למה נפטון כחול ואיך זה שיהלומים הם חלק ממזג האוויר? מתי נוכל להגיע לשם?
מי גילה את נפטון?
נפטון, כוכב הלכת השמיני והאחרון במערכת השמש, נחשב דוגמה קלאסית לתאוריה מדעית שמקדימה את התצפית האמפירית. כמו שקיומם של חורים שחורים הוכח מתמטית לפני שנמצאו ראיות לקיומם, כך במאה ה-19 מתמטיקאים הבחינו כי אורנוס, כוכב הלכת השביעי, סוטה ממסלולו המצופה, ושיערו שזה בגלל גרם שמימי נוסף, שמיני. הם עדיין לא ראו אז את הגרם השמימי הזה, אבל ידעו שהוא שם.
ב-1843 חישב המתמטיקאי האנגלי ג'ון אדמס את מסלולו של אותו כוכב לכת שמיני, היפותטי, ושלוש שנים אחריו ערך המתמטיקאי הצרפתי אורבן לה-ורייה חישובים משלו. לה-ורייה שכנע את האסטרונום הגרמני יוהאן גלֶה לחפש את העצם לפי חישוביו. ואכן הוא היה שם, בסטייה של מעלה אחת מחישוביו של לה-ורייה ובסטייה של 10 מעלות מחישוביו של אדמס.
2Sternwarte_Berlin_Schinkel.jpg
בהתחלה, כוכב הלכת נקרא פשוט "הכוכב של לה-ורייה" או "הכוכב החיצוני לאורנוס". בשל צבעו הכחול העז של כוכב הלכת החדש, הציע לה-ורייה לקרוא לו על שם נפטון, אל הים במיתולוגיה הרומית, מקבילו של פוסידון היווני. השם תורגם לשפות רבות, כל שפה והמיתולוגיה שלה. ביוון, למשל, נפטון נקרא פוסידון, ואילו בשפות כמו מנדרינית, יפנית, קוריאנית ווייטנאמית, כוכב הלכת נקרא "כוכב מלך הים". ב-2009, בעקבות הצבעה שערכה האקדמיה ללשון עברית, הוחלט ששמו העברי של נפטון יהיה רַהַב – על שם מפלצת הים התנ"כית הנזכרת בספר ישעיה, בתהילים ובאיוב.
אבל רגע, למה נפטון כחול בעצם?
למה נפטון כחול?
3neptune.jpg
נפטון כחול בגלל שיירי גז המתאן באטמוספירה שלו. המתאן בולע את קרני השמש האדומות ומחזיר לחלל את אורכי הגל הקצרים, הכחולים – והוא שהופך את כוכב הלכת לכחול.
למעשה, כלל לא אמור להיות גז מתאן באטמוספירה של נפטון. כאן בכדור הארץ אנחנו מכירים את המתאן בעיקר כגז, אבל המתאן קופא והופך לנוזל בטמפרטורה של 182 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. ונפטון, מה לעשות, קר בהרבה.
שלא במפתיע, כוכב הלכת האחרון במערכת השמש הוא גם כוכב הלכת הקר במערכת השמש. המרחק הממוצע של נפטון מהשמש הוא פי 30 ממרחקו של כדור הארץ ממנה.
הטמפרטורה הממוצעת באטמוספירה העליונה של נפטון היא 200 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. לשם השוואה, אילו היינו מתרחקים מהשמש ומכל כוכב אחר ומפליגים לחלל הבין-גלקטי, הטמפרטורה המינימלית שהיינו מודדים ביקום הייתה 270 מעלות מתחת לאפס.
אלא שלא כל החלקים של נפטון קרים באותה מידה. מתברר שהקוטב הדרומי של כוכב הלכת "חם" יותר ב-10 מעלות בממוצע. ולמה חם יותר בקוטב הדרומי? ובכן, מפני שעכשיו קיץ שם.
4Neptune_s_Southern_Hemisphere_from_Voyager_2.jpg
כמו כדור הארץ, גם נפטון נוטה על צירו. זווית הנטייה שלו היא כ-30 מעלות (כדור הארץ, לעומת זאת, נוטה ב-23.5 מעלות). התוצאה, כמובן, היא עונות השנה: בכל עונה חלק אחר של כוכב הלכת מוטה לכיוון קרינת השמש. ומאחר ששנה נפטונית אורכת 165 שנים ארציות, הקיץ שורר בקוטב הדרומי כבר 40 שנה. בעוד כ-80 שנה יתקרר הקוטב הדרומי עוד יותר והצפוני הוא שיתחמם מעט.
מעט המתאן שמתאדה בקיץ מפְּנים כוכב הלכת משתחרר כגז לאטמוספירה. אלמלא אותו הפרש טמפרטורות זניח לכאורה בין הקיץ לחורף, נפטון היה נראה פחות או יותר כמו צדק.
ומה קורה כשהמתאן קופא חזרה? הוא הופך ליהלומים.
גשם של יהלומים: כיצד יהלומים הם חלק ממזג האוויר בנפטון?
