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 0.7 גרם לסמ"ק . האטמוספרה שלו דומה בכללותה , למסתכל בה מבחוץ , לאטמוספרת צדק . קוטר של שבתאי 120,500 ק"מ (ראה טבלה 1 , נתונים על שבתאי) :

 

שבתאי – תכונות פיזיקליות ומסלול:

רדיוס בקו המשווה

60,268 ק"מ

רדיוס בקטבים

54,364 ק"מ

פחיסות

0.09796

מסה

5.688´1026 ק"ג

צפיפות

0.6873 גרם לסמ"ק

סיבוב סביב צירו

10.65622 שעות

נטיית ציר הסיבוב למישור ההקפה של השמש

25.33 מעלות

סיבוב סביב השמש (ביחס לכוכבים) – שנה כוכבית

29.447498 שנים

מחזור סינודי

378.09 יום

אלבדו גאומטרי

0.47

בהירות מוחלטת פלנטרית

-8.88

מהירות בריחה

35.49 ק"מ לשנייה

תאוצת נפילה חופשית בפני השטח

9.05 מטר לשנייה לשנייה.

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:

 

http://astroclub.tau.ac.il/astropedia