יום ראשון, 21 באוגוסט 2011

התשובה לשאלה כבדת משקל

טלסקופים ומכשירי חישה-מרחוק אחרים מאפשרים לנו לקלוט את הקרינה המגיעה אלינו מגרמי השמיים השונים, ולהפיק ממנה מידע אודותיהם. אפשר לדעת למשל מהם סוגי החומרים הנמצאים שם, ומה גודלו של הגוף השמיימי. אבל פרט מידע חיוני אחד לא ניתן למדוד באופן ישיר, והוא המסה של אותם גופים.
Credit: NASA
לעזרתנו מגיעה העובדה שהמסה הינה התכונה שיוצרת את כוח הכבידה. ככל שגוף מסיבי יותר, כך כוח הכבידה שלו גדול יותר, ולכן גופים שמקיפים אותו נעים מהר יותר. לכן כל שצריך למדוד כדי לדעת את מסתו של גוף, הוא את הזמן שלוקח ללווין של אותו גוף (ירח, למשל) לבצע הקפה מלאה, ואת המרחק בין שניהם. שתי המדידות הן יחסית פשוטות לביצוע. 

מה עושים כאשר יש גוף שאין לו לווינים טבעיים, כמו למשל הירח שלנו? התשובה היא פשוטה - מטיסים אליו לווינים מלאכותיים שיקיפו אותו, ומודדים את השפעתו עליהם. נשמע פשוט, נכון? אבל זה לא באמת מספיק.

השיטה תהיה נכונה עבור גוף שהמסה שלו מרוכזת בנקודה אחת, או במילים אחרות, טוב בשביל שאלה בבגרות בפיסיקה. כדי לדעת על ההרכב הפנימי של הירח צריך למפות את שדה הכבידה כולו, כלומר לחלוף מעל כל פני השטח ולמדוד את ההשפעה על מיקום ומהירות הלווין. למעשה מחשבים את ההבדל בין המצב הנמדד לבין המצב שהיה אמור להיות אילו כל מסת הירח היתה מרוכזת בנקודה אחת. הידע הזה חשוב בעיקר אם נרצה בעתיד לנחות עליו בביטחה וביעילות. 

כמובן שהמשימה לא תהיה שלמה בלי למפות את שדה הכבידה בצידו הרחוק של הירח, אבל
שם תהיה חללית המיפוי נסתרת מכדור הארץ, ולכן לא נוכל למדוד את השינויים במיקום ובמהירות שלה (החללית לא מסוגלת למדוד את המיקום והמהירות של עצמה בלי ייחוס לנקודה קבועה).
Credit: Stephen Clark/Spaceflight Now
הפתרון שמצאו בנאס"א (בשיתוף עם MIT) הוא שימוש בשתי חלליות זהות שיחלקו את אותו מסלול, ובאמצעות תקשורת דו-כיוונית ימדדו בעצמן את המרחק היחסי בינהן. כשאחת מהן תחלוף מעל אזור צפוף יותר מבחינת המבנה הגיאולוגי, זה יגרום לה לשינוי קל במרחק מאחותה, והשינוי הזה יהיה בר מדידה. כשהתנאים יאפשרו זאת, הן תשדרנה את המידע שנאסף לכדור הארץ.
המשימה, ששמה גְרֵייל (GRAIL), מתוכננת לשיגור ב- 8 בספטמבר. זוג החלליות כבר עכשיו מועמסות יחדיו על גבי משגר מסוג דלתא-2. כארבעה חודשים לאחר השיגור יגיע המשלוח לירח והשתיים תוכנסנה למסלול פולארי (שחולף מעל הקטבים) בגובה של כ- 50 ק"מ בלבד מעל פני הקרקע.
שווה לציין שמשימה דומה בשם גרייס (GRACE) קיימת מאז 2002 במסלול סביב כדור הארץ ומודדת שינויים בשדה הכבידה שלו.

משימת גרייל היא חלק מהמערך שמוקם לקראת נחיתת משימה מאויישת על אדמת הירח בעתיד הלא-רחוק, ומכאן נגזרת חשיבותה.



וכבונוס למי שקרא עד הסוף - הנה יצור שאינו מושפע מכבידה.

funny pictures of cats with captions

7 תגובות:

  1. בהתחלה חשבתי שאתה מספר על משהו שעשו לפני שנים. עד שכתבת שהלווינים ישוגרו בספטמבר....

    למה זה חשוב עכשיו בשביל נחיתה על הירח, אם כבר עשו את זה בלי?

    השבמחק
  2. היה לגמריי שווה לקרוא עד הסוף

    השבמחק
  3. כדי לנחות ביתר יעילות (חסכון בדלק) ובצורה בטוחה יותר. הנחיתות של תכנית אפולו היו ידניות.

    השבמחק
  4. מעניין אם ישלחו משימה דומה למיפוי שדה־הכבידה של מאדים עבור נחיתה עתידית.
    אם כן, אני מציע את אותו שם, בצירוף Martian Expedition בסוף. (זה גם ילך טוב בתור ראשי־תיבות.)

    איתי צוּר

    השבמחק
  5. אני מניח שבעתיד יצטרכו לעשות את זה. ההבדל הוא שלמאדים יש אטמוספירה ולכן משימת המיפוי תהיה דומה יותר למיפוי כבידת כדור הארץ.
    בכל מקרה אעביר את הצעתך ל- JPL. או לסוכנות החלל הסינית. מי שיגיע לשם קודם.

    השבמחק
  6. פוסט מעניין, אם כי יש לי קצת השגות לגבי הפתיחה. ישנן שיטות שונות לחישוב מסה של גופים שמימיים, וכאשר מדובר בגוף בקרבה גדולה לכדה"א, כמו הירח, מספר השיטות רק גדל.
    בכלל, הפסקה על מדידת מסה מטעה בהקשר של הפוסט הזה, כי מדידת שדה הכבידה שונה לאין ערוך ממדידת המסה, ומשמשת למטרות שונות.
    אבל שוב, פוסט מעניין ביותר!

    השבמחק
  7. תודה עופר, ואשמח ללמוד מהטעויות.

    השבמחק