ביקור ראשון בכוכב הלכת הננסי פלוטו

פרופ' חגי פרץ

פרופ' חגי פרץ

חללית ניו הורייזונס חלפה על פני פלוטו, ותשגר לכדור הארץ מידע יקר ערך. חברי קבוצת המחקר של פרופ' חגי פרץ מהטכניון, החוקרים את פלוטו ואת ירחיו, מעריכים שמידע זה יתרום רבות לידיעותינו על אותו אזור רחוק במערכת השמש. החללית, המכילה ציוד מדעי וכן את אפרו של האיש שגילה את פלוטו, תמשיך לעבר הירח הראשי של פלוטו ומשם אל שולי מערכת השמש.

בתוך שעות ספורות – ליתר דיוק, דקה לפני 15:00 – תחלוף החללית ניו הורייזונס (New Horizons) בנקודה הקרובה ביותר לכוכב הלכת הננסי פלוטו.

זמן קצר לאחר מכן היא תחלוף על פני כארון – הירח הראשי של פלוטו – ומשם תמשיך הלאה לעבר שולֵי מערכת השמש.

ה"ביקור" ההיסטורי הצפוי היום יתרחש 50 שנה בדיוק לאחר שהתמונות הראשונות מפני השטח של מאדים הגיעו לכדור הארץ. ב-14 ביולי 1965 גילתה האנושות לראשונה כיצד נראים פני השטח של כוכב לכת שאינו כדור הארץ. מאז נחקרו שאר כוכבי הלכת, מלבד פלוטו.
60,000 קמ"ש. לכן – כדי לחקור את פלוטו – שוגרה ניו הורייזונס לפני כתשע שנים. החללית, שמשקלה כ-500 ק"ג, נסקה לחלל במהירות שיא הקרובה ל-60,000 קמ"ש. כדי לחסוך אנרגיה היא "הורדמה" לאחר מכן למשך כמה שנים, ורק בדצמבר האחרון "הקיצה" כדי שתוכל לשדר את המידע מסביבת פלוטו. שידורים אלה החלו לפני כמה חודשים, והביאו לכדור הארץ מידע רב ותמונות מופלאות.

ממאדים לפלוטו. במשך עשרות שנים נחשב פלוטו, שהתגלה ב-1930, לאחד מכוכבי הלכת הראשיים במערכת השמש. מאז זכו כל כוכבי הלכת האחרים ל"ביקורים" של חלליות שצילמו אותם, ולכן סגירת המעגל היום היא רגע היסטורי. רבים ברחבי העולם יעצרו היום את נשימתם – גם כאלה שנולדו הרבה אחרי ה"ביקור" במאדים ב-14 ביולי 1965. שניים מהם הם פרופ' חגי פרץ והדוקטורנט ארז מיכאלי, חוקרים בפקולטה לפיזיקה בטכניון, שרק לפני שבועיים השלימו מאמר העוסק ב"ירחים פוטנציאליים" העשויים להתגלות סביב פלוטו.

"פלוטו התגלה ב-1930," מסביר מיכאלי, "ורק ב-1978 התגלה הירח הראשי שלו, כארון. בעשור האחרון, הודות לטלסקופ החלל האבל, התגלו ארבעה ירחים נוספים החגים סביב פלוטו באותו מישור. מאז נשאלת השאלה: האם יש לפלוטו עוד ירחים?"

ירחים פוטנציאליים. במאמר החדש מציגים מיכאלי ופרופ' פרץ, את מיקומיהם האפשריים של ירחים פוטנציאליים נוספים. "אנחנו לא מתיימרים לומר אם יש ירחים כאלה, אלא רק 'ממפים' את האזורים שבהם הם עשויים להימצא," מסביר מיכאלי. "המיפוי שלנו מבוסס על המידע הנתון ועל מערכת של משוואות, ואנו מנבאים שאם יימצאו ירחים כאלה, הם יהיו בתחום שאנחנו 'מרשים' במאמר הזה."

