רודף צדק: הדרך של יוחאי כספי מנהריה לנאס"א ועד כוכב הלכת הגדול ביותר

מחזור החיים של פרופ' יוחאי כספי מסונכרן עם הכוכב צדק, וליתר דיוק עם החללית ג'ונו שמקיפה אותו. "כל 53 יום, כשג'ונו משלימה סיבוב סביב צדק, אני נוסע לשבוע לפגישה באתר של נאס"א בארצות הברית", מספר כספי. "זה דורש הרבה הכנה בכל פעם, וגם מבחינה משפחתית זו היערכות ונדרש מאמץ גדול, אבל אני לא מתלונן. מבחינה מדעית זה מאוד מעניין, וככל שאתה מעורב יותר אתה מייצר לעצמך מעמד".

להאזנה לכתבה, הוקלט על ידי הספריה המרכזית לעיוורים ולבעלי לקויות קריאה https://www.clfb.org.il/heb/main/

ובחודשים האחרונים המעמד של כספי אכן הולך ומתחזק כאחד החוקרים הבכירים בקבוצה שמלווה את ג'ונו. בראשית מרץ התפרסמה ב"נייצ'ר", מכתבי העת המדעיים החשובים בעולם, פריצת דרך מחקרית של הקבוצה שהוביל כספי. בתמצית, המחקר מצליח לחשב את עומק האטמוספירה של צדק ואת המאסה שלה. זה עשוי להישמע טריוויאלי, אבל פיסת המידע הזאת הפעילה גלגלי סקרנות בכל העולם, והמחקר הוזכר מאות פעמים בתוך ימים אחדים בכל מקום. ציון האלטמטריקס שלו, שמשקף את תשומת הלב אונליין שמקבלים מחקרים, הוא באחוזון ה־99 של כל המחקרים שפורסמו במקביל.

האטמוספירה המורכבת של צדק. "הבנת ההשפעה שלה על הכבידה תלמד אותנו אם יש לצדק ליבה מוצקה, ואיך הוא נוצר, ותאפשר הבנה של היווצרות מערכת השמש" צילום: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran

בזמן שהסערה הזו התחוללה, כספי (44) טייל עם משפחתו בניו זילנד. הוא נמצא בשנת שבתון, שאת מחציתה הראשונה בילה בפרינסטון, ארצות הברית, ואת השנייה יבלה באוניברסיטת טוקיו שביפן. ביניהן המשפחה עצרה לטיול של חודש בניו זילנד, והראיון איתו נערך בשתי שיחות טלפון כשהוא באתר קמפינג, ומעליו — כמה סמלי — שמים זרועי כוכבים. "נורא יפה פה", הוא אומר. "הכוכבים הם חידה. אני יושב פה בניו־זילנד בלילה מטורף, מסתכל למעלה ורואה את שביל החלב שנראה כמו פס לבן בשמים. ההנאה שלי מלהסתכל על הכוכבים היא חלק מהעניין".

תמיד התעניינת בכוכבים? אני שואלת, ומדמיינת אותו יושב על כיסא נוח ליד אוהל, מרים מבט לשמי ניו זילנד נטולי זיהום האור ומהרהר. "כן, אפשר להגיד שזו תשוקה מילדות. כשהייתי בן שש או שבע נוצרה הזדמנות שבה כל כוכבי הלכת של מערכת השמש היו פחות או יותר באותו קו, ואז צולמו התמונות האיקוניות של מערכת השמש שאנחנו מכירים מהחללית וויאג׳ר. זה היה לפני עידן האינטרנט ואבא שלי הזמין לי מנאס"א פוסטרים של צדק ושבתאי, שהגיעו בתוך גלילים, והיו תלויים בחדר שלי. מאז אלה היו דברים שתמיד התעניינתי בהם. גדלתי בנהריה, ככה שבבוקר הייתי בבית הספר ובשתיים כבר בים; התעסקתי בשיט, ובהמשך הפכתי לסקיפר. השילוב הזה של כוכבים, רוחות וים חיבר אותי חזק לנושא הזה. בצבא היו הרבה לילות שבהם יכולתי להסתכל על הכוכבים, ועד סוף השירות ידעתי את שמות רוב הכוכבים בשמים וניווטתי לפיהם".

