40 שנה לתצפית שחשפה את מערכת הטבעות של כוכב הלכת אורנוס, והובילה את הדרך לגילוי שמערכות טבעות נפוצות הרבה יותר ממה שחשבו

אורנוס – או בשמו העברי, אורון – כוכב הלכת השביעי מהשמש, התגלה בשנת 1781 בתצפיותיו של האסטרונום הבריטי (ממוצא גרמני) ויליאם הרשל. גם לאחר התגלית המשיך הרשל לעקוב באדיקות אחר כוכב הלכת שגילה, ושמונה שנים לאחר מכן, בפברואר 1789, כתב במחברת התצפיות שלו כי זיהה סביב אורנוס מבנה שעשוי להיות טבעת אדמדמה, "A ring was suspected", כלשונו, ואף הוסיף איור.

ממצאיו של הרשל פורסמו כעבור שמונה שנים בכתב העת של החברה המלכותית הבריטית אך לא זכו להתייחסות רבה, ולמעשה כמעט נשכחו. חלפו כמעט מאתיים שנה בטרם גילו אסטרונומים מחדש את הטבעות של אורנוס, בדיוק היום לפני 40 שנה.

מסתירים ומגלים

הטלסקופ המעופף על שם קויפר (Kuiper Airborne Observatory, או בקיצור KAO) היה מכשיר מדעי פורץ דרך. הטלסקופ התחיל לפעול ב-1974 ועשה תצפיות בתחום התת-אדום. בניגוד לרוב הטלסקופים, הוא הותקן במטוס תובלה אמריקאי שהוסב לשם כך. קויפר סיפק תצפיות מרהיבות על החלל בטיסה בגובה 14 ק"מ, הרחק מעל לעננים ולזיהום האוויר והאור המקשים על פעילותם של טלסקופים קרקעיים, ובעיקר מעל אדי המים באטמוספרה החוסמים את האור התת-אדום.

ב-10 במרץ 1977 חלף כוכב הלכת אורנוס בינינו לבין הכוכב המרוחק SAO 158687. תופעה כזו מכונה באסטרונומיה "הסתרה" (Occultation), משום שגוף אחד – במקרה זה אורנוס – מסתיר גוף אחר. אך ההסתרה הזו עשויה גם לחשוף סודות: שלושה אסטרונומים מאוניברסיטת קורנל שבמדינת ניו-יורק, ג'יימס אליוט (Elliot), אדוארד דנהאם (Dunham) ודגלאס מינק (Mink, ששינה לימים את מינו והפך לג'סיקה מינק), התכוונו לצפות בהסתרה הזו כדי לחקור בעזרתה את האטמוספרה של כוכב הלכת. הם ידעו שכשהכוכב המרוחק נמצא בדיוק מאחורי אורנוס מנקודת המבט שלנו, אורו של הכוכב עובר דרך האטמוספרה של אורנוס, ומאפשר למדוד פרמטרים שונים שלה.

שלושת האסטרונומים הזמינו צילומים של המעבר מ-KAO, וכשהתיישבו לנתח אותם שמו לב לתופעה מעניינת: הכוכב המרוחק "נעלם" מהתמונות לזמן קצר עוד לפני שאורנוס הסתיר אותו. ליתר דיוק, הוא נעלם והופיע חמש פעמים לפני ההסתרה, ואז נעלם והופיע עוד חמש פעמים אחריה. אליוט נהג לספר כי לקח הביתה את התדפיס של פלט המדידות כדי להיטיב להבין את התוצאות, ומכיוון שהדף היה ארוך הוא קיפל אותו לשניים, כשאורנוס במרכז הקיפול. כשפתח את הדף, הבין לפתע שתבנית ההסתרה סימטרית משני צדיו של אורנוס. הוא ועמיתיו הבינו שההסתרות הסימטריות נגרמות על ידי מערכת של טבעות סביב אורנוס, כמו אלה שסביב כוכב הלכת שבתאי. הממצאים פורסמו במאמר חשוב בכתב העת Nature.

