חקר שבתאי

חקר כוכב הלכת שבתאי (באנגלית: exploration of Saturn) התבצע אך ורק באמצעות גשושיות בלתי מאוישות. שלוש משימות היו טיסות-מעבר (flybys) בלבד, שיצרו בסיס נתונים נרחב על מערכת כוכב הלכת. החללית קאסיני-הויגנס (Cassini–Huygens), ששוגרה בשנת 1997, הייתה במסלול סביב שבתאי בין השנים 2004 עד 2017.

 גיחות סביב הכוכב-Flybys 
 מסע הגשושית פיוניר 11 
ממוזער|תמונה של שבתאי על ידי פיוניר 11.
ב־1 בספטמבר 1979, הייתה הגשושית פיוניר 11 לחללית הראשונה שביקרה בשבתאי. היא חלפה במרחק של 20,591 קילומטרים מעל שכבת העננים של כוכב הלכת. במהלך המעבר, צולמו תמונות ברזולוציה נמוכה של שבתאי ושל כמה מירחיו; הרזולוציה לא הייתה מספקת כדי להבחין בפרטים על פני השטח. החללית גם חקרה את הטבעות; בין הממצאים היו הטבעת הדקה F והעובדה שחריצים כהים בטבעות נראים בהירים כאשר הם נצפים לכיוון השמש, כלומר שהם אינם ריקים מחומר. פיוניר 11 גם מדדה את טמפרטורת הירח טיטאן, שנמצאה כ-23.15°C- או 250 קלווין.

 מסעות הגשושיות וויאג'ר 
בנובמבר 1980 ביקרה הגשושית וויאג'ר 1 במערכת שבתאי. היא שידרה ארצה את התמונות הראשונות ברזולוציה גבוהה של כוכב הלכת, טבעותיו וירחיו. לראשונה ניתן היה להבחין בתווי פני השטח של כמה ירחים. בשל גילוי קודם של אטמוספירה עבה מעל הירח טיטאן, בחרו מנהלי המשימה במעבדת הנעת החלל (Jet Propulsion Laboratory) לשלוח את וויאג'ר 1 לעבור קרוב לטיטאן. מסלול זה הביא להרחבת הידע על האטמוספירה של הירח, אך גם הוכיח שאטמוספירת טיטאן אינה חדירה באור נראה, ולכן לא נצפו פרטים על פני השטח. המעבר השפיע על מסלול החללית והרחיק אותה ממישור המערכת השמשית, ובכך מנע את מימוש הסיור הגדול "Grand Tour" לכוכבי הלכת אורנוס, נפטון ופלוטו.

בערך שנה לאחר מכן, באוגוסט 1981, המשיכה הגשושית וויאג'ר 2 לחקור את מערכת שבתאי. היא צילמה (acquired) תמונות מקורבות נוספות של ירחי שבתאי, וכן תיעדה שינויים בטבעות. וויאג'ר 2 חקרה את האטמוספירה העליונה של שבתאי באמצעות שידור רדיו, מדידת פרופילי טמפרטורה וצפיפות. נמצא שבשכבות העליונות ביותר (לחץ של כ-7 קילופסקל = 70 מיליבר) הטמפרטורה הייתה כ-70 קלווין (203°C-), בעוד שבשכבות העמוקות יותר (הלחץ של כ-120 קילופסקל) עלתה הטמפרטורה לכ-143 קלווין (130°C-). הקרחון הצפוני התגלה כקריר בכ-10 קלווין לעומת אזורים אחרים, אם כי ייתכן שמדובר בהשפעה עונתית. במהלך המעבר, פלטפורמת המצלמה הניתנת לסיבוב נתקעה ליומיים, וחלק מצילומי המשימה אבדו. כוח המשיכה והכבידה של שבתאי שימשו כדי לכוון ולהאיץ את הגשושית במסלול לכיוון אורנוס באמצעות התמרון שנקרא "מקפצת כבידה" (gravity assist).

הגשושיות גילו ואיששו קיומם של מספר ירחים חדשים המקיפים את שבתאי בסמוך לטבעותיו או בתוכן. הן גם גילו את המרווחים הקטנים מקסוול וקילר בתוך הטבעות.

 מסע החלילית קאסיני-הויגנס 

ממוזער|שבתאי מאפיל על השמש, כפי שנראה מקאסיני
שמאל|ממוזער|אנימציה של מסלולי קאסיני סביב שבתאי מ-1 במאי 2004 עד 15 בספטמבר 2017·   ·  ·  · 
ב־1 ביולי 2004 ביצעה החללית קאסיני–הויגנס את תמרון הכניסה למסלול סביב כוכב הלכת שבתאי (SOI – Saturn Orbit Insertion). לפני ביצוע ה-SOI, כבר חקרה קאסיני את מערכת שבתאי באופן נרחב. כך, שב־11 ביוני 2004 היא עברה קרוב לירח פיבי ושלחה לכדור הארץ תמונות ונתונים ברזולוציה גבוהה.