חשבת שכוכבים ייהפכו למקצוע שלך?

"לא, ממש לא. הלכתי ללמוד פיזיקה. ההתמחות בפלנטות הגיעה מאוחר יותר, כשהשלמתי דוקטורט ב־MIT. אשתי ואני רצינו להתנסות בחוויה של לחיות כמה שנים בחו"ל, ואם מוכנים לשלם לי בשביל ללמוד, אי אפשר לסרב לזה".

קורה שאומרים לך שזה מגניב ללמוד דברים על צדק, אבל לא באמת חשוב?

"כן, יש כאלה ששואלים למה זה חשוב או למה שווה להשקיע בזה כסף. אני לא יודע אם מעריכים את זה בציבור, אבל מדע בסיסי הוא מאוד חשוב, והסקרנות הבסיסית של אנשים מובילה לקידמה. המירוץ לחלל בשנות השישים, למשל, הוביל לקפיצה אדירה בכל מה שקשור לתקשורת לוויינים. העובדה שאנחנו מדברים עכשיו בטלפון קשורה בעקיפין לתחרות בין הרוסים לאמריקאים, מי יגיעו קודם לירח. אי אפשר לומר שכל מה שאנחנו עושים יביא קידמה טכנולוגית, אבל לא תמיד אנחנו יודעים מאיפה היא תבוא.

צילום: www.nasa.gov

"למדע בסיסי יש חשיבות מאוד גדולה, אי אפשר למדוד אותו בכסף. אנשים מקימים סטארט־אפים ועושים דברים מדהימים ממוטיבציה כלכלית. אבל אנחנו כאנושות מסתכלים על השמים במשך דורות, רואים המון תופעות ורוצים להסביר אותן. אנחנו לא עושים את זה בשביל הכסף. כל סטודנט שעובד אצלי בקבוצת המחקר יכול היה ללכת לעבוד בהייטק ולהרוויח פי עשרה. מה שמניע אותנו זה הסקרנות והרצון להבין תופעות טבע. המחקר שפרסמנו עכשיו על צדק מסביר משהו שאנשים הסתכלו עליו לפני 400 שנה. כל מי שמפנה טלסקופ לשמים מסתכל על שבתאי וצדק, שהם הכי מעניינים למראה, ושואל מה זה הפסים האלה", הוא מתייחס לרצועות של זרימת גז שחובקות את שני הכוכבים האלה ומעניקות להם את המראה המפוספס המוכר. "אז הנה, הסברנו את זה. קשה לכמת את זה בכסף".

"לא כל יום יש חללית לפלנטה"

נלך כמה צעדים אחורה, להסברים ידידותיים יותר. כספי, פרופ' במחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת במכון ויצמן, חוקר במעבדה שלו את הדינמיקה האטמוספירית, כלומר הפיזיקה שמשרתת את משטר הרוחות באטמוספירה של כדור הארץ ושל פלנטות אחרות. ובעברית: איך מתפתחת סערה? מהם המשתנים המעצבים את הזרימה בה? מה משפיע עליה?

כספי חוקר עוד כוכבים (אחד ממחקריו הידועים הגיע לאומדן המדויק ביותר כיום על אורך היממה בשבתאי, 10 שעות ו־32 דקות), אבל צדק הוא מגרש המשחקים העיקרי שלו. "מערכת האקלים של כדור הארץ מאוד מורכבת: יש פה ים, יבשה, כימיה וביולוגיה. צדק הוא מעבדה נוחה יותר: הוא גוף גדול, שמסתובב מהר, ואין בו ים ויבשה. יש בו בעיקר גז מסוג אחד (75% מהמאסה של צדק היא מימן והליום, קצ"ה), ללא קרקע מוצקה, אז הוא מאוד הומוגני. לכן זו מערכת יותר אידיאלית למחקר.

