התמונה המגנטית של טבעות שבתאי על פניו
The magnetic image of Saturn rings on its
surface
הצעת מחקר ע"י סלימאן אחמד
הקדמה
חלק מכל התיאוריות האסטרו-פיסיקלית המקובלות עלינו
מתבססות על אותם מערכות הנמצאות בסמוך לנו בתחום מערכת השמש . אף על פי שמערכת
השמש אינה אלא חלק זעיר ביותר של היקום , היא מכילה מבחר רחב של מבנים דינאמיים
ושל תופעות פיסיקליות הקיימים ביקום בכללותו .
במערכת השמש נכללים השמש , תשעה כוכבי לכת (planets , שמשמעותו
"נוודים") ,עשרות אלפי אסטרואידים ((asteroids ,
מספר גדול מאוד של כוכבי-שביט (comets)
ושל (meteoroids) , כמו כן קיים חומר בין-פלנטארי (interplanetary medium) הבנוי מחלקיקים מוצקים
זעירים ( אבק,מיקרו מטאורי-דים) , ממולקולות של גז , מאטומים חופשיים ואף מיונים
וחלקיקים תת-אטומיים אחרים . לשבעה מבין תשעה כוכבי הלכת יש לוינים ((satellites
הקרויים " ירחים" והנעים סביבם .
נושא עיקרי:
שבתאי הוא הכוכב השישי במרחקו מן השמש והשני לגודל
במערכת השמש . הוא גם היחיד בין כוכבי הלכת שצפיפותו קטנה משל מים : רק
שבתאי – תכונות פיזיקליות ומסלול:
רדיוס בקו המשווה |
|
רדיוס בקטבים |
|
פחיסות |
0.09796 |
מסה |
5.688´1026 ק"ג |
צפיפות |
|
סיבוב סביב צירו |
10.65622 שעות |
נטיית ציר הסיבוב למישור ההקפה של השמש |
25.33 מעלות |
29.447498 שנים |
|
מחזור סינודי |
378.09 יום |
אלבדו גאומטרי |
0.47 |
בהירות מוחלטת פלנטרית |
-8.88 |
מהירות בריחה |
|
תאוצת נפילה חופשית בפני השטח |
|
מרחק ממוצע מהשמש |
1429.4 מיליון
ק"מ = 9.53707 יחידות אסטרונומיות |
אקסצנטריות המסלול |
0.0560 |
(טבלה 1)
הוא מורכב רובו ממימן והליום , במרכז כוכב הלכת נמצא
כנראה ליבה מברזל וסלע ומסביבו מצוי אזור של מימן מתכתי משתרע עד מחצית הרדיוס של
שבתאי ומעבר לו מתחילה האטמוספרה , מרחק שבתאי מהשמש הוא 9.53707 יחידות אסטרונומיות , והוא משלים הקפה סביב
השמש אחת ל-29.44 שנה במהירות של-
9.67 ק"מ לשנייה , הוא משלים סיבוב
סביב צירו אחד ל- 10.65 שעות בלבד .
התופעה בה נתמקד במחקר זה היא הטבעות , מערכת הטבעות של
שבתאי נטויה בזווית 6.73 מעלות יחסית
למישור ההקפה של שבתאי סביב השמש .במקביל
לטבעות אלו יש על פני שבתאי רצועות או
חגורות :
ועולות בנושא
הזה כמה וכמה שאלות מעניינות , האם טבעות של שבתאי –התהוו במהלך היווצרותו של כוכב
הלכת , או שהן תוצאות התקרבותו של גוף חיצוני אל השני –לגודל בין כוכבי –הלכת
במערכת השמש ?השאלה בה אנו רוצים לטבל היא : האם יש קשר בין טבעות אלו לבין
החגורות שנמצאות על בני כוכב הלכת??.
עד לפני פחות
מחמש שנים סברו ששבתאי הוא כוכב הלכת היחיד המוקף טבעות ,באמצעות וייאג'ר-1 סברו
שאת שבתאי מקיפות כשש טבעות יחידות ; בסדר מרחק משבתאי היו אלה הטבעות A,B,C,D,E ו F . טבעת G , המורכבת כולה מגרגרי אבק ,
צולמה בראשונה במצלמות וייאג'ר . בין הטבעות היו שני מרווחים , אשר סברו שאין בהם טבעות או חומר .
