שבתאי

מתוך אסטרופדיה
גרסה מ־19:20, 7 בפברואר 2009 מאת David (שיחה | תרומות) (דף חדש: כוכב הלכת השישי במרחקו מהשמש. שבתאי או בשמו הלועזי סטורן הינו כוכב לכת גזי והוא השני בגודלו במערכת השמ...)
(הבדל) → הגרסה הקודמת | הגרסה האחרונה (הבדל) | הגרסה הבאה ← (הבדל)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

כוכב הלכת השישי במרחקו מהשמש. שבתאי או בשמו הלועזי סטורן הינו כוכב לכת גזי והוא השני בגודלו במערכת השמש. בלועזית כוכב הלכת קרוי על שם אל החקלאות במיתולוגיה הרומית, האל המקביל במיתולוגיה היוונית היה קרונוס בנם של אורנוס וגאיה ואביו של זאוס (יופיטר). שבתאי הינו שורש המילה Saturday באנגלית (שבת בעברית). כמו כל כוכבי הלכת הגזיים לשבתאי מערכת של טבעות. טבעות שבתאי הינן הססגוניות ביותר, והקלות ביות לצפייה במערכת השמש וקל להבחין בהן אפילו בטלסקופים קטנים.

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.

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.

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).

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.

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 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).


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).


קישורים:

· 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

· חדשות הידען - שבתאי