"צדק גם אייקוני במערכת השמש כי הוא נראה כל כך ציורי, ובגלל שמכל ארבע הפלנטות החיצוניות הוא הכי קרוב לכדור הארץ, יש יחסית יותר משימות חלל שעוסקות בו" - שמונה חלליות וגשושיות אספו מידע על צדק מאז 1973. האחרונה שבהן היא ג'ונו, שיצאה לדרכה ב־2011 וכעבור חמש שנים וכ־2.8 מיליארד ק"מ החלה להקיף את צדק, מצוידת במכשור מחקר של כמה עשרות קבוצות מרחבי העולם - מועדון קטן ואיכותי, שאחת החברות בו היא קבוצת המחקר של כספי.

כספי והפוסטר שאביו קנה לו. "הוא הזמין לי מנאס"א כשהייתי בן 7, כך שאפשר להגיד שזו תשוקה מילדות" צילום: www.nasa.gov

בדוקטורט שלו כספי פיתח שיטה חדשה שמקשרת בין הכבידה של כוכבי לכת גזיים, כמו צדק, לבין הדינמיקה האטמוספירית. הוא הציע את שיטתו לאחד החברים בצוות המחקר, והוזמן להצטרף כפוסט־דוקטורנט לאחת הקבוצות. "ג'ונו היא מסוג הדברים הגדולים, שאם יש לך הזדמנות אתה לא יכול שלא להשתתף בהם. אין כל יום חללית לפלנטה", הוא אומר.

עם הזמן התברר שהשיטה שלו תפתור כמה מבעיות המחקר ותצליח להשיב לשאלות כמו מה מקור הפסים, מה עומקם, ומה יש מתחתם. בהמשך כספי והשיטה שלו שודרגו, כך שהיום הוא מוביל את אחת מקבוצות המחקר, שהפרי הראשון שלה הוא המאמר ב"נייצ'ר".

אתה מסוגל להסביר בעברית פשוטה במה עוסק המחקר שאתה מוביל בג'ונו?

"הדבר העיקרי שעבדנו עליו היה להבין מה מקור הפסים שעל צדק ומה עומק האטמוספירה שלו".

למה זה חשוב?

"במערכת השמש קודם נוצרה השמש, אחריה נוצר צדק, שגדול משאר כוכבי הלכת יחד פי שלושה, ואז נוצרו שאר כוכבי הלכת, כולל כדור הארץ. אז כדי להבין איך נוצרה מערכת השמש אנחנו צריכים להבין איך נוצר צדק, וכדי להבין איך נוצר צדק אנחנו צריכים לדעת אם יש לו ליבה, משהו מוצק באמצע. והמכשול הכי גדול בדרך לזה היה להבין מה השפעת האטמוספירה על הכבידה. את זה הצלחנו לפענח".

הגעתם למסקנה שעומק האטמוספירה של צדק הוא כ־3,000 קילומטר, עמוק יותר משחשבו קודם, והמאסה שלה היא בערך אחוז ממאסת הכוכב כולו. איך מדדתם את זה?

"לכל פלנטה יש כבידה, מאסה, אבל היא לא אחידה. גם בכדור הארץ היא לא אחידה: אם תלכי לקו המשווה תשקלי מעט פחות מאשר אם תלכי לקוטב הצפוני, בגלל שלפלנטה יש קצת בטן שבולטת החוצה ליד קו המשווה. זה כמו כשמסובבים בלון עם מים: אם הגוף היה הומוגני, היינו מצפים שהחצי הצפוני והחצי הדרומי של צדק יהיו סימטריים לחלוטין ושלא יהיה ביניהם שום הבדל. ובנוסף בצדק, בגלל שאין לו קרקע מוצקה, כל זרימה של האטמוספירה מספיק עמוקה כדי שתהיה לה השפעה על הכבידה שנוכל למדוד. זה הניסוי שאנחנו עושים.