מי לא אוהב יהלומים? יהלומים הם המבריקים והקשים בחומרים. אבל בסופו של יום, יהלום אינו אלא פחמן דחוס מאוד.
כאן בכדור הארץ יהלומים הם נדירים להפליא ולכן יקרים להחריד. כדי להפוך פחמן ליהלום צריך טמפרטורה גבוהה ולחץ אדיר. כל היהלומים הטבעיים שאנו מכירים נוצרו במעטפת כדור הארץ, בטמפרטורה של כ-950 מעלות צלזיוס ובעומק של לפחות 150 ק"מ מתחת לפני השטח.
בנפטון, לעומת זאת, יהלומים הם עניין פעוט, חלק ממזג האוויר. נפטון אינו כוכב לכת סלעי, כך שאין לו קרום. אילו חדרנו מבעד למעטה האטמוספירה של כוכב הלכת, היינו מגיעים ישר למעטפת. המעטפת של נפטון עשירה במים, באמוניה ובמתאן. ואף על פי שכוכבי לכת כמו אורנוס ונפטון נקראים "ענקי קרח" והאטמוספירה שלהם קפואה, הטמפרטורות במעמקיהם לוהטות בגלל המסה האדירה שיוצרת לחץ אדיר. בעצם, אילו היינו מצליחים לשרוד במסע אל "פני השטח" של נפטון, היינו רואים מעין אוקיינוס דחוס ולוהט של מים, אמוניה ומתאן.
5dimonds.jpg
מאחר שנפטון מסיבי פי 17 מכדור הארץ, בעומק של 7,000 ק"מ באוקיינוס המשונה יכולים להתקיים התנאים להתגבשות יהלומים. המתאן, שמורכב מארבעה אטומים של מימן ואטום אחד של פחמן (נוסחתו CH4), מתפרק למרכיביו בטמפרטורה של יותר מ-4,000 מעלות צלזיוס ובלחץ הגדול פי 10,000 מהלחץ האטמוספירי בכדור הארץ – והפחמן הטהור השוקע מתגבש לכדי "ברד יהלומים" במעמקי העולם.
איפה היהלומים האלה נעצרים? אנחנו לא יודעים. לנפטון יש ליבה סלעית, המורכבת כנראה מברזל, ניקל וסיליקטים. לפי סברה אחת, הליבה הזאת מכוסה ביהלומים.
כך או כך, אנחנו לא ממליצים לנסות לצלול ולשלות אותם. אפילו אם האנושות הייתה מוצאת דרך לגבור על הטמפרטורות החורכות והלחץ המוחץ, הצוללן היה פשוט עף ברוחות העזות של נפטון.
איפה נושבות הרוחות המהירות במערכת השמש?
6wind.jpg
בנוגה, בגובה 60 ק"מ מעל פני השטח, בקצה העננים, הרוחות מגיעות למהירויות מסחררות של כ-370 קמ"ש. אבל זו אינה אלא בריזה קלה לעומת הרוחות באורנוס, שנושבות במהירויות של 600 קמ"ש. אלא שהתואר המפוקפק של כוכב הלכת הסוער במערכת השמש הולך לנפטון, שהרוחות בו יכולות להגיע גם ל-2,400 קמ"ש. אלה מהירויות על-קוליות, שעולות אף על מהירותן של רוחות שנמדדו על פני ננסים חומים. אילו ריחפנו בין העננים של נפטון, משבי רוח היו יוצרים סביבנו בומים על-קוליים.
על הרוחות המטורפות בנפטון אנחנו יודעים פשוט ממעקב אחר תנועת העננים, שאפשר לעשות באמצעות טלסקופים מחקריים על הארץ או בחלל הקרוב אלינו. אבל המדענים אינם יודעים בוודאות מהי הסיבה לאקלים הדינמי של כוכב הלכת. לפי השערה אחת, כוכב הלכת הקר ביותר במערכת השמש הוא גם כוכב הלכת הסוער ביותר מאחר שהטמפרטורות הנמוכות מפחיתות את עוצמת החיכוך בין הגזים השונים, וכך מאפשרות למשבים לצבור מהירות ללא הפרעה.
וכמובן, רוחות קיצוניות פירושן גם סופות קיצוניות, כמו הכתם האפל הגדול.
מהו הכתם האפל הגדול בכוכב הלכת נפטון?
קצת קשה להאמין, אבל האנושות שיגרה עד היום משימה אחת בלבד לענקי הקרח אורנוס ונפטון – וגם אז ביצעה המשימה יעפים בלבד, כלומר רק חלפה על פני הכוכבים מבלי להיכנס למסלול קבוע. כמעט כל מה שאנחנו יודעים על אורנוס ונפטון אנו יודעים הודות לחללית המיתולוגית וויאג'ר 2, ששוגרה ב-1977 והגיעה לנפטון ב-1989.
כשוויאג'ר 2 חלפה ליד נפטון וצילמה אותו היא גילתה סערה ענקית, וזו זכתה לשם "הכתם האפל הגדול", שכן היא דמתה לכתם האדום הגדול בכוכב הלכת צדק. שני הכתמים הם אנטי-ציקלונים, כלומר סופות הסובבות נגד כיוון סיבוב כוכבי הלכת. גם בכדור הארץ יש אנטי-ציקלונים, אבל אין מה להשוותם לכתם האפל הגדול של נפטון, שגודלו היה כגודל כדור הארץ כולו!
