שעון שבתאי

מה אורך היממה על כוכב-הלכת שבתאי? באופן מפתיע, שאלה זו נותרה עד כה ללא מענה מדויק. המדידות השונות, לרבות אלה שביצעה החללית "קאסיני" ששיגרה נאס"א, והיא מרחפת סביב שבתאי, לא הצליחו להגיע לתוצאה מוסכמת, כך שההערכות השונות נבדלו אלה מאלה בכ-15 דקות שלמות. "טווח זה", אומר ד"ר יוחאי כספי מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, "מהווה פער גדול יחסית לכוכב-לכת שבו משך היממה – כלומר, משך הזמן שבו הוא משלים סיבוב – מוערך בכעשר שעות וחצי". ממצאיהם של ד"ר כספי ושותפיו למחקר – חבר קבוצתו ד"ר אלי גלנטי וד"ר רוית חלד מאוניברסיטת תל-אביב – המבוססים על שיטה חדשנית שפיתחו, התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature. בין השאר עשויה שיטה זו לסייע למדענים להבין טוב יותר את התהליכים הפיסיקליים המניעים את שבתאי וכוכבי-לכת אחרים מסוגו.

הקושי לקבוע בצורה מדויקת את משך השלמת הסיבוב בשבתאי נעוץ בכך, ששתיים משיטות המדידה הנפוצות ביותר בכוכבי-לכת אינן רלבנטיות עבורו. הדבר נובע מכך ששבתאי עשוי ברובו מגז, וזרמי רוחות אשר נעים על שטח הפנים שלו במהירויות שונות מסווים את סיבוב הליבה של הכוכב, ואינם מאפשרים מעקב חזותי אחר קצב הסיבוב. שיטה נוספת, בה משתמשים בכוכבי-לכת כמו כדור-הארץ, כרוכה במדידת אופן הסיבוב של הקטבים המגנטיים סביב הקוטב האמיתי. שיטה זו ננקטה במדידות שביצעה החללית "קאסיני" של נאס"א בשבתאי, אולם היות שקטביו המגנטיים של כוכב-הלכת מקבילים זה לזה, קשה למדוד את קצב הסיבוב המדויק.

היות ששתי השיטות הללו אינן מתאימות, מצאו ד"ר כספי ושותפיו למחקר דרך לחשב את משך הסיבוב של כוכב-הלכת, בהתבסס על שימוש במדידות של שדה הכבידה שלו. "שיטה זו", אומר ד"ר כספי, "'מחשבת לאחור' את התשובה באמצעות מודל מתמטי, ובהסתמך על הנתונים של שדה הכבידה ועל צורתו של כוכב-הלכת. כאשר גוף גדול כמו כוכב-לכת מסתובב, צורתו נעשית מעט יותר פחוסה, ונוצרת בו מעין 'בטן'. ככל שהכוכב מסתובב מהר יותר, כך גדלה ה'בטן', והחלוקה מחדש של מאסת כוכב-הלכת יוצרת עיוות בשדה הכבידה של כוכב-הלכת". היות ששדה הכבידה של שבתאי כבר נמדד וחוּשב כהלכה, שימשו נתונים אלה את המדענים בבואם לחשב במדויק את הסיבוב שיצר אותם מלכתחילה.

"הקושי", אומר ד"ר גלנטי, "נבע מהמתמטיקה. המשוואות המקוריות מכילות יותר מדי משתנים מכדי שאפשר יהיה לחשב את התוצאות באופן ישיר". לכן פיתחה הקבוצה שיטה סטטיסטית, שהקטינה את אי-הוודאות שבחישובים. בהמשך הם בדקו את השיטה באמצעות שימוש בנתוני שדה הכבידה של צדק – כוכב-לכת גזי שמשך סיבובו כבר ידוע. כאשר שיטת שדה הכבידה הניבה מספר שתאם בדיוק את משך היממה הידוע על צדק, יישמה קבוצת המחקר את השיטה על שבתאי.

החישוב הניב תוצאה שאיפשרה למדענים לקבוע, כי משך היממה על שבתאי הוא עשר שעות ו-32 דקות. אם כן, כעת עומדת אי-הוודאות על דקה וחצי בלבד. "פרט לשימוש בה בחישוב משך היממה על שבתאי", אומר ד"ר כספי, "שיטה זו משמשת ככלי נוסף שיסייע במציאת משך הסיבוב של כוכבי-לכת אחרים, רחוקים יותר".

קבוצת המחקר של ד"ר כספי עוסקת בחקר הדינמיקה האטמוספרית; כלומר, הפיסיקה של זרימת האטמוספרה. הקבוצה מעורבת בפרויקטים הקשורים במספר משימות חלל לגבי כוכבי-הלכת צדק ושבתאי, בשיתוף עם נאס"א ועם סוכנות החלל האירופית, וגם חוקרת את האטמוספרה של כדור-הארץ עצמו. ד"ר כספי וחברי קבוצתו שואפים לענות על שאלות במדע בסיסי ביחס לתהליכים האטמוספריים הקשורים לטורבולנציה, תנועת גלים וזרמי הסילון, התחממות כדור-הארץ, ועוד. חברי קבוצת המחקר הם: ד״ר אלי גלנטי, ד״ר מורגן אוניל, ד״ר מרציה פריסי, הילה אפרגן-גרסטמן, יאני יובל, רעי צ׳מקה, טליה תמרין, ויונתן רון.