ואם טעיתם? "כאסטרופיזיקאי אני מאוד רוצה שיתגלו דברים חדשים, ולכן אשמח מאוד אם יימצאו ירחים גם באותם מקומות. המשמעות תהיה כמובן שיש משהו שלא לקחנו בחשבון, אבל במידה מסוימת זה יהיה אפילו יותר מעניין. זה הרי אחד הדברים היפים ביותר במדע – הפתעות מגלות לנו יותר מאשר הצלחת הניבויים שלנו."

כוכב נולד. "גילוי של ירחים נוספים עשוי לעזור לנו להבין טוב יותר כיצד נוצר פלוטו," אומר מיכאלי. "הסברה המקובלת כיום בקהיליית האסטרופיזיקה היא שפלוטו נוצר כתוצאה מהתנגשות שמימית מקרית של שני עצמים, שחלק מרסיסיה (Debris) הפכו לירחיו, אבל ההדמיות מראות כי מהירות ההתנגשות הייתה איטית באופן חריג."

"התנגשות של גוף שמימי עם ירח שלו מתרחשת במהירות איטית יחסית," אומר פרופ' פרץ, "וכעת אנחנו עובדים על מודל חדש שבו פגע בפלוטו ירח מרוחק שלו. התנגשות כזאת עשויה להסביר את מה שאנו רואים היום. לפי המודל הזה, הירחים הנוכחיים של פלוטו נוצרו מהתנגשות שלו באחד מירחיו הקדומים."

המבנה הפנימי. ד"ר אורי מלמוד, פוסט-דוקטורנט של פרופ' פרץ, מתמקד במחקרו בהתפתחותם של גופים במערכת השמש ובמבנה הפנימי שלהם. "מאחר שאין לנו נתונים ישירים מתוך גופים פלנטריים כאלו, אנחנו נאלצים להסיק את המבנה הפנימי מתוך תצפיות שונות ומדידה של צפיפות, שדה גרביטציוני, שדה מגנטי, הרכב פני השטח ותצורות גאולוגיות שונות העשויות להעיד על התהליכים המתרחשים בפנים. במקרה של פלוטו וכארון, הצפיפות היתה ידועה כבר קודם, מה שנותן אינדיקציה ראשונית לא רעה לגבי ההרכב הפנימי האפשרי, אולם כעת נוכל לשפר מדידות קיימות ולהשיג מידע מפורט לגבי ההרכב של פני השטח ולגבי תצורות גיאולוגיות. במחקר שלנו אנו מתבססים על הנחות הנוגעות לתנאים ששררו בעת היווצרותם של הגופים האלה, ומריצים סימולציות-מחשב מתקדמות המדמות את ההתפתחות של פלוטו במשך 4.5 מיליארד שנה."

הצצה לעבר. "אפשר כמובן לשאול למה בכלל לחקור גוש סלע שנמצא בקצה מערכת השמש," אומר פרופ' פרץ, "אבל מבחינה מדעית יש כאן מוטיבציה עצומה. פלוטו ועצמים דומים לו נותנים לנו הזדמנות מיוחדת לחקור את אבני הבניין הראשונות של מערכת השמש, שחלקם נשתמרו כמעט ללא שינוי. פלוטו מעניק לנו מבט לחבלי הלידה של מערכת השמש ולמקורו של כדור הארץ, וכעת אנחנו מקבלים את זה בשידור חי."