מערכת מורכבת

תצפיות של הסתרות דומות נוספות בשנים הבאות חשפו עוד ארבע טבעות דקות יותר, והעלו את מספרן הכולל לתשע. קיומן של הטבעות אומת רק ב-1986, כשהחללית Voyager 2 – היחידה שהתקרבה אליו עד כה – חלפה במרחק של כ-80 אלף קילומטרים ממנו, צילמה את הטבעות וגם גילתה עשרה ירחים. ניתוח הצילומים גילה עוד שתי טבעות שלא זוהו קודם, והגדיל את מספרן הכולל ל-11. שתי טבעות נוספות זוהו בתצפיות של טלסקופ החלל האבל בעשור שעבר.

הטבעות של אורנוס קטנות הרבה יותר מאלה של שבתאי. קוטרן נע בין כ-30 אלף קילומטרים לכ-200 אלף, ורוחבה של כל טבעת הוא בין קילומטרים אחדים לכמה אלפי קילומטרים. בשונה מהטבעות הבוהקות של שבתאי, העשויות קרח ואבק, אלה של אורנוס כהות הרבה יותר והחוקרים עדיין אינם יודעים מה הרכבן. חוקרים משערים שגם הטבעות של אורנוס מכילות קרח ואבק, ואולי גם חומרים אורגניים, כלומר תרכובות של פחמן שמקורן כנראה בירחים של כוכב הלכת והן אלה שמקנות לטבעות את הגוון הכהה.

עם השנים התברר כי טבעות כאלה סביב כוכבי לכת נפוצות הרבה יותר ממה שסברו האסטרונומים בעבר. ב-1979 העלו צילומים ששלחה החללית Voyager-1 שגם לכוכב הלכת צדק יש טבעות, אם כי קטנות וחיוורות בהרבה. כמה שנים לאחר מכן הראו תצפיות בטלסקופ קרקעי מערכת של טבעות פשוטות גם סביב כוכב הלכת נפטון. בשנים האחרונות מתרבות העדויות שמערכות של טבעות יכולות ללוות גם גופים קטנים יותר, כמו ירחים של כוכבי לכת, ואפילו אסטרואידים. אולם, מערכת הטבעות של אורנוס היא הגדולה והמורכבת ביותר שאנו מכירים עד כה, חוץ מהמערכת של שבתאי.

ראה או לא ראה?

אז למי מגיעה זכות הראשונים על גילוי הטבעות של אורנוס? הרשל עצמו לא הצליח לצפות שוב בטבעת שראה, וזאת אחת הסיבות שממצאיו לא עוררו תהודה רבה. אסטרונומים שבדקו את העניין עם השנים, גם לאחר הגילוי – או הגילוי מחדש – של הטבעות ב-1977, היו משוכנעים שהרשל לא היה יכול להבחין בהן בטלסקופ שעמד לרשותו, והתצפית שלו הייתה ארטיפקט, כלומר תצפית שווא שנובעת מליקוי בטלסקופ או מתופעה חיצונית. גם העובדה שאף אסטרונום אחר לא הצליח להבחין בטבעות במשך כמעט 200 שנה, הטילה צל כבד על אמינות התצפית של הרשל.

האסטרונום הבריטי סטיוארט איבס (Eves), שבחן את הנושא במאמר שפרסם לפני עשור, משוכנע כי הרשל כן הבחין בטבעות והוא מספק הסבר מעניין מדוע איש לא ראה אותן שוב במשך תקופה כה ארוכה. איבס מתבסס על העובדה שמחקרים מראים כי הטבעות של שבתאי מתפזרות בהדרגה, ולכן נהיות עמומות יותר. ייתכן, הוא טוען, שגם הטבעות של אורנוס היו ברורות יותר לפני 200 שנה, בעת שהרשל צפה בהן בצירוף נסיבות שאיפשר לו לראותן. הירידה בבהירותן מאז הקשתה על ממשיכיו לשחזר את התצפית.

גם אם הרשל אכן הצליח בהבלחה חד פעמית לראות את הטבעות, אין חולק על כך שהתצפית של האסטרונומים מקורנל לפני 40 שנה סיפקה את ההצצה הראשונה של המדע המודרני למערכות טבעות נוסף על אלה של שבתאי, ופתחה את הדלת לעולם מרתק ומורכב הרבה יותר ממה שאפשר היה לצפות.