יום רביעי, 24 בפברואר 2010

הטיל וכלבי השמש

לפני שבועיים, ב-11 בפברואר, שיגרה נאס"א לחלל את ה-SDO - לוויין שאמור לחקור בשנים הקרובות את האטמוספרה של השמש, כלומר את השכבה החיצונית שלה. בעת השיגור ארע אירוע יוצא דופן, שככל הידוע לא ניצפה עד היום, ולמרות שעברו כמה ימים מאז השיגור לא נמצא לו הסבר מלא.

אנא צפו בסרטון הבא שצולם על ידי אחת הצופות בשיגור.



התופעה המעניינת מתרחשת החל מדקה וארבעים שניות אחרי תחילתו של הסרטון (קצת פחות מ-75 שניות אחרי השיגור).

בצד ימין רואים כלב שמש (sundog) - תופעה אופטית אטמוספרית הנגרמת עקב שבירת קרני השמש בגבישי קרח משושים הנמצאים בגובה רב (כ-10 ק"מ). גבישי הקרח נמצאים בדרך כלל בענני צירוס דקים ושקופים למחצה. לפי סידור הצבעים ניתן להבין שזה כלב השמש השמאלי מבין השניים, כלומר השמש נמצאת מימין לתמונה. לאחר שטיל השיגור עובר את שכבת העננים מופיע בבת אחת מין גל בענני הצירוס אשר הורס את כלב השמש למשך מספר שניות (כאן וכאן ניתן לראות שכלב השמש מופיע שוב).

תצלום של הרגע שבו מופיע הגל (קרדיט: George Privon). העובדה שהגל הופיע בבת אחת על פני חלק גדול מהענן מרמזת על כך שהוא נוצר באופן מתמשך על ידי הטיל והופיע כאשר חלקים שונים שלו פגעו יחד בענן.

הגעתי למסקנה שהטיל כבר עבר את שכבת העננים משום שרואים קודם לכן שהוא נבלע בתוך עננים, והיות שרואים אותו בהמשך, גם דרך העננים, ניתן להסיק שזו שכבת עננים דקה למדי. בנוסף לכך ניתן לראות פרט מעניין בסרטונים אחרים של אותו שיגור. אלו סרטונים של נאס"א שמאגדים צילומים ממספר מצלמות שהוצבו סביב אתר השיגור. כאן וכאן רואים מין סילון שחור שמופיע באופן פתאומי לכיוון שמאל-למעלה ומיד אחר כך נוצר הגל המסתורי. לדעתי הסילון הזה הוא בעצם הצל של הטיל אשר מוטל על שכבת ענני הצירוס שמתחתיו. בצד ימין-למטה ניתן להבחין בעשן שחור שמקורו בטיל (ניתן להבחין בו גם בסרטונים נוספים, למשל כאן). אינני יודע למה נוצר העשן, אבל הוא לא קשור לצל. אגב, בהמשך רואים את שובל ההתעבות (contrail) האופייני לטילים ולמטוסים הטסים בגובה רב. צבעו לבן והוא מורכב מאדי המים הנפלטים מהמנוע אשר מתקררים והופכים לגבישי קרח.

 תצלום מסך מאחד הסרטונים של נאס"א. ניתן לראות את הצל של הטיל על הענן שמתחתיו ואת העשן השחור הנפלט מהמנוע. פחות משנייה אחר כך מופיעים הגלים המסתוריים על הענן.

תופעה מעניינת נוספת המתלווה לאותו גל היא התעבות של טיפות מים סביב הטיל, בחלקו הקדמי. ניתן לצפות בה בכל הסרטונים. ההתעבות הזו נגרמת כתוצאה מתופעה אווירודינמית הקרויה סינגולריות פראנטל-גלאוארט ואשר מופיעה במהירות טרנס-קולית (קרובה למהירות הקול). אם כך, הגל שלנו נוצר קצת לפני שהטיל עבר את מהירות הקול, אבל אני לא מוצא קשר ישיר בין השניים. עצם שנע במהירות על-קולית יוצר גל הלם בצורת חרוט, ואכן מספר אתרי אינטרנט שהתייחסו לאירוע הזה כתבו שמדובר בגלי הלם, אבל אני לא מזהה כאן מאפיינים של גל הלם - הוא דומה יותר לגל רגיל שנוצר במים על ידי מקור נקודתי. במקרה הזה יש לנו מועמד טוב למקור הגל - המנוע של הטיל שמייצר גלי קול באופן מתמשך.