במאמר שפרסם יחד עם פרופ' דינה פריאלניק מאוניברסיטת ת"א בכתב העת "איקרוס" (Icarus) מניח ד"ר מלמוד כי כארון וגופים נוספים בחגורת קויפר "נולדו" מתוך הרכב הומוגני של סלעים וקרח, והתפתחו בשלב מאוחר יותר כתוצאה מהתחממות שהובילה לזרימה של מים וגז דרך תווך נקבובי האופייני לגופים קטנים במערכת השמש. "לפלנטות ננסיות כאלה יש מבנה קבוע למדי – מעטפת קרח המכסה גלעין סלעי – אולם רמת הנקבוביות שלהם משתנה. במאמר שלנו הראינו כי שוני זה נובע מן המסות השונות שלהן." במחקר המשך שעורכים ד"ר מלמוד ופרופ' פרץ הם מנסים להרחיב את המחקר הקודם, כך שאפשר יהיה לבצע סימולציות של גופים גדולים יותר כדוגמת פלוטו, בין השאר לאור המידע החדש שיתקבל מניו הורייזנס.   

פלוטו ומשימת "ניו הורייזונס"

ניו הורייזונס שוגרה מכדור הארץ ב-19 בינואר 2006 – אז עוד נחשב פלוטו לאחד מתשעת כוכבי הלכת של מערכת השמש – ומאז גמאה כמעט 5 מיליארד קילומטרים. במהלך מסעה התרחקה החללית מהשמש מרחק כה רב, שאין בכוחה לייצר חשמל מקרני השמש. לפיכך הותקן בה כור גרעיני קטן, מבוסס פלוטוניום.

ניו הורייזונס תוכננה, נבנתה ושוגרה במטרה "להבין את העולמות שבקצה מערכת השמש באמצעות סיור ראשון במערכת של פלוטו ובחגורת קויפר, המהווה שריד מהיווצרות מערכת השמש." בנוסף לציוד המדעי נושאת החללית כמה חפצים ובהם מטבע של מדינת פלורידה; מיכל ובו אפרו של קלייד טומבו, שגילה את פלוטו בשנת 1930; בול של פלוטו משנת 1991; וכמובן דגל ארה"ב.

פלוטו נחשב לאחד מתשעת כוכבי הלכת במערכת השמש עד 2006 – השנה שבה הודח ממעמדו על ידי איגוד האסטרונומיה הבינלאומי (IAU) והוגדר "רק" ככוכב לכת ננסי. להחלטה, שהתקבלה חרף מחאותיהם של אסטרונומים רבים, ניתנו כמה נימוקים: גודלו של פלוטו (הוא קטן מגופים רבים במערכת השמש, שהתגלו בשנים האחרונות ואינם מוגדרים ככוכבי לכת); העובדה החריגה שפלוטו וירחו הראשי כארון אינם שונים מאוד בגודלם; פלוטו, בניגוד לכוכבי לכת "אמיתיים", אינו מנקה את הסביבה שלו מחלקיקים ומעצמים גדולים יותר; ולבסוף – מסלולו של פלוטו חריג מזה של הפלנטות המוכרות שלנו, הנעות כולן סביב השמש על מישור המִלְקֶה (Ecliptic). מישור התנועה של פלוטו סביב  השמש נמצא בסטייה של כ-17 מעלות ממישור המילקה, וסיבובו סביב עצמו מתרחש ב-119 מעלות ממישור זה, כך שכיוון סיבובו העצמי הפוך לכיוון מסלולו סביב השמש.

פלוטו התגלה על ידי טומבו ב-1930, ושמו ניתן לו בתחרות פומבית – את השם הזוכה הציעה ילדה בת 11. בשל ריחוקו  מהשמש – כ-6 מיליארד  קילומטר בממוצע – שוררת על פניו טמפרטורה נמוכה מאוד: בסביבות 220  מעלות צלזיוס מתחת לאפס. בגלל המסלול הארוך כל כך אורכת "שנת פלוטו" 248 שנים שלנו. מסלולו של פלוטו אליפטי מאוד, בשונה מרוב כוכבי הלכת, ועובדה זו מחוללת תופעות מוזרות: כשהוא רחוק מהשמש הוא קפוא לחלוטין וחסר אטמוספירה, וכשהוא מתקרב הוא מתחמם וחומרים מתאדים מפני השטח ויוצרים את האטמוספירה, וחוזר חלילה.