אולם כשטלסקופ החלל האבל ניסה לצלם את הכתם האפל הגדול שוב ב-1994, הכתם נעלם. ואילו ב-2016 הטלסקופ צילם את נפטון ומצא כתם גדול אחר, כמעט זהה בגודלו, הפעם בהמיספירה הצפונית של כוכב הלכת (הוא נקרא "הכתם הצפוני האפל הגדול"). האם הכתם המקורי נעלם? אנחנו לא יודעים. נפטון רחוק עד כדי כך, שרק טלסקופ רב עוצמה כמו האבל מסוגל לצלם אותו ברזולוציה טובה – ולהאבל, כידוע, יש המון מטרות אחרות לצלם ביקום.
בכל מקרה, ברור שהאקלים בנפטון דינמי בהרבה מכל אקלים אחר במערכת השמש. לשם השוואה, הכתם של צדק תואר לראשונה ב-1655. הוא אומנם נעלם בהדרגה, אבל על פני מאות שנים. סופות הענק בנפטון, לעומת זאת, נוצרות ומתפוגגות מדי כמה שנים. בסך הכול נצפו עד היום שישה כתמים אפלים כאלה, בגדלים ובמקומות שונים באטמוספירה של כוכב הלכת.
אז מה גורם לאותם כתמים אפלים? ככל הנראה, הצטברות של גז מתאן. צבעו של המתאן כחול, כך שהצטברותו באטמוספירה תיראה כהה יותר מסביבתה. נוסף על כך, כל הכתמים עד היום יצרו ענני נוצה (צירוס) לבנים ענקיים של מתאן קפוא. ובכל זאת, רב הנסתר על הגלוי בכתמים הכהים של נפטון בפרט – ובאקלים של נפטון בכלל.
אם כן, למה לא שולחים משימה נוספת לנפטון?
למה לא שולחים חללית לנפטון?
נכון לכתיבת שורות אלו, 56 מקפות, נחתות ורוברים נשלחו למאדים – וחמש משימות נוספות ישוגרו בקיץ הקרוב. לנפטון, לעומת זאת, נשלחה משימה אחת בלבד: וויאג'ר 2, שכאמור חלפה ליד נפטון ב-1989.
אז למה סוכנויות החלל לא שולחות משימות לנפטון? פשוט כי הוא מאוד מאוד רחוק. בנקודה הקרובה ביותר בין נפטון לכדור הארץ מפרידים ביניהם 4.3 מיליארד ק"מ חלל. בנקודה הרחוקה ביותר, המרחק מפה לנפטון הוא 4.7 מיליארד ק"מ. וויאג'ר 2 הייתה מהחלליות המהירות ביותר שנבנו. במהירות המקסימלית שלה טסה החללית במהירות 57,890 קמ"ש, ובכל זאת נדרשו לה 12 שנות מסע כדי להגיע לנפטון. לשם השוואה, כדי להגיע למאדים נדרשים חודשים אחדים בלבד.
10Triton_(artist_s_impression).jpg
יתרה מכך, כדי להגיע למהירויות האלה, וויאג'ר 2 ניצלה חלון הזדמנויות מיוחד, בתוכנית שכונתה "פלנטרי גרנד טור": סידור מושלם של כוכבי הלכת החיצוניים. כדי להגיע לכוכב הלכת האחרון במערכת השמש ביצעה וויאג'ר 2 תמרוני מקלעת כבידתית סביב כוכבי הלכת צדק, שבתאי ואורנוס. לרוב, כוכבי הלכת החיצוניים אינם מסתדרים בסידור נוח כל כך, ולכן משימה חדשה לנפטון תצריך יותר דלק – או תארך זמן רב יותר – מזו של וויאג'ר 2.
למרבה המזל, הכוכבים מסתדרים למשימה חדשה כזאת בסוף העשור הבא. נאס"א שוקלת בימים אלה לשגר משימה בשם טריידנט, שתחקור את ירחו הגדול והמסתורי של נפטון – טריטון. בדומה לוויאג'ר 2, החללית תבצע שורה ארוכה של תמרוני מקלעת כבידתית כדי להגיע לקצה מערכת השמש. טריידנט תקיף את נוגה, את כדור הארץ (שלוש פעמים), את צדק, את איו ואת נפטון עצמו כדי להתקרב לטריטון בשנת 2038. בזמן הקצר של היעף המיוחל החללית תמפה את טריטון, תאפיין פעילות גאולוגית ותקבע אם לירח הרחוק במערכת השמש יש אוקיינוס.
האפשרות להגיע לנפטון היא כמובן עם משימה לא מאוישת. באופן כללי, אין הרבה כוכבי לכת שניתן להגיע אליהם עם בני אדם. אבל יש אחד, שהאנושות לא מפסיקה לחלום עליו... מאדים. האם אפשר לחיות שם בכלל?