הבדלים בין גרסאות בדף "שבתאי"

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(ראו גם)
 
(88 גרסאות ביניים של 4 משתמשים אינן מוצגות)
שורה 11: שורה 11:
 
|אפהליון בק"מ=1,513,325,783
 
|אפהליון בק"מ=1,513,325,783
 
|אפהליון יחידות אסטרונומיות=10.116 י"א
 
|אפהליון יחידות אסטרונומיות=10.116 י"א
|אקסצנטריות=0.01121
+
|אקסצנטריות=0.05572
|זמן הקפה=164.79 שנים, 60,190 [[יממה שמשית|ימים]]
+
|זמן הקפה=29.66 שנים, 10,832 [[יממה שמשית|ימים]]
|נטיית מסלול=1.77
+
|נטיית מסלול=2.485
|בהירות=7.8±0.1 מגניטוד
+
|בהירות=0.5±0.7 מגניטוד
|רדיוס קו משווה=24,764±15
+
|רדיוס קו משווה=60,268±4
|צפיפות=1.638
+
|צפיפות=0.687
|אלבדו=0.29
+
|אלבדו=0.47
 
}}
 
}}
  
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.
+
'''שבתאי''' (באנגלית: '''Saturn''') - הוא שמו של כוכב הלכת השישי במרחקו מ[[השמש]]. שבתאי הינו כוכב לכת גזי והוא השני בגודלו ובמסתו ב[[מערכת השמש]]. שבתאי, המוכר לאנושות מימי קדם, מכונה בלועזית בשם סטורן (Saturn), השם המקביל במיתולוגיה הרומאית לקרונוס, אביו של זאוס / יופיטר (שעל-שמו נקרא [[צדק|כוכב הלכת צדק]]) ובנם של אל השמים אוראנוס ואלת האדמה גאיה. הקישור העברי בין שבתאי ליום השבת מגיע מהקישור המקביל בלועזית (Saturday מלשון Saturn). לשבתאי מערכת עשירה של טבעות, כמו לכל כוכבי הלכת הגזיים, אולם טבעותיו של שבתאי הינן הססגוניות והמרשימות ביותר ונצפות בקלות גם בעזרת [[טלסקופ|טלסקופים]] קטנים. הראשון שצפה בהן היה גלילאו גלילי בשנת 1609. לשבתאי עשרות ירחים בעלי מגוון רחב של תכונות. הגדול מביניהם, [[טיטן]], הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש והירח היחידי בעל אטמוספרה צפופה כשל [[כדור הארץ]]. ארבע חלליות מחקר ביקרו בשבתאי (פיוניר 11, וויאג'ר 1, וויאג'ר 2 וקאסיני) וגשושית המחקר הויגנס אף נחתה על פניו של [[טיטן]].
  
  
== הרכב ומבנה ==
+
==מבנה==
  
כוכב הלכת שבתאי הינו כאמור כוכב לכת גזי, וככזה אין לו פני שטח מוצקים והוא בעצם כדור גז גדול המוחזק תחת כובדו העצמי. ככל שמתקרבים למרכז כוכב הלכת כך הטמפרטורה והלחץ עולים. ליבתו של כוכב הלכת הינה סלעית (ככל הנראה) והיא מוקפת בשכבת מימן מתכתי ומעליה שכבה של מימן מולקולרי. רובו של כוכב הלכת נמצא במצב צבירה נוזלי בלחץ גבוה במיוחד ובליבתו מצב הצבירה של המימן, שהוא היסוד השכיח ביותר בשבתאי ובכוכבי הלכת הגזיים, הינו כאמור מימן מתכתי (Liquid Metallic Hydrogen) ב-1996 הצליחו מדענים על כדור הארץ לייצר במעבדה מימן במצב צבירה מתכתי ולחקור את תכונותיו. במצב זה הפרוטונים באטום המימן מצויים במבנה שריגי והמרחק האופייני בינהם קטן מרדיוס בוהר. האלקטרונים של אטומי המימן נמצאים במצב חופשי ומתנהגים בדומה לאלקטרוני הולכה במתכות.
+
כוכב הלכת שבתאי הינו כוכב לכת גזי, וככזה אין לו פני שטח מוצקים וניתן לתארו ככדור גז גדול המוחזק בהשפעת כובדו העצמי. צפיפותו של שבתאי (0.7 גרם לסמ"ק) אף נמוכה מזו של מים (1 גרם לסמ"ק), כך שנהוג לתארו כאילו היה צף באמבט גדול המתאים לגודלו. בחלקו החיצוני, הלחץ והטמפרטורה נמוכים מאד ומגיעים לכדי עשריות הבאר וכ-80 מעלות [[יחידות פיזיקליות|קלווין]] (193- מעלות צלזיוס). ככל שמתקרבים לליבתו של שבתאי, הטמפרטורה והלחץ עולים ומשנים את מבנה החומר. ליבתו הסלעית (ככל הנראה) של שבתאי, מוקפת בשכבה של מימן מתכתי נוזלי (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 נוזלי ולחקור את תכונותיו. מעל שכבת המימן המתכתי הנוזלי שבאטמוספרה של שבתאי מצויה שכבה של מימן מולקולרי, אשר רובה נמצאת 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.
+
[[תמונה:Saturn_Rings_Mimas.jpg|שמאל|250px|ממוזער|חצי הכדור הצפוני של שבתאי, כפי שצילמה קאסיני דרך טבעות כוכב הלכת. הירח בתמונה הוא מימס. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
באטמוספרת שבתאי ניתן להבחין בפסי אטמוספרה רחבים, אךבולטים פחות מפסי האטמוספרה הנצפים על כוכב הלכת צדק. בסיס שכבת העננים, העשויים אמוניה ומהירות הרוחות באטמוספרת שבתאי הינה כ- 400 מטר לשנייה באזור קו המשווה. הרוחות נושבות בכיוון מזרח-מערב. אטמוספרת שבתאי ענייה בהליום, רק 6% (במשקל), ביחס להרכב הסולרי (27% במשקל). 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).
+
הטמפרטורה בליבתו של שבתאי מגיעה לכ- 12,000 מעלות קלווין. שבתאי (כמו גם כוכב הלכת [[צדק]]) פולט מעט יותר אנרגיה מאשר זו שהוא מקבל מ[[השמש]]. מקור האנרגיה העודפת הינו, ככל הנראה, אנרגיה פוטנציאלית כבידתית, כלומר אנרגיה שמקורה בנפילת חומר למרכזו של שבתאי. אפשרות נוספת, הנחקרת כיום, היא הפקת אנרגיה על ידי טיפטוף של הליום (Helium Rainout), שהינו כבד יותר ממימן, דרך ליבת המימן כך שנוצרת אנרגיה מחיכוך בין טיפות ההליום והמימן.
  
[[תמונה:cosmicrays.png|שמאל|250px|ממוזער|שרשרת התפרקות של פרוטון באטמוספירה]]
+
==אטמוספרה==
  
גלילאו היה הראשון שכיוון טלסקופ לכוכב הלכת שבתאי בשנת 1610. גלילאו הבחין שמשני צידי כוכב הלכת מצויים שני גופים נוספים הנוגעים בו – אי היכולת שלו להבחין בטבעות נבעה כתוצאה מהאיכות האופטית הירודה של הטלסקופים שלו. רק בשנת 1659, הבחין האסטרונום כריסטיאן הויגנס (Christiaan Huygens) בגאומטריה האמיתית של טבעות שבתאי.
+
באטמוספרה של שבתאי ניתן להבחין בפסים רחבים, אולם הם בולטים פחות מפסי האטמוספרה הידועים של [[צדק]]. אטמוספרת שבתאי עשירה (כ- 93% במסה) במימן וענייה בהליום (כ-6%), ביחס להרכב השמשי (27% הליום). 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, ככלל, בכיוון מזרח-מערב. לשבתאי שדה מגנטי שעוצמתו באטמוספירה הינה כ-0.2 [[יחידות פיזיקליות|גאוס]] (לשם השוואה, עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ על פני הקרקע הינה כ 0.5 גאוס).
  
שבתאי מוקף, במישור המשווה שלו (המישור הניצב לציר הסיבוב שלו סביב צירו), במערכת של טבעות ססגוניות. 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==
  
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.
+
[[תמונה:Saturn_Rings_Sat.jpg|שמאל|500px|ממוזער|]]
  
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).
+
שבתאי מוקף, במישור המשווה שלו (המישור הניצב לציר הסיבוב שלו סביב צירו), במערכת של טבעות ססגוניות הניתנות לתצפית מ[[כדור הארץ]], גם בעזרת [[טלסקופ|טלסקופים]] קטנים. גלילאו גלילי היה 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 עם "אזניים". אי היכולת של גלילאו להבחין בטבעות נבעה כתוצאה מ[[כושר הפרדה זוויתי של טלסקופ|האיכות האופטית הירודה]] של הטלסקופים שלו. רק בשנת 1659 הבחין האסטרונום כריסטיאן הויגנס (Christiaan Huygens) בגיאומטריה האמיתית של טבעות שבתאי. הגשושית שנחתה על טיטן, ירחו של שבתאי, מכונה על-שמו.
  
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.
+
בסיס הטבעות מצוי במרחק של כ-6,600 ק"מ מהאטמוספרה של שבתאי והחלקים החיצוניים ביותר מגיעים עד למרחק של כ-121,000 ק"מ. לעומת זאת, הטבעות הן דקות במיוחד - עוביין הוא כ-1 ק"מ בלבד. 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 (כלומר, סלעים). גודל החלקיקים בטבעות עוקב אחר חוק חזקה (מספר החלקיקים מתכונתי לגודל החלקיק בחזקה של {{משמאל לימין|-2}}). רב המסה של הטבעות נמצאת בחלקיקים שגודלם גדול מס"מ והטבעות מכילות מעט מאד אבק מיקרוסקופי. יוצאות דופן בענין זה הינן טבעות E ו G, העשויות בעיקר מאבק מיקרוסקופי.
  
בטבעות שבתאי ניתן להבחין במגוון תופעות הקשורות בתהליכים דינמיים מורכבים המתרחשים בטבעות:
+
טבעות שבתאי קשורות קשר הדוק לירחים הפנימים של כוכב הלכת. בטבלה הבאה מפורטות מערכות הטבעות של שבתאי, על פי סדר מרחקן מכוכב הלכת. בין חלק מהטבעות מצויים רווחים, שנוצרו כתוצאה מאינטראקציה בין ירחי שבתאי והטבעות. הבולט והידוע מבין רווחים אלה הוא רווח קאסיני (ראה טבלה). הרווחים אינם ריקים מחומר, אך צפיפות החומר בהם קטנה ביותר, יחסית למרכזי הטבעות. באיור משמאל מוצגות הטבעות והירחים הפנימיים של כוכב הלכת.
 +
 
