איך נוצרים רוחות ועננים, ועד כמה הם שונים בכוכבי לכת אחרים?
איך נוצרת רוח?
פתחו חלון, הביטו בעץ, הושיטו יד – ומייד תרגישו בנוכחותה: רוח. הרוחות נושבות בעולמנו כבר מיליארדי שנים, מהבריזה בקיץ דרך רוח סערה בחורף וכלה בסופות הוריקן וטורנדו. אבל מהי רוח, בעצם? איך היא נוצרת? ומדוע היא אינה נעצרת לעולם?
1Wind_mile_Yemin_Moshe_DSCN0794a.jpg
ובכן, כל הרוחות בכדור הארץ קשורות בשמש. כפי שהשמש מחממת את האדמה, כך היא מחממת את האוויר (שנוגע באדמה). וכמו כל חומר, כשהאוויר מתחמם הוא מתפשט: הרעידות של האטומים באוויר נעשות תכופות יותר ויותר, והם דוחפים זה את זה, מתפשטים ותופסים נפח רב יותר. לכן אוויר חם הוא דחוס פחות מאוויר קר. וכמו שברווז גומי צף על המים כי הוא דחוס פחות מהמים, כך האוויר החם צף על גבי האוויר הקר. חשבו, למשל, על כדור פורח. איך כדור פורח פורח? מבער מחמם את האוויר בתוך הבלון, כדי שהוא יהיה חם יותר מהאוויר שמחוץ לבלון.
2Cappadociasunrise.jpg
חזרה לרוח. כאשר אוויר מתחמם, מתפשט ועולה השמיימה, אוויר קר יותר מהסביבה ממהר לתפוס את מקומו; האוויר ה"ממהר" הזה נקרא בפשטות רוח. הרי לא ייתכן שאוויר חם יעלה – ואנחנו נישאר בלי אוויר. הלחצים צריכים להתאזן: כשאוויר חם עולה למעלה, אוויר קר יותר חודר פנימה. כאשר החזאי מתריע מפני "חזית קרה", הוא בעצם אומר שגוש אדיר של אוויר קר דוהר לכיווננו במטרה לתפוס את מקומו של האוויר החם.
במילים אחרות, רוח היא פועל יוצא של החימום הבלתי-שווה של כוכב לכת (בעל אטמוספירה) על ידי כוכב שבת. אז רגע, אם חום השמש אחראי לרוחות, מדוע הרוחות החזקות ביותר במערכת השמש נושבות דווקא בכוכבי הלכת החיצוניים, הרחוקים מהשמש?
חום השמש אחראי לרוחות בכדור הארץ – אז איך זה שדווקא בכוכבי הלכת הרחוקים מהשמש הרוח מהירה יותר?
רוח היא כאמור אוויר קר ודחוס שנושב כדי לתפוס את מקומו של אוויר חם ולכן פחות דחוס. אבל ההסבר הזה לא ממש מסתדר עם העובדה הבאה: הרוחות החזקות ביותר במערכת השמש נושבות בכוכבי הלכת החיצוניים והקרים, לא הפנימיים והחמים.
3_hires (1).jpg
הרוח המהירה ביותר שנמדדה בכדור הארץ נשבה במהירות 408 קמ"ש בשנת 1996. בענק הגזי צדק רוחות יכולות לנשוב במהירויות של עד 620 קמ"ש. בשבתאי, רוחות באטמוספירה העליונה יכולות לנשוב גם במהירות 1,800 קמ"ש. באורנוס – עד 900 קמ"ש. ובנפטון, כוכב הלכת הרחוק ביותר מהשמש, נמדדה הרוח המהירה בכל מערכת השמש: 2,400 קמ"ש. לשם השוואה, מהירות הקול בכדור הארץ (באוויר יבש וב-20 מעלות) היא 1,234 קמ"ש. כן, בנפטון הרוח מהירה ממטוס על-קולי.
איך זה ייתכן? אנחנו לא יודעים בוודאות, כי רק חללית אחת, וויאג'ר 2, חלפה לצד אורנוס ונפטון, ואילו שבתאי זכה לביקורה של מקפת אחת בלבד (החללית קאסיני), וצדק – לשתיים (גלילאו וג'ונו). אך מהמידע שצברנו עולות כמה השערות מלומדות.
