טיטאן : כה שונה ועם זאת דמיון מפתיע

החללית הויגנס איפשרה למין האנושי לראות, כמעט "לנגוע ולהריח" עולם דומה במקצת לכדור הארץ, ובכל זאת שונה מאוד

יום שישי, 14 בינואר 2005 היה יום טוב לחקר החלל. החללית הויגנס של סוכנות החלל האירופית (ESA) ביצעה את הנחיתה ההיסטורית הראשונה על טיטאן, הירח של שבתאי, עולם שנמצא במרחק של 1.2 מיליארד קילומטרים מכדור הארץ. הויגנס טיילה לטיטאן כטרמפיסטית על החללית קאסיני. החל מגובה של 150 קילומטרים היא הפעילה שישה מכשירים מרובי תפקידים שהקליטו נתונים במהלך הירידה האיטית יחסית, ועל פני השטח. ההערכות המדעיות הראשונות המבוססות על מכשירי הויגנס הוצגו במסיבת עיתונאים במטה ESA בפריס שבוע לאחר מכן, ב-21 בינואר, ולטובת אלה שלא נסעו לשם, הן גם מוצגות באתר הסוכנות.

אבל כדאי לחזור שבוע אחד אחורנית, אל התמונות הראשונות שהגיעו, והוצגו כפי שהן, לא מעובדות. אולי ההבטחה הגדולה ביותר של המבצע התגלמה בתמונות הראשונות הללו, וגם ההפתעה הגדולה: למרות שמדובר בעולם שהטמפרטורה על פניו אינה עולה לעולם על מינוס 170 מעלות צלזיוס יש בו ערוצי נהרות ואגנים שעשויים להיות ימים. היו הערכות שונות לגבי זהותו של החומר הנוזל הזורם בנהרות ונשפך לימים, ולאחר שבוע ניתנה התשובה: מתאן נוזלי (CH₄).

"יש לנו כעת מפתח להבנת התהליכים המעצבים את הנוף של טיטאן", אמר ד"ר מארטין טומאסקו (Tomasko), החוקר הראשי של מכשיר ה-(Descent Imager-Spectral Radiometer (DISR, שהוסיף: "עדויות גיאולוגיות לקיום מערכת משקעים, סחף וארוזיה, שחיקה מכאנית ושאר הפעילויות הכרוכות בזרימה, וזה אומר שהתהליכים הפיזיקליים המעצבים את טיטאן דומים מאוד לאלה המעצבים את כדור הארץ."

התמונות המרהיבות שצולמו באמצעות ה-DISR חושפות כי לטיטאן יש מטאורולוגיה וגיאולוגיה שמזכירות במידת מה את אלו של כדור הארץ. בתמונות נראו מערכות מורכבות של ערוצי ניקוז צרים המקשרים בין האזורים הגבוהים הבהירים לאזורים הכהים והשטוחים יותר. ערוצים אלה מתמזגים למערכות נהרות המובילות לאגני אגמים שבהם גם בולטים "איים" ו"שרטונים" המזכירים באופן מדהים את אלה של כדור הארץ.

נתונים שסופקו בחלקם בידי כרומטוגרף הגזים וספקטרומטר המאסות (GCMS) וחבילת המכשירים המדעיים של פני השטח (Surface Science Package (SSP תומכים במסקנות של טומאסקו. הנתונים מהויגנס סיפקו עדות חזקה לזרימת נוזלים על טיטאן, ואולם הנוזל שבו מדובר הוא מתאן, תרכובת אורגנית פשוטה המתקיימת כנוזל או כגז בטמפרטורות של טיטאן.

הנהרות על טיטאן שנצפו מהחללית נראים יבשים כרגע, אך "גשם" ירד כנראה לא מכבר.

נתוני ההאטה והחדירה לקרקע של ה-SSP העידו על כך שהחומר מתחת לקרום של פני השטח הוא בעל התנגדות של חול רופף, ככל הנראה כתוצאה מכך שגשם מתאן זורם באזור הזה במשך עידנים או שנוזל מבעבע מלמטה לעבר פני השטח.

החום שנוצר על ידי הויגנס חימם את הקרקע שמתחת לחללית ושני המכשירים - GCMS ו-SSP גילו התפרצויות של גז מתאן שרתח החוצה מפני השטח. עובדה זו המחישה עד כמה מרכזי תפקידו של המתאן בגיאולוגיה ובמטאורולוגיה בטיטאן - יצירת עננים ומשקעים השוחקים את פני השטח.