 +
{{פתח טבלה|שם= טבעות שבתאי|רוחב טבלה=600 |מספר טורים=7  }}
 +
|-
 +
! טבעת !! מרחק ברדיוסי שבתאי !! זמן מחזור בשעות !! גודל החלקיקים !! עומק אופטי !! מסה בגרמים !! הערות
 +
|-
 +
| טבעת די
 +
D-Ring
 +
|| 1.11 - 1.235
 +
|| 4.8 - 5.8
 +
|| קטן מ-1 מיקרון
 +
|| 10<sup>-4</sup>
 +
|| ?
 +
||
 +
|-
 +
| טבעת סי
 +
C-Ring
 +
|| 1.235 - 1.525
 +
|| 5.8 - 7.9
 +
|| 1 - 300 ס"מ
 +
|| 0.05 - 0.35
 +
|| 10<sup>20</sup>
 +
|| שברי טבעות
 +
|-
 +
| טבעת בי
 +
B-Ring
 +
|| 1.525 - 1.949
 +
|| 7.9 - 11.4
 +
|| 1 - 500 ס"מ
 +
|| 0.4 - 2.5
 +
|| 2X10<sup>22</sup>
 +
|| מבנה לא סדיר
 +
|-
 +
| רווח קאסיני
 +
Cassini Division
 +
|| 1.949 - 2.025
 +
|| 11.4 - 12.1
 +
|| 1 - 750 ס"מ
 +
|| 0.05 - 0.15
 +
|| 4X10<sup>20</sup>
 +
|| רווח הויגנס (Huygens gap) ועוד מספר רווחים צרים
 +
|-
 +
| טבעת איי
 +
A-Ring
 +
|| 2.025 - 2.267
 +
|| 12.1 - 14.3
 +
|| 1 - 500 ס"מ
 +
|| 0.4 - 2
 +
|| 2X10<sup>21</sup>
 +
|| גלי צפיפות וגלי עיקום.
 +
רווח אנקה (Encke gap)
 +
רווח קילר (Keeler gap).
 +
רווח אנקה נוצר כתוצאה מהירח פאן (Pan).
 +
|-
 +
| טבעת אף
 +
F-Ring
 +
|| 2.324
 +
|| 14.9
 +
|| 0.1 - 10 מיקרון
 +
|| 0.1
 +
|| ?
 +
||
 +
|-
 +
| טבעת ג'י
 +
G-Ring
 +
|| 2.82
 +
|| 19.9
 +
|| 0.03 מיקרון
 +
|| 10<sup>-6</sup>~
 +
|| ?
 +
|| טבעת דלילה במיוחד
 +
|-
 +
| טבעת אי
 +
E-Ring
 +
|| 3 - 8
 +
|| 33~ יום
 +
|| 1 מיקרון
 +
|| 10<sup>-5</sup>~
 +
|| 7X10<sup>11</sup>
 +
|| צפיפות מירבית בקרבת הירח אנקלודס (Enceladus) שגם הינו המקור העיקרי לטבעת.
 +
בתוך הטבעת מצויים גם הירחים טטיס (Tethys) ודיון (Dione).
 +
{{סגור טבלה|}}
 +
 
 +
[[תמונה:Saturn_rings_Cas.jpg|שמאל|250px|ממוזער|טבעות שבתאי כפי שצולמו על ידי החללית קאסיני, המקיפה את שבתאי. ניתן להבחין 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). צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
 +
 
 +
ככל הנראה טבעות שבתאי אינן יציבות ואורך החיים שלהן הינו מספר מיליוני [[שנה|שנים]] בלבד. נראה כי תהליך ההיווצרות של הטבעות קשור בהתפרקות של [[שביט]] או [[אסטרואידים|אסטרואיד]] כתוצאה ממעבר קרוב לשבתאי וקריעתו ע"י כוחות הגאות העצומים של כוכב הלכת (ראו: [[רדיוס רוש]]). יחד עם זאת, הצורה שבה נוצרו טבעות שבתאי איננה ברורה לחלוטין. 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 (כלומר, אלה הקרובים אליו יותר מהירח מימס).
 +
 
 +
בתמונה נראות טבעות שבתאי כפי שצולמו על ידי החללית קאסיני. ניתן להבחין 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).
  
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
+
===תופעות בטבעות===
  
שבילי טבעות (Wakes) – שבר טבעת מסביב לירח רועה (Shepherd moonlet). הירחים הפנימיים משמשים כרועים לחלקי טבעות ולמעשה רועים אחריהם את שברי טבעות.
+
[[תמונה:Saturn_Braided_rings.jpg|שמאל|250px|ממוזער|טבעת שזורה: חלק מטבעת F, כפי שצולמה על ידי החללית וויג'אר 2. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
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).
+
בטבעות שבתאי ניתן להבחין במגוון תופעות הקשורות בתהליכים דינמיים מורכבים המתרחשים בטבעות:
  
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.
+
====טבעות שזורות====
  
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.
+
'''טבעות שזורות''' (באנגלית: '''Braided rings''') – תופעה הנגרמת כתוצאה מהשפעה כבידתית של ירחים על הטבעות. בתמונה משמאל נראה חלק מטבעת F, כפי שצולמה על ידי החללית וויג'אר 2.
  
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).
+
====שבילי טבעות====
  
 +
'''שבילי טבעות''' (באנגלית: '''Wakes''') – שבר טבעת מסביב לירח רועה (Shepherd moonlet). הירחים הפנימיים משמשים כרועים לחלקי טבעות ולמעשה רועים אחריהם את שברי טבעות.
  
== ירחי שבתאי ==
+
====כישורי טבעות====
  
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.
+
[[תמונה:Saturn_Rings_spokes.gif|שמאל|250px|ממוזער|סרטון שצולם על ידי החללית וויג'אר 2, בו נראים כישורי טבעות נעים על פני הטבעות ומשנים את צורתם. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
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).
+
'''כישורי טבעות''' (באנגלית: '''Spokes''') – באופן תאורטי טבעות שבתאי אמורות להיות אחידות למדי. הסיבה לאחידות היא התנגשויות קלות בין החלקיקים בטבעות המפזרות את האנרגיה בין החלקיקים בצורה אחידה. באזורים הצפופים של הטבעות, כל חלקיק בטבעת עובר כ-1000 התנגשויות כל הקפה. למרות זאת, נצפות אי אחידויות בטבעות (הנראות כאזורים כהים) שמשתנות כל העת. משמאל, סרטון שצולם על ידי החללית וויג'אר 2 שבו נראים כישורי טבעות נעים על פני הטבעות ומשנים את צורתם.
  
{{פתח טבלה|שם= מקורות לאסטרואידים קרובי-ארץ|רוחב טבלה=300 |מספר טורים=3  }}
+
====גלי צפיפות בטבעות====
|-
 
! מקור !! תרומה יחסית !! זמן חיים ממוצע כ-NEO במיליוני שנה
 
|-
 
|תהודה 3:1 עם צדק
 
||{{משמאל_לימין|23 ± 8%}}
 
||2.2
 
|-
 
|תהודה סקולרית ν6
 
||{{משמאל_לימין|37 ± 8%}}
 
||6.5
 
|-
 
|חוצי מסלול מאדים
 
||{{משמאל_לימין|25 ± 3%}}
 
||3.8
 
|-
 
|חגורה חיצונית
 
||{{משמאל_לימין|8 ± 1%}}
 
||0.14
 
|-
 
|שביטים
 
||{{משמאל_לימין|6 ± 4%}}
 
||45
 
{{סגור טבלה|}}
 
  
 +
'''גלי צפיפות בטבעות''' (באנגלית: '''Density waves''') – הירחים הפנימיים 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 מעט אליפטיים (עם אקצנטריות של לא יותר מ- 0.001) ויוצרים גלי צפיפות לוליניים (ספירליים). ההסבר לתופעה מצוי ככל הנראה בכוחות אלקטרוסטטיים הפועלים בין החלקיקים בטבעות.
  
== תצפית בשבתאי ==
+
====גלי עיקום בטבעות====
  
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.
+
'''גלי עיקום בטבעות''' (באנגלית: '''Bending waves''') – מישור ההקפה של הירח מימס (Mimas) את שבתאי נטוי בזווית של כ-1.5 [[יחידות פיזיקליות|מעלות]] למישור הטבעות. כתוצאה מהנטייה בין שני המישורים מימס מפעיל כוח בכיוון הניצב למישור הטבעות, הגורם לגלי עיקום שכתוצאה מהן הטבעות נעשות עבות במקצת. עוביין של טבעות שבתאי כ-1 ק"מ בלבד, והוא מוסבר בעיקר על ידי גלי עיקום בטבעות.
  
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.
+
== ירחי שבתאי ==
  
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.
+
[[תמונה:Saturn_Mimas.jpg|ימין|250px|ממוזער|הירח מימס כפי שצולם ע"י החללית וויאג'ר 1. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
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.
+
[[תמונה:Saturn_Dion_Voy1.png|שמאל|250px|ממוזער|הירח דיון כפי שצולם ע"י החללית וויאג'ר 1. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
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.
+
[[תמונה:Titan_Cassini.jpg|שמאל|250px|ממוזער|הירח טיטן כפי שצולם ע"י חללית המחקר קאסיני. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.]]
  
 +
לשבתאי מספר גדול של ירחים, וגם עתה ממשיכים להתגלות מסביבו ירחים קטנים נוספים. נכון לשנת 2007, מוכרים 60 ירחים המקיפים את שבתאי. טכנית, גם החלקיקים המרכיבים את הטבעות יכולים להיקרא "ירחים" וההפרדה בינם לבין ירחים רגילים איננה ברורה, שכן גודלם של חלק מהחלקיקים בטבעות הוא כשל סלעים. הירח הגדול ביותר של שבתאי, [[טיטן]], הינו הירח היחידי במערכת השמש שלו אטמוספרה משמעותית משלו. טיטן הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש (אחרי [[גנימד]], ירחו של [[צדק]]) והוא התגלה על ידי כריסטופר הויגנס בשנת 1655. לאחרונה, נחתה על [[טיטן]] הגשושית ע"ש הויגנס שצילמה הרים, אגמים, ערוצים ותווי שטח מעניינים נוספים. ירחים אחרים בעלי ייחוד הם: [[מימס]], ובו מכתש עצום שקוטרו כשליש מקוטרו של הירח. ההתרסקות שיצרה את המכתש כמעט וריסקה את הירח לחלוטין; [[יאפיטוס]], שהוא הגוף היחיד במערכת השמש שחלקו צבוע לבן וחלקו צבוע שחור, ככל הנראה כתוצאה מהתנגשות מאוחרת שפיזרה חומר בצבע כהה על-פניו; [[אנסלדוס]], ירח נוסף עשוי קרח שהרי געש של אדי מים נראו מתפרצים מפניו. ככל הנראה, זוהי תוצאה של אוקיינוס תת-קרקעי הנמצא בתוך הירח. [[אנסלדוס]] הוא הירח השלישי במערכת השמש, מלבד [[איו]] של [[צדק]] ו[[טריטון]] של [[נפטון]], שהרי געש נצפו מתפרצים על-פניו.
  
== אפימרידים של שבתאי ==
+
בטבלה הבאה מופיעים הירחים הידועים של כוכב הלכת שבתאי, לצד המאפיינים הפיזיקליים והמסלוליים שלהם. רבים מירחי שבתאי הינם [[אסטרואידים]] קטנים או גופי קרח שנלכדו בכח הכבידה שלו. "ירחי לכידה" אלו מקיפים את שבתאי בדרך כלל במסלולים [[חתכים חרוטיים|אקסצנטריים]], בעלי [[אלמנטים של מסלול|נטיית מסלול]] גדולה, ולעיתים בכיוון הפוך לזה שבו מסתובב שבתאי סביב צירו (ולכן ניתנים לזיהוי בטבלה בכך שנטיית המסלול שלהם גדולה מ-90 מעלות).
  