ראשית, יש לזכור שכאן, בכדור הארץ, הרוח נתקלת בהתנגדות רבה: פני השטח מהווים מעין "גרר אטמוספירי" שמאט את הרוחות. בענקים הגזיים, לעומת זאת, אין "פני שטח", והרוח משייטת על מעין אוקיינוס רותח ודחוס של מימן נוזלי (בצדק), הליום (בשבתאי) ואמוניה ומתאן (באורנוס ובנפטון). הדבר דומה להחלקה בגלגיליות לעומת החלקה על הקרח.
4Neptune_storms.jpg
יתרה מזאת, בשנים האחרונות מצטברות ראיות לכך שהשמש ממש לא אשמה בסופות האדירות באורנוס ובנפטון. אומנם הטמפרטורה הממוצעת בשני ענקי הקרח היא 200 מעלות מתחת לאפס, אבל זאת הטמפרטורה באטמוספירה החיצונית. בליבת כוכב הלכת, הטמפרטורה בנפטון יכולה להגיע ל-7,000 מעלות (מעל לאפס) – בדומה לטמפרטורה על פני השמש, וגם החלק שאנחנו היינו מכנים "פני השטח" עדיין רותח.
אומנם גם בכדור הארץ יש הפרשי טמפרטורות קיצוניים בין הליבה (כ-6,000 מעלות) לפני השטח, אבל האדמה שביניהם מבדדת. בנפטון ואורנוס, לעומת זאת, נוצרים הפרשי טמפרטורות קיצוניים בין משבי רוחות: רוח שבאה מהשכבות האטמוספיריות הפנימיות של אורנוס ואנפטון תהיה חמה בהרבה מהרוח שבאה מהשכבות החיצוניות יותר, והיא תתפשט ותעלה למעלה – והרוח הקרה תדהר במהירות עצומה כדי לתפוס את מקומה בתחתית.
אבל יש כוכב לכת אחד שנמצא בין כדור הארץ לכוכבי הלכת החיצוניים ועוד לא דיברנו עליו: מאדים. בסרט "להציל את מארק וואטני", האסטרונאוט וואטני נפצע בסופת חול אימתנית על מאדים ונותר לבדו בכוכב. האם זה מדויק; האם מאדים הוא עולם סחוף רוחות? לא ממש.
כמה חזקות הרוחות במאדים?
5_the_serpent_dust_devil_on_mars_pia15116-br2.jpg
בסרט "להציל את מארק וואטני" אסטרונאוטים נקלעים לסופה מאדימית עזה: הרוח עוקרת אנטנה ומאיימת להפוך את החללית שצריכה להחזיר את האסטרונאוטים חזרה לכדור הארץ. במהלך פינוי החירום האסטרונאוט וואטני נפצע מפגיעת אבנים ומאבד את ההכרה. הצוות מניח שהוא נהרג – וממריא בלעדיו. אבל האם זה יכול לקרות במציאות? כמה מהירה הרוח במאדים?
עלעול חול (dust devil) במאדים. קרדיט: נאס"א
ובכן, הרובר קיוריוסיטי של נאס"א ליקק את האגודל, זקר אותו ומדד רוחות במהירות של עד 100 קמ"ש על פני השטח. פה בעולם הבית שלנו, רוחות של 100 קמ"ש יכולות בהחלט להפיל עצים ולהעיף חפצים. אלא שהלחץ האטמוספירי במאדים הוא רק כ-1% מזה של כדור הארץ. אם תעמדו מול משב רוח של 100 קמ"ש בכדור הארץ, תתקשו ללכת. אילו עמדתם מול משב רוח של 100 קמ"ש במאדים, הייתם מרגישים כאילו נוצות רכות מלטפות את פניכם.
כן, הרוחות במאדים לא יכולות לעקור אנטנות, להפיל חלליות או חלילה לפגוע במארק וואטני – אף שהכבידה בכוכב הלכת האדום היא רק כשליש מכוח הכבידה בעולמנו. למעשה, הלחץ האטמוספירי במאדים נמוך עד כדי כך, שרוח הנושבת ב-100 קמ"ש לא יכולה להזיז ולו גרגיר חול.
עם זאת, הרוח המאדימית יכולה בהחלט להזיז גרגיר אבק – והיא אף עושה זאת לעיתים תכופות. מזג האוויר המאדימי מאופיין בסופות אבק – הנקראות בטעות "סופות חול" – בעיקר כשהקיץ מגיע להמיספירה הדרומית. סופות האבק הללו, גודלן כגודל יבשות שלמות בכדור הארץ, ופעם בשלוש שנים מאדימיות (חמש וחצי שנים ארציות) סופה אחת מתנפחת לכדי סופה גלובלית, האופפת את כוכב הלכת כולו.
