הניסוי הישראלי בחלל: מה בדיוק חיפשנו שם?

ניסוי האבק הים-תיכוני הישראלי - ובקיצור "מיידקס" (Mediterranean Israeli Dust Experiment) - היה ניסוי מורכב. הוא דרש השתלבות הדוקה ובקנה מידה עולמי - לעתים קרובות אף בזמן אמיתי - של פעולות של אסטרונאוטים במעבורת, של צוות פיקוד ותיאום ישראלי במוצב הפיקוד המדעי שבבסיס נאס"א גודארד, ליד וושינגטון, של צוות מוטס מעל הים התיכון ושל צוות תחזיות באוניברסיטת תל-אביב בישראל.
העובדה הראשונה שאני רוצה להדגיש היא שכל המערכות תיפקדו ללא דופי מהשיגור ב-16 בינואר ועד סוף הניסוי. זה כשלעצמו הישג טכנולוגי וארגוני נכבד במבצע מסובך כזה. האסטרונאוט דייב בראון אף ציין זאת לשבח בתשדורת מיוחדת מהמעבורת.
מטרת כל ארבעת הניסויים שנכללו במיידקס היתה חישה מרחוק של תכונות המערכת הפיזיקאלית של כדור הארץ והאטמוספירה ( Earth-Atmosphere System- EAS). כל הניסויים דרשו פעילות אינטנסיבית של האסטרונאוטים במעבורת. פעילות זו בחלקיה החשובים לא ניתנת לביצוע מהקרקע, ואתן לכך דוגמאות בהמשך.
כל ניסוי וניסוי עבר בדיקה ואישור בארץ ובמוסדות נאס"א לפני היכללותו במערך מיידקס. נחתם הסכם שיתוף פעולה בין מדעני נאס"א ואוניברסיטת תל-אביב, באמצעות הסוכנות הישראלית לניצול החלל (סל"ה). משך טיסת המעבורת בחלל נקבע - חלקית בגלל מיידקס - לשישה-עשר ימים במקום עשרה, ונטיית המסלול נקבעה ל-39 מעלות בערך על מנת לאפשר מדידות מעל הים התיכון.
המטרות המדעיות של הניסויים היו, כאמור, כולן בתחום החישה מרחוק, אך בתחומים שונים מאוד זה מזה.

הניסוי הראשון: אבק מדברי

ניסוי זה נועד לשיפור ההבנה של תפקיד האירוסולים המדבריים במאזן האנרגיה של ה-EAS - או במלים אחרות, באקלים ובמזג האוויר שעל כדור הארץ. הוחלט לעשות זאת על ידי עקיבה לטווחים ארוכים אחרי פלומות אבק באטמוספירה, בעזרת המעבורת ומטוס שטס מתחתיה.
חישה מרחוק של מעבר פלומות אבק מדברי באטמוספירה היתה, אם כן, הניסוי העיקרי שלנו. האבק המדברי הוא אולי המועמד הטוב ביותר לפעולה נגד התחממות הארץ עקב גזי החממה, וזאת בגלל העובדה שהוא מקרר את האוויר והקרקע. מידת הקירור העולמית נקבעת על ידי הפריסה הגיאוגרפית שלו בעולם ולכן חייבים לחקור זאת מהחלל. מערך קרקעי, בלונים או מטוסים אינם מסוגלים לענות על צורך זה.
בנוסף לכך, האבק הוא מקור עיקרי למינרל הברזל לצומח ולחי הימי. בכל מקום שיש שקיעה של אבק על פני הים, מיד יש פריחה של אצות ירוקות. כמו כן מעביר האבק בתוכו גם נבגים וחיידקים - ויש האומרים אף נגיפים - מיבשת ליבשת.
תקופת מעבר האבק המירבי באוויר מעל האוקינוס האטלנטי היא מפברואר עד ספטמבר, ובים התיכון ממארס ועד יולי. מיידקס שוגר, אם כן, לא בתקופה המתאימה ביותר, וזאת בגלל אילוצי נאס"א, בעיקר בגלל שיפוצים במעבורת.
כאמור, אבק אינו בנמצא באטמוספירה כל הזמן, ולכן הוספנו עוד ניסויים כדי לוודא פירות מדעיים של הפרויקט.