כמו כן, תמונות פני השטח שצולמו בעזרת ה-DISR מראות מעין "חלוקים" בקרקעיות הנהרות החרבים. צילומי צבע של הנהרות הללו הראו כי דופנותיהם עשויים מקרח מים ולא מסלעי צורן. בכל אופן, בתנאים של טיטאן, הם מוצקים כסלעים.

נראה כי האדמה של טיטאן כוללת לפחות בחלקה מרבצים של החומר האורגני המקיף אותו כאובך בגובה רב. חומר כהה זה התיישב באטמוספירה הגבוהה. כאשר הוא נשטף אל האזורים הגבוהים באמצעות גשם המתאן, הוא מתרכז בתחתית ערוצי הניקוז וקרקעיות הנהרות והוא תורם לקיומם של האזורים הכהים בדימותי ה-DISR. קיומו של ארגון 40 באטמוספירה מצביע על כי טיטאן חווה פעילויות וולקניות שלא ייצרו לאבה כמו על כדור הארץ אלא קרח-מים ואמוניה.

לפיכך, הגם שבטיטאן מתקיימים תהליכים המוכרים לנו (פחות או יותר) מכדור הארץ, הכימיה המעורבת בהם שונה לחלוטין. במקום מים נוזלים, לטיטאן יש מתאן נוזלי. במקום סלעי צורן (סיליקטים), לטיטאן יש קרח-מים קפוא. במקום האבק והלכלוך, נושרים חלקיקי פחמימנים מהאטמסופירה, ובמקום לאבה, הרי הגעש של טיטאן יורקים קרח קר.

טיטאן הוא עולם בלתי רגיל, שמתקיימים בו תהליכים גיאופיזיים דומים למדי לאלה שבכדור הארץ, כאשר חומרים אקזוטיים פועלים בהם בתנאים זרים לחלוטין.

"אנחנו מתרגשים מאוד מהתוצאות הללו. המדענים עבדו באופן בלתי נלאה במשך כל השבוע משום שהנתונים שהגיעו מהויגנס היו כל כך מרטיטים. זוהי רק ההתחלה. נתונים אלה יחיו במשך שנים רבות ובעטיים יהיו המדענים מאוד מאוד עסוקים," אמר ז'אן פייר לברטון (Lebreton), מנהל פרויקט הויגנס בסוכנות החלל האירופית.

מסע ארוך

אבל התוצאות המדעיות המרהיבות הן רק הקצפת של המבצע, שהוא אחד ממבצעי החלל המסובכים ביותר שידענו עד כה, מבצע שהסיכון לכישלונו היה לא קטן מהסיכוי להצלחתו, שגם היא לא היתה, כפי שנראה בהמשך, מלאה במאה אחוזים.

ב-15 באוקטובר 1997 שוגרה החללית קאסיני, כשבקרבה הויגנס, לעבר הפלנטה נוגה, הקרובה לשמש יותר מאשר כדור הארץ. החללית התקרבה אל נוגה ועברה בסמוך אליה. עקב מהירותה של החללית היא לא נכנסה למסלול סביב נוגה, אלא רק הוסטה ממסלולה על ידי הכבידה של נוגה ומהירותה גדלה (וראו: יורם אורעד - "כוכב הטבעות מחכה לקאסיני", גליליאו 67).

בכבידה של נוגה נעשה שימוש פעמיים: ב-26 באפריל 1998 וב-24 בינואר 1999. לאחר מכן, ב-18 באוגוסט 1999, עברה קאסיני ליד כדור הארץ והסתייעה בכבידתו להאצת מהירותה. הבא בתור (והאחרון) להאיץ את החללית היה כוכב הלכת הענק צדק, המאסיבי שבין כוכבי הלכת של מערכת השמש. הדבר התרחש ב-30 בדצמבר 2000. בסוף חודש יוני 2004 הגיעה קאסיני לשבתאי, מנועיה הופעלו והיא האטה ונשבתה בכוח המשיכה של הענק השני בגודלו במערכת השמש. במשך חצי שנה המשיכו שתי החלליות להיות צמודות; במהלך המסע בן שבע השנים, הויגנס היתה צמודה אליה בחבל הטבור וניזונה מהחשמל של קאסיני. הויגנס התעוררה מדי שישה חודשים לניסויים. מאז נכנסה קאסיני למסלול סביב שבתאי נערכו כמה מעברים ליד טיטאן כדי ללמוד על הירח הזה כמה שאפשר כהכנה לשחרור הויגנס.