מאדים אחרי סופת חול גלובלית ביולי 2018 (מימין) נראה חלק יותר וכלל לא ניתן להבחין בטוואי השטח. קרדיט: NASA/JPL-Caltech/MSSS
את סופות האבק האימתניות של מאדים אפשר לראות אפילו מכדור הארץ, אבל צריך לזכור שמדובר בחלקיקי אבק דקיקים הנישאים על גבי רוח חלשה מאוד. סופות אבק מאדימיות הן כאב ראש רציני בתכנון משימות עתידיות לכוכב הלכת, אבל מסיבות פרוזאיות לגמרי, כמו הסתרת אור השמש מפאנלים סולאריים. הן לא יכולות לפגוע פיזית בציוד אלקטרוני ולא בבני אדם. אילו פסעתם בלב סופת אבק מאדימית, הייתם מתקשים לראות לאן אתם הולכים – אבל לא הייתם מתקשים ללכת.
אם כן, לרוח יש כוח לעצב עולמות שלמים. אבל מה היה קורה לוּ הייתה מפסיקה פתאום לנשוב?
מה היה קורה אילו לא הייתה רוח?
6Drought_affected_area_in_Karnataka,_India,_2012.jpg
דמיינו שמחר בבוקר אתם יושבים במרפסת – ופתאום הרוח מפסיקה לנשוב. אתם מפעילים מזגן, אבל בחדשות מדווחים שזאת לא בעיה מקומית: בכל הארצות ובכל העולם האוויר פשוט עומד. מה היה קורה לכדור הארץ – ולתושביו?
ובכן, בטווח הקצר לא היה קורה שום דבר דרמטי. לא, מטוסים וציפורים לא היו נופלים מהשמיים. מפרשיות כן היו נתקעות בים, וכמה ילדים עצובים היו נתקעים עם עפיפונים חסרי תוחלת, אבל באופן כללי העולם היה נראה אותו דבר. בהיעדר רוח הטמפרטורה הייתה עולה מעט או יורדת מעט, בהתאם לעונה במקומכם בכדור הארץ, אבל זהו פחות או יותר. כעבור זמן-מה הגל האחרון היה פוגע בחוף – והים היה נעשה שקט לחלוטין (למעט גלים שנגרמים מפעילות של דגים ויונקים בתוך הים, מרעידות אדמה ומגאות ושפל). למעשה, לשביתה הפתאומית של הרוח היו גם כמה יתרונות זמניים: לא היו עוד סופות טורנדו והוריקן.
הבעיות היו מתחילות רק כעבור כמה ימים: בלי רוח שתישא את הלחות למרחקים, רוב שטח האדמה של כדור הארץ יהפוך צחיח לחלוטין. עננים עדיין ייווצרו מעל גופי מים גדולים, יתעבו ויהיו לגשם – אבל רק מעל נקודת האידוי שלהם. כלומר יהיה גשם, אבל בעיקר מעל הים, והוא יהיה מעט מלוח. בעלי חיים וגם בני אדם ימותו מצמא (ומרעב) בהמוניהם. תושבי האיים וחצאי-האיים עוד יוכלו לגנוב ענן פה ושם, אבל הם ייאלצו להתמודד עם לחות איומה. ללא הרוח, שמסייעת להסיע חלק מהחום, החיים ליד גופי מים יהיו הבילים להפליא והחיים הרחק מגופי מים יהיו יבשים להחריד. הקטבים יקפאו ואילו אזור קו המשווה יהפוך לגיהינום.
החדשות הטובות: זה לא יקרה לעולם. כדי שהרוח תפסיק לנשוב יהיה עלינו לבנות עדשות חלל חכמות שיקיפו את כוכב הלכת כולו וידאגו לפיזור אחיד לגמרי של אור השמש שנופל על הארץ – ולמה שנעשה דבר כזה? אנחנו אוהבים רוח. ואנחנו צריכים גשם.
אבל יש עולמות במערכת השמש שלנו שבהם העננים אינם אוצרים בתוכם גשם.
איך נוצרים עננים?
עננים. הם יכולים להיראות כמו פיל או זברה, ויש להם צורות שונות ומשונות עם שמות מצחיקים כמו "צירוּס" (החוטים הדקיקים והדלילים) ו"קוּמוּלוּס" (כדורי הכותנה). כאן בכדור הארץ עננים נוצרים כאשר מים מתאדים והלחות שבאוויר החם עולה השמיימה. בגובה מסוים האוויר הלח מתחיל להתקרר, ואדי המים מתעבים והופכים לטיפות זעירות של מים. זה מה שאנו רואים ממרחק בתור ענן – הצטברות של אבק, קרח וטיפות מים קטנטנות. לעיתים הטיפות הזעירות הללו מצטרפות זו לזו, סביב גרגיר אבק למשל, נעשות כבדות ונופלות מהענן כגשם (או שלג או ברד) אל הארץ.