הניסוי השני: החזרת קרינה מהים

כאשר לא היה אבק או עננים בשדה הראייה של המצלמה, מדדנו את כושר החזרת אור השמש מן הים, כמעט בכל תחום קרינת השמש, מהעל-סגול ועד לתת-אדום. מידע זה חשוב לפיתוח מודלים טובים יותר לאקלים ולתחזית מזג-האוויר. בנוסף לכך מאפשרת ידיעה של כושר ההחזרה הספקטראלי של הים בשטחים נרחבים להתחקות אחרי השינויים בריכוז הכלורופיל בים. מידע אחרון זה מצדו מאפשר לחקור את התופעה המקבילה באוקיינוסים ובימים ל מערכות מזג-אוויר באטמוספירה - "ערבולים" (gyres). קוטרן של תופעות אלה נע בין שלושה קילומטרים בים התיכון לבין שלושים קילומטרים באוקינוסים. זהו גודל קטן מאוד ביחס לאלפי הקילומטרים של שקעים באטמוספירה, וזאת בגלל הבדלי הצפיפות של מים לעומת אוויר.
שני הניסויים הללו נערכו בשעות היום מעל לים התיכון ולאוקיינוס האטלנטי. ביצענו שני יעפים מעל לים התיכון בזמן הימצאות אבק ובעת טיסת המטוס דרך הפלומה מתחת למעבורת. רק רישום דיגיטאלי אחד נמצא בידנו. לעומת זאת הצלחנו לתפוס פלומות אבק תשע פעמים בוודאות מעל לאוקינוס האטלנטי, ושש מהן בידנו. יש סיכוי סביר שנזהה עוד אירועי אבק שלא נבדקו כראוי..
יש בידנו נתונים מחמישה יעפים שנערכו במצב של אוויר נקי מעננים ומאבק, שעל פיהם נוכל לחקור את כושר ההחזרה של הים וכל הנגזר ממנו.
כמו כן, בידינו צילום שמהווה הוכחה ניסויית לכך שפלומת העשן משריפת יער גדולה מוֹנעת התהוות עננות בה ובסביבתה (וראו: דניאל רוזנפלד – "אזהרה! ה'עישון' מזיק לבריאות העננים", גליליאו 33). הואיל ומוצתות שריפות מכוונת נרחבות בג'ונגלים בכל העולם כדי להכשיר שטחים לחקלאות, ומשום שכמות העננות קובעת במידה רבה את האקלים ואת מזג האוויר, יכול ממצא זה להיות בעל חשיבות אקלימית.
פעולת אסטרונאוטים בעקיבה ידנית אחרי פלומות אירוסול והכושר שלהם לנצל עד תום את התחזיות שלנו, היו מרכיבים חשובים בהצלחתנו "לתפוס" פלומות אבק אף בעונה ה"חלשה" יותר.

הניסוי השלישי: שדונים ופֵיות

ניסוי זה נערך דווקא בלילה ומעל לאוקיינוס השקט, דרום-אמריקה ואפריקה. הוא עסק בתופעות אור חולפות (Transient Luminous Effects – s’TLE) באטמוספירה העליונה מעל סופות רעמים חזקות. תופעות אלה נתגלו רק ב- 10 – 15 השנים האחרונות, ועד הניסוי שלנו לא נחקרו בצורה מסודרת מהחלל, ואין להן הסבר ממצה. שתיים מהן נצפו במשך הניסוי שלנו. אחת מהן נקראת "שדון" (sprite). תארו לעצמכם מדוזה ענקית ורודה-אדומה בשמים, באורך של עד שבעים קילומטרים וקוטר של כשלושים, שאורך חייה מאיות עד עשיריות השנייה. היא מתהווית כמה עשרות קילומטרים מעל לברק ומופיעה בודדת או אף בקבוצות.
התופעה השנייה שנצפתה בניסויים שלנו נקראת "פיה" (elf). זהו הבזק טבעתי של אור המתהווה גם הוא כמה עשרות קילומטרים מעל לברק. הוא מתחיל בנקודת אור שמתפשטת תוך מספר אלפיות השנייה לטבעת בקוטר של עד שבע-מאות קילומטרים (!) ונעלמת.
הסיבות העיקריות להצלחתנו "לתפוס" תופעות מהירות אלה הן, ראשית, עצם ההסתכלות מהחלל, שנית, שיטת "הציד" שפותחה במשך המבצע בידי האסטרונאוטים: הם גילו מהר מאוד שהשיטה שהוצעה מלכתחילה לגילוי שדונים בעזרת מצלמת וידאו אינה יעילה. הם הציעו לצוד שדונים ופיות באמצעות הכוונת מצלמה ידנית בידיהם לעבר ברק. זו הוּכחה כשיטה יעילה ביותר, והאסטרונאוטים ציינו שהיא מהנה מאוד ומזכירה להם קרב אווירי...
מצאנו כשלושים תופעות כאלה בנתונים שבדקנו עד עכשיו. ממצא זה כבר עורר עניין רב, הואיל ותדירות הופעתן היתה גדולה יותר משהיה ידוע ממדידות של שדונים מהרים גבוהים על פני הקרקע. לעובדה זו יש משמעות רבה בהסבר התופעות בעזרת תיאוריות מדעיות מתאימות.