באופן כללי, אני מסכים עם מה שרשום באתר של נאס"א לגבי הרס כלב השמש על ידי הגל. גל אקוסטי (גל קול) שמקורו בטיל פגע בסידור הגבישים בענן, וכתוצאה מכך נעלם כלב השמש לזמן מה, עד שהגבישים הסתדרו מחדש. אבל לגבי השאלה מהו אותו גל אקוסטי ומה מקורו המדויק - לא מצאתי תשובה משכנעת באינטרנט.

החלטתי להעריך את אורך הגל על ידי השוואה לגודלו של טיל השיגור (אטלס 5). אורך הטיל עומד על כ-58 מטר, והמרחק בין שיא לשיא בגל הנראה בסרטון די קרוב לאורך הטיל, כלומר אורך הגל הוא בסדר גודל של עשרות מטרים. הורדתי את הסרטון למחשב שלי ובעזרת מעבר בין פריימים בודדים הערכתי את מהירות הגל - מצאתי שהיא קרובה למהירות הקול באוויר (בערך 300 מטר לשנייה בגובה של 10 ק"מ), ולכן אני מסיק שככל הנראה מדובר בגלי קול. חלוקת מהירות הגל באורך הגל נותנת את התדר. מתקבל תדר נמוך מאוד, פחות מעשרה הרץ. אלו תדרים שיכולים להופיע במנוע הטיל (למשל רעידות מכניות) ובהחלט ייתכן שמקור הגל במנוע, והוא נראה רק כשהוא פוגע בשכבת ענני הצירוס הדקה ומניע את גבישי הקרח הלוך ושוב למרחק של עשרות מטרים.

לסיכום, אלו הן המסקנות שלי:
מנוע הטיל יצר באופן מתמשך גלי קול בתדרים נמוכים מאוד וכאשר הם פגעו בשכבת ענני הצירוס ניתן היה לראות אותם עקב תזוזת גבישי הקרח בענן. התזוזה הרסה את סידור הגבישים וכלב השמש נעלם עד שהגבישים חזרו למקומם. הטיל היה קרוב למהירות הקול, ולכן הגלים שהוא יצר הגיעו לענן בערך ביחד איתו. הרגע שבו מופיע הגל בסרטונים הוא פחות או יותר הרגע שבו חזית הגלים פוגעת בענן.

האיור הבא מתאר חזית של גלי קול שנוצרים על ידי מטוס שטס במהירות נמוכה ממהירות הקול (שמאל) ושווה למהירות הקול (ימין). במקרה של תנועה במהירות הקול החזית מהווה גל הלם - שינוי חד בלחץ האוויר הנובע מהצטברות גלי קול רבים על קו אחד. לדעתי במקרה שלנו התופעה מופיעה לפני שהטיל מגיע למהירות הקול והיא לא קשורה להיווצרות גל הלם. 


אני לא בטוח שההסבר שלי נכון, אבל לפחות כרגע הוא נראה לי הגיוני. מצד שני, מדוע לא ראו את התופעה בשיגורים קודמים? האם מעולם לא התבצע שיגור דרך שכבת ענני צירוס? האם היה משהו מיוחד בטיל הזה שגרם להיווצרות של גלי קול חזקים במיוחד בתדרי תת-שמע?

לקריאה ולצפייה נוספת:
על השיגור באתר APOD
סרטון נוסף של נאס"א

7 תגובות:

אנונימי אמר/ה...

מה זה גל הלם?

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

גל הלם הוא קו גבול שמציין אי-רציפות של לחץ, צפיפות, טמפרטורה או גדלים אחרים. למשל, מצד אחד של גל ההלם יש לחץ אוויר גבוה ומהצד השני לחץ האוויר נמוך. גל ההלם מתקדם במרחב בדומה לגלים אחרים.

כלי שנע במהירות הקול או במהירות על-קולית יוצר גל הלם.

אני מקווה להרחיב על גלי הלם בפוסטים עתידיים.

אלעד טורצ'ין אמר/ה...

יפה מאוד

אנונימי אמר/ה...

ממש עבודת תחקיר...

אנונימי אמר/ה...

מהדברים המדהימים ביותר שראיתי בחיי הקצרים. כבוד!

אריה מלמד-כץ אמר/ה...

אני מאחל לך אריכות ימים :-)

אנונימי אמר/ה...

הגדול, מצאתי את מה שאני "יש מחפש כבר