הדינמיקה החללית מעניינת עוד יותר משום שקאסיני כיוונה למעשה את עצמה למסלול התרסקות על טיטאן, וב-25 בדצמבר, חג המולד, קפיצים שהתמתחו שחררו את הויגנס מקאסיני וזו המשיכה כמובן במסלול המקורי, בעוד קאסיני עצמה יומיים אחר כך הציתה את מנועה ושבה להקיף את שבתאי בלי להיתקל באדמת טיטאן. קאסיני שימשה במהלך המשימה כתחנת ממסר, כאשר למעשה היא הפנתה את האנטנה החזקה שלה לעבר טיטאן והויגנס, ורק לאחר שהויגנס שקעה עבור קאסיני מעבר לאופק של טיטאן (או להיפך), היא הפנתה את האנטנה החזקה לעבר כדור הארץ ושידרה את מה שקלטה מהויגנס כמה פעמים, ליתר ביטחון. הדבר היחיד אשר מעט מעכיר את האווירה הוא אובדן ערוץ התקשורת A, ואולם ישנה יתירות כמעט מלאה בין ערוץ התקשורת A ו-B, וההבדל היחיד ביניהם הוא שבערוץ B לא מופיעות תוצאות ניסוי הרוחות בדופלר - לפי רונן יעקובי, דוקטורנט מהחוג לגיאופיזיקה ומדעים פלנטריים מאוניברסיטת תל אביב; מידע זה יהיה ניתן להשגה ע"י ניתוח האותות אשר נקלטו ברדיו טלסקופים הגדולים בעולם עוד בזמן שההויגנס צנחה לעבר פני השטח.

למעשה, לא היה נקלט שום שידור אלמלא מהנדס רב תושייה שהתריע כי יש להתחשב למשל באפקט דופלר בכל הקשור להאזנה של קאסיני להויגנס, כאשר קאסיני מתרחקת כל הזמן מטיטאן ומהויגנס שנחתה עליו.

יום הנחיתה

יום הנחיתה, ב-14 בדצמבר, היה כאמור יום גורלי. כאשר כל פקודה הניתנת לחללית מגיעה אליה כעבור למעלה משעה, צריך לסמוך בעיקר על התכנות המוקדם של המדענים שהיו להם שבע שנים לעשות זאת בהתאם ללוח הזמנים המלא כפי שפירסמה סוכנות החלל האירופית. הזמנים הם לפי שעון גריניץ', והם מנורמלים כמובן עם הגיע האותות לכדור הארץ.

05:51 שעון גריניץ' - שעון עצר הפעיל מערכת חשמלית שהעירה את המערכת שעד כה היתה במצב של "שינה" כדי לחסוך באנרגיה. משעה זו החלה החללית לשדר אותות המעידים על חזרתה לפעילות.

10:13 - הויגנס הגיעה לכניסה לאטמוספירה - המוגדרת כגובה של 1270 ק"מ מעל פני השטח של הירח טיטאן - רגע החדירה הוא כמובן רגע קריטי. ברגע זה מתחיל מגן החום של הויגנס להתלהט בשל החיכוך עם האטמוספירה והוא מגן על החללית, המאיטה בשל החיכוך.

10:17 - מצנח הטיסה נפתח והאט את מהירות החללית ל-400 מטרים בשנייה בגובה של כ-180 ק"מ מעל פני השטח. מצנח הטיסה הוא הקטן מבין מצנחי החללית - קוטרו רק 2.6 מטרים ומטרתו למשוך את המכסה האחורי של החללית המגן על הויגנס מפני החום שבחיכוך בכניסה לאטמוספירה.
2.5 שניות לאחר פתיחת מצנח הטיסה, שוחרר המכסה האחורי ומצנח קטן זה נפרד מהחללית. המצנח העיקרי - שקוטרו 8.3 מטרים נפרש.