הניסוי הרביעי: נראוּת מן החלל

הניסוי האחרון שכללנו במשימות צוות המעבורת היה בדיקת הנִראוּת מהחלל לעין האסטרונאוטים של עצמים בגודל מתאים לגילוי על ידי עין האדם. בחרנו איים, מפרצים ועיקולי נהרות בגודל שעין אדם ממוצעת עשויה להבחין בו ביום מהחלל. מסרנו לאסטרונאוטים בכל פקודת יום רשימה של מטרות כאלה, ובבוא הזמן הם ניסו לאתרן בעין. הזמנים המדויקים של כל גילוי מטרה נרשמו. ליד כל מטרה היתה תחנה בקרקע שמדדה את כמות האירוסול שבאוויר. כך אפשר לבנות מודל של תלות הנראוּת בתנאי הראות לטווח אלכסוני גדול, מודל שעדיין אינו קיים. כל המדידות האלה אבדו לצערנו בגלל אסון התפרקותה של המעבורת.
ציוד החישה מרחוק במעבורת כלל מצלמה ורשמים דיגיטאליים וציוד אלקטרוני נלווה. המצלמה הדיגיטאלית שלנו היתה מיוחדת מאוד: רגישה מאוד ובתחום אורכי גל נרחב המשתרע מהעל-סגול ועד לתת-אדום ומכסה את תחום הרגישות של כמה לוויינים אחרים, ולכן מכשירנו היווה סימולאציה של מספר לוויינים. הואיל ושדה הראייה שלנו קטן מזה של לוויינים אחרים, המכשיר אף יכול היה לשמש להשוואת המדידות של מספר לוויינים זה לזה, וכך לכיילם הדדית. התכונה המיוחדת הנוספת שלה לעומת רוב המצלמות הקיימות היא היותה מכוילת אבסולוטית ביחידות אנרגיה, מה שאִפשר לנו לדעת בכל פיקסל ופיקסל של כל תמונה מה היתה כמות האנרגיה הספקטראלית בתופעה המצולמת.
הנתונים אוחסנו בשלושה רשמים דיגיטאליים בתוך המכשיר וגובו על-ידי הרשמים שבתא הפיקוד של המעבורת, ועל-פי דרישתנו שוגרו בחלקם הגדול מדי-יום אל הקרקע בשידור דיגיטאלי. התוצאה היא שיש בידנו בין שבעים לשמונים אחוזים של כלל הממצאים המדעיים מהמעבורת.
אנו מרכזים כעת את יתר הנתונים מהמעבורת ומבסיס נאס"א ביוסטון, מהמטוס, מתחנות הקרקע ומיתר המוסדות הרבים בכל העולם שהשתתפו במבצע או תרמו מידע מדעי או טכני. כבר בשבוע הבא ייצא אחד מאתנו לכנס מדעי כדי למסור לקהילה המדעית נתונים ראשוניים בנושא השדונים והפיות שמתהווים מעל סופות רעמים ברוב חלקי העולם. אנו מקווים לבנות מכשיר דומה בעתיד ולהטיסו במעבורת או בתחנת החלל על מנת לבצע ניסויים חדשים.