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.
+
{{פתח טבלה|שם= ירחי שבתאי הגדולים (רדיוס>100 ק"מ) בסדר מרחקם משבתאי|רוחב טבלה=500 |מספר טורים=9  }}
 +
|-
 +
! שם !! רדיוס ממוצע (ק"מ) !! צפיפות (גרם לסמ"ק) !! בהירות ממוצעת בניגוד !! חצי ציר ארוך של המסלול (ק"מ) !! אקסצנטריות !! נטיית המסלול (מעלות) !! זמן מחזור (ימים) !! מגלה ושנת גילוי
 +
|-
 +
| [[מימס]]
 +
(Mimas)
 +
|| 198.6
 +
|| 1.16
 +
|| 12.8
 +
|| 185,600
 +
|| 0.0206
 +
|| 1.566
 +
|| 0.942
 +
|| הרשל 1789
 +
|-
 +
| [[אנסלדוס]]
 +
(Enceladus)
 +
|| 249.4
 +
|| 1.83
 +
|| 11.8
 +
|| 238,100
 +
|| 0.0001
 +
|| 0.010
 +
|| 1.370
 +
|| הרשל 1789
 +
|-
 +
| טטיס
 +
(Tethys)
 +
|| 529.9
 +
|| 0.99
 +
|| 10.2
 +
|| 294,700
 +
|| 0.0001
 +
|| 0.168
 +
|| 1.888
 +
|| קאסיני 1684
 +
|-
 +
| דיון
 +
(Dione)
 +
|| 560.0
 +
|| 1.49
 +
|| 10.4
 +
|| 377,400
 +
|| 0.0002
 +
|| 0.002
 +
|| 2.737
 +
|| קאסיני 1684
 +
|-
 +
| ריאה
 +
(Rhea)
 +
|| 764.0
 +
|| 1.23
 +
|| 9.6
 +
|| 527,100
 +
|| 0.0009
 +
|| 0.327
 +
|| 4.518
 +
|| קאסיני 1672
 +
|-
 +
| [[טיטן]]
 +
(Titan)
 +
|| 2575.5
 +
|| 1.88
 +
|| 8.4
 +
|| 1,221,900
 +
|| 0.0288
 +
|| 1.634
 +
|| 15.95
 +
|| הויגנס 1655
 +
|-
 +
| היפריון
 +
(Hyperion)
 +
|| 133.0
 +
|| 1.1
 +
|| 14.4
 +
|| 1,464,100
 +
|| 0.0175
 +
|| 0.568
 +
|| 21.28
 +
|| בונד ולאסל 1848
 +
|-
 +
| יפאטוס
 +
(Iapetus)
 +
|| 730.0
 +
|| 1.11
 +
|| 11
 +
|| 3,560,800
 +
|| 0.0284
 +
|| 7.570
 +
|| 79.33
 +
|| קאסיני 1671
 +
|-
 +
| פובה
 +
(Phoebe)
 +
|| 107.3
 +
|| 1.60
 +
|| 16.4
 +
|| 12,944,300
 +
|| 0.1644
 +
|| 174.751
 +
|| 548.2
 +
|| פיקרינג 1898
 +
{{סגור טבלה|}}
  
הסבר לטורי הטבלאות:
+
==תצפית בשבתאי==
  
(1) – תאריך
+
[[תמונה:Saturn_inc.jpg|שמאל|250px|ממוזער|]]
(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).
 
  
 +
[[תמונה:saturn_rings_inc.jpg|שמאל|250px|ממוזער|]]
  
 +
[[תמונה:Saturn_rings_inc2009.jpg|שמאל|250px|ממוזער|]]
  
קישורים:
+
[[כוכב לכת|כוכב הלכת]] שבתאי הינו כוכב הלכת הרחוק ביותר מ[[השמש]] שהיה ידוע לאנושות בטרם הומצא ה[[טלסקופ]]. ניתן להבחין בשבתאי בקלות ב[[העין האנושית וראיית לילה|עין]] בלתי מצוידת ובאמצעות [[משקפת|משקפת שדה]] טובה ניתן להבחין ברמז לקיום הטבעות סביבו. את טבעות שבתאי ניתן לראות באמצעות טלסקופי חובבים קטנים עם [[הגדלה של טלסקופ|הגדלה]] של כ-25 ומעלה.
 +
בדומה לשאר כוכבי הלכת, שבתאי נראה כנע על רקע ה[[כוכב|כוכבים]] הרחוקים.
  
·        הרצאת וידאו על משימת הגשושית הויגנס לטיטן (המועדון האסטרונומי של אוניברסיטת ת"א): http://astroclub.tau.ac.il/past_h.html
+
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 נראות מספר תמונות של כוכב הלכת שבתאי, כפי שצולמו על ידי [[טלסקופ החלל על שם האבל]], במהלך שנות ה-90 של המאה ה-20. ניתן לראות שבתקופות מסוימות טבעות שבתאי פרושות עבור צופה מכדור הארץ, בעוד שבתקופות 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 (שמאירה את הטבעות) ביחס למישור הטבעות בקו כחול. הגרף מראה את מצב הטבעות בין שנת 2000 לשנת 2030.
  
·        אפימרידים של טבעות שבתאי בין שנת 2000 לשנת 2030: http://astroclub.tau.ac.il/Astropedia/Data/SaturnRingsData.txt
+
הפעם הבאה שבו כדור הארץ והשמש יחצו את מישור הטבעות תתרחש 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.
  
·        אתר "תשעת כוכבי הלכת": http://www.nineplanets.org/
+
===אפימרידים של שבתאי===
  
·        אתר הבית של משימת קאסיני-הויגנס לשבתאי: http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm
+
[[אפימרידים]] של שבתאי ניתן למצוא ב:
  
·        אתר הטבעות של NASA, צילומים, מידע ואפימרידים: http://ringmaster.arc.nasa.gov/
+
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/Daily/  דף האלמנך היומי]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/Saturn/  אפימרידים עבור טבעות שבתאי]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/PlanetsConj/  התכסויות הדדיות של כוכבי לכת]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/AsteroidsPlanetsConj/  התקבצויות אסטרואידים עם כוכבי לכת]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/LunarOcc/Planets/  התכסויות כוכבי לכת בירח]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/LunarOcc/PlanetsConj/  התקבצויות כוכבי לכת עם הירח]
 +
* [http://astroclub.tau.ac.il/ephem/PlanetsGC/ התקבצויות כוכבי לכת עם צבירים כדוריים]
  
