מדידות חדשות של מעבר חומר מהטבעות של שבתאי לכוכב הלכת עצמו מעלות שהטבעות צפויות להיעלם לגמרי בעוד פחות מ-100 מיליון שנים

הטבעות המקיפות את כוכב הלכת שבתאי הן אחד הסמלים המובהקים ביותר של מערכת השמש, אך מחקר חדש בהובלת מדענים מסוכנות החלל האמריקאית (נאס"א) מגלה כי הטבעות הולכות ונעלמות בקצב מואץ, והן עלולות להיעלם כליל תוך 100 מיליון שנים - זמן קצר במונחים קוסמיים.

את כוכב הלכת שבתאי מקיפות שמונה טבעות עיקריות, במרחקים שבין כ-70 אלף קילומטרים ממנו ועד כ-170 אלף קילומטרים. רוחב הטבעות יכול להגיע לאלפי קילומטרים, אבל עוביין כ-20 מטרים בלבד, לעיתים אף פחות מכך, והן מורכבות בעיקר מגבישי קרח בגדלים שונים - חלקם מיקרוסקופיים ואחרים יכולים להגיע לכמה מטרים. חלק מהגבישים מכילים אבק או מולקולות אורגניות פשוטות, והם שמקנים לטבעות את הגוון האופייני שלהן. כוכב הלכת עצמו, כמו רוב מערכת השמש, נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים. כיום ההשערה המקובלת היא שהטבעות הופיעו רק בשלב מאוחר הרבה יותר, ובאחד המחקרים האחרונים קבעו החוקרים כי הן נוצרו לפני 100 מיליון שנים בלבד, ככל הנראה משברים שנשארו לאחר התנגשויות בין ירחים של שבתאי. ההתנגשויות האלו יצרו גם את הירחים הקרובים אליו כיום.

רוחב של 70 אלף קילומטר, עובי של כ-20 מטר בלבד - הטבעות של שבתאי בצילום של החללית קסיני | מקור: נאס"א
רוחב של 70 אלף קילומטר, עובי של כ-20 מטר בלבד - הטבעות של שבתאי בצילום של החללית קסיני | מקור: נאס"א

בין החלליות הראשונות שהתקרבו לכוכב הלכת שבתאי היו חלליות וויאג'ר 1 ו-2, שחלפו סמוך אליו בתחילת שנות ה-80. צילומים שהעבירו החלליות האלה העלו תופעה מעניינת: אזורים כהים יותר הנראים כמו פסים באטמוספרה של שבתאי, בשני חצאי הכדור, הצפוני והדרומי. מדען של נאס"א, ג'ק קונרני (Connerney), חישב כי הפסים האלה מתאימים לשדה המגנטי העצום של כוכב הלכת, וגם הציע הסבר: חלקיקי קרח בעלי מטען חשמלי נעים אל שבתאי לאורך השדה המגנטי. הריכוז הגבוה של מולקולות המים באטמוספרה הגבוהה שנוצר בעקבות זאת מפחית את החזר האור ממנה באזורים האלה, ולכן הם נראים כפסים כהים יותר.

מה שמחזיק את גבישי הקרח בטבעות הוא מאזן הכוחות: מצד אחד הכבידה של שבתאי המושכת אותם אליו ומצד שני המהירות הזוויתית שלהם, שאלמלא הכבידה הייתה מעיפה אותם לחלל. המאזן הזה מופר לעתים כשגבישים זעירים נטענים במטען חשמלי, בעקבות חשיפה לקרינה או פגיעת מטאוריטים זעירים. החלקיקים הטעונים מושפעים מהשדה המגנטי, והוא מאפשר לכבידה למשוך אותם לעבר כוכב הלכת. כשהם נכנסים לחלק העליון של האטמוספרה המים הקפואים מתאדים ומגיבים עם גזים אחרים. אחת התוצאות היא עלייה בריכוז של היון +H3, המורכב משלושה אטומי מימן שחסר להם יחד אלקטרון אחד. קרינת השמש גורמת ליונים האלה לפלוט קרינה תת-אדומה, כך שעוצמת הקרינה מעידה על ריכוז +H3 באזור מסוים של האטמוספרה.