"מה שמיוחד בשיטה שלנו הוא שאמרנו שיש א־סימטריה בין החצי הצפוני לחצי הדרומי של צדק בזרימת הרוחות, ואנחנו מודדים את השפעתה על הכבידה. ההצעה הקודמת היתה להסתכל על האלמנטים הזוגיים, כלומר על מה שסימטרי בין הצפון לדרום, אבל אז קשה להבחין בין מקור ההשפעות. הצעתי להסתכל על האלמנטים האי־זוגיים, הא־סימטריים, כי אז ההשפעה נובעת רק מהזרימה. וכשמדדנו את האלמנטים הא־סימטריים יכולנו לקבל מספרים על עומק האטמוספירה. עשינו ארבע מדידות שנתנו כולן אותה תוצאה חד־משמעית, עד כדי הסתברות של פחות מאחוז לטעות".

המדידה של כספי היתה מיוחדת מאוד: משדר שהותקן על ג'ונו שלח לכדור הארץ גלי רדיו, שנקלטו פה באופן רציף בזמן שג'ונו הסתובבה סביב צדק. לג'ונו אין מנוע, היא נתונה לכוח המשיכה של צדק בלבד, ולכן התנועה שלה מעידה על ההאצות וההאטות שנובעות מכוח המשיכה של צדק. ג'ונו השלימה הקפה של צדק מדי 53 יום, ובכל סיבוב כזה כספי שרטט מפה של כוח המשיכה לאורך המסלול ותרגם אותה לשדה הרוחות של צדק. "זה ניסוי די מדהים", הוא אומר, "אנחנו שולחים גל רדיו ממרחק של 800 מיליון קילומטר, ועל ידי ניתוח של שינויים קטנים בתדירות שלו אנחנו מצליחים להסיק לגבי תנועות באטמוספירה של צדק ומבינים מה קורה במעמקי כדור הגז".

"מפעילי מרכז הבקרה של ג'ונו חוגגים עם כניסתה למסלול. "מסוג ההזדמנויות שאתה לא יכול שלא להשתתף בהן" צילום: אי.פי.אי

"הוריקנים בגודל של כדור הארץ"

אוקיי, אתם יודעים מה העומק של האטמוספירה. לאן תמשיכו מכאן?

"ננסה למדוד בשיטות דומות עוד כמה דברים, למשל דברים שקשורים לאופי הסיבוב שלו. אנחנו מנסים להבין את המנגנונים בצדק. יש עליו זרמי סילון, כמו שיש בכדור הארץ, שנושאים עליהם את מערכות מזג האוויר; בצדק יש שישה כאלה בכל חצי כדור (לעומת שניים בכדור הארץ, קצ"ה). על הפסים הלבנים והאדומים יש זרימות של עננים שמתעבים בכל מיני מקומות, אז ננסה לפתח מודלים של הזרימה הזו, להבין מה קובע את הרוחב, העוצמה והמיקום שלהם. עכשיו יש לנו יותר נתונים למודלים שאנחנו בונים.

"יש עוד הרבה שאלות שאנחנו לא יודעים להשיב עליהן: למשל, הסערה האדומה הגדולה על צדק", הוא מתייחס לכתם האדום הענקי שמנקד את פני הפלנטה. "אנחנו לא יודעים מה קורה בה, למה היא שם, מה מחזיק אותה שם, למה היא כל כך יציבה".

למה היא אדומה?

"אנחנו אפילו לא יודעים מה נותן לה את הצבע, את רואה? כל ילד שמסתכל על צדק שואל את עצמו מה זו הנקודה הזו ולמה היא אדומה. זו שאלה מאוד מסקרנת.