ב־25 בדצמבר 2004 ביצעה חללית־האם קאסיני–הויגנס שתי מעופי חליפה קרובים לירח טיטאן לפני ששיחרה את הגשושית הויגנס. הויגנס נחתה על פני טיטאן ב־14 בינואר 2005, ושלחה שדורי מידע במהלך הירידה דרך האטמוספירה ולאחר הנחיתה. במהלך שנת 2005 ביצעה קאסיני מספר רב של מעופי־מעבר נוספים (adicionales) סביב טיטאן וירחים קפואים נוספים.

ב־10 במרץ 2006 דיווחה סוכנות החלל האמריקאית נאס"א NASA כי גשושית הויגנס גילתה עדויות למאגרים תת־קרקעיים של מים נוזליים המתפרצים כגייזרים על הירח של שבתאי, אנקלדוס.

ב־20 בספטמבר 2006, חשפה חללית קאסיני–הויגנס בתצלום טבעת פלנטרית שעד לאותה שנה לא נצפתה קודם לכן, שנמצאת מחוץ לטבעות המרכזיות הבהירות של שבתאי ובין הטבעות G ו-E.New Ring Spotted Around Saturn  – Article on CNN.com.

ב־יולי 2006 זיהתה החללית קאסיני–הויגנס לראשונה עדויות לקיומם של אגמים של פחמימנים בקרבת הקוטב הצפוני של טיטאן, אשר אומתו בינואר 2007. במרץ 2007 צולמו תצלומים נוספים באזור הקוטב הצפוני של טיטאן, שחשפו תוואים "ימיים" של פחמימנים — הגדול שבהם כמעט בגודל של הים הכספי.

בשנת 2009 גילתה ואישרה החללית ארבעה ירחים חדשים. משימתה הראשית הסתיימה בשנת 2008, לאחר שהשלימה 74 הקפות סביב שבתאי. בשנת 2010 החלה המשימה המורחבת הראשונה, שכונתה "משימת שוויון־היום של קאסיני - אקווינוקס". המשימה המורחבת השנייה, "משימת ההיפוך של קאסיני - סולסטיס", נמשכה עד ספטמבר 2017. המשימה הסתיימה ב־15 בספטמבר 2017, עם כניסתה המתוכננת של החללית לאטמוספירה של שבתאי.

 משימות עתידיות 
חללית דרגונפליי (Dragonfly) של נאס"א תשוגר בשנת 2028 לביקור במערכת שבתאי, במטרה לנחות על הירח טיטאן.

 משימות מוצעות 
ממוזער|משימות לשבתאי מתמודדות בתחרות עם משימות לגופים אחרים במערכת השמש
משימת המעבר במסדרון טיטאן-שבתאי (TSSM – Titan Saturn System Mission) הייתה הצעת משימה משותפת של NASA ו־ESA לחקר שבתאי וירחיו, טיטאן ואנצלאדוס, שבהם נחשפו תופעות מורכבות במשימה הקודמת של קאסיני–הויגנס. המשימה הוצעה כתחליף ל־Europa Jupiter System Mission (EJSM) למימון. בפברואר 2009 הוכרז ש־ESA ו־NASA העניקו עדיפות למשימת EJSM על פני TSSM, אף על פי ש־TSSM תמשיך להיבחן להשקה אפשרית במועד מאוחר יותר. מיזם TSSM נוצר על ידי מיזוג בין ההצעה האירופית TandEM לבין המחקר extérieur של NASA בשם Titan Explorer 2007.

משימות נוספות שהוצעו למערכת שבתאי היו:
 2010 JPL: מסע לאנקלדוס וטיטאן (JET)
 טיטאן מארה אקספלורר (TiME) 2011; הנחתת נחתת ימית שתחקור את אגמי המתאן של הירח טיטאן. משימה זו קיבלה 3 מיליון דולר במאי 2011 לפיתוח מחקר קונספט מפורט כחלק מתוכנית דיסקברי של נאס"א.
 2012 DLR: אנצ'לדוס אקספלורר (EnEx), נחיתה עם מחפר קרח.
 2012 JPL: חקירת חיים בירח אנצ'לדוס (LIFE) והחזרת דגימות.
 2015 JPL: איתור חיים באנקלדוס (ELF)
 מעבדה לפיזיקה יישומית 2020: אנצלדוס אורבילנדר

 ראו גם 
 קלווין
 תוכנית וויאג'ר
 תוכנית פיוניר
 תוכנית הגבולות החדשים

 לקריאה נוספת 
 Hannu Karttunen; et al. (1996), Fundamental Astronomy (3rd ed.), New York: Springer, , retrieved February 21, 2012.
 NASA/JPL–Caltech (October 18, 2010). "Voyager Science Results: Saturn". voyager.jpl.nasa.gov. Retrieved February 21, 2012.

 קישורים חיצוניים 
 משימת קאסיני של נאס"א לשבתאי

הערות שוליים

קטגוריה:מערכת השמש
קטגוריה:משימות לחקר מערכת השמש
קטגוריה:שבתאי
קטגוריה:תוכנית החלל האמריקאית
קטגוריה:תוכנית החלל האירופית
קטגוריה:גשושיות אמריקאיות
קטגוריה:גשושיות אירופאיות