קודם הטבעות הפנימיות ייעלמו, אחר-כך החיצוניות. הדמיה של היעלמות הטבעות של שבתאי | מקור: נאס"א
קודם הטבעות הפנימיות ייעלמו, אחר-כך החיצוניות. הדמיה של היעלמות הטבעות של שבתאי | מקור: נאס"א

נסחפות בגשם

במחקר החדש, ג'יימס אודונוהיו (O'Donoghue) מנאס"א ועמיתיו השתמשו במדידות של טלסקופ קֶק (Keck) הענקי בהוואי כדי לעקוב אחר שינויים בעוצמת הקרינה הזו. כך הם יכולים להעריך את שיעור חדירת המים לאטמוספרה של שבתאי מהתופעה המכונה "גשם טבעות" - כלומר משיכה של גבישי קרח מהטבעות אל כוכב הלכת. הם זיהו כי התופעה אכן מתרחשת לאורך קווי השדה המגנטי של שבתאי, וגילו כי היקפה הוא בקצה העליון של הטווח שחישב קונרני לפני יותר מ-30 שנה. על פי הנתונים שלהם, בכל שניה מאבדות הטבעות של שבתאי בין 432 ל-2870 קילוגרמים של מים, הזורמים לאטמוספרה שלו. "אפשר למלא בריכה אולימפית כל חצי שעה בכמות המים הזו", אמר אודונוהיו. "בקצב הזה כל מערכת הטבעות תיעלם תוך פחות מ-300 מיליון שנה, אבל אם מוסיפים לכך את המדידות של החללית קסיני, אז נשארו לטבעות פחות מ-100 מיליון שנים".

החללית קסיני חקרה את שבתאי, הטבעות והירחים שלו במשך כ-13 שנים, עד שסיימה את משימתה בהתרסקות מכוונת לתוכו בשנה שעברה. לפני כמה חודשים פורסמו ממצאים חדשים מסיכום הנתונים שהעבירה החללית, ומהם עלה בין השאר כי בנוסף ל"גשם הטבעות", כוכב הלכת גם סופח חומר מהטבעות במנגנון אחר, בקצב של כ-10,000 קילוגרמים לשניה.

עוד ממצא של צוות המחקר הנוכחי היה פס המעיד על מעבר מים באזור המפגש בין השדה המגנטי של שבתאי למסלול של הירח אנקלדוס. מעריכים כי מתחת לשכבת הקרח החיצוני של אנקלדוס יש אוקיינוס של מים נוזלים. חלק מהם נפלט לחלל מגייזרים פעילים על פניו, ונראה כי גם המים האלה מגיעים לאטמוספרה של שבתאי עצמו במנגנון דומה לגשם הטבעות.

אחד האתגרים של החוקרים כעת הוא לבחון את השינויים בקצב של גשם הטבעות במהלך עונות השנה של שבתאי. כוכב הלכת משלים הקפה אחת סביב השמש בכ-29 שנות ארץ, כך שדרוש מעקב ממושך למדי כדי למדוד את השינויים העונתיים בכמות הגשם ובפיזורו. לפי הממצאים הנוכחיים רוב המים מגיעים לחצי הכדור הדרומי, אבל ייתכן שזו תמונת מצב זמנית.

"יש לנו מזל שאנו זוכים לראות בתקופתנו את מערכת הטבעות של שבתאי, שנמצאת כנראה בערך במחצית חייה כיום", מסכם אודונוהיו. "עם זאת, אם הטבעות הן תופעה זמנית, ייתכן שפספסנו מערכות טבעות מרשימות של כוכבי הלכת צדק, אורנוס ונפטון, שכיום יש להם רק טבעות דקיקות".

סרטון של נאס"א על היעלמותן המואצת של טבעות שבתאי (אנגלית):