·        אפימרידים וגרפים של טבעות וירחי שבתאי: http://ringmaster.arc.nasa.gov/tools/tools.html
+
ובמקורות חיצוניים נוספים:
  
·        חדשות הידען - שבתאי
+
* [http://ringmaster.arc.nasa.gov  אתר הטביות של נאס"א - צילומים, מידע ואפימרידים]
 +
* [http://ringmaster.arc.nasa.gov/tools/tools.html  אפימרידים וגרפים של ירחי צדק]
  
 
==ראו גם==
 
==ראו גם==
  
* [[קרינת הרקע הקוסמית]]
+
* [[מערכת השמש]]
 
+
* [[כוכב לכת]]
* [[הזוהר הצפוני]]
+
* [[טיטן]]
 +
* [[טבעות פלנטריות]]
  
 
==הרצאות וידאו==
 
==הרצאות וידאו==
  
* [http://astroclub.tau.ac.il/video_h.html#grb  הרצאת וידאו על מתפרצי קרינת גמא כמקור אפשרי לקרינה קוסמית] - פרופ' ארנון דר "מקורן של הקרניים הקוסמיות - פתרונה של חידה בת 93 שנה" - [http://astroclub.tau.ac.il/  המועדון האסטרונומי]
+
* [http://video.tau.ac.il/General/AstroClub/Cassini_Huygens_Mission/RonenJacovi-CassiniHuygensMission20040119_files/fdeflt.htm#autostart=1&nopreload=1 הרצאת וידאו על משימת הגשושית הויגנס לטיטן] - ד"ר רונן יעקבי "כאן הויגינס, טיטן..." - [http://astroclub.tau.ac.il/  המועדון האסטרונומי]
  
 
==קישורים חיצוניים==
 
==קישורים חיצוניים==
 +
 +
* [http://www.nineplanets.org  את תשעת כוכבי הלכת]
 +
* [http://saturn.jpl.nasa.gov/home/index.cfm  אתר הבית של משימת קאסיני-הויגנס לשבתאי]
  
 
==ספרות מקצועית==
 
==ספרות מקצועית==
 
* [http://adsabs.harvard.edu/abs/2003IAUS..214..399F מאמר סקירה על קרניים קוסמיות אולטרא אנרגטיות] מחבר: {{משמאל_לימין|Fukushima (2003)}}.
 
  
 
'''מחברים'''
 
'''מחברים'''
 
----
 
----
[[צוות האסטרופדיה#סמדר נאוז|סמדר נאוז]], [[צוות האסטרופדיה#משה נאוז|משה נאוז]]
+
[[צוות האסטרופדיה#דוד פולישוק|דוד פולישוק]], [[צוות האסטרופדיה#ערן אופק|ערן אופק]]
  
[[קטגוריה:אסטרופיזיקה|קרינה קוסמית]]
+
[[קטגוריה:מערכת השמש]]
[[קטגוריה:חלקיקים אלמנטריים|קרינה קוסמית]]
 

גרסה אחרונה מ־17:44, 5 בדצמבר 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: 0.687 גרם/סמ"ק
אלבדו: 0.47


שבתאי (באנגלית: Saturn) - הוא שמו של כוכב הלכת השישי במרחקו מהשמש. שבתאי הינו כוכב לכת גזי והוא השני בגודלו ובמסתו במערכת השמש. שבתאי, המוכר לאנושות מימי קדם, מכונה בלועזית בשם סטורן (Saturn), השם המקביל במיתולוגיה 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 מהקישור המקביל בלועזית (Saturday מלשון Saturn). לשבתאי מערכת עשירה של טבעות, כמו לכל כוכבי הלכת הגזיים, אולם טבעותיו של שבתאי הינן הססגוניות והמרשימות ביותר ונצפות בקלות גם בעזרת טלסקופים קטנים. הראשון שצפה בהן היה גלילאו גלילי בשנת 1609. לשבתאי עשרות ירחים בעלי מגוון רחב של תכונות. הגדול מביניהם, טיטן, הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש והירח היחידי בעל אטמוספרה צפופה כשל כדור הארץ. ארבע חלליות מחקר ביקרו בשבתאי (פיוניר 11, וויאג'ר 1, וויאג'ר 2 וקאסיני) וגשושית המחקר הויגנס אף נחתה על פניו של טיטן.


מבנה

כוכב הלכת שבתאי הינו כוכב לכת גזי, וככזה אין לו פני שטח מוצקים וניתן לתארו ככדור גז גדול המוחזק בהשפעת כובדו העצמי. צפיפותו של שבתאי (0.7 גרם לסמ"ק) אף נמוכה מזו של מים (1 גרם לסמ"ק), כך שנהוג לתארו כאילו היה צף באמבט גדול המתאים לגודלו. בחלקו החיצוני, הלחץ והטמפרטורה נמוכים מאד ומגיעים לכדי עשריות הבאר וכ-80 מעלות קלווין (193- מעלות צלזיוס). ככל שמתקרבים לליבתו של שבתאי, הטמפרטורה והלחץ עולים ומשנים את מבנה החומר. ליבתו הסלעית (ככל הנראה) של שבתאי, מוקפת בשכבה של מימן מתכתי נוזלי (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 נוזלי ולחקור את תכונותיו. מעל שכבת המימן המתכתי הנוזלי שבאטמוספרה של שבתאי מצויה שכבה של מימן מולקולרי, אשר רובה נמצאת במצב צבירה נוזלי אודות ללחץ הגבוה. מעל שכבה זו המימן נמצא במצב צבירה גזי.

חצי הכדור הצפוני של שבתאי, כפי שצילמה קאסיני דרך טבעות כוכב הלכת. הירח בתמונה הוא מימס. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

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

אטמוספרה

באטמוספרה של שבתאי ניתן להבחין בפסים רחבים, אולם הם בולטים פחות מפסי האטמוספרה הידועים של צדק. אטמוספרת שבתאי עשירה (כ- 93% במסה) במימן וענייה בהליום (כ-6%), ביחס להרכב השמשי (27% הליום). 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, ככלל, 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

Saturn Rings Sat.jpg

שבתאי מוקף, במישור המשווה שלו (המישור הניצב לציר הסיבוב שלו סביב צירו), במערכת של טבעות ססגוניות הניתנות לתצפית מכדור הארץ, גם בעזרת טלסקופים קטנים. גלילאו גלילי היה 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 עם "אזניים". אי היכולת של גלילאו להבחין בטבעות נבעה כתוצאה מהאיכות האופטית הירודה של הטלסקופים שלו. רק בשנת 1659 הבחין האסטרונום כריסטיאן הויגנס (Christiaan Huygens) בגיאומטריה האמיתית של טבעות שבתאי. הגשושית שנחתה על טיטן, ירחו של שבתאי, מכונה על-שמו.

בסיס הטבעות מצוי במרחק של כ-6,600 ק"מ מהאטמוספרה של שבתאי והחלקים החיצוניים ביותר מגיעים עד למרחק של כ-121,000 ק"מ. לעומת זאת, הטבעות הן דקות במיוחד - עוביין הוא כ-1 ק"מ בלבד. 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 (כלומר, סלעים). גודל החלקיקים בטבעות עוקב אחר חוק חזקה (מספר החלקיקים מתכונתי לגודל החלקיק בחזקה של -2). רב המסה של הטבעות נמצאת בחלקיקים שגודלם גדול מס"מ והטבעות מכילות מעט מאד אבק מיקרוסקופי. יוצאות דופן בענין זה הינן טבעות E ו G, העשויות בעיקר מאבק מיקרוסקופי.

טבעות שבתאי קשורות קשר הדוק לירחים הפנימים של כוכב הלכת. בטבלה הבאה מפורטות מערכות הטבעות של שבתאי, על פי סדר מרחקן מכוכב הלכת. בין חלק מהטבעות מצויים רווחים, שנוצרו כתוצאה מאינטראקציה בין ירחי שבתאי והטבעות. הבולט והידוע מבין רווחים אלה הוא רווח קאסיני (ראה טבלה). הרווחים אינם ריקים מחומר, אך צפיפות החומר בהם קטנה ביותר, יחסית למרכזי הטבעות. באיור משמאל מוצגות הטבעות והירחים הפנימיים של כוכב הלכת.

טבעות שבתאי
טבעת מרחק ברדיוסי שבתאי זמן מחזור בשעות גודל החלקיקים עומק אופטי מסה בגרמים הערות
טבעת די

D-Ring

1.11 - 1.235 4.8 - 5.8 קטן מ-1 מיקרון 10-4  ?
טבעת סי

C-Ring

1.235 - 1.525 5.8 - 7.9 1 - 300 ס"מ 0.05 - 0.35 1020 שברי טבעות
טבעת בי

B-Ring

1.525 - 1.949 7.9 - 11.4 1 - 500 ס"מ 0.4 - 2.5 2X1022 מבנה לא סדיר
רווח קאסיני

Cassini Division

1.949 - 2.025 11.4 - 12.1 1 - 750 ס"מ 0.05 - 0.15 4X1020 רווח הויגנס (Huygens gap) ועוד מספר רווחים צרים
טבעת איי

A-Ring

2.025 - 2.267 12.1 - 14.3 1 - 500 ס"מ 0.4 - 2 2X1021 גלי צפיפות וגלי עיקום.

רווח אנקה (Encke gap) רווח קילר (Keeler gap). רווח אנקה נוצר כתוצאה מהירח פאן (Pan).

טבעת אף

F-Ring

2.324 14.9 0.1 - 10 מיקרון 0.1  ?
טבעת ג'י

G-Ring

2.82 19.9 0.03 מיקרון 10-6~  ? טבעת דלילה במיוחד
טבעת אי

E-Ring

3 - 8 33~ יום 1 מיקרון 10-5~ 7X1011 צפיפות מירבית בקרבת הירח אנקלודס (Enceladus) שגם הינו המקור העיקרי לטבעת.

בתוך הטבעת מצויים גם הירחים טטיס (Tethys) ודיון (Dione).

טבעות שבתאי כפי שצולמו על ידי החללית קאסיני, המקיפה את שבתאי. ניתן להבחין 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). צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

ככל הנראה טבעות שבתאי אינן יציבות ואורך החיים שלהן הינו מספר מיליוני שנים בלבד. נראה כי תהליך ההיווצרות של הטבעות קשור בהתפרקות של שביט או אסטרואיד כתוצאה ממעבר קרוב לשבתאי וקריעתו ע"י כוחות הגאות העצומים של כוכב הלכת (ראו: רדיוס רוש). יחד עם זאת, הצורה שבה נוצרו טבעות שבתאי איננה ברורה לחלוטין. 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 (כלומר, אלה הקרובים אליו יותר מהירח מימס).

בתמונה נראות טבעות שבתאי כפי שצולמו על ידי החללית קאסיני. ניתן להבחין 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).

תופעות בטבעות

טבעת שזורה: חלק מטבעת F, כפי שצולמה על ידי החללית וויג'אר 2. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

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

טבעות שזורות

טבעות שזורות (באנגלית: Braided rings) – תופעה הנגרמת כתוצאה מהשפעה כבידתית של ירחים על הטבעות. בתמונה משמאל נראה חלק מטבעת F, כפי שצולמה על ידי החללית וויג'אר 2.