7cloud.jpg
תהליך דומה מתרחש בעולמות רבים במערכת השמש. יש עננים בנוגה ויש עננים במאדים. ענני צדק וענני שבתאי הם מהיפים במערכת השמש ואפילו לענקי הקרח, אורנוס ונפטון, לא חסר. אבל אך ורק בכדור הארץ העננים מכילים מים. למעשה, מעננים בכוכבי לכת אחרים במערכת השמש כדאי לברוח.
ממה עשויים עננים בכוכבי לכת אחרים?
8saturn.jpg
בנוגה תמיד מעונן חלקית. ענני נוגה גדולים כמו ענני קומולונימבוס – אותם ענני סערה גדולים בכדור הארץ שמביאים לנו גשם, ברד, שלג, ברקים, רעמים ואפילו טורנדו. עננים אלה משייטים דרך קבע בשמי נוגה וחוסמים את אור השמש. הם אינם מכילים מים, אלא טיפות זעירות של חומצה גופרתית. אבל אל דאגה: מאחר שהטמפרטורה על פני נוגה היא 462 מעלות – החומצה מתאדה לפני שהיא פוגעת בקרקע, וכך התהליך חוזר על עצמו.
במאדים, לעומת זאת, האטמוספירה היא רק 1% מזו של כדור הארץ, והיא מורכבת בעיקר מפחמן דו-חמצני. גם במאדים יש עננים, אבל הם קלושים מאוד וגבוהים מאוד, בדומה לענני צירוס, ולכן ניתן לראותם רק אחרי השקיעה – בדומה לענני לילה הזוהרים בעולמנו. אבל כאן מסתיים הדמיון: לעומת העננים של כדור הארץ, המכילים בעיקר אדי מים, העננים במאדים מכילים בעיקר חלקיקי אבק – ולכן הם לא נוטים להמטיר גשם (אם כי מחקר מ-2017 טוען שבמאדים יכול לרדת שלג קל). סופם של עננים במאדים הוא פשוט להתפזר ולשקוע חזרה כאבק.
ענני בוקר במאדים חולפים על פני הגשושית פיניקס ב-2008
בכוכבי הלכת החיצוניים עננים הם יצורים משונים עוד יותר: בצדק, שבתאי, אורנוס ונפטון עננים מכילים טיפות של מתאן ואמוניה. בענק הגזי צדק ענני המתאן משייטים להם ללא הפסקה ברצועות אופקיות והופכיות, עבות מכדור הארץ כולו, העוטפות את כוכב הלכת כחגורות.
אפילו בטיטאן, ירחו הגדול של שבתאי, יש עננים. טיטאן הוא הירח היחיד במערכת השמש שיש לו אטמוספירה. האקלים הטיטאני אף דומה לזה שבכדור הארץ: יש בו ימות, נהרות, עננים וגשמים. אבל בטמפרטורה של כמעט 200 מעלות מתחת לאפס, מחזור המים בטיטאן הוא מחזור של מתאן ואתאן, יסודות שאנו מכירים בצורתם הגזית, ובטיטאן הם מופיעים בצורת נוזל.
איך זה שענן (מתאן) אחד מעז? עננים בטיטאן
ענני המתאן בטיטאן נוצרים כשהקיץ מגיע לקוטב הדרומי – והם באמת דומים לענני קוטב כאן בכדור הארץ. כשהשמש מחממת את המתאן הנוזלי עד כדי הפיכתו לגז, הוא עולה למעלה ומתגבש לענני מתאן שנסחפים ברוח הקרה יותר. לרוב, 1% משמי טיטאן מכוסים עננים, אבל באירועי מזג אוויר חריגים עננים יכולים לכסות גם 8% משמי הירח. בסוף התהליך, טיפות המתאן הזעירות מצטרפות זו לזו ונופלות ארצה כגשם מתאן.
אז היינו ממליצים לביקור הבא בטיטאן לא לשכוח מטרייה ומשהו חם ללבוש, אבל... ההמלצה האמיתית היא לא לרדת מתחת לעננים בשום כוכב לכת חוץ מכדור הארץ. למעשה, יש רק כוכב לכת אחד שאין בו עננים כלל. יכולים לנחש איזה?