עם התקדמות
הטכנולוגיה גם אפשר למדענים לגלות שגם בתוך הטבעות שנמצאו כבר A,B וC - גם מכילות למעשה מאות טבעיות דקות , והם
נמצאים במרווחים הידועים , הנקראים בשם
מגליהם קאסיני (CASSINI) ואנקה (ENEKE) ,ללכל טבעת יש רדיוס מסוים
,חיצוני ופנימי , כמובן עם עובי מסוים ,ראה (טבלה 2 ).
עוד תכונה חשובה לשבתאי : ידוע שהדיפול המגנטי שלו נמצא על ציר הסיבוב
שלו (לא מוסט ) בשונה משאר כוכבי הלכת והשמש.
פרט |
מרחק (באלפי ק"מ) |
מרחק
בראדיוסים של שבתאי |
תקופת הקפה (שעות) |
רדיוס
פנימית טבעת-D |
כ-67 |
1.11 |
4.9 |
רדיוס
פנימית טבעת-C |
73 |
1.21 |
5.6 |
רדיוס
פנימית טבעת-B |
92 |
1.53 |
7.9 |
רדיוס
חיצונית טבעת –B
של רווח קאסיני |
117 |
1.95 |
11.4 |
רדיוס
פנימית טבעת-A של רווח
קאסיני |
121 |
2.01 |
11.9 |
מחיצת אנקה |
133 |
2.21 |
13.8 |
רדיוס
חיצונית טבעת-A |
136 |
2.26 |
14.2 |
טבעת –F |
142 |
2.33 |
14.9 |
טבעת –G מפיזור אור
שבא מלפנים |
170 |
2.8 |
19.9 |
רדיוס
פנימית טבעת-E |
כ-210 |
3.5 |
27.3 |
רדיוס
חיצונית טבעת-E |
כ-300 |
5.0 |
46.6 |
(טבלה 2)
טבעות שבתאי עם רשימת הרדיוסים שלהם , מבוטאות בראדיוסים של שבתא
מטרת המחקר :
למצוא האם יש
קשר בין הטבעות שמקיפות את שבתאי לבין החגורות שנמצאות על פניו .(ראה איור 1 ).
( איור
1 )
שבתאי מוקף בטבעת אשר קווי השדה המגנטי עוברים דרכו ודרך הטבעות
נתונים
של( איור 1) :
D- דיפול מגנטי מקביל לציר הסיבוב .
B- קווי שדה מגנטי.
r- רדיוס פנימי של הטבעת.
R - רדיוס חיצוני של הטבעת .
q- עובי הטבעת .
- זווית של
קווי השדה עם ציר הסיבוב .
- זווית של
קווי השדה עם ציר הסיבוב .
שיטת
המחקר :
תכונה חשובה לשבתאי ,אשר ידוע שהדיפול המגנטי שלו נמצא
על ציר הסיבוב שלו (לא מוסט ) בשונה משאר כוכבי הלכת והשמש . בעבודה זו אנסה לחקור
את מסלולי קווי השדה המגנטי של הכוכב ולמצוא משוואה מאפיינת קווים אלו , (על סמך
כך שאני יודע בוודאות את רדיוסיהם של הטבעות שמקיפות את הכוכב שבתאי(טבלה 2)) ,
וכך נמצא את הזוויות שאליהם מגיעים קווים
אלו אל פני שבתאי .
ניקח אחד הטבעות ( נגיד טבעת-D) נחשב את הזוויות שאליהם מגיעים
קווי השדה המגנטי (היוצאים מטבעת זו ) אל פני שבתאי , ונבדוק את קואורדינאטות התמונה
של טבעת-D ,ונראה אם קואורדינאטות אלו מתאימות לאחת מהחגורות על פני
שבתאי .
תוצאות שאני מצפה :
·
קווי השדה המגנטי הם פונקציה שמעתיקה את הטבעות לתמונה (חגורה) על פני
שבתאי .
·
למצוא קשר של שיפוע (הסט מציר הסיבוב של כוכב לכת ) הדיפול המגנטי לבין
מספר הטבעות שמקיפות איזה שהוא כוכב לכת .
·
תנועה של הטבעות מסביב שבתאי היא בכיוון אחד מגדר , כמובן הם לא זזים
כולם באותו כיוון .
רשימת מקורות :
ספרות:
·
Astrophysical Quantities
C.W
Allen
The Athlone Press , 1995
מאמרים:
·
ק' פינס , "מנפלאות שבתאי וטבעותיו" , מדע , חוברת מס' 4 ,עמ' 188-193 .
אתרי
אינטרנט: