עבור שנת 2009.


אפימרידים של שבתאי

הטבלאות הבאות מכילות אפימרידים של שבתאי בין שנת 2005 לשנת 2020. הטבלאות מחושבות עבור צופה במרכז ישראל, קו אורך 35 מזרח, קו רוחב 32 צפון.

הסבר לטורי הטבלאות:

(1) – תאריך (2) - עליה ישרה (טופוצנטרית עבור צופה מישראל) במערכת יחוס של זמן התצפית (Equinox of date) לשעה 0 בזמן דינמי ארצי. (3) – נטיה (טופוצנטרית עבור צופה מישראל) במערכת יחוס של זמן התצפית (Equinox of date) לשעה 0 בזמן דינמי ארצי. (4) – מרחק מכדור הארץ (יחידה אסטרונומית). (5) – מרחק מהשמש (יחידה אסטרונומית). (6) – אלונגציה (מעלות) – מרחק זוויתי מהשמש חיובי לכיוון מזרח (ניתן לראות את כוכב חמה בשעות הערב). שלילי לכיוון מערב (ניתן לראות את כוכב חמה לפנות בוקר). (7) – בהירות. (8) – פאזה. (9) – קוטר זוויתי (שניות קשת). (10) – קבוצת כוכבים. (11) – זריחה (שעון ישראל UTC+2). (12) – שקיעה (שעון ישראל UTC+2). (13) – צהירה (שעון ישראל UTC+2).


ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

· הרצאת וידאו על משימת הגשושית הויגנס לטיטן (המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א): http://astroclub.tau.ac.il/past_h.html

· אפימרידים של טבעות שבתאי בין שנת 2000 לשנת 2030: http://astroclub.tau.ac.il/Astropedia/Data/SaturnRingsData.txt

· אתר "תשעת כוכבי הלכת": http://www.nineplanets.org/

· אתר הבית של משימת קאסיני-הויגנס לשבתאי: http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm

· אתר הטבעות של NASA, צילומים, מידע ואפימרידים: http://ringmaster.arc.nasa.gov/

· אפימרידים וגרפים של טבעות וירחי שבתאי: http://ringmaster.arc.nasa.gov/tools/tools.html


ספרות מקצועית

מחברים


ערן אופק, דוד פולישוק