"ג'ונו נתנה לנו לראשונה מבט על הקטבים, וגילינו מעבר מאזור שמאופיין בזרמי סילון לאזור הקוטבי שמאופיין בסופות ציקלוניות גדולות. בקוטב הצפוני של צדק יש שמונה סערות כמו הוריקנים, יותר חזקים משלנו, כמעט בגודל של כדור הארץ. מה זה הדברים האלה? למה הם כל כך יציבים? למה בקוטב אחד יש שמונה ובשני יש חמישה? בניו־זילנד, למשל, היו השנה ארבעה ציקלונים, וזה ממש נדיר לקווי הרוחב האלה. זה קשור לכך שכדור הארץ והאוקיינוסים מתחממים. המערכת בצדק הרבה יותר פשוטה מבכדור הארץ. אולי זה יעזור לנו להבין תופעות של מזג אוויר והתחממות כדור הארץ. כל שינוי קטן במשטר הרוחות זורק את החיים שלנו למקום אחר לגמרי, אבל אנחנו לא יודעים מה יקרה לזרמי הסילון ומשטר הרוחות כשכדור הארץ יתחמם; אם נבין את הדברים האלה שם, זה יעזור לנו להבין איך דברים עובדים פה".

"ג'ונו זו פריבילגיה גדולה ותחרות גדולה"

כספי השלים תואר ראשון בפיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטה העברית ותואר שני בפיזיקה במכון ויצמן, שאחריו השתלב ב־MIT, שם כתב דוקטורט על דינמיקה אטמוספירית. ב־2011, לאחר שלוש שנים של פוסט־דוקטורט בקאל־טק היוקרתי (המכון לחקר הטכנולוגיה בקליפורניה), הוא חזר למכון ויצמן, שם הוא עומד כיום בראש קבוצת מחקר שמונה את עמית המחקר שלו, ד"ר אלי גלנטי, וקבוצה של סטודנטים ופוסט־דוקטורנטים - כולם שותפים לעבודתו.

"אני עובד של מכון ויצמן, לא של נאס"א. בנאס"א, למרות שהמימון אמריקאי, הם מספיק פתוחים כדי להביא את האנשים הכי טובים שהם יכולים לכל תחום", מסביר כספי. "בג'ונו עובד צוות של 30–40 אנשים, כשכל אחד מביא את ההתמחות שלו, ומאחוריו הצוות שלו. להיות בצוות של ג'ונו זו פריבילגיה גדולה, הגשמת חלום. זה גם מאוד תחרותי, כי כולם רוצים להיות שם".

בטח כיף להתחכך במוחות הכי חריפים בתחומך.

"כן, בכל פגישה כזו לומדים הרבה. היה לי יתרון כי באתי עם משהו מאוד ייחודי: הגעתי אחרי שהמשימה אושרה, עם חוצפה ישראלית, והצעתי פתרון אחר. עם הזמן שאר הצוות הסכים שזה הפתרון הכי טוב. זה היה קרב בעלייה, כי מראש תוכננה גישה אחרת ויש שם הרבה אנשים טובים עם רעיונות יצירתיים".

כישראלי, הוא אומר, הוא צריך להתאמץ יותר: הרבה שיחות טלפון ליליות בשעון ארצות הברית, נסיעות תכופות לאתרים של נאס"א, שם הוא לעתים נדרש ללכת עם שומר ראש צמוד משיקולי ביטחון שדה, ויש המון עבודה. "אני עושה את זה עשר שנים, נסעתי עד עכשיו לטקסס לעשרות פגישות. מכון ויצמן תומך, נותן תקציבים, לא מגביל בזמן, מאפשר לנסוע לתקופות ארוכות".