10:18 - הויגנס החלה לשדר נתונים מדעיים ראשוניים לקאסיני לאחר ששיחררה את המגן הקדמי בגובה של 160 קילומטרים מעל פני השטח. 42 שניות לאחר מכן, נפתחו פתחים קטנים כדי לאפשר לכמה מכשירים - כרומטוגרף הגזים, ספקטרומטר המאסות ומכשיר איסוף האירוסולים להיחשף לאטמוספירה. רדיומטר הירידה צילם את התמונה הפנורמית הראשונה והמשיך לצלם ולספק נתונים ספקטרליים במהלך כל הירידה. החבילה המדעית שנועדה לפני השטח הופעלה אף היא ומדדה את תכונות האטמוספירה. בשלב זה גם הופעל רשמקול שהקליט את קולות הרוח על טיטאן, הקלטות הנמצאות באתר סוכנות החלל האירופית ואשר אליהן גם התייחס החוקר הישראלי בחבורה, פרופ' עקיבא בר-נון מאוניברסיטת תל אביב.

10:32 - המצנח הראשי נפרד ופתח מצנח קטן יותר, המוגדר גם כעוגן, שקוטרו 3 מטרים. בגובה זה באטמוספירה, כ-125 קילומטרים, המצנח הזה מאפשר לחללית לצנוח בקצב הנכון כדי לאסוף את מקסימום הנתונים האפשריים.

10:49 - כל הפעולות עד כה התבצעו אוטומטית. בגובה של 60 קילומטרים, החללית יכלה לאתר בעצמה את הגובה שלה תוך שימוש בשני מדי גובה מבוססי מכ"ם, שבאפשרותם למדוד את המרחק המדויק לפני השטח. החללית ניטרה כל הזמן את קצב הסיבוב ואת הגובה והזינה את הנתונים הללו למכשירים המדעיים. מכיוון שכך הזמנים מכאן והלאה הם משוערים.

11:57 - כרומטוגרף הגזים. ספקטרוגרף המאסות החל בדגימת האטמוספירה. זה המכשיר האחרון של הויגנס שהופעל במלואו. החללית המשיכה להסתחרר בקצב של כ-5 סיבובים בדקה ואפשרה למצלמה ולשאר המכשירים לקבל תמונה פנורמית סביב החללית היורדת.

12:30 - קרוב לפני השטח של כדור הארץ נדלקה נורה במצלמה. האור חשוב במיוחד לרדיומטר הספקטרלי - חלק ממכשיר המשמש לקביעת הרכב פני השטח של טיטאן בדיוק רב. המנורה המשיכה להאיר גם דקות ארוכות לאחר הנחיתה.

12:45 - נגיעה בפני השטח. החללית הגיעה לקרקע במהירות של 5 מטרים בשנייה. חבילת המכשירים המדעיים של פני השטח תוכננה לאסוף כל פיסת מידע על אודות פני השטח שניתן יהיה לאבחן אותם בשלוש הדקות שבמהלכן אמורה היתה הויגנס לשרוד לאחר הנחיתה. למרבה השמחה, החללית שרדה שעה וחצי, ולמעשה אפילו יותר אלא שלא ניתן היה לקלוט עוד את שידוריה. ואולם טלסקופ הרדיו פארקס המשיך לקבל נתונים מהויגנס עד השעה 15:55 לפי שעון גריניץ', מסרו המדענים. לאחר מכן שקע אזור הנחיתה גם עבור הצופים מכדור הארץ. בשלב מסוים לאחר מכן גם נגמרה הסוללה שסיפקה לה את הזרם החשמלי הדרוש לפעילותה (כאמור טיטאן רחוק מאוד מהשמש ומכוסה אובך וגם לא היו לחללית כלל קולטי שמש) ולכן גם לא היה טעם להאזין בהקפה הבאה.

משימת קאסיני-הויגנס היא שיתוף פעולה בין נאס"א, ESA ו-ASI - סוכנות החלל האיטלקית. המעבדה להנעה סילונית (JPL) של נאס"א והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) אחראים על העברת נתוני הויגנס בעזרת החללית קאסיני, המקיפה את שבתאי ותמשיך להקיף אותו לפחות עוד שלוש וחצי שנים ותספק עוד הרבה תמונות מירחיו, טבעותיו והאטמוספירה של שבתאי, אבל נראה ששום דבר לא יהיה דומה להתרגשות שאחזה בנו עם הגיע התמונות שצילמה הויגנס מטיטאן.