שבילי טבעות

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

כישורי טבעות

סרטון שצולם על ידי החללית וויג'אר 2, בו נראים כישורי טבעות נעים על פני הטבעות ומשנים את צורתם. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

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

גלי צפיפות בטבעות

גלי צפיפות בטבעות (באנגלית: Density waves) – הירחים הפנימיים 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 מעט אליפטיים (עם אקצנטריות של לא יותר מ- 0.001) ויוצרים גלי צפיפות לוליניים (ספירליים). ההסבר לתופעה מצוי ככל הנראה בכוחות אלקטרוסטטיים הפועלים בין החלקיקים בטבעות.

גלי עיקום בטבעות

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

ירחי שבתאי

הירח מימס כפי שצולם ע"י החללית וויאג'ר 1. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
הירח דיון כפי שצולם ע"י החללית וויאג'ר 1. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.
הירח טיטן כפי שצולם ע"י חללית המחקר קאסיני. צילום: מנהלת החלל והתעופה של ארה"ב.

לשבתאי מספר גדול של ירחים, וגם עתה ממשיכים להתגלות מסביבו ירחים קטנים נוספים. נכון לשנת 2007, מוכרים 60 ירחים המקיפים את שבתאי. טכנית, גם החלקיקים המרכיבים את הטבעות יכולים להיקרא "ירחים" וההפרדה בינם לבין ירחים רגילים איננה ברורה, שכן גודלם של חלק מהחלקיקים בטבעות הוא כשל סלעים. הירח הגדול ביותר של שבתאי, טיטן, הינו הירח היחידי במערכת השמש שלו אטמוספרה משמעותית משלו. טיטן הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש (אחרי גנימד, ירחו של צדק) והוא התגלה על ידי כריסטופר הויגנס בשנת 1655. לאחרונה, נחתה על טיטן הגשושית ע"ש הויגנס שצילמה הרים, אגמים, ערוצים ותווי שטח מעניינים נוספים. ירחים אחרים בעלי ייחוד הם: מימס, ובו מכתש עצום שקוטרו כשליש מקוטרו של הירח. ההתרסקות שיצרה את המכתש כמעט וריסקה את הירח לחלוטין; יאפיטוס, שהוא הגוף היחיד במערכת השמש שחלקו צבוע לבן וחלקו צבוע שחור, ככל הנראה כתוצאה מהתנגשות מאוחרת שפיזרה חומר בצבע כהה על-פניו; אנסלדוס, ירח נוסף עשוי קרח שהרי געש של אדי מים נראו מתפרצים מפניו. ככל הנראה, זוהי תוצאה של אוקיינוס תת-קרקעי הנמצא בתוך הירח. אנסלדוס הוא הירח השלישי במערכת השמש, מלבד איו של צדק וטריטון של נפטון, שהרי געש נצפו מתפרצים על-פניו.

בטבלה הבאה מופיעים הירחים הידועים של כוכב הלכת שבתאי, לצד המאפיינים הפיזיקליים והמסלוליים שלהם. רבים מירחי שבתאי הינם אסטרואידים קטנים או גופי קרח שנלכדו בכח הכבידה שלו. "ירחי לכידה" אלו מקיפים את שבתאי בדרך כלל במסלולים אקסצנטריים, בעלי נטיית מסלול גדולה, ולעיתים בכיוון הפוך לזה שבו מסתובב שבתאי סביב צירו (ולכן ניתנים לזיהוי בטבלה בכך שנטיית המסלול שלהם גדולה מ-90 מעלות).

ירחי שבתאי הגדולים (רדיוס>100 ק"מ) בסדר מרחקם משבתאי
שם רדיוס ממוצע (ק"מ) צפיפות (גרם לסמ"ק) בהירות ממוצעת בניגוד חצי ציר ארוך של המסלול (ק"מ) אקסצנטריות נטיית המסלול (מעלות) זמן מחזור (ימים) מגלה ושנת גילוי
מימס

(Mimas)

198.6 1.16 12.8 185,600 0.0206 1.566 0.942 הרשל 1789
אנסלדוס

(Enceladus)

249.4 1.83 11.8 238,100 0.0001 0.010 1.370 הרשל 1789
טטיס

(Tethys)

529.9 0.99 10.2 294,700 0.0001 0.168 1.888 קאסיני 1684
דיון

(Dione)

560.0 1.49 10.4 377,400 0.0002 0.002 2.737 קאסיני 1684
ריאה

(Rhea)

764.0 1.23 9.6 527,100 0.0009 0.327 4.518 קאסיני 1672
טיטן

(Titan)

2575.5 1.88 8.4 1,221,900 0.0288 1.634 15.95 הויגנס 1655
היפריון

(Hyperion)

133.0 1.1 14.4 1,464,100 0.0175 0.568 21.28 בונד ולאסל 1848
יפאטוס

(Iapetus)

730.0 1.11 11 3,560,800 0.0284 7.570 79.33 קאסיני 1671
פובה

(Phoebe)

107.3 1.60 16.4 12,944,300 0.1644 174.751 548.2 פיקרינג 1898

תצפית בשבתאי

Saturn inc.jpg
Saturn rings inc.jpg
Saturn rings inc2009.jpg

כוכב הלכת שבתאי הינו כוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש שהיה ידוע לאנושות בטרם הומצא הטלסקופ. ניתן להבחין בשבתאי 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 כנע על רקע הכוכבים הרחוקים.

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 נראות מספר תמונות של כוכב הלכת שבתאי, כפי שצולמו על ידי טלסקופ החלל על שם האבל, במהלך שנות ה-90 של המאה ה-20. ניתן לראות שבתקופות מסוימות טבעות שבתאי פרושות עבור צופה מכדור הארץ, בעוד שבתקופות 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 (שמאירה את הטבעות) ביחס למישור הטבעות בקו כחול. הגרף מראה את מצב הטבעות בין שנת 2000 לשנת 2030.

הפעם הבאה שבו כדור הארץ והשמש יחצו את מישור הטבעות תתרחש 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

אפימרידים של שבתאי ניתן למצוא ב:

ובמקורות חיצוניים נוספים:

ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית

מחברים


דוד פולישוק, ערן אופק