לצד העבודה על ג'ונו, כספי מעורב בעוד פרויקט גדול: שיגור החללית JUICE של סוכנות החלל האירופית לצדק, ב־2022. בג'וס הוא יעסוק במחקר משלים למחקר של ג'ונו, שימפה את שכבות העננים; במקביל הוא מוביל פיתוח של שעון מדויק מאוד שישמש את החללית ופרויקטי מחקר אחרים עליה. "זו המשימה הכי גדולה של הסוכנות האירופית בעשור הקרוב, ושם אנחנו לא רק שותפים מדעיים, אלא גם בונים מכשיר ישראלי לחללית, בעזרת סוכנות החלל הישראלית וחברת Accubeat מירושלים, שמייצרת שעונים מאוד מדויקים למטרות אזרחיות וצבאיות".

המכשיר שהם מפתחים יהיה שעון מדויק, שסוטה בשנייה אחת למאה אלף שנה, באמצעות מדידת תנועות מזעריות בקרן רדיו שתשדר החללית. "אנחנו צריכים לדאוג שהוא יעבוד בטמפרטורה קבועה עד כדי אחת חלקי עשרת אלפים מעלה", מסביר כספי. כדי להבין כמה דרמטית הצלחתם בפיתוח השעון, צריך להפנים את פרקי הזמנים הפרועים שמדובר עליהם: כספי והצוות שלו עובדים על פיתוח השעון כבר חמש שנים. הם יספקו אותו ב־2019. שלוש שנים מאוחר יותר, ב־2022, ג'וס תשוגר לצדק; היא תגיע אליו רק כעבור שמונה(!) שנים, ב־2030 — כשכספי יהיה בן כמעט 60. השעון יצטרך לעבוד ללא תקלות עד 2034.

אלה לוחות זמנים ארוכים מאוד, בתנאי חוסר הוודאות של החלל. אתם לא יכולים להרשות לעצמכם שום תקלה בשעון.

"נכון, ולסוכנות החלל האירופית יש סטנדרטים מחמירים. הם לא יכולים להשקיע 2 מיליארד יורו בפרויקט הזה, ושבסוף הוא לא יעבוד בגלל אחד המכשירים. ואם המכשיר שלנו לא יעבוד הוא יזיק לפרויקטים של אחרים, וזו בעיה. אנחנו עוד לא מוכנים, יש המון שלבים ואתגרים שצריך לעבור, אבל בינתיים זה עובד טוב ואנחנו בקצב הרצוי. יש פה גם גאווה ישראלית, כי בפעם הראשונה מכשיר ישראלי ייצא לחלל החיצון מעבר למסלול שסביב כדור הארץ".

יכול להיות שיבקשו מכם לייצר את השעון גם עבור משימות חלל אחרות?

"בהחלט. כבר עכשיו פונות אלינו קבוצות שנענות לקולות קוראים לחלליות הבאות ומבקשות מאיתנו את המכשיר הזה".

השיחה שלנו אופטימית, ובג'ונו היתה לך הצלחה מחקרית גדולה, אבל מן הסתם היו תקלות בדרך.

"בטח. למשל, ג'ונו היתה אמורה להקיף את צדק כל 14 יום. התוכנית המקורית היתה שאחרי שני סיבובים של 53 יום יופעל מנוע שיכניס את ג'ונו למסלול קצר יותר. נאס"א רצו שכל הקפה תימשך 14 יום, משיקולי תקציב: התקציב של ג'ונו היה 750 מיליון דולר, ולהחזיק את החללית שם זה 40 מיליון דולר לשנה, אז רצו לדחוס את המשימה. אבל לאחר ההקפה השנייה היתה אי־ודאות לגבי המנוע, ובנאס"א החליטו שהם מעדיפים להישאר במסלול של 53 יום ולא לקחת סיכון. בדיעבד זה יצא טוב, כי בכל סיבוב אנחנו לומדים דברים, רוצים לבדוק אותם שוב, ומחזור של 14 יום הוא מהיר מדי. כולנו די מרוצים מזה. מה גם שאם הייתי טס כל 14 יום, אשתי היתה זורקת אותי מהבית".