הניסוי הישראלי בחלל: חוקרים את האבק

אבק הוא לא רק הגושים האפורים והצמריריים שמצטברים מתחת למיטה או על המקרר: מדענים גילו שאבק הוא אחד מהגורמים המשפיעים ביותר על האקלים. ליתר דיוק, המדענים מדברים על "אוירוסולים" – שם כללי לחלקיקים הזעירים המרחפים באטמוספירה, שביניהם אפשר למצוא אבק מדברי, חלקיקים שנוצרו בהתפרצויות געשיות, וחלקיקים שמקורם בזיהום-אויר מעשה-ידי-אדם (כמו פיח).
האוירוסולים אינם גזים, אלא חלקיקים מוצקים קטנים כל-כך, עד שלא ניתן לראותם בדרך כלל בעין אדם בלתי-מזויינת. אבל במקומות שבהם ריכוז החלקיקים גבוה במיוחד – למשל, באזור מדבר סהרה או מעל העיר לוס-אנג'לס המזוהמת – האוירוסולים יכולים להשפיע על תנאי הראות וליצור אובך.

האם האוירוסולים יצילו אותנו מאפקט החממה?

מדענים גילו שהאוירוסולים המרחפים באטמוספירה משפיעים על האקלים בכמה דרכים: הם מחזירים ובולעים את קרינת השמש, הם משפיעים על היווצרות עננים, והם יוצרים תגובות כימיות עם חומרים אחרים. כך למשל, האוירוסולים הוולקניים (אלה שנוצרים בהתפרצויות געשיות) יוצרים תגובות כימיות שתורמות לתהליך של הרס שכבת האוזון – אותו גז מפורסם שמסנן את קרני השמש ומגן על כדור-הארץ מפני התחממות.
אבל מדענים סבורים שכשם שהאוירוסולים יכולים להיות "רעים" לאדם, בכך שהם תורמים להתחממות כדור-הארץ - כך הם יכולים גם להיות "טובים", בכך שהם מחזירים את קרני השמש לחלל ומקררים את האטמוספירה ואת פני כדור-הארץ. "האוירוסולים משפיעים על האקלים לפחות כמו גזי החממה", אומר פרופסור יהויכין (יו-יה) יוסף מאוניברסיטת תל-אביב, המתמחה בפיסיקה פלנטרית ואטמוספירית, "אבל בשונה מגזי החממה (שבולעים את הקרינה התת-אדומה שנפלטת מכדור-הארץ ומחממים את האטמוספירה) - האבק, ובמיוחד האבק המדברי, יכול גם לקרר את כדור הארץ, ולא רק לחמם אותו. ההתנהגות של האוירוסול משתנה בתנאים שונים. למשל, אותו אוירוסול של אבק יכול להתנהג אחרת מעל הים או מעל היבשה. לכן חוקרים עכשיו את האבק הזה".

הניסוי הישראלי זכה לעדיפות בנאס"א

כאשר הודיעה נאס"א לישראל שהאסטרונאוט הישראלי יידרש לבצע ניסוי בחלל, הציע פרופ' יוסף, ביחד עם פרופ' זאב לוין, לעשות ניסוי שקשור בחקר האבק המדברי – אחד מהנושאים שנמצאים כיום בקדמת מחקר האקלים בעולם. לאחר בדיקה מדעית קפדנית של מומחי נאס"א לחקר האקלים, הניסוי אושר לטיסה במעבורת החלל. פרופ' לוין ופרופ' יוסף הפכו לחוקרים הראשיים של הניסוי, שזכה לכינוי MEIDEX (כלומר, Mediterranean Israeli Dust Experiment).
"יש כיום מספר לוויינים, שאחד מתפקידיהם הוא לחקור את האבק", מסביר פרופ' יוסף על הניסוי, "השימושי ביותר מבין הלוויינים האלה נקרא TOMS, והוא מודד את האבק באמצעות הקרינה בתחום האולטרא-סגול. מהלוויין הזה אתה יכול לצייר יפה מאוד מפות של נוכחות אבק מעל הים ומעל היבשה – אבל אתה לא יודע בדיוק כמה אבק יש, משום שיש הטיות שונות. קיים גם צמד הלוויינים שנקראים AQUA ו-TERRA, המודדים את האבק בתחום האור הנראה. ההצעה שלי הייתה לבנות מכשיר שמאחד בתוכו כמה מאורכי-הגל של שני שלושת הלוויינים, והוא יאפשר בפעם הראשונה להשוות את המדידות ולכייל את הלוויינים זה עם זה".
מעבורת החלל טסה בגובה של 280 ק"מ, והיא עוברת מעל הים התיכון בין פעמיים לשלוש ביממה בשעות האור. האסטרונאוט, אילן רמון, יידע מראש את מיקומם של ענני האבק, לפי נתונים שיועברו מתחנות תצפית ברחבי העולם ומלווייני נאס"א, ועל סמך תחזיות של מודל מטאורולוגי שפותח באוניברסיטת ת"א. רמון יפעיל את המצלמה המיוחדת שמודדת את האבק. הוא יעמוד בקשר שוטף עם צוות המדענים מאוניברסיטת ת"א, שחלקו יישב במרכז פיקוד בגודארד שבמדינת מרילנד בארה"ב, בראשותו של פרופ' יוסף. רמון יחליט, יחד עם החוקרים, כיצד להטות את המעבורת, ויקליט את המידע שיתקבל.
באותה שעה יטוס מעל הים-התיכון מטוס עם חוקרים נוספים, בראשותו של פרופ' לוין. החוקרים יטוסו בתוך ענני האבק שהאסטרונאוט צופה בהם. מערכות המדידה המשוכללות שעל המטוס ידגמו את חלקיקי האבק ישירות וימדדו את הריכוז שלהם.
בטיסת המעבורת מתוכננים עוד ששה ניסויים מדעיים, ועוד כ-50 ניסויים אזרחיים-תעשייתיים, שייעשו במעין קרון גדול, המכונה Space Hab. לדברי פרופ' יוסף, "העדיפות היא למי שמשלם את הכסף – וזה הקרון התעשייתי, אבל מבין הניסויים המדעיים, הניסוי שלנו זכה למעמד מועדף. נאס"א האריכו את הטיסה מעשרה ימים, כמקובל, ל-16 יום - כדי שנצליח לתפוס סופות אבק. הם הלכו מאוד לקראתנו, ואנחנו מקבלים מהם הרבה סיוע".

שדונים שנראים כמו מדוזה אדומה

ומה אם לא יהיו סופות אבק בכל משך טיסת המעבורת? "בשנים האחרונות התדירות של סופות אבק עלתה מאוד", אומר פרופ' יוסף, "ובכל זאת ייתכן שלא תהיה אף סופת אבק בפרק הזמן הזה, ואנחנו נצטרך בכל זאת לעשות משהו. לכן תכננו ניסויים נוספים. כאשר לא יהיה אבק, והשמיים יהיו נקיים מעננים, נבדוק את כושר החזרת האור של הים בתחום האולטרא-סגול כפונקציה של מהירות הרוח".
ומה אם יהיה מעונן כל הזמן? צוות החוקרים קיבל את הצעתו של ד"ר יואב יאיר מהאוניברסיטה הפתוחה, לסובב את המעבורת על זנבה בשעות הערב ולצפות לעבר קו האופק, כדי לתעד "שדונים" (Sprites). מדובר באחת משורה של תופעות אור, שנוצרות מעל סופות רעמים חזקות ומכונות בשם הכולל TLE (כלומר, Transient Luminous Events). "התופעה התגלתה באופן מקרי ב-1990 על-ידי צוות שצילם במצלמות מיוחדות את האופק מעל סופת ברקים", אומר ד"ר יאיר, "עד אז היו הרבה דיווחים על תופעות אור כאלה, אבל הקהילה המדעית התייחסה אליהם בספקנות, ואפילו בזלזול. פתאום, אחרי שהוכח שזה קיים, כולם התחילו לראות את זה, וזה הפך תוך ארבע-חמש שנים לנושא חם מאוד במחקר האטמוספירי. גילו כל מיני וריאציות - היום יש כבר גן חיות שלם. כל אחת מתופעות האור האלה זכתה לכינוי שלקוח מהמיתולוגיה הצפונית. השדונים הם בצורה של מדוזה אדומה, שמתפרשת לגובה ולרוחב של עשרות קילומטרים".
ד"ר יאיר מסביר: "כל התופעות האלה מתרחשות סמוך להתפרקויות ברקים מאוד חזקות, שקורות בתוך ענני סופה. זה כנראה נגרם מפעימה אלקרומגנטית חזקה, שמתפשטת מענן כלפי השכבה העליונה של האמטמוספירה. כתוצאה מהאנרגיה הזו גז החנקן עובר תהליכים של עירור ופולט אור אדום".
ומה תהיה התרומה של ישראל לחקר השדונים? "עד היום היה קושי לצפות בשדונים מלמטה", אומר ד"ר יאיר, "כי העננים מסתירים, ויש הפרעות. החידוש של הניסוי שלנו הוא שאנחנו מצלמים את זה מלמעלה, עם מצלמות מאוד רגישות, ואנחנו גם מכסים שטחים גדולים מאוד של כדור הארץ. התוצאה תהיה, אנחנו מקווים, תמונת מרהיבות של השדונים. אין חשש שלא יהיה לנו מה לצלם: בכל רגע נתון יש אלפיים סופות ברקים על-פני כדור הארץ, וקצב ההתפרקויות הוא מאה ברקים בשנייה".
החוקרים הישראלים לא יחפשו את השדונים הזוהרים באופן אקראי: הם פיתחו שיטות תחזית להיווצרות של שדונים בכל העולם. במקביל לתצפית מהחלל, ימדוד צוות חוקרים את האותות האלקטרומגנטיים הנלווים להתפרקויות הברקים באמצעות אנטנות המוצבות בשדה-בוקר ובמצפה רמון.
וגם כאשר הוא לא ימדוד סופות אבק, או יחפש אחר מדוזות אדומות בשמיים, אילן רמון לא יהיה משועמם. המדענים הישראלים הכינו לו עוד ניסוי קטן, שנועד לבדוק את תנאי הראות מהחלל בעין בלתי-מזויינת. ובנאס"א דורשים שהאסטרונאוטים גם יעשו מדידות רפואיות אחד לשני, כדי ללמוד עוד על ההסתגלות של בני-האדם לחלל. לדברי פרופ' יוסף, "הכל בטיסת החלל נקבע מראש, כולל כמה זמן יש לאילן רמון לישון, וכמה זמן יש לו לתת דגימות רוק ושתן. זמנם של האסטרונאוטים מחושב עד לדקה האחרונה".

ד"ר יואב יאיר סייע בעריכה